Pwm چیست ؟

[Behzad AZ]

PWM چیست ؟
در اینجا میخواهم در مورد روش مدولاسیون پهنای پالس یا همان pwm توضیح بدهم: PWM مخفف کلمات pulse width modulation است. هدف از این روش هدف کنترل سرعت موتور با استفاده از دریافت پالس یا سیگنال است. با این روش می توان سرعت موتور را در هنگام حرکت کم یا زیاد کرد.
موتورها در اشکال و اندازه و مشخصات مختلفی در بازار یافت می شوند که به تبع آن درایور مربوط به سرعت آن ها نیز متفاوت می باشد. سرعت دور یا چرخش یک موتور DC با مقدار ولتاژ ورودی رابطه مستقیم و خطی دارد یعنی تابعی کاملا خطی به تغذیه آن می باشد. به طور مثال اگر یک موتوری که بتواند ولتاژ 12 ولت را تحمل کند به تغذیه 12 ولت متصل کنید و سپس ولتاژ تغذیه آنرا تا مقدار 6 ولت پایین بیاورید.سرعت چرخش آن نصف حالتی خواهد بود که شما به آن ولتاژ 12 ولت را می دادید.
در حالت PWM کنترل موتور به صورت دستی انجام نمی شود در این حالت شما موتور را به صورت دستی کنترل نمی کنید بلکه این میانگین ولتاژ های فرستاده شده توسط مدار درایور موتور است که سرعت موتور را کم و زیاد می کند.
برای درک مفهوم آن می توان موضوع را با یک مثال توضیح داد هنگامیکه یک فیلم را مشاهده می کنید در واقع شاهد هزاران عکس ثابت هستید که با یک فرکانس نسیتا بالایی آن را مشاهده می کنید. سرعت پخش شدن عکس ها آنقدر زیاد است که مغز شما فواصل زمانی بین پخش شدن و عدم پخش شدن را نمی تواند تشخیص دهد. در واقع مغز شما میانگین این عکس ها را مشاهده می کند.
در کنترل با روش PWM نیز همین وضعیت وجود دارد آنقدر سرعت روشن و خاموش شدن زیاد است که شما متوجه آن نمی شوید هر چه فرکانس کاری بالاتر باشد موتور سریعتر روشن و خاموش می شود و میانگین یا همان مقدار متوط آن چیزی است که شما مشاهده می کنید سرعت بیشتر موتور است

و زمانیکه فرکانس پایین باشد فواصل زمانی روشن و خاموش شدن موتور کمتر می شود که شما میانگین آن را با سرعت کمتر موتور مشاهده خواهید کرد در واقع مانند یک فیلم شما نیز میانگین روشن و خاموش شدن را می بینید در این حالت مغز شما سرعت این روشن و خاموش را به صورت سرعت کم و زیاد مشاهد خواهید کرد

[Behzad AZ]

pwm فاز مخالف با آی سی 555
با استفاده از مدار نشان داده شده می توان موتورهای dc با جریانهای تا چندین آمپر را کنترل نمود. هنگامی که خروجی 555 در سطح منطقی High باشد، ترانزیستور NPN جریان تأمین شده از منبع B2 را هدایت می کند و زمانی که خروجی IC در سطح منطقی Low باشد، ترانزیستور PNP جریان تأمین شده از منبع B1 را هدایت می کند.
ترانزیستورها مانند پروژه های قبلی انتخاب می شوند. با افزایش مقدار مقاومت های موجود در بیس ترانزیستورها از 1K به 4.7K یا 10K می توان از ترانزیستورهای دارلینگتون نیز استفاده نمود. برای انتخاب مقادیر مناسب C1 باید دقت کافی مبذول داشت. مقدار این خازن را می توان به صورت تجربی و از روی آزمایش به گونه ای انتخاب نمود که با مشخصه های موتور سازگار بوده و بدین ترتیب از ارتعاش موتور هنگامی که موتور در شرایط راه اندازی صفر باشد، جلوگیری نمود. برای جلوگیری از این ارتعاش می توان خازنی با مقدار بین .01 uF تا 1uF را به صورت موازی با موتور متصل نمود.
به خاطر داشته باشید که عیب بزرگ این نوع مدار کنترل در این نکته است که در حالت راه اندازی توان صفر، جریان تحویلی توسط منابع تغذیه صفر نیست و امکان ایجاد مقادیر زیادی گرما در موتور وجود دارد. این نوع مدار برای کنترل بارهای مقاومتی نظیر هیترها، SMA ها و دیگر بارهای از این قبیل مناسب نیست.

[Behzad AZ]

این مدار اگر اختلاف دمای 2 نقطه تحت کنترل بیش از مقدار تعیین شده باشد، رله را فعال می کند، در این مدار از یک جفت دیود سیلیکونی معمولی 1N4148 به عنوان عناصر حساس به حرارت استفاده شده است و اگر اختلاف دمای دیود D1 نسبت به D2 بیشتر از مقدار تعیین شده باشد آنگاه رله مدار به کار می افتد فعال شدن رله در این مدار تحت تاثیر دمای مطلق دیود ها نمی باشد بلکه عملکرد مدار به شرح زیر است.

دیود های معمولی D1 و D2 به عنوان عناصر حس کننده دما بکار برده شده اند. جریان از خط مثبت تغذیه به واسطه پتانسیومتر و R1 و R3 از D1 عبور می کند، همچنین جریان d2 نیز از مسیر پتانسیومتر و R2 و R3 عبور می کند. مقدار نسبی این جریان ها را می توان توسط پتانسیومتر در محدوده کوچکی تغییر داد لذا ولتاژ بایاس میتقیم دیود ها را می توان یکسان نمود و بنابراین در دمای یکسان اختلاف ولتاژ آنها صفر است.

با فرض اینکه ولتاز های هر دو دیود با روش فوق یکسان شده باشند اختلاف ولتاز آنها صفر خواهد شد. حال اگر دمای دیودها به طور مثال 10 درجه سانتیگراد افزایش یابد آنگاه ولتاژ بایاس مستقیم آنها 20 میلی ولت کاهش می یابد ، ولی هنوز هم اختلاف ولتاژ آنها صفر خواهد بود. حال اگر به طور مثال دمای D2 یک درجه سانتیگراد از دمای D1 کمتر شود ، ولتاژ D2 حدود 2 میلی ولت بیشتر از d1 خواهد شد در نتیجه ولتاژ پایه 3 تقویت کننده عملیاتی از پایه 2 آن بیشتر شده که موجب می شود خروجی آن به اشباع مثبت برود. بنابراین ترانزیستور Q1 و رله خاموش می شوند.

حال اگر دمای D2 یک درجه سانتیگراد از D1 بیشتر شود ، ولتاژ D2 دو میلی ولت کمتر از D1 خواهد شد در نتیجه خروجی تقویت کننده عملیاتی به اشباع منفی خواهد رفت و Q1 فعال شده و رله روشن خواهد شد. بنابراین وقتی دمای D2 بیستر از D1 شود رله روشن خواهد شد. حساسیت این مدار حدود 0.5 درجه سانتیگراد است.

توضیحات فوق با فرض این مسئله بود که پتانسیومتر به گونه ای تنظیم شده باشد که اگر دیود ها در دمای یکسان قرار داشته باشند، ولتاژ های D1و D2 کاملا یکسان شده باشند.بنابراین اگر دمای d2 به اندازه کسری از درجه بالتر از D1 شود رله بکار خواهد افتاد.در عمل پتانسیومتر به گونه ای تنظیم می شود که ولتاژ بایاس مستقیم D2 قدری بیشتر از D1 نشده باشد ، رله بکار نیفتد. دامنه این اختلاف دما را می توان از صفر تا 10 درجه سانتیگراد تنظیم کرد.لذا مدار بسیار انعطاف پذیر می باشد. تنظیم این مدار بدین شکل است که اول دمای D2 را تا حد لزوم نسیت به D1 افزایش داده و سپس پتانسیومتر را به گونه ای تنظیم کرد که رله مدار دقیقا تحت این شرایط روشن شود.

[Behzad AZ]

مکاترونیک یک رشته ی چند تخصصی ، شامل رشته های مهندسی مکانیک ، مهندسی الکترونیک و مهندسی کامپیوتر است . مکاترونیک از دو کلمه ی "مکا" مخفف مکانیک و "ترونیک" مخفف الکترونیک مشتق شده است . رباتیک نیز همانند مکاترونیک از سه رشته ی هندسی مکانیک ، مهندسی الکترونیک و مهندسی کامپیوتر بوجود آمده است .
تفاوت اصلی در آن است که سیستم های مکاترونیکی ورودی هایشان فراهم شده است (تمام ورودی ها از قبل تعریف شده و شناخته شده است) ؛ در حالی که سیستم های رباتیکی باید خودشان ورودی ها را از محیط دریافت نمایند. به عنوان مثال چراغ راهنمایی و رانندگی و ماشین لباسشویی ، سیستم های مکاترونیکی هستند . در چراغ راهنمایی و رانندگی وقتی انسان دکمه ای را فشار می دهد رنگ چراغ تغییر می کند و در ماشین لباسشویی دمای آب ، زمان و ... به آن داده شده است. حتی وقتی چراغ راهنمایی و رانندگی در حالت خودکار قرار می گیرد و بدون نیاز به فشردن دکمه ای ، کار می نماید . هنوز به عنوان سیستم مکاترونیکی شناخته می شود چون ورودی هایش (زمان روشن بودن هر رنگ) برایش فراهم گردیده است . این فرایند ، خوکار (اتوماتیک) نامیده می شود . آن چه گفته شد در تضاد است با حالتی که چراغ راهنمایی و رانندگی دارای یک دوربین جهت تشخیص مردمی که می خواهند از عرض خیابان شوند باشد و رنگ چراغ را با توجه به فشردگی جمعیت تغییر دهد. آن چه گفته شد یک سیستم رباتیک است . این فرایند را خودمختاری (اتونوموس) گویند .


نتیجه


* سیستم های مکاترونیکی ورودی هایشان فراهم شده است در حالی که سیستم های رباتیکی باید خودشان ورودی ها را از محیط دریافت نمایند.
* سیستم های مکاترونیکی خودکار هستند در حالی که سیستم های رباتیکی خودمختار هستند.
* سیستم های رباتیکی نیازی به دید انسان ها (فکر و محاسبات بشر) ندارند ، در حالی سیستم های مکاترونیکی نیازمند فکر انسان ها از قبل یا همزمان می باشند.


-------------------------
پی نوشت مترجم : امروزه دو علم مکاترونیک و رباتیک در ایران یک علم جدید شناخته می شود ، مهندسی مکاترونیک در مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد تدریس می شود ، اما متاسفانه مهندسی رباتیک فقط در مقطع کارشناسی تدریس می شود و خبری از تدریس مهندسی رباتیک در مقطع کارشناسی ارشد حتی در آینده نیز به گوش نمی رسد . این در حالی است که در کشور های پیشرفته صنعتی دنیا مانند ایالات متحده آمریکا رشته ی مهندسی رباتیک به طور مجزا از مکاترونیک و رشته های دیگر از مقطع کارشناسی تا مقطع پست دکتری تدریس می شود . متاسفانه بعضی ها در ایران این دو رشته را یکی می دانند یا دیده شده است که مهندسی رباتیک را یکی از گرایش های مکاترونیک نام می برند . این درست است که یکی از گرایش های مکاترونیک در مقطع کارشناسی ارشد رباتیک است اما رشته های مکانیک طراحی کاربردی ، مکانیک ساخت و تولید ، کنترل ، هوش مصنوعی نیز دارای گرایش رباتیک در مقطع کارشناسی ارشد می باشند . این در حالی است که رشته ی رباتیک با رشته های مکاترونیک ، مکانیک طراحی کاربردی ، مکانیک ساخت و تولید ، کنترل و هوش مصنوعی متفاوت است. چون رباتیک یکی از گرایش های رشته ی مذکور است دلیل نمی شود که رباتیک را زیر مجموعه ی آن رشته بنامیم. امیدواریم با خواندن این مقاله تفاوت مکاترونیک با رباتیک بر خوانندگان روشن شده باشد و این مقاله جرقه ای باشد برای گسترش مهندسی رباتیک در مقاطع بالاتر در دانشگاه های کشور .

[Behzad AZ]

الجزری پدر علم رباتیک جهان و دانشمند مسلمان قرن ششم هجری شمسی




دانشمند مسلمان کردتبار ، ابو العز بن اسماعیل بن الرزاز الجزری در سال 515 هجری شمسی در شهر الجزری واقع در شمال عراق امروزی پا به این جهان گذاشت . او در شهر دیاربکر واقع در ترکیه امروزی مشغول به تحصیل و فرا گیری علم شد و تا آخر عمر در دیاربکر زندگی کرد و در سال 585 هجری شمسی درگذشت . لازم به ذکر است در آن دوره الجزری و دیاربکر جزئی از سرزمین ایران بود .

الجزری نخستین ربات قابل برنامهریزی انسان نما را در اواخر عمرش ساخت . به این علت او به عنوان پدر علم مهندسی رباتیک جهان شناخته می شود . اختراع او ، یک قایق آبی بود که در آن چهار نوازنده ی مصنوعی موسیقی برای مراسم و برنامههای جشن سلطنتی، آهنگ مینواختند و حاضران را سرگرم میکردند ، سازها به صورت هیدرولیک و با کمک آب برنامه ریزی می شود . او در سال 585 هجری شمسی کتابی با نام " دانستنی هایی در رابطه با مکانیزم های هوشمند " نوشت . این ربات انسان نما و چند مکانیزم موتوری انتقال آب و چند ساعت از زیبا ترین طرحهای او در این کتاب می باشد.

[Behzad AZ]

سنسورها و هوش ، کلیدی به آينده ربات هاى صنعتى
مسلما آينده سیستم های رباتیک نمى تواند تنها با ادامه ی روند تکنولوژى هاى امروزی باشد، اما زمينه ها و عرصه هاى کاربردى جدید وکاملی بايد براي اين منظور ابداع شوند.
در بازار فروش رباتهاى صنعتى در چند سال اخير روند رو به رشدى مشاهده شده است. در يک انتظار طولانى اين روند رو به رشد هنوز ادامه دارد. توليد مستقيم اين رباتهاى صنعتى روز به روز در حال پيشرفت و افزايش است.
در دهه ۱۹۷۰ ربات ها براى طيف وسيعى از کارهاى اتوماسيونى معرفي شدند: مونتاژ اتومبيل ها و دستگاه هاى الکترونيکى و براده بردارى قسمتهاى پلاستيکى و آهنى آنها و جابجايي انواع محصولات. تا امروز صنعت خودروسازي و الکترونيک و صنايع وابسته به آنها اصلى ترين مصرف کنندگان سيستم هاى رباتيک بوده اند، تا آنجا كه بيش 60% فروش ساليانه ي ربات هاي صنعتي در اين صنايع مي باشد.
امروزه مشترى ها و مصرف کنندگان ربات هاي صنعتي آنها را در ابتدا از منظر انجام چرخه توليدي در زمان کمتر، مورد بررسي قرار مي دهند. در کشورهايى كه عموما به عنوان بازارهاي بزرگ وسايل رباتيک به حساب مي آيند، ميزان رشد نصب اين سيستم ها، كم شده است و تنها كار خانه هاي جديد كوچك و متوسط به راه حل هاي رباتيكي، براي افزايش كارائي توليدات در بخش هاي كوچك تر، فكر مي كنند. توانايي بهره وري و افزايش سرعت توليد، ابتدايي ترين اصول بازار هستند.
ربات هاى صنعتى سه قسمت مهم و مشترک دارند: استخوان (اتصالات)، ماهيچه (نيروي حركتي)، و مغز(هوش). در حالي كه پيشرفت هاي تکنولوژيك، براى بهبود دو قسمت اول ادامه دارد (مثلا مواد اصلاح شده و يا موتور هاي سبك و قوي) در قسمت سوم ربات ها ، عملکردي انقلابى به وجود آمده است. براى مثال براى هدايت دقيق تر ربات ها، آنها معمولا شامل سيستم هاي بينايي ماشين مى شوند، که مانند چشم براى آنها عمل مى کند. حساسيت توسعه يافته و هوش مصنوعى مرتبط به طور روزافزون به مهمترين عوامل براي پديدار شدن نقاط عطف جديد در اين صنعت تبديل شده اند.
تکنولوژى به شتاب دادن و تسريع کردن در عملکرد هاى ذاتى رباتيک براى بالا بردن سطح آنها تا جائى که به يک اتفاق بزرگ تبديل شود ، ادامه مى دهد. شايد شما مسابقات دارپاي (DARPA) مارچ 2004 را به خاطر بياوريد، مسابقه اي براي عبور اتومبيل هاى خودکار از محيط هاى طبيعى. رقابت همچون يك شكست تمام شد- هيچ تيمي نتوانست جايزه يک ميليون دلارى را از آن خود کند- کمتر از دو سال بعد در اکتبر ۲۰۰۵ اين مسابقه دوباره برگزار گرديد و جايزه آن نيز دو برابر شد. و به جاي آنكه آسانتر شود مسير بسيار سخت تري طراحي شد. در آن مسابقه اما جهش تکنولوژيك چشمگيري به وجود آمده بود، 5 تيم شرکت کننده خط پايان را قطع كردند و سريعترين آنها برنده جايزه ۲ ميليون دلارى شد.
در حال حاضر، تنها چند کارخانه بزرگ توليد كننده ي محصولات رباتيکى و هوشمند در سراسر دنيا مشغول به فعاليت هستند.-که از اين کارخانه ها مى توان به ABB، Fanuc، Kuka، Yaskawa،Motoman و چند كمپاني نه چندان مطرح ديگر اشاره کرد. مثلا Adept Technology كه درشهر ليورمور، كاليف و در سال ۱۹۸۳ تاسيس شد و امروزه يکى از بزرگترين توليد کننده گان روبات هاي صنعتي در آمريكا مي باشد، پس از بيش از 25 سال با بيش از 50 ميليون دلار فروش سالانه هنوز آنچنان سود آور نيست.
در مقابل كمپاني iRobot كه ارگان آن در برلينگتون، ماساچوست مي باشد و براي مصارف خانگي، دولتي و همچنين بازارهاي صنعتي ربات توليد مي كند در سال 2007 دويست ميليون دلار درآمد داشت. در سال 1990 تاسيس شد و تا سال 2000 توسعه ي آنچناني پبدا نكرد و حالا محصولات خانگي شامل ربات هاي نظافتچي و شوينده مانند Roomba (كه خود من از سال 2003 يكي از آنها را خريده ام و هنوز هم از اين خريدم بسيار راضيم!) را توليد مي كند. iRobot همچنين محصولاتي صنعتي و دولتي را توسعه داده است، مانند ربات هاي قابل حمل، تاکتيکى ومتحرك براى عمليات نظامي در مناطق شهري و يا محيط هاي جنگي. به عقيده ي من برخي از تكنولوژي هاي iRobot مى توانند و البته بايد با كاربرد هاي صنعتي و تجاري همسو شوند.
مسلما آينده سیستم های رباتیک نمى تواند تنها با ادامه ی روند تکنولوژى هاى امروزی باشد، اما بايد زمينه ها و عرصه هاى کاربردى جدید وکاملی با توجه به انقلاب سنسورها و توسعه ي هوش مصنوعي ، براي تحريك سطوح جديد رقابت هاي توليدي، ابداع شوند. اين گونه از رباتيك به عنوان جزئي كليدي از كار خانه هاي ديجيتالي آينده خواهند بود.
آنسوي آدمي
در حالي كه ما همچنان علاقه داريم ربات ها را در ماجراها و فيلم هاي علمي تخيلي تصور كنيم، اما آن تعريف قديمي از ربات در ديكشنري وبستر، به ربات هاي صنعتي آينده بسيار نزديك تر است:«يك ابزار يا وسيله ي خودكار كه با آنچه شبيه هوش آدمي مي باشد، اعمالي را انجام مي دهدكه مربوط به انسان است. » تعريفي كه مي تواند زيادتر شود تا شامل اين عبارت نيز گردد:«ابزاري كه دريافت و هوش را در آنسوي توانايي هاي آدمي افزايش مي دهد.»