« 2022年7月 | トップページ

2022年8月18日 (木)

新方式PWM(Pulse Width Modulation)アンプ4

22081070pd-171ターンテーブルの開発風景で、リファレンスはemt927とした。最初の落伍はテクニクスのsp-10で、音が詰まる。帰還型dp-80もやや落ちて、無帰還型pd-171の勝ち。それより次元の違うのがemt927で、音の伸びやかさと腰の座りが桁違いに良い。ターンテーブルには速度帰還が音に悪影響を出すとの結論をこの時期得ていた。あ、この話ではない。dp-80のエディカレントモータは3相にも係わらず、分巻き駆動と同じコンデンサで位相をずらし単相駆動していた。更に単相出力段はpwmと同義だがパルス変調を使っていたのだ。時代は1978年、モータ駆動方式も黎明期で困った挙句pwmモータアンプにしたと推測できる。

22081071あれから40年以上が過ぎた今、モータ駆動でpwmアンプかリニアアンプ駆動かでジレンマが続いている。余りにも大容量は結局pwmアンプに成らざるを得ない。バッファ動作の出来ない非同期式の弊害対策に本腰です。こちらが電流出力は小さい状態で正常に動作している。

2208108電流出力をすこしずつ増加させて様子を見る。電流出力がデューティ100%に近づくと上下アームの短絡事故が発生する。




2208109そこで同期が取れる全てもポートをタイマーモードとしpwm出力に変更した。すると見事同期してアーム短絡の事故は無くなった。万事メデタシなのだが画像のゴミが出る。拡大してこのゴミを調べると25nsecのcpu1ステート時間で、デューティ100%側はこのゴミは出ないがデューティ0%側にだけ出る。25nsecならばipmも反応しないからこれでも良いのだが、美しくないのでこの方式も断念した。

22081093そこで非同期に戻し、各電気角180度と360度に達した次のcpuステートでpwmストップさせた。すると画像のように如何なる電流出力でも上下アーム短絡は発生しなくなり、これで非同期方式pwmアンプも完成です。

22081095デッドタイムも勘違いしていてこちらがそれに相当し、やたら多くのnopを打っていたものが大幅に減ってプログラムも美しくなった。これでソレンのダミーコイルから本番用の大型インダクタンスに代えて、大電流駆動のデバックへと進もう。

22081096_20220817044901冒頭に戻り、emt927も3相のリラクタンストルク同期型モータを進相コンデンサで単相駆動しており、言語道断と糾弾しても誰も反応しない。画像はemt927を3相サイン波駆動している実験状況です。この時にまたしても気付いたのが、ターンテーブルの音はモータが出しており、電気回路はほとんど関係ない事実です。これには愕然として、モータ駆動用の真空管アンプの開発はすっかりやる気を無くした。

|

2022年8月16日 (火)

新方式PWM(Pulse Width Modulation)アンプ3

2208111デフォレストが3極管を発明したのが1907年、何と115年も昔のコトで第一次世界大戦の前、そしてこの戦争により大幅に真空管は進化する訳で、科学技術が戦争によって進化する現象は今も変わらない。
この3極管は電球そのもので、電球が音を出しているのだから奇想天外でよろしい。現代の求められている発明はこのような奇想天外で、スマホのアプリなんかじゃあない。真空管は電子が真空中を飛ぶから音が良いと著名な先生が言っていたが、そうではない。使っている金属素材がまあまあ音の良い方向にあるに過ぎなく、トランジスタの半金属よりは音が良いとなる。この先オーディオに進化を求めるならば純銅の増幅デバイスの開発を行うべきで、我らが常用しているigbtやシリコンカーバイドパワーデバイスにそれを求めても無理な話です。音の好きな若手研究者に期待しよう。

2208112かくして音の悪~いigbtと只今格闘中です。何度も登場のこの波形の解けない謎に気持ちが悪く、再度データを元に机上シュミレーションです。20kwを超えるモータはamp工房へ置けないし、第一3相200vの電源も無い。5~6の逆方向電圧は、モータの発電電圧としたが...

2208113xこちらが逆起電圧の無いpwm波形。マイナス側のoffはモータに流れる電流が少なく回生がないとpwmのoffが滲み出てくる。プラス側は電流が多くoffが回生で埋まってしまう。

2208117この理由がこのデータで、電流帰還を掛けていない初期段階はインダクタンスによる電流遅れが発生し、電流指令マイナスに対しプラス電流が流れているから、コイル内の電流変化は大となる。

2208114実際の25aの電流波形がこれ。

2208116pwm回路に机上シュミレーションを記入してみるが、全く持って6の逆起電圧の発生経路が無い。無ければやはりモータから出ていると解釈するのが正解と思える。

2208115こちらがcpu側のpwm波形で外部の影響を受けない生のデータ。何度も見直したが単相の相補pwmに問題点は見つからない。それは25aの電流波形が証明しており、この時の電力は100vx25a=2.5kwとなる。新方式のpwm1も完成が近づいており、どちらを採用するかは客先のモータを回して、サーボ剛性の上がる方に決めよう。

|

2022年8月14日 (日)

新方式PWM(Pulse Width Modulation)アンプ2

2208120アナログアンプ時代はどうやってもトム・コランジェロに勝てなかった。アマチアとプロの差歴然で、遂にはトランジスタアンプの開発を止めた。トランジスタアンプで音の良いアンプを作ろうとしたら音色ファクターが無数にあり、回路設計力ではない特殊な才能が必要な気がする。所がデジタルアンプ時代になると音色ファクターは大幅に減り、勝てるチャンスも出てくる。デジタルアンプのアルゴリズムはソフトウエアになり、これの開発はパソコン上で自在に出来る。出力トランジスタのigbtはトランジスタだから音色力学上具合が悪く、高周波特性の優れた送信管を使う...この重大事に何れかのメーカが気付いて、送信管デジタルアンプが登場すると思う。

2208121shシリーズのcpuマニュアルを4種類ほど読んだが内容はみな同じで、機能アップした所だけ加筆していある。コピペの作業は問題点もそのままコピペしてしまうから、解決は出来ていない。バッファ動作の典型が相補pwmのmtu3,4で、この方式だけしか動かない気がする。この時ハタッ!と気付いて、客先の単相の相補pwmの再現実験をやることにした。オーディオ屋だからコイルはゴロゴロあり、ソレンのコイル15mhを負荷で繋いだ。

2208122こちらが客先の波形で、相補pwmの影響でオン中にオフが入る。黄色丸印の-は負の半サイクルでオフで割れてしまう。

2208101割れた所に逆起電圧が加わるからこのような波形となる。ソレンのコルはインダクタンスだけでモータではないから、この逆起電圧は発生しない。

2208123こちらがソレンのコイルの電圧波形で完璧に再現できた。基本は電流制御で、電流波形さえ指令値と近似ならば単相の相補pwmは成功としていた。たまたま出力端子にオシロを繋いでpwmの電圧をモニターしていたから発見できた話で、初物は全てにおいてチェックをしなければならない。

2208124電流波形も見るがご覧のようにインダクタンスの電流波形で、ここから問題点は分からない。ですから正に怪我の功名と言える。余談だが、電流波形は5msecの横軸スケール、上のpwm波形は20khzのスイッチング、5msecでは表現できない20khzをとりあえず何らかの波形を出しておこう、となりこれがデジタルオシロスコープのオバケです。時々騙され被害に遭う。

2208125この単相の相補pwmは画像のようにオフが入り余分な動作となる。勿論3相の相補pwmでは無い話ですが、ですからどうしてもpwm1のバッファモードに拘る事情です。

2208126このデータが相補pwmと電流の関係で、ここからはpwm動作は完璧にしか見えてこない。それにしても相補pwmは実に巧妙な仕掛けで、デューティ50%で電流はゼロ、50%を基準に0%側と100%側で電流の極性が変わる。但し分解能は落ちる。これがpwm1であれば0~100%のスパンで分解できるから2倍の分解能が取れる。pwm1の短絡問題解決の前に相補pwmの総括をやっておいたが、相補pwmはサーボ剛性が上がるから捨てがたい。

|

2022年8月12日 (金)

新方式PWM(Pulse Width Modulation)アンプ1、なぜ動かないバッファ動作

2208102cpuマニュアルにバグのある可能性も否定できない。たいていは相補pwmでサーボモータやインバータ制御をやり、たいていはブラシレスdcモータ機能を使って3相ブラシレスdcモータの制御をやる。ヒナガタが沢山あるからその通りやって動作し、何ら疑問は持たない。amp工房は複雑モータを回しているからヒナガタだけでは足りない。そこで独自のpwm方式を考えるが、これが毎度難しい。画像のぶ厚いcpuマニュアルを、手垢で汚れるくらい何度も読み直す。

2208101そもそもの発端がこの画像で、3相の相補pwmを単相相補pwmで動作させているが、pwmオフ時に跳ね返り発電電圧が現れ気分的によろしくない。電流制御をしているから逆起電圧が現れてもサーボ動作には関係ないが、美しくない。それと意図していない動作は何れ問題が出る。

2208104pwm1モードのバッファ動作aとポートを組み合わせて新方式pwmを設計した。ここからが苦労の連続で冒頭に戻り、cpuマニュアルの指示に従いプログラムするが一向に動作しない...1週間これに振り回されてもバッファ動作は動かない。cpuマニュアルの参考例はチャネル0でこっちが使うのがチャネル3,4だからそこの問題かも知れない。とゆうことは誰もやっていないのか!業を煮やしてバッファ動作無しで組みなおしたら画像のように動いた。

2208105xポートの動作はハードウエアタイマーが絡んでいないからソフトウエアでデッドタイムを作らねばならない。三菱ipmの要求は3μsecのデッドタイムで、この作りが厄介なのだ。電流制御は20khzで50μsecとなって1サイクルカウンターを使うと50μsecのデッドタイムでクロスオーバー歪み増大でまずい。そこでnop(何もしない命令語で1ステート動作は25nsec)を使うと3/0.025=120個となる。これは多すぎでその他の動作を含めて40個くらい打った。デッドタイムは確保出来たがバッファ動作でない非同期の弊害が出た!赤丸印の如く電流出力の大きさを可変している最中に短絡動作をしてしまった、又しても新たな問題が...

|

2022年8月10日 (水)

音色力学 gm70管銅式パワーアンプ破壊と修理 3

2208103連日新方式pwmアンプのプログラムに没頭している。ソフトウエア中ではソフト屋さんが一番嫌がるデバイスドライバに相当し、cpuのハードウエアを直接触るからこれが結構難しい。この「何とかウエア」の語源は実に的確にできている。ソフトウエアはその昔紙が主体でそのようになり、ハードウエアはシリコントランジスタで珪石で固い。やっている人間もそのようでソフトウエア担当は案外融通はきくが、ハードウエア担当は頑固で融通のきかない石頭が多い。ソフトウエアは紙と言ったが、燃やさない限りは証文で歴史に残り、ハードディスクなんかはクラッシュしたら残らないし、1000年先まで残るとは到底思えない。いつの時代も証文は紙ですぞ。

2207052そうゆう訳で遅々として進まないのがgm70管銅式パワーアンプ修理で、コルトレーンにはあいスマンが時間が掛かっても丁寧にofc純銅電解コンデンサを作らねばならない。コンデンサの芯はΦ300mmの紙管で作る。スキャンスピークの水晶粒防振スピーカ箱の残材がゴロゴロしており、これを使う。今回のofc純銅板は100mm幅だから、130mmの幅で2個を切り出す。

2207053その2個をΦ350mmのコンデンサ塔に入れてサイズ確認をする。


2207054続いて水晶粒節約のダミー芯を入れてみる。これもスキャンスピークのチャンバー残材で、長すぎるから切断する。

2207055部材が完成したの仮組みをする。ofc純銅電解コンデンサの両面に3次元接触水晶粒防振構造がこれで実現する。高さ300mmで円周50mmの空間にのみ水晶粒を充填するから使用量は大幅に節約でき、且つ重量も軽い。

2207056最後にコンデンサ塔を接着する。ボンドの接着力だけでは心もとないので、ガムテープを内外に貼り付けて補強する。この方式は案外便利で、逆に解体したい場合はガムテープを剥がし、接着部へカッターナイフで切り込みを入れれば簡単にバレて便利。ガムテープの威力を知ったのが富士グランドチャンピョンレースで、当時は生沢徹さん達がオープン1シーターで富士を疾走し、コーナーでスピンして由良拓也さんの作ったfrpのボディを損傷するとガムテープで応急処置をして再走していた。横道に逸れた、仕上げに黒のつや消し塗装をすれば見た目にガムテープで接いであることは分からない。

|

2022年8月 8日 (月)

ジャパンレプタイルズショー2022サマー (夏レプ) に参加2

2208081午後2時過ぎ、にわかに「生きものや菊屋」周りが騒々しくなり、ロバート・秋山さんが我が菊屋のブース内に登場で、これにはたまげました。



1_20220808081301左からizoo園長の白輪さん、菊屋の次男坊、ロバート・秋山さん、ブース内爬虫類の説明を熱心に聞き入っていました。団子3兄弟の如く皆さん同じような体型に思わず笑う。今年も2日間のジャパンレプタイルズショーに参加して、今経験できることは何でもやろうが又1つ増えた。izoo園長の白輪さんと「好きなことをやっていればつらいことは何も無い」と意気投合した次第です。





|

2022年8月 6日 (土)

ジャパンレプタイルズショー2022サマー (夏レプ) に参加

2208051もう何年も参加しており、年2回の業界の面々と再会するのが楽しみです。izoo園長の白輪さんはtvに頻繁に顔を出し、爬虫類人気の維持にがんばっておられ、ありがたい。今年はボール・パイソンの世界的権威者ボブ・クラークさんがオクラホマからの参加を予定していましたが、コロナ禍のビザ取得が面倒で断念したそうで、残念です。

2208052こっちも後どれだけ参加できるか分からないので、とにかく行こうと決めている。次男坊の「生きものや菊屋」と「若屋」さんは25番ブース、mj無線と実験の「誠文新光社」さんは48番ブースで当方の近く、顔を出そう。間借りしてサボテンを販売するのだが、ロボット営業は馴れているものの一般商品の販売は難しい。さて今年はゲストがいい、ロバート・秋山さんで、そこに居るだけで面白い。さ~て、どうなりますやら。

|

2022年8月 4日 (木)

前衛力学 3次元接触水晶粒防振オーディオシステム

22062571x1960年代の前衛華やかなりし頃、スクラップになった自動車を展示会場に持ち込めば即入選!冗談とも本気ともつかないのが前衛らしい。街の電気屋の前衛芸術家s山さんは芸術祭を裁判に訴えて、そのパフォーマンスが前衛芸術だったらしい。どうもこの冗談とも本気ともつかない手法は馴染まず、しかし前衛の基本である創造と破壊はしっかりとあんぷおやじ流儀を占拠してしまい、創造活動の原点は前衛になってしまった。ロボットの前衛は物体の抽象化によりiaiで成功した。オーディオの前衛は只今進行中で、物体の抽象化を模索している。

2206257x画像出展:wikipedia
前衛力学は上画像のように、これは参考モデルだが真空管を四畳半くらいの床に敷き詰めた水晶粒の中に埋め込んでしまう。これだけじゃあない、cdm9メカもdcsエルガーもトロイダルトランスも純銅電解コンデンサも全ての物体を抽象化して4畳半位の水晶粒石庭に埋め込む。配線作業は水晶粒を掘って隠蔽し、竜安寺の石庭如きとなる。水晶粒石庭表面にはcdm9やアッテネータやディスプレイが顔を出しているだけ。こうすれば従来の電子技術者の仕事が庭師や土木技術者の仕事になる。オーディオもそろそろ電子技術者から手を離さないと、前衛革新は望めないと思いますがね。

|

2022年8月 2日 (火)

帰還力学 モーションフィードバックの研究2

2207311帰還力学のモーションフィードバックの研究となればハードウエアでの実現は難い。なぜならばハードウエアの組み換えをやって、アルゴリズムを収束させるには時間が掛かり過ぎる。そこで登場がソフトウエアで、やたら高速な処理プログラムを組んで実現する。現在主流のc言語やc++言語の生産性は抜群で良いのですが、処理速度で破綻します。c言語で動くのはせいぜい20khzの50μsecサンプルのサーボ制御ではないでしょうか?モーションフィードバックは低域の200hzが上限と考えて、これの電流、速度、位置の制御となれば100khzが最低で、上限は300khzくらいまではいきたい。

Rom0731p1200koldxしかし余りにも高速で、位置、速度、電流の帰還スタガ比など取れなくなり、イレギュラーな帰還制御を編出さなければならない。ここで威力になるのが高橋研究室へ通い、pidは勿論、i-pdやpi-dやpdなど多くををマスターしたコトで、pidの3要素を自在に操れるようになったのはありがたく、最適な制御アルゴリズムが組み立てられる。

Rom0731p1200knewx上画像の電流制御部の動作時間は5.8μsecで目標の5μsecをオーバーしている。そこでアッセンブラプログラムの1行々を見直し短くした。それでも5.4μsecとまだオーバーしている。5.8-5.4=400nsecを詰めるのにマル2日も掛かったがsh7145cpuの限界で、電流制御だけならば200khzサーボは完動した。これに位置ループが入れば10μsecの100khzサーボが限界と思える。プログラムはトリッキーで暗号のようなコーディングとなり、他人さまには極めて分かり難い。もっとも、自分で書いたプログラムも2、3日すれば忘れてしまい、解読に時間が掛かる。

|

« 2022年7月 | トップページ