タイマIC「555」でドリルを低速回転させたい

お世話になります。
ドリル（12V駆動）を低速で回転させるための回路を教えてください。

趣味の電子工作で基板の穴あけ用ドリル（12V駆動）の回転数をタイマIC「555」を使った簡単な回路（PWM）で制御しています。
ドリルは12Vのモーターにスイッチがついただけの単純な作りでした。
使いにくかったので回転数を制御できるように、ネットで見つけたタイマIC「555」を使ってモーターを回す回路を作りました。
回転数はボリュームで変更できるようにしています。

しかし回っている状態で回転数を落とす分には大丈夫なのですが回転数を落とした状態でスイッチを入れるとドリルが回りません。
恐らく回し始めのパワー不足のせいだと思います。
今でも実用には問題ないのですが、できればもっと低速でも使えるようにしたいと思っています。

そこで今の回路に、スイッチを入れた時、ドリルが回り始めるまでそれなりのパワーを与えるような改造をしたいのですがどのようにすれば良いのでしょうか？
今の回路はネットで探したよくある回路ですが元ネタを見つけられないのでご提示できず申し訳ありません。
簡単な回路であれば全とっかえでも構いませんので教えて頂けないでしょうか。

一番良いのはドリルが回っているのを検知してPWMに切り替えることですが、次善の策として、最初のわずかな時間（0.5秒位？）はPWM制御しないという方法でしょうか・・・
ボリュームの位置がある抵抗以下だったらこの機能を有効にするという制御ができると更に嬉しいです。
オンディレイというのがあるそうなので、これを上手く使えばできそうな気がするのですがやり方がわかりません。

よろしくお願いします。

No.27 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/30 20:04

今晩は。

回答が遅くなりました。

＞１．回転速度は低速か高速かに分かれてしまうようです。
＞２．回転中にR5,R4を回しても回転数は変化しませんが、スイッチを入れ直すと回転数が変わります。回転数が変化するポイントがあるようでコンパレータのような切り替わり方です。
＞３．低速回転は前のような速度変化は見られなくなりました。ただ、もう少し低速だと嬉しいです。
＞
＞それで次のような変更をしてみました。
＞
＞・C3,R11を削除
＞・R3を削除
＞・R4を10KΩに変更
＞
＞上記の変更を加えた結果、次のような動きになりました。
＞・R5はどちらに回しても変化なし。（つまり０Ωでも1KΩでも一緒）
＞・R4を回すと微妙にキュイーンとなるポイントがあるものの、回転数は少しずつ変化

どうも動きがおかしいですね。C3、R11を削除してしまうと、回路の周波数特性の高い周波数側の感度が上がってしまいますので多分、オペアンプU2の出力はパルス状の動きになってしまってると思われます。オシロで確認されてますか？
この状態ですとR5の調整で回転数は調整できないかもしれませんね。
　回答NO.25の内容に従った回路変更がお勧めです。

【教えて頂きたいこと】
＞Q1.R5を固定抵抗に変えるとしたらどれ位が適当でしょうか？
＞Q2.C3,R11を入れると回転中にR4を回しても回転数は変化しません。また微妙な発振を止めるうえでも効果は無いようです。＞配線ミスでしょうか？
＞この回答への補足
＞考えてみたら、回りまわって最初の頃に教えて頂いた回路に戻ってしまったような気がします。
＞ただ初期の頃に比べ大分安定しています。
＞発振もちょっとボリュームを変えてあげると収まりますので、最悪このままでも実用にはなるかなと考えています。

この回路定数ではまともな制御状態での動作は期待できそうもありませんのでR5の値は決まらないのではないかと思います。
NO.25で回答を差し上げた手でもうまくゆかない場合は残念ながら、これ以上の改善は申し訳ありませんが思いつきません。

この回答へのお礼

これまで懇切丁寧にご指導頂きありがとうございました。
ほぼ出尽くしたとのことですので一旦回答をクローズさせて頂き、これまで教えて頂いたことをもう一度検証してみたいと思います。
もし何か新しい情報があってもご連絡がつかなくなると困りますので、この質問自体は暫くこのままにしておきます。
どうもありがとうございました。

お礼日時：2013/02/01 14:56

No.26 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/26 00:47

今晩は。

回答遅くなりました。いろいろ検討しましたが、回路を少し変更すればお手持ちの部品で何とかなりそうです。（回路の応答を遅くする。）

　変更内容は：
　　C4、R19を削除
　　R11を削除してショート
　　C2を0.01uFに変更
　　4.7uFと470ΩをシリーズにしてR2とR3の接続点とGND間に追加
の４つです。回路とシミュレーション結果はこちらを参照ください。　→　http://yahoo.jp/box/CmE8rV

この回答への補足

考えてみたら、回りまわって最初の頃に教えて頂いた回路に戻ってしまったような気がします。
ただ初期の頃に比べ大分安定しています。
発振もちょっとボリュームを変えてあげると収まりますので、最悪このままでも実用にはなるかなと考えています。

補足日時：2013/01/28 10:15

この回答へのお礼

こんばんは。
結果報告が遅くなり申し訳ありません。

状況は以下の通りです。
ちょっと動きがおかしいのでもしかしたら配線を間違えているかも知れません。

１．回転速度は低速か高速かに分かれてしまうようです。
２．回転中にR5,R4を回しても回転数は変化しませんが、スイッチを入れ直すと回転数が変わります。回転数が変化するポイントがあるようでコンパレータのような切り替わり方です。
３．低速回転は前のような速度変化は見られなくなりました。ただ、もう少し低速だと嬉しいです。

それで次のような変更をしてみました。

・C3,R11を削除
・R3を削除
・R4を10KΩに変更

上記の変更を加えた結果、次のような動きになりました。
・R5はどちらに回しても変化なし。（つまり０Ωでも1KΩでも一緒）
・R4を回すと微妙にキュイーンとなるポイントがあるものの、回転数は少しずつ変化

【教えて頂きたいこと】
Q1.R5を固定抵抗に変えるとしたらどれ位が適当でしょうか？
Q2.C3,R11を入れると回転中にR4を回しても回転数は変化しません。また微妙な発振を止めるうえでも効果は無いようです。配線ミスでしょうか？

お礼日時：2013/01/28 02:33

No.25 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/23 22:21

今晩は。

昨晩は遅くまで頑張られたようですね。お疲れさんです。

オシロで測定された波形、とても参考になります。
　どうも波形から、モータの回転数が低いとモータのブラシの接触抵抗が不安定な状態になってるようですね。接触抵抗自体は回路ではどうすることも出来ません。できることは回路の応答性のスピードを遅くすることぐらいです。
　あまり期待は出来ませんが、回路の応答スピードを遅くする検討をしてみました。

　　　C4＝1000uF、R19=82Ω

　　　C2＝0.0022uF、R11＝11Ω

回路図とシミュレーション結果はこちらです。　→　http://yahoo.jp/box/5b9cCV

このように変更すると、モータ電圧のあばれが緩和されると思いますが、回転の安定性については自信ありません。これでダメだとちょっと手が無いなという状況です。

この回答へのお礼

こんばんは。
試そうと思ったのですが手持ちに0.0022uFのコンデンサがないため試せませんでした。
金曜日なら秋葉原まで買い物に行けるのですが、もし他の容量で対応可能であれば教えて頂けませんでしょうか。
手持ちのコンデンサは以下の通りです。

【コンデンサ】
形状：リード
10uF 16V
1uF DC250V
1uF 50V
0.47uF 50V
0.33uF 50V
0.22uF 50V
0.1uF DC250V
0.1uF 50V
0.047uF 100V
0.033uF 100V
0.022uF 50V
0.01uF 50V
0.01uF 50V
0.0047uF 50V
2200pF 100V
1000pF 50V
330pF
220pF
33pF 50V
22pF 50V
20pF 50V
15pF 50V
10pF 50V

形状：チップ(3528)
22uF 10V タンタル

形状：チップ(3216)
0.01uF 50V
4.7uF 25V


形状：チップ(3020)
10uF 10V

形状：チップ(2012)
10uF 6.3V
0.1uF 50V
0.1uF 25V
1000pF
1500pF
2200pF
22pF

形状：チップ(1608)
0.1uF 50V
0.01uF 50V

お礼日時：2013/01/24 02:55

No.24 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/22 23:25

今晩は。

　モータの抵抗Raがうまく測定できないようでこちらでもいろいろ考えましたが、どうもそのモータはブラシがカーボン製ではないかと推定されます。カーボンだと表面に薄い酸化皮膜が出来やすいので無回転時には整流子との接触抵抗が不安定になる傾向があります。モータが回転しているか数十ｍA程度以上の電流が流れていれば接触抵抗は小さな値に安定します。
　そこで、miruhaさんに測定していただいた下記の２つの波形から

＞【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
＞RS: http://yahoo.jp/box/QjOpR2
＞Vm: http://yahoo.jp/box/DN5ivd

モータの内部抵抗を計算することが出来そうです。モータに電源を印加しても瞬時には回転しないので電圧を印加した瞬間は逆起電圧はゼロです。モータが回転し始めるまではモータのインピーダンスはインダクタンス成分を無視すれば電機子抵抗Raだけになります。モータにシリーズにRaの値に近い抵抗Rsを接続して起動の瞬間のモータとRsそれぞれの電圧降下を測定すればその結果からRanoあたいは逆算できます。ちなみに、miruhaさんの測定結果から計算してみたら（　こちらを参照ください。　→　http://yahoo.jp/box/LsOLMT　）Raは　約５Ω　となりました。


　Raが計算できましたので、つぎはモータの逆起電圧定数Ke（V/rpm)を計算します。
　測定結果からモータの逆起電圧　Ea（V)　の計算。
　　
　　Ea(V)　＝　Vm（V)　－　Ia（A)*Ra（Ω）

　の式を使って計算します。ここで　Vmは測定していただいた値より　Vm＝3.35V、また、Raは　5Ω、Iaは　Ia＝0.16A　よりEaは

　　Ea(V)　＝　3.35(V)　－　0.16(A)*5(Ω)　＝　2.55(V)

　【モータ定数測定(1)の波形】　RS: http://yahoo.jp/box/Iqqplq　から電流の脈流の山の数が6山で約12.5msecですので回転数Nmは　Nm　＝　60／12.5E-3　=　4800rpm、
　
　モータ逆起電圧定数　Ke（V／rpm)　＝　Ea／Nm　＝　2.55(V)／4800(rpm)　＝　0.53(mV／rpm)
と求まります。また、トルク定数　Kt（gr・cm／A)　は
　　　　　　　　　　　Kt（gr・cm／A）＝　Ke(V／rpm)*60／（１E-5*9.80665*2*π)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝　0.53（mV／rpm)*60／（１E-5*9.80665*2*π)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝　51.6（gr・cm／A）
　次にモータの立ちがり時定数τですが、80mSecと実測結果から読み取れますが、測定時にモータにシリーズにRs（10Ω）が接続されてますので、このRsのために真の時定数より大きくなってます。詳細は割愛しますがこのRsの影響を補正しますとτは約28msecになります。
　これで、モータのパラメータが全て分かりましたので、モータの静特性をシミュレーションしてみました。結果はこちら　→（　http://yahoo.jp/box/R2Z2io　）グラフの左側の縦軸は回転数を表していて単位の[KV]を[Krpm]に、横軸はモータの負荷トルクを表し単位の[V]は[gr・cm]に読み替えて見てください。
　モータの電圧が3.3Vの回転数のカーブで回転数が4800rpmのところのポイントから真っ直ぐ下に直線を引いて電流カーブとの交点の電流を見ると約160mAで実測と合ってるのが分かると思います。
　このパラメータを使って回路が安定に動作するようにシミュレーションにより回路定数を探してみました。
結果はこちら　→　http://yahoo.jp/box/wZkTFU　　です。回路定数は回路図を確認ください。
　立ち上がりは大きなオーバーシュートも無くきれいに立ち上がってるのが分かります。この定数を使って実機確認をよろしくお願いします。

この回答へのお礼

こんばんは。
詳細な計算ありがとうございます。
結論から申し上げますと、かなり良くなりました。
ただ低速は少し不安定な感じがします。
うまく伝わると良いのですが、エンジンで言えば、ちょっと高めのアイドリングのような状態です。

オシロの存在をすっかり忘れていたのですが少しは参考になるかも知れないと思い、モーターのプラス側（M+のところ）の波形を色々撮ってみました。

・低速安定（といってもアイドリングのような状態）
http://yahoo.jp/box/voYi73
http://yahoo.jp/box/Zx3IK5
http://yahoo.jp/box/M-YVov
http://yahoo.jp/box/tEN8nS
http://yahoo.jp/box/XlVzCg

・低速立ち上がり
http://yahoo.jp/box/MxXn0v
http://yahoo.jp/box/4iopEo

・高速安定
http://yahoo.jp/box/S1lAZ9

・高速立ち上がり
http://yahoo.jp/box/m74lUN

※今日は力尽きたので画像だけアップさせて頂きました。
　よろしくお願いします。

お礼日時：2013/01/23 04:32

No.23 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/21 15:11

今日は。

　今度の測定はOKでした。測定していただいた結果について下記します。

１）【モータ定数測定(1)の波形】　
　測定していただいた波形から；
　　モータ回転数：　4615rpm
　　モータ電流Ia：　160mA
　と読み取れました。　こちらを参照ください。　→　http://yahoo.jp/box/UmP5Jw

　測定結果からモータの逆起電圧　Ea（V)　の計算。
　　
　　Ea(V)　＝　Vm（V)　－　Ia（A)*Ra（Ω）

　の式を使って計算します。ここで　Vmは測定していただいた値より　Vm＝3.35V、また、Raは前回までの補足で測定していただいた　Ra＝27.4Ω　を使い、Iaは　Ia＝0.16A　よりEaは

　　Ea(V)　＝　3.35(V)　－　0.16(A)*27.4(Ω)　＝　-1.34(V)

となります。しかし、マイナスで値がおかしいです。どうもモータの内部抵抗Raがとても大きすぎます。Raの値は2.74(Ω）程度だとつじつまが合います。Raの値、本当に27.4(Ω)ですか？申し訳ありませんがもう一度Raの値を測定しなおしていただけませんか？小型のDCモータでRaが30Ω近い値のものはあまり見たことがありませんのでおそらく、測定のミスかと思います。

２）【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
　測定していただいた波形からモータの立ち上がり時定数τは

　　　τ　＝　80msec　
　
　と求まりました。　詳細はこちらを参照ください。　→　http://yahoo.jp/box/-pG51s

以上の結果ですので　Ra　の再測定の結果を頂いてから、モータの定数を計算して再度回路の定数を検討しますのでよろしくお願いします。

この回答へのお礼

こんばんは。
Raがおかしいとのことですので測り直しました。
何度も測り直したのですが測る度に値が変わってしまいます。
抵抗値が５Ωだったり２７Ωだったりしたのはこのせいだったようです。

以前お話しましたが、モーターから直接線が出ているのではなく、ドリル本体と電源は分離されており、ACアダプターからの線をジャックに差し込む形になっていますのでもしかしたらその影響があるのかも知れません。

何度か抜き差ししてみたり、ドリル本体についているスイッチをON/OFFしてみたり、テスター棒を抜き差ししてみたりしたのですが、その都度抵抗値がかわります。
テスター棒の抜き差しではあまり変わりませんでしたが、スイッチのON/OFFや、プラグの抜き差しでは大きく値が変わりました。

抵抗値は以下のようにして測りました。

・プラグから出ている線とテスター棒から出ている線を半田付け（各々切断し接続）
・テスター棒とテスターはバナナプラグで接続
・ドリル本体とプラグは差し込み
・テスターをショート（半田付け）した時の抵抗値は0.1Ω


【計測結果】
測るたびに違ったので羅列します。（単位：Ω）
18.7 9.6 14.5 6.9 15.3 7.8 7.6 9.1 18.5 14.5 25.5 22.4 23.0 28.0 32.1 37.5 23.6 19.1 16.7 16.2 16.1 20.5


※前回は抵抗等をブレッドボードで組んだ回路で測ったので、半田付けして計測し直してみました。

【モータ定数測定(1)の波形】
RS: http://yahoo.jp/box/Iqqplq
Vm: http://yahoo.jp/box/xsZncp

【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
RS: http://yahoo.jp/box/QjOpR2
Vm: http://yahoo.jp/box/DN5ivd


抵抗値がおかしいのですがどうしたら宜しいでしょうか？

お礼日時：2013/01/22 02:36

No.22 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/20 22:59

今晩は。

測定ご苦労様でした。


まず、【モータ定数測定(1)の波形】ですが、波形があまりはっきりと分かりません。Y　sensitivityが小さすぎるようです。また、Time　Baseは少し小さすぎるようです。波形のうねりの山が最低６つ見えるようにTime　Baseを選んでください。次のような条件で測りなおしていただけませんか。

　　Y　Sensitivity：　Y sen1：０．１V、Ysen2：×５
　　Time　Base：　２ｍsec　あるいは　５ｍsec

　　同時にVmも測定してください。この値も重要です。


次に、【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】ですが、この測定では条件としては
　Time　Baseを５０msecが良さそうです。しかし、立ち上がりの最初のピークの値が小さくなってます。どうもTrigレベルが低すぎてノイズで誤Trigされてるような気がします。Trigレベルは１Vで測定時設定されてますがこれを３Vあたりに上げて、Time Baseは50msecにして再度測定していただけませんか？

それから、周波数測定機能はこのオシロの場合は意味がありません。時間を測るカーソルがあってそのカーソルで時間が読み取れるような機能が必要なんですが、このオシロにはそういう機能が無いので。

では以上、よろしくお願いいたします。

この回答への補足

Vmをオシロで見てみました。

【モータ定数測定(1)の波形】
http://yahoo.jp/box/SpkB-n

Y　Sensitivity：　Y sen1：１V、Ysen2：×１
Time　Base：　2ｍsec

※Ysen1、Ysen2はこれで無いと波形が見れませんでした。


【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
http://yahoo.jp/box/ECdJF1

Y　Sensitivity：　Y sen1：１V、Ysen2：×１
Time　Base：　50ｍsec

補足日時：2013/01/21 00:56

この回答へのお礼

申し訳ありません。
オシロは殆ど使ったことがないので使い方が良く分かりませんでした。
ご指示の通り測り直した画像をアップしました。

【モータ定数測定(1)の波形】
http://yahoo.jp/box/F9GWKD

Y　Sensitivity：　Y sen1：０．１V、Ysen2：×５
Time　Base：　２ｍsec

Vm
1回目 3.34V～3.37V
2回目 3.33V～3.36V
3回目 3.34V～3.37V
※テスターで読み取りました。

【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
http://yahoo.jp/box/_Rb_xt

Y　Sensitivity：　Y sen1：１V、Ysen2：×１
Time　Base：　50ｍsec

お礼日時：2013/01/21 00:43

No.21 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/19 23:29

追加で測定をお願いします。

添付URLに示したようにしてモータの立ち上がり時定数　τ　を測定してください。

τ　は電流のピークから電流が下がってきて最終的に落ち着く電流までの63%まで下がった値になるまでの時間です。

こちらを参照ください　→　　　http://yahoo.jp/box/X9_L3c

この回答への補足

参考になるかわかりませんが、同じ条件で電流を測ってみました。
テスターは＋電源とモーターの間に入れました。
一瞬ピークを示した後、ちょっと下がって微妙に変化（±1mA程度）するものの安定してます。
数字の見方は　ピーク　安定時　です。
mA以下は目まぐるしく変わるため書き留められませんでした。

1回目：165mA 150mA
2回目：168mA 150mA
3回目：165mA 150mA
4回目：161mA 148mA
5回目：165mA 148mA

補足日時：2013/01/20 17:06

この回答へのお礼

お待たせしました。
USBケーブルが見つからず携帯で撮り直しましたので見にくいかも知れませんが画像をアップしました。
オシロスコープの使い方を良く分かっていませんので撮ったものをそのままアップします。
お手数をお掛けしますがよろしくお願いします。

【条件】

・使用したオシロスコープキット
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-04279/

・電源：5V2A（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01801/）
・RS：1/4W 10Ω（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-25100/）


【参考（１）：500Hzの波形】
http://yahoo.jp/box/-9-Fs0
※メモリの確認用に撮りました。


【参考（２）：500Hzの確認】
http://yahoo.jp/box/eqhfNM
※表示は501Hzとなっています。精度が良くないのか２，３秒おきに変わってしまいます。


【5V電源の波形】
http://yahoo.jp/box/SkjMMU

【モータ定数測定(1)の波形】
http://yahoo.jp/box/Hi22yW

【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
時間メモリ：20ms　1回目
http://yahoo.jp/box/UtRuE6
※これが一番見やすいかと思います。以下は比較用にメモリの時間を変えたりして何回か撮り直しました。
※時間を変更すると開始時の電圧が変わってしまいますが何故かはわかりません。単位時間の平均値だからでしょうか？撮り方が間違っていたらやり直しますのでご指摘下さい。

時間メモリ：20ms　2回目
http://yahoo.jp/box/QeL1je

時間メモリ：1ms
http://yahoo.jp/box/KRz1xU

時間メモリ：10ms　1回目
http://yahoo.jp/box/w07BZQ

時間メモリ：10ms　2回目
http://yahoo.jp/box/ITIxMX


時間メモリ：50ms
http://yahoo.jp/box/lD_Syk

お礼日時：2013/01/20 16:47

No.20 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/19 21:51

今晩は。

　どうも調子が上がってきませんね。やはりモータのパラメータが不明なのがつらいです。

miruha2011さん、オシロスコープをお持ちだと分かりましたので簡単な測定でパラメータ測定が出来そうです。こちらに方法をまとめておきましたので、同じやり方でお持ちのドリルモータのパラメータを測定していただけますか。抵抗Rsは10Ωまたは20ΩあたりでOKです。一応こちらでも手持ちのモータで測定してみました。


　こちらを参照ください　→　　http://yahoo.jp/box/64aQds

この回答へのお礼

こんばんは。
測定してデジカメで写したのですがUSBケーブルが見つからず写真をアップできません。
明日もう一度探してみますのでもう少しお待ちください。

お礼日時：2013/01/20 02:55

No.19 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/17 18:31

今晩は。

しばらく外出してましたので回答が遅くなってしまいました。

うまくいってないようですね。以下に回答します。


＞・C2の2.2uFは手持ちが無かったので1uFを2本にしました。0.2uF足りませんが影響ありますでしょうか？

回答＞　その程度の値の違いなら全く問題ありません。


＞１．モーターの抵抗値を測り直したら約27.4Ωでした。約とつけたのは測る度に数字が変わってしまうからです。抵抗棒をショートさせた時に0.6から0.8Ωで変わってしまうのと、モータの抵抗値も27から29Ωで変化してしまいます。最も落ち着いた数字から27.4としました。

回答＞　モータの抵抗、５Ωでは無かったんですね。この違いは大きいです。制御の安定性に大きく関係してしまいます。27.4Ωが正しいモータの抵抗値という事になります。

＞２．ボリュームを回すと回転が不安定になります。
うまく表現できないのですが、ギューンと回った後、止まるような感じになりまたギューンと回るのを繰り返します。ボリュームを絞る（逆かも知れませんが）と全開で回ります。
これまではボリュームを回すと回転数が少しずつ変わりましたが、今回は全開で回るか、回ったり止まったりするかのどちらかの状態です。何となくですが、ボリュームをつける位置が違うような気がします。

回答＞実際はモータの抵抗値がとても大きいという事が分かりましたので、不安定になるのも理解できます。
　モータの抵抗を27.4Ωとして回路を見直してみました。出来ればお使いのモータのパラメータがもう少しわかると非常に助かるのですが．．．。例えばモータにある電圧Ｖｘを加えた時の回転数Ｎ（rpm）のようなものがあればということですが。
　多分、それは無いだろうということで、モータのパラメータをこちらで勝手に推定してみました。
　　モータ抵抗　Ra　＝　27.4Ω　これはmiruha2011さんからの情報による。
　　モータトルク定数　Kt　＝　245[gr・cm/A]
　このパラメータでモータのモデルを設定しなおしました。
まず、モータの静特性、回転数、電流－負荷トルク特性　→　http://yahoo.jp/box/_yRBM4
無負荷で回転数が約19krpmとなる特性になってます。
　次にモータの立ち上がり時定数を約20msecに設定しました。確認のシミュレーション結果はこちらを確認ください。　→　http://yahoo.jp/box/SGG6K5

　次にこの推定した特性のモータを使って回路定数を追い込みました。
まず、モータの抵抗が4倍近く増加しましたので、結果的にQ1の負荷抵抗も4倍近く増加しましたのでトータルのゲインも4倍近く増加してますので、抵抗R10を　2kΩ　にしてゲインを落とします。

　抵抗R19とC4を　

　　　　　　R19=240Ω
　　　　　　C4=1000uF

に変更します。C4は1000uFでも少し足りないくらいですが、これがギリギリの値です。
この変更によるモータの立ち上がりの応答をシミュレーションで確認しました。1回の大きなオーバーシュートが発生しますが安定に立ち上がっています。　こちらを参照ください。　→　http://yahoo.jp/box/YuQQSi


以上ですが、モータのパラメータがこの検討に使用したものと大きく違っているとうまく行かない可能性があります。とりあえずこの変更で確認していただけますか？よろしくお願いします。

この回答へのお礼

こんにちは。
モーターのパラメータが想定して頂いたものと違うのかまだ動きがおかしいです。
モーターの特性がかなり影響するようですので、何とかして特性を知る必要がありそうですね。
パラメータを測定する方法があれば確認しますのでご指示下さい。
回路をご指示頂ければ作成して確認します。
（もしかしたらモーターに何か書いてあるのかも知れませんが可能性は低いと思いまだドリルをバラしていません。無理にこじ開けようとして壊してしまうかも知れないので、できれば触りたくありません）
測定器の類は次のものしか持っていませんので計測についてはこれらで測れるものをお願いします。
・デジタルマルチテスター
・ＬＣＤオシロスコープキット（秋月）

※センサーの類は持っていません。

【現象】
１．スイッチON直後は全開までではありませんがかなり高速で回ります。

２．ONのまま暫く（数秒以上）すると回転数が落ち始め、かなり低速になります。一番遅い時の回転数は期待以上に低速で回るので嬉しくなりました。

３．ただ、回転数は安定しないようで、数秒かけながらゆっくりと回転数が落ち続け、ある程度まで落ちると一瞬回転数が上がります（１秒程度）

４．その後、徐々に回転数が落ち始め、かなり低速になります。

５．あとは３と４の繰り返しになります。最初にスイッチをONにした時はかなり長い間回転数が高いままですが、何度かON/OFFを繰り返すと徐々に回転数が長い時間が短くなっていきます。かなり長い間スイッチをONにした後でスイッチを入れ直すと、最初から低速で回ります。但し、この場合でも一瞬だけは気持ち早く回ります。

６．前回の指示ではC2は2.2uFでしたが、今回の回路図は4.7uFに戻っていました。両方試してみましたがあまり違いは見られませんでした。

７．C4は1000uFと2200uFを試してみました。1000uFの時は低速で回る時間が短いのですが2200uFの時はかなり長い時間低速で回っていました。


８．やはりボリュームの有効範囲は小さい様で、ある時急激に回転数が変わってしまいます。途中までは徐々に回転数が変わるように思いますが、突然急激に速度が変わります。今回の回路では低速時の回転数が不安定ですので、回転数の変化がボリュームを回したせいなのか不安定な為なのかは確認できませんでした。

お礼日時：2013/01/19 16:45

No.18 回答者： xpopo 回答日時： 2013/01/10 22:44

今晩は。

　今日、シミュレーションでもう少し検討して見ました。その結果、昨日の回答ではあまりうまく行きそうもないということが分かりました。

　今まで、回転数の調整を5kΩのボリュームで行ってましたが、ここの抵抗値を変化させると制御安定性に影響を与えてしまうのでまずいということが判明しました。すみませんが、下記URLに載せた回路に変更してください。

　こちら　→　http://yahoo.jp/X7jGRe

変更内容は、抵抗R4（5kΩのVR）を外してショートする。
　　　　　　抵抗R18（47Ω）を330Ωに変更。
　　　　　　コンデンサC2（4.7uF）を2.2uFに変更する。
　　　　　　抵抗R5を500ΩVR（1kΩVRでも可）に変更する。
　　　　　※100kΩのVRをR3に並列に接続は多分必要ないと思います。

この変更で、回転数を変化させても安定性は変化せず常に安定になります。
尚、シミュレーションではモータのパラメータをmiruha2011さんのモータのDC抵抗値5Ωに合わせて行ってます。ただDC抵抗値以外のパラメータは不明ですので適当です。

シミュレーションは電源をONした時のモータの起動の様子をシミュレーションしてあります。
結果は電源立ち上がりから180ms手前で殆どオーバーシュートもなくスムーズにモータが低速回転に移行しているのが分かります。

この回答へのお礼

こんばんは。
ご連絡が遅くなり申し訳ありません。

教えて頂いたように直したつもりですが状況が芳しくありません。

変更後の回路図
http://yahoo.jp/-K_9oU

※手持ちの部品が無かったので実際の回路は多少違いが有ります。
・R1,R13に20Ω2本で10Ωにするように記載していますが手持ちになかったので1/4W10Ω1本にしています。（10Ω、47Ωは持っているのですが20Ωは持っていません。後で1/4W20Ω2本にするつもりです）
・C2の2.2uFは手持ちが無かったので1uFを2本にしました。0.2uF足りませんが影響ありますでしょうか？


１．モーターの抵抗値を測り直したら約27.4Ωでした。約とつけたのは測る度に数字が変わってしまうからです。
抵抗棒をショートさせた時に0.6から0.8Ωで変わってしまうのと、モータの抵抗値も27から29Ωで変化してしまいます。
最も落ち着いた数字から27.4としました。

２．ボリュームを回すと回転が不安定になります。
うまく表現できないのですが、ギューンと回った後、止まるような感じになりまたギューンと回るのを繰り返します。ボリュームを絞る（逆かも知れませんが）と全開で回ります。
これまではボリュームを回すと回転数が少しずつ変わりましたが、今回は全開で回るか、回ったり止まったりするかのどちらかの状態です。何となくですが、ボリュームをつける位置が違うような気がします。

お礼日時：2013/01/14 03:11