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電子工作やってみたよ

若い仲間から「アイデア下さい」と言われて考えたのが下記の回路。
条件は 「入力変化に一定傾斜で追いつく回路」
まだ100点満点じゃないけれど一応それなりの動作はします。
そうこうしているうちに、
「とりあえず製品には入れなくてよくなったので、今回は頭の体操だけということで」
となりました。
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了解をもらったので、ブログに載せてみます。

この回路 丸三日考えました。
昼間 本気で考えていると、ふとんの中に入っても頭から離れず、ずーっと考え続けていました。
最初は、積分器、コンパレータ、アナログスイッチなどの組み合わせで模索していましたが、
ふとんの中で考えているとき、おもいつきました。

昔 一緒に仕事していた同僚で、どんな回路でも、すぐAGC(オートゲインコントロール)を使いたがるのがいました。
それを組み込むと今まで不安定だった回路が不思議とピターと安定するのです。
今回 アイデアが煮詰まっていたところに、なぜかそのことが思い出されたので、ちょっとトライしてみました。
出力をいろいろ細工してから一番入力の所まで戻してみます。
思った通りの動作をしてくれました。

サーキットビューア(電子回路シュミレータ)いいですね。
回路でも定数でも、手を汚さずにすぐ変更して実験出来るのですから。
一番の効果は実験のための部品集めをしなくて済むことかな。
昔なら考えてから部品集めて実験するまで、えらい時間がかかったのに、
「思いついたら実験できる」なんて夢のようですね。
これも「電子工作」と言うことですよね。

わたし もうすぐ70歳になりますが、「わたしの頭 まだ結構使えるじゃん。」
と本人だけ勝手に思い込んでいます。


by telmic-gunma | 2018-11-03 06:33 | 電子回路シュミレータ | Trackback | Comments(2)

なかなか頭の中がすっきりとしていないのですが、
ヒントをいただいたので、いろんな方向からアタックしてみます。
この式から数値計算で円周率をだしてみます。

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HP電卓(HP32S)でやってみました。
0から1の間を100分割して高さを出してから幅(0.01)をかけて一つの面積を出しそれを100回繰り返します。
答えは3.1316 多少の誤差はゆるしてください。

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念のため BASIC で計算しました。 3.1715 やはりこちらの方が精度は落ちるのかな。

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式の展開にミスはないのかチェック

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「t=TanΘ とおいて置換積分で解けるよ」とヒントいただき調べたらそっくりなのが見つかりました。
しかし、なぜ三角関数が出てきて X=TanΘ とすると最後π(パイ)にたどりつくのでしょうね。


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そこで 最も基本的なところまでもどり、式とシュミレータ回路の対応調べてみます。
            
               図 1

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図 1 の左上 Y=1 一定のもの 電圧1V時間1秒のパルスで1秒後の電圧は1Vです。
積分器 1個です。 これは 理屈でも直観でも同じで問題在りません。

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図 1 の右上 Y=X 数学的な積分で Y = (1/2)X^2 入力 1Vで出力は0.5Vですからピッタリです。

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問題はこれ
図 1 の下の左  Y=X^2 です。 
積分すると出力は 数学の上では Y=(1/3)X^3 となります。入力が1V1秒のパルスですから出力は1秒後には0.333Vになるべきです。
しかし出力電圧は167mV 想定値の半分です。

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数値的に解いてはみると 0.338V   入力1Vに対して出力1/3で正しいです。
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結局 問題あるのは、シュミレータの出力がおかしいと言うことになるのでしょうか。
使い方、考え方 どこかおかしいのでしょうね。
直ぐ答えが出てしまうより、いろいろ試行錯誤しながら答えに近づくのが、楽しいと思います。
と負け惜しみかな。



毎朝の散歩で通る歩行者専用のつり橋です。

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道ばたになっている柿 けっこう大きいです。 おじさんの所でたくさん作っているのですが、まだ連絡来ないなー。
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by telmic-gunma | 2018-10-25 22:31 | 電子回路シュミレータ | Trackback | Comments(4)

最初の式に戻り 掛け算器を使って二乗を計算してみます。
そのため積分器は2個ですみます。

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左から2個目のOPアンプは極性を合わせるために入れています。
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わずかな改造ですが、本物の回路のようにつなぎ忘れや、オシロのトリガレベルのずれで起動しないなどいろいろトラブルが起きるものですね。
まあ どんなミスをしても、爆発したり火を噴かないのがいいです。
それと壊れないことも。

結果は 円周率 3.143  前回とちょっとずれました。




by telmic-gunma | 2018-10-23 14:29 | 電子回路シュミレータ | Trackback | Comments(2)

新しく手に入れた電子回路シュミレータ(インターシムV5)でさっそく、なにかやろうと考えてみました。
以前ネットで, π(パイ 円周率 3.14)をOPアンプを使って実物のアナログ回路で計算しているひとがいたので、それを参考にさせてもらい電子回路シュミレータで置き換えてみました。
この実物アナログ回路でやられたた人のブログ(ホームページかも)の名称は「円周率の計算 アナログ編」です。Googleで出ます。
2005年以降は記事の更新がされていませんので、もう亡くなられたのかもしれません。
こういうの 大好きですね。 何かに役立つわけでなく、お金になるわけでもなく(本人見ていたらごめんなさい)ただ好きだからやる、やりたいからやる、 なかなかこのような事できなくなりました。


回路図は以下の物です。
積分器を3台使っており、この積分回路のコンデンサーのデスチャージ(放電)のためにどうしてもアナログスイッチが必要だったわけです。Ver4以前のサーキットビューアには在りませんでした。

最終的な答えは、オシロ画面の右下にありますが 3.142 でした。 結構いいですね。
この電子回路シュミレータ 何も電子回路の予備実験に使用するだけでなく、物理や数学、制御などの計算にも使えますね。
世の中の通常の技術計算は、有効桁数 2~3桁あれば十分だと思います。
なぜなら世界最初の原子炉は、計算尺だけで設計されたそうですから。
もっとも 第二次大戦まえには計算尺しか計算手段がなかったのだから。
(タイガー計算機があったかな)
ゼロ戦も堀越二郎が計算尺を使って設計していましたしね。
私が学生の頃はまだ電卓が世の中には無くて、みんな計算尺を使っていましたね。
ヘンミ計算尺 電気設計用で値段は4000円位だったとおもいます。
一応買いましたが、私は紙の上で鉛筆使って手計算専門でした。

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このシュミレータ上のオシロスコープは、本物同等以上にいろいろ面白い動作をさせることが出来ます。
右下の隅に円周率計算の最終結果が出ています。
積分を3回やって出た結果 3.142 となっています。( 正解は 3.141592 すごく良いです。)
不思議ですね。この回路の定数のどこにも 3.14 なんて入ってないのに、どこからこの数値が出てくるのでしょうか。
円周率なんて 数学の図形の問題でしょう。電子回路とは全く関係ないはずなのに不思議ですね。


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以下は ネットの「円周率の計算 アナログ編」で説明されていたことです。
計算の出発点はこの式。
円周率を積分使って導く定理だそうです。


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上記の回路だと二乗するために掛け算器が必要になるので、それを無くすため
上記の式を変形して、二乗をなくして積分で済ませるようにしています。
答えは出ましたが、この定理の式や回路が納得できません。
(腑に落ちない、 いや 理解できないのですね)
あとで じっくり考えてみます。
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朝の散歩道 リンゴが実っていました。 真っ赤でもう食べれそうです。
品種は何かな、フジはまだ早いようなきがするけれど。
リンゴに限らず くだものは昔に比べると甘くて美味しくなりましたね。
小さい頃の思い出では、リンゴはすっぱいものという記憶しかありません。

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by telmic-gunma | 2018-10-21 20:54 | 電子回路シュミレータ | Trackback | Comments(3)

何気なくネットを覗いていたら「サーキットビューア」回路シュミレータがバージョンアップしたと誰かが書いていました。
すぐに発売元のマイクロネットのホームページを調べたら、回路シュミレータとともに、デジタルシュミレータもバージョンアップされておりその合成されたものが「インターシム」という名で販売されていました。
私がサーキットビューアVer4を購入したのは2010年7月でしたから今度Ver5になったのはえらくスパンが長かったですね。
マイクロソフトのウインドーズはバージョンアップばかり繰り返しているけど、少しはマイクロネットさんを見習ってほしいものですね。(私にとってはWinXPのままが一番うれしいですけれど。)
聞いてみたら古いバージョンを持っている人には、バージョンアップと言うことで割安になるそうです。
いままでのVerで不便な点としてアナログスイッチが無かったのですが、今度それが使えるようになり、その他モロモロたくさん改良されているとのことなので、我慢できなくなり即購入手続きしちゃいました。
一応、嫁さんの許可はとりましたけれどね。
これから先、これが役立つことがどれほどあるか判りませんが、わくわくして楽しめればそれで充分と思っています。
私の周りには、100万円のオシロスコープを自分のオモチャとして買っちゃうような人も居ましたから。


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以前 dsPICのDSP機能を使って電源のデジタル制御に挑戦したのですが、勉強不足で挫折、その時はアナログのPID制御と同じものをC言語で置き換えて「デジタル制御だ」と言い張っていました。
今回、これで勉強してぜひ 本当のDSP デジタル制御をやりたいですね。
dsPICで作ってあるので、ハードそのままで、ソフトを書きかえればデジタル制御になるはずです。
まあ 今までのC言語で作ったものでも,仕様は満足して正常に動作はしているのですけれど。

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今朝、散歩道に咲いていた百日草(ヒャクニチソウ)です。
たくさんの種類があるのですね。
こういうのも 誰かが植えるのでしょうね。 自然には生えないでしょう。

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ピンボケです。撮り方勉強しよう。


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by telmic-gunma | 2018-10-14 18:26 | シュミレータ | Trackback | Comments(2)

回路シミュレータで数学のe (ネイピア数)を導いているのをみつけました。
先日(2017年10月29日)のブログでHP電卓を使ってeを求めて見ましたが、同じ値がアナログ電子回路だけで出てくるなんてとても不思議ですね。
ただこれはあくまでシミュレータ上での動作です。
本物の回路で動作させるには疑問点がありますね。
ひとつは 無限大を使うために10kVをアンプに入れていますが、現実にはこの電圧を入力できるものは存在しないと思います。
もうひとつ べき乗器 XのY乗なんて動作するアンプは存在するのかしら。
掛け算器やlogアンプは在りますけれど、これをうまく組み合わせるとべき乗器が出来るのでしょうか。
このへん実物で動作するか、トライしてみたいですね。
数式が書いてありますが、まったく回路図と同じですね。 まあ これが本当のアナログコンピュータなのでしょう。

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この回路の出典は、 サーキットビューア(回路シミュレータの商品名称)のサンプル回路に載っていました。




わが家の庭のイチョウの木です。 本物はほぼ黄色なのに写真で見るとかなり緑色なのですね。
手入れが大変なので高さを2m位(背の高さよりちょっと高いだけ)にしたのに今は3m位に伸びてますね。
また思い切り短くしようかな。

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by telmic-gunma | 2017-11-12 22:23 | シュミレータ | Trackback | Comments(2)

10年以上むかし コッククロフト昇圧回路の動作で仲間と議論したことがあります。
段数の多いコッククロフトにおいて格段のダイオードやコンデンサーに流れる電流は一番上の段と一番下の段で違うのか、同一なのかということでした。
(段数としては 5~6段として)
わたしの直感では一番下の段は最上段の数倍流れるだろうとおもっていました。
理由は東京タワーの下側は幅が広く上に行くほど細くキャシャになっているのと同じくコッククロフトも下の回路は上段も支えなくてはならないから大きな電流が必要になるだろうと考えました。
結局その場の結論は、上も下も同一だろう、ということになりました。
理由は、一つの導体のループはどこを切っても電流は同一だ、ということでした。
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シュミレーションの精度についてコメントをいただいたことから昔のことを思い出したので回路シュミレータ(サーキットビューア)で試しました。
ダイオード 1段目の最大電流は13.2A 5段目の最大電流は10.0A 比率は1.32倍
でした。
コンデンサー1段目最大電流は60.2A 5段目の最大電流は10.8A 比率は5.57倍でした。
(この回路定数はかりの物ですので電流の絶対値は意味がありません)
コンデンサーの電流比5.57倍ありましたが、ダイオードでは電流比1.32倍と1段目が大きいことはわかりましたが、たいした違いではなかったですね。
シュミレータと現実の電流の絶対値の違いかなりあるかも知れませんが、このような高圧回路などでは、実測することは難しいですからシュミレータで類推するしかないのでしょう。
疑問に思ったことや現実には実現不可能な事をすぐ試すことが出来るシュミレータは、すばらしいですね。






by telmic-gunma | 2015-07-26 22:00 | シュミレータ | Trackback | Comments(3)

倒立振り子をPID制御でシュミレーションして見ました。
あくまで、こんな感じかなーといったところで定量的ではありません。
上の回路は バックラッシュ回路はないものです。
初期値は回路の右端の速度から角度に変換する積分器に傾きを与えておいて手を離してから制御に乗るまでを記録しました。
何とか安定するようです。

下の回路はバックラッシュ回路を付けたものです。 
バックラッシュはスパンの10%ですから現実にはありえない大きさと思います。
やはり バックラッシュが大きいと最後まで安定しませんね。
いかにバックラッシュを小さくするかが制御の要でしょうか。

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by telmic-gunma | 2015-07-01 18:48 | 電子工作_セグウェイのおもちゃ | Trackback | Comments(0)

倒立振り子を回路シュミレータで動かすため、まず機械要素、物理要素の部分的なところを個別に回路に置き換えて行き、最後に全体をまとめるようにして見たいと思います。
まず、ソフトが移動の指示を出してからモーターが回転し振り子が床の上を動くまでの時間的、機械的なロス、バックラッシュを回路に置き換えるところをやって見ます。
回転方向がいつも同一方向に動いているだけなら関係ないですが、倒れないように、いつも前進後進を繰り返すときこのバックラッシュは、制御の安定性に大きく関係するはずです。 この前製作したビュートバランサー2のマニュアルをよく見直したら、床に接する車輪の軸の前後方向への遊びが0.5mm以下になるようにすると書かれていました。
ここを見落として3mmぐらいのガタのまま動作させたので不安定だったのですね。
最初バックラッシュの動作を理解していなかったのでとんちんかんなことをやっていたのですが、
1、入力と出力の動作はある位置的な遅れをもって平行に動作する。
2、動作が折り返すところでは、入力が出力を逆方向にリードするまで、出力は停止する。
この条件を満たす回路として下記のになりました。
ツェナーで遅れ分の電圧を出しています。この電圧を変えれば自由に設定できます。

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by telmic-gunma | 2015-06-22 14:28 | 電子工作_セグウェイのおもちゃ | Trackback(9) | Comments(4)

シュミレータにおいて、負荷の両端電圧(50Hz)をフィードバックして2kHzのパルス幅そのものを制御することによりきれいなサイン波になりました。
下図の右側のオレンジ波形が目標とするサイン波でピンクのすこしぎざぎざしたものが負荷の両端電圧です。
今までのやり方は、サイン波になるはずだというパワーを垂れ流していただけでした。
フィードバックすることにより、負荷の変化を与えてもサイン波の形は変化しなくなりました。
実回路で同じ動作させるには、ハードとソフトの両方をかなり改造する必要がありますね。
dsPIC3013のAD変換スピードはどのくらいだったかな。 仮に100uSecとすると50Hz 1サイクル20mSecのあいだに200回サンプリングできてギリギリいけるんじゃないかな。
まあ やってみるのが早いんでしょうけれど.
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by telmic-gunma | 2015-04-19 23:27 | 電子工作_電源 | Trackback | Comments(6)