Motor Control Via Wireless Energy And Information Transfer

Abstract

Bu çalışmada, kablosuz enerji ve bilgi iletimi ile motor kontrolü yapılmıştır. Aralarında enerji transferi yapılan birincil ve ikincil sistemler arası mesafe yaklaşık 10mm’dir. İkincil tarafda bir DC motora, vidalı bir mekanik sistem monte edilerek doğrusal hareket elde edilmiştir. Birincil sistem, ikincil sisteme kablosuz olarak enerji göndermektedir. Aynı zaman da, gönderilen güç sinyalinin içine motorun hangi yönde ve ne kadar döneceğini bildiren bilgi mesajı da eklenmiştir. İkincil sisteme gönderilen güç 0.5W ile 3W arasında olacak şekilde tasarlanmıştır.Ansoft Maxwell 3D ve OrCAD PSpice simulasyon programları ile tasarlanan iki adet bobin arasında kurulan manyetik kuplaj ile enerji gönderimi istenen mertebelerde sağlanmıştır. Bunun için yarım köprü devresi sürülen rezonans devresi kullanılmış, ve kaçak endüktanslar bastırılmıştır. Kurulan test devreleri üzerinde yapılan ölçümler ve simulasyon sonuçları arasındaki örtüşme öngörülen modellememin doğruluğunu göstermiştir. Enerji iletiminde ise %60 verime kadar çıkılmıştır.Bilgi transferi için, donanım yerine yazılım esaslı yeni bir yöntem önerilmiş gerçeklenmiştir. Asenkron yarı dubleks bilgi transferi ile 1.6 kbit/s hızlara kadar çıkılmıştır.Mekanik sistem, bir DC motor, bir yüksek oranlı dişli kutusu ve M10x1 standartında diş açılmış vidadan oluşmaktadır. Sistemin mekanik çözünürlüğü 0.1221 µm civarındadır. Konum kontrolü için motor üzerine bir adet enkoder eklenmiştir. İkincil kısımdaki mikrodenetleyici, enkoderden gelen bilgiye göre motoru doğrusal konumlama için sürmektedir.

In this study, a DC motor is controlled by means of wireless transfer of energy and information. Separation between primary and secondary system is about 10mm. At the secondary side, a DC motor is connected to lead screw mechanism that provides translational motion. Primary system sends energy to the secondary system. At the same time it sends displacement and direction data, which is embedded into the transmitted power signal. Power delivered to the secondary side is between 0.5W and 3W. Through the thesis, by employing Ansoft Maxwell 3D and OrCAD PSpice programs two magnetically coupled coils are designed, and succeeded to transfer energy in required levels. Drive circuit designed as half bridge resonant tank in order to cancel the leakage inductances. Correlation between measurements on the test circuits and simulation results clearly implies that proposed models are valid. System achieved efficiencies up to 60%. For information transfer, a new method based on the software technique is proposed and realized. A half duplex asynchronous data transfer is achieved up to 1.6 kbits/s. The mechanical system constructed by using a DC motor, a high ratio planetary gear box and M10x1 lead screw. System has a resolution of 0.1221μm. An incremental encoder is mounted on the motor for position control. A microcontroller at the secondary side runs motor for linear positioning depending on the feedback from encoder.