どうも。今回はちゃんと進捗があるのでまともな記事が書けそうです。あ、エイプリルフールですよw
さて、現在製作中のコイルガン、作り始めてからだらだらと一年が経過しようとしていますwいやー一年間忙しかったね（）
※ここからどうでもいい前置きです。飛ばしたい方はここをクリック！
そういえば学業のほうもいい感じですよ。一年のクラス席次は3位でした。
絶対的席次一位といったな、あれは嘘だ。
最初の中間の成績が7位だったことを考えると結構頑張ったんじゃないかなと思います。
ただ高専に入ったのにアホみたいに勉強するのはアホじゃないのかと悟ったので4年になるまで勉強しないと決めました。
席次が下から数えた方が早くならなければいいかなと。もちろん赤点は回避しますよ。必要な勉強はします。ただどうでもいい座学に費やする時間を必要最小限に抑えて製作活動に励む方がいいという話です。
でも本日見ちゃったんですよ。高専の数学3を。。。
うん。これ今まで以上に勉強しないと留年するやつだわ。。。無駄な勉強なんかする意味ないことに気づくのが一足遅かったか。。。
ま、まあ三年の内容が鬼畜なことを一足早く知ったのはいいことかなと。
とまあ長い前置きはこのくらいにしておいて、そろそろ本題に入りましょうか。
今回はタイトルにもある通り、コイルガンの進捗報告と今後の開発予定記事です。
現在約一年前に始めた2段式回生連射コイルガンの製作プロジェクトを進めていますが、諸々の理由により一週間以内に”連射できるコイルガン”という形にまでもっていかなければなりません。というのが現状です。
いい機会なのでこのプロジェクトの目指す完成形のコイルガンの仕様を簡単にまとめておきますね。
一年前に立ち上げた当初から、若干の仕様変更があります。作っているうちにいろいろ気づいたり気が変わったりもしますしね。
①連射式コイルガン
当初のあわよくば連射ではなく、連射式コイルガンを目指します。連射速度は最低でも毎秒2発を目指します。
②回生コイルガン
当初から高効率化のために回生型コイルガンにする予定でした。それは変更ではないのですが、スイッチング素子をIGBTからFETに変更します。詳細は後述。
③多段式
はい。二段式にこだわる理由なんてないので目標を多段式に変更します。ただハイサイドスイッチング等、課題がありますね。
④かっこいい
はい。これはまだCADも使えないし加工の知識もないけど頑張る。うん。気合でどうにかしよう←
こんなかんじのコイルガンを作ることが目標です。
で、現状これを達成するためにはほとんど一から回路を見直し、作り直す必要があるわけです。
もちろんゆくゆくはそうしますが、一週間後にとても間に合いません。
ということで今は既にある基板を使用して、”とりあえず連射できるコイルガン”を製作しています。
この一号機、というより零号機はとりあえず安定して連射させることが目標です。
完成し次第、回路やプログラムをアップデートしてバージョンアップしていき、①～④を満たす試作一号機を完成させる。というのが当面の目標ですかね。
さて、ここからは進捗報告とか技術的なお話です。
まずは今作っているとりあえず連射できるコイルガンのブロック図というか構成図というかを、、、
はいどーん。まあ構成はたぶん一号機も変更はないと思います。
チョッパをマイコンでコンデンサ電圧をもとに制御して充電、トリガでソレノイドがプロジェクタイルを押し出す。
で、めんどくさかったから省略したけどプロジェクタイルを赤外線で検出してFire!という感じですね。
詳細を書きます。
Battery ：ニッ水。Lipoは高いし怖いし電圧低いから多分このままいく。
Power supply board ：電源基板。レギューレーターとターミナルでできたこのタコ。
Charge control board：充電制御回路ですね。現状ではpic12f683でチョッパのスイッチング信号を生成して、コンパレーターでコンデンサ電圧を監視、充電が完了するとコンパレーター出力を変化させてpicのスイッチング信号をストップさせるという仕組みです。
ヒステリシスの計算とかややこしい原始的なこいつです。
（ちなみにヒステリシスの計算どうすんのって人向けにホームページに解説記事載せてますのでよかったら覗いてみてください。）
で、picを12f1822に変更して、コンデンサ電圧をA/D変換で取得して、PWMでチョッパをスイッチングするように変更する予定です。
さらにだいぶ前から考えてはいたんですが、チョッパのコイル電流を遮断した後、コンデンサに電流が流れる時間ってコンデンサの電圧の関数になるじゃないですか？ということはシャント抵抗とか挟まなくてもスイッチングの周期を適切に計算できるよねっていう。まあこれについては数学力がねw
Chopper：普通のチョッパ回路ですね。LR過渡の計算によってコイルに電流を飽和ギリギリまで流すようにpicでスイッチングされてます。
（ちなみにＬＲ過渡でチョッパ回路の周波数の計算どうすんのって人向けにホームページに解説記事載せてますのでよかったら覗いてみてください。）
コイルに電流を流す時間は一定でいいんだけど（コイルが飽和する電流はほぼ変動しない為）、前述のようにコイル電流を遮断した後、コンデンサに電流が流れきるまでの時間はコンデンサ電圧によって変動します。
じゃあコンデンサ電圧を取得して最適な時間コイル電流を遮断してればいいじゃんということで前々から微分方程式を解こうと試みては失敗してきました。
で、今日暇だったので久しぶりに挑戦してみたらあと一歩のところまで来れました。そこから先は解法がわからなかったので上級生に聞いてみたらどうやら特性方程式が云々で高専の数学3に載ってるということで高専の数学3を読んでました。
まあ2割ぐらいは理解できましたよ。←
そこで冒頭でも言ったようにこれまで以上に勉強しないと留年することを悟ったんです。はい。
てか四年まで勉強しないと決めたやつが長期休暇中に高専の数学3を読みっていうこと自体、客観的に見れば勉強してるじゃんって話ですねw
違う。これは勉強ではない。必要になったから調べただけだ。
さて、話を戻しましょうか。
Fire control board：射撃制御基板もといソレノイドドライバーですねはい。
この可愛い基板です。
あと省略した光学検出の基板：
ほんとはXHコネクタを使いたかったけどカシメ工具が高いじゃん。。。
回生回路：
スペースの関係で直付けです。まあ、スペースといってもボディーは愚か、マガジンすらできてないけどねw
もともとハイサイドにもFETがいてもっとぐちゃぐちゃしてたんですけどハイサイドスイッチングがうまくいかなくて（今考えると当然）、零号機は２段式にして一段目のコイルサージは２段目のコンデンサに、２段目のコイルサージは１段目のコンデンサに回生することにしました。完全にハイサイドをなくすことが目的化しちゃいましたが、やむをえません。
2016/4/2追記：そんなことはできない。諦めるんだな。
コイル：
まだ２段目がないw
φ0.3mmのホルマル線を50m位巻きまししました。15層ほどといったところですかね。あー旋盤欲しい。
ターミナルを両面テープではっつけてそこを端子としました。たぶんいずれT字のギボシが付きます。
で、光学検出の素子はアクリルに開けた小さな穴の中にあります。表面実装部品ですね。
横から出てる赤と灰色の配線をたどっていくとコイルの根元に何やら半田っぽいのがありますよね。
これですね。
で、このコイル、普通に直流抵抗が12Ωあります。細い線で巻きまくりましたからねw
インダクタンスは空芯で大体11mH位です。発振回路作って測定しました。
LTspiceによると最大でも40A流れないらしいので（記憶は曖昧だからもうちょっと流れたかも）igbtなんて使わなくても普通にFETでスイッチングきますねwこれは想定外でした。ラッキー。IGBTはゲート電圧が結構要求されますからね。。。
で、多段式化のお話ですけど、主にハイサイドスイッチングがきついです。今PチャンネルのFETが使えないか検討しています。
とまあ、この辺で今回の記事は終わりましょうか。
とりあえずこの土日でコイル巻いてマガジン作ってしまえばことがうまく運べば連射できそうです。
基板は一通りそろってますので。
それでは最後になりますが、
エイプリルフールだといったな、あれは嘘だ。
では～。
さて、現在製作中のコイルガン、作り始めてからだらだらと一年が経過しようとしていますwいやー一年間忙しかったね（）
※ここからどうでもいい前置きです。飛ばしたい方はここをクリック！
そういえば学業のほうもいい感じですよ。一年のクラス席次は3位でした。
絶対的席次一位といったな、あれは嘘だ。
最初の中間の成績が7位だったことを考えると結構頑張ったんじゃないかなと思います。
ただ高専に入ったのにアホみたいに勉強するのはアホじゃないのかと悟ったので4年になるまで勉強しないと決めました。
席次が下から数えた方が早くならなければいいかなと。もちろん赤点は回避しますよ。必要な勉強はします。ただどうでもいい座学に費やする時間を必要最小限に抑えて製作活動に励む方がいいという話です。
でも本日見ちゃったんですよ。高専の数学3を。。。
うん。これ今まで以上に勉強しないと留年するやつだわ。。。無駄な勉強なんかする意味ないことに気づくのが一足遅かったか。。。
ま、まあ三年の内容が鬼畜なことを一足早く知ったのはいいことかなと。
とまあ長い前置きはこのくらいにしておいて、そろそろ本題に入りましょうか。
今回はタイトルにもある通り、コイルガンの進捗報告と今後の開発予定記事です。
現在約一年前に始めた2段式回生連射コイルガンの製作プロジェクトを進めていますが、諸々の理由により一週間以内に”連射できるコイルガン”という形にまでもっていかなければなりません。というのが現状です。
いい機会なのでこのプロジェクトの目指す完成形のコイルガンの仕様を簡単にまとめておきますね。
一年前に立ち上げた当初から、若干の仕様変更があります。作っているうちにいろいろ気づいたり気が変わったりもしますしね。
①連射式コイルガン
当初のあわよくば連射ではなく、連射式コイルガンを目指します。連射速度は最低でも毎秒2発を目指します。
②回生コイルガン
当初から高効率化のために回生型コイルガンにする予定でした。それは変更ではないのですが、スイッチング素子をIGBTからFETに変更します。詳細は後述。
③多段式
はい。二段式にこだわる理由なんてないので目標を多段式に変更します。ただハイサイドスイッチング等、課題がありますね。
④かっこいい
はい。これはまだCADも使えないし加工の知識もないけど頑張る。うん。気合でどうにかしよう←
こんなかんじのコイルガンを作ることが目標です。
で、現状これを達成するためにはほとんど一から回路を見直し、作り直す必要があるわけです。
もちろんゆくゆくはそうしますが、一週間後にとても間に合いません。
ということで今は既にある基板を使用して、”とりあえず連射できるコイルガン”を製作しています。
この一号機、というより零号機はとりあえず安定して連射させることが目標です。
完成し次第、回路やプログラムをアップデートしてバージョンアップしていき、①～④を満たす試作一号機を完成させる。というのが当面の目標ですかね。
さて、ここからは進捗報告とか技術的なお話です。
まずは今作っているとりあえず連射できるコイルガンのブロック図というか構成図というかを、、、
はいどーん。まあ構成はたぶん一号機も変更はないと思います。
チョッパをマイコンでコンデンサ電圧をもとに制御して充電、トリガでソレノイドがプロジェクタイルを押し出す。
で、めんどくさかったから省略したけどプロジェクタイルを赤外線で検出してFire!という感じですね。
詳細を書きます。
Battery ：ニッ水。Lipoは高いし怖いし電圧低いから多分このままいく。
Power supply board ：電源基板。レギューレーターとターミナルでできたこのタコ。
Charge control board：充電制御回路ですね。現状ではpic12f683でチョッパのスイッチング信号を生成して、コンパレーターでコンデンサ電圧を監視、充電が完了するとコンパレーター出力を変化させてpicのスイッチング信号をストップさせるという仕組みです。
ヒステリシスの計算とかややこしい原始的なこいつです。
なかなかきれいに収まってるとかってに思っている。 pic.twitter.com/iUbRKg0L8x
— トマト大佐 (@tomato_colonel) 2015, 5月 4（ちなみにヒステリシスの計算どうすんのって人向けにホームページに解説記事載せてますのでよかったら覗いてみてください。）
で、picを12f1822に変更して、コンデンサ電圧をA/D変換で取得して、PWMでチョッパをスイッチングするように変更する予定です。
さらにだいぶ前から考えてはいたんですが、チョッパのコイル電流を遮断した後、コンデンサに電流が流れる時間ってコンデンサの電圧の関数になるじゃないですか？ということはシャント抵抗とか挟まなくてもスイッチングの周期を適切に計算できるよねっていう。まあこれについては数学力がねw
Chopper：普通のチョッパ回路ですね。LR過渡の計算によってコイルに電流を飽和ギリギリまで流すようにpicでスイッチングされてます。
（ちなみにＬＲ過渡でチョッパ回路の周波数の計算どうすんのって人向けにホームページに解説記事載せてますのでよかったら覗いてみてください。）
コイルに電流を流す時間は一定でいいんだけど（コイルが飽和する電流はほぼ変動しない為）、前述のようにコイル電流を遮断した後、コンデンサに電流が流れきるまでの時間はコンデンサ電圧によって変動します。
じゃあコンデンサ電圧を取得して最適な時間コイル電流を遮断してればいいじゃんということで前々から微分方程式を解こうと試みては失敗してきました。
で、今日暇だったので久しぶりに挑戦してみたらあと一歩のところまで来れました。そこから先は解法がわからなかったので上級生に聞いてみたらどうやら特性方程式が云々で高専の数学3に載ってるということで高専の数学3を読んでました。
まあ2割ぐらいは理解できましたよ。←
そこで冒頭でも言ったようにこれまで以上に勉強しないと留年することを悟ったんです。はい。
てか四年まで勉強しないと決めたやつが長期休暇中に高専の数学3を読みっていうこと自体、客観的に見れば勉強してるじゃんって話ですねw
違う。これは勉強ではない。必要になったから調べただけだ。
さて、話を戻しましょうか。
Fire control board：射撃制御基板もといソレノイドドライバーですねはい。
この可愛い基板です。
あと省略した光学検出の基板：
ほんとはXHコネクタを使いたかったけどカシメ工具が高いじゃん。。。
回生回路：
スペースの関係で直付けです。まあ、スペースといってもボディーは愚か、マガジンすらできてないけどねw
もともとハイサイドにもFETがいてもっとぐちゃぐちゃしてたんですけどハイサイドスイッチングがうまくいかなくて（今考えると当然）、零号機は２段式にして一段目のコイルサージは２段目のコンデンサに、２段目のコイルサージは１段目のコンデンサに回生することにしました。完全にハイサイドをなくすことが目的化しちゃいましたが、やむをえません。
2016/4/2追記：そんなことはできない。諦めるんだな。
コイル：
まだ２段目がないw
φ0.3mmのホルマル線を50m位巻きまししました。15層ほどといったところですかね。あー旋盤欲しい。
ターミナルを両面テープではっつけてそこを端子としました。たぶんいずれT字のギボシが付きます。
で、光学検出の素子はアクリルに開けた小さな穴の中にあります。表面実装部品ですね。
横から出てる赤と灰色の配線をたどっていくとコイルの根元に何やら半田っぽいのがありますよね。
これですね。
で、このコイル、普通に直流抵抗が12Ωあります。細い線で巻きまくりましたからねw
インダクタンスは空芯で大体11mH位です。発振回路作って測定しました。
LTspiceによると最大でも40A流れないらしいので（記憶は曖昧だからもうちょっと流れたかも）igbtなんて使わなくても普通にFETでスイッチングきますねwこれは想定外でした。ラッキー。IGBTはゲート電圧が結構要求されますからね。。。
で、多段式化のお話ですけど、主にハイサイドスイッチングがきついです。今PチャンネルのFETが使えないか検討しています。
とまあ、この辺で今回の記事は終わりましょうか。
とりあえずこの土日でコイル巻いてマガジン作ってしまえばことがうまく運べば連射できそうです。
基板は一通りそろってますので。
それでは最後になりますが、
エイプリルフールだといったな、あれは嘘だ。
では～。
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Fri 04 01 2016 | コイルガン | comments (6)
