Real-Time and Embedded Systems

Motoren

Motor 1Bei den Motoren lassen sich genau wie bei allen anderen Mindstorms-Aktoren im Wesentlichen zwei Parameter einstellen. Einer ist die zugeführte Energie, welche die Geschwindigkeit des Motors oder die Helligkeit der Lampe bestimmt.

Der andere Parameter ist der Betriebsmodus und steuert beim Motor, ob er sich vorwärts oder rückwärts bewegt, ob er anhält oder sogar aktiv bremst.

Einstellung der Energiezufuhr

Der RCX benutzt bei der Ansteuerung der Motoren das Verfahren der Pulsweitenmodulation. Dazu erzeugt er an den Ausgängen ein periodisches, asymmetrisches Rechtecksignal, das zwischen 0V und der Versorgungsspannung hin- und herschaltet. Je breiter die Impulse sind, desto mehr Energie wird an den Motor übertragen. Mehr Energie bedeutet, daß sich der Motor schneller und mit mehr Kraft dreht.

Die folgende Grafik stellt diesen Zusammenhang schematisch dar. Tatsächlich ist das Verhältnis nicht exakt so gleichmäßig, wie sich auf den unten befindlichen Screenshots des Speicheroszilloskops sehen lässt.

Aktor 2

Dabei ist der Zusammenhang zwischen Impulsbreite und Geschwindigkeit nicht linear, wie die folgende Abbildung zeigt. Hier ist die Geschwindigkeit eines Roboters für verschiedene Impulsbreiten aufgezeichnet (gesetzt mit der legOS-Funktion motor_a_speed).

Motor 4

Betriebsmodi

Jeder Ausgang des RCX kann in einem von vier Modi betriben werden. Diese sind:

  • Vorwärts
    Es wird eine pulsweitenmodulierte Spannung an den Aktor angelegt.
  • Rückwärts
    Auch hier wird eine pulsweitenmodulierte Spannung angelegt, allerdings mit entgegengesetzter Polarität wie im Modus vorwärts.
  • Aus
    Der Schaltkreis des Aktors wird geöffnet. Damit liegt auch keine Spannung mehr an, und der Motor kommt langsam zur Ruhe.
  • Bremsen
    Der Motorausgang wird kurzgeschlossen. Sollte der Motor sich noch drehen, arbeitet er als Generator, und die entstehende Energie wird über den Kurzschluß verbraucht. Der Motor kommt daher sehr schnell zum Stehen. Die Bremswirkung bleibt danach weiter bestehen, bis der Motor in einen anderen Modus geschaltet wird.

 

Verschiedenes

Eine physikalische Eigenschaft jedes Roboters ist auch seine Trägheit. Der Roboter erreicht seine Endgeschwindigkeit nicht sofort, sondern beschleunigt und bremst einen Moment lang. Eine ausgefeilte Steuerung kann dies berücksichtigen.

PWM von 0% bis 100% (Oszilloskop-Screenshots)

Die Bilder sind in 10%-Schritten aufgenommen.

Motor-s 01          Motor-s 02

Motor-s 03          Motor-s 04

Motor-s 05          Motor-s 06

Motor-s 07          Motor-s 08

Motor-s 09          Motor-s 10

Motor-s 11