Development of Experimental Setup for Determining the Parameters of DC Motors Used in Mobile Robots

Year 2022, , 115 - 121, 01.03.2022

Gürkan Gürgöze , İbrahim Türkoğlu

https://doi.org/10.2339/politeknik.762077

Cited By: 2

Abstract

In studies about mobile robots, applications emerge on the basis of physical and simulation. Cost, material supply and loss of time of physical studies have increased the tendency to make applications in a simulation environment. The important point in simulation studies is the creation of a mathematical model that can represent the behavior of the real system. The mathematical model is built on DC motors. In this case, DC motor parameters should be known most accurately for the mathematical model. The lack or limitation of the parameters required in the data sheets of DC motors caused the parameters to be obtained by experimental measurements. Mechanisms set up for experimental measurements are usually in the laboratory environment and are complex, difficult to obtain materials and costly.Simpler experimental setups can be established with development cards and sensors developed in recent years. In this study, a simple experimental setup was created by with development card and sensors. PWM signal, speed, angular velocity of the motor was obtained through this experimental setup, and motor currents and voltages were measured with multimeter or measurement sensors. Parameters such as torque constant, opposing EMF , friction, armature resistance were obtained by methods such as curve fitting, Newton-Kirchhoff according to measurement values taken at certain intervals. Found parameters were tested in Matlab\Simulink environment.

Keywords

DC motors, mathematical model, motor parameter, transfer function

Mobil Robotlarda Kullanılan DC Motorların Parametrelerinin Belirlenmesi İçin Deney Düzeneği Geliştirilmesi

Abstract

Mobil robotlarla ilgili çalışmalarda, uygulamalar fiziksel ve simülasyon temelinde ortaya çıkmaktadır. Fiziksel oluşumların maliyet, materyal temini ve zaman kaybı gibi durumları uygulamaların simülasyon ortamında yapılması yönelimini arttırmıştır. Simülasyon çalışmalarında ise önemli nokta gerçek sistemin davranışlarını temsil edebilecek matematiksel modelin oluşturulmasıdır. Matematiksel model ise DC motorlar üzerine oluşturulmaktadır.DC motorların veri sayfalarında gerekli parametrelerin bulunmaması veya kısıtlı olması parametrelerinin deneysel ölçümlerle elde edilmesine neden olmuştur. Deneysel ölçümler için kurulan düzenekler ise genellikle laboratuvar ortamındadır ve karmaşık, materyal temini zor ve maliyetli düzeneklerdir. Ancak son yıllarda geliştirilen geliştirme kartları sensörler daha basit deney düzeneklerini kurma imkânı sağlamaktadır. Bu çalışmada geliştirme kartı ve sensörler ile oluşturulan deney düzeneği aracılığıyla motorun PWM sinyali, devir sayısı, açısal hızı elde edilmiş, sisteme bağlanan multimetre veya ölçüm sensörleri ile motor akımları, gerilimleri ölçülmüştür. Belirli aralıklarla alınan ölçüm değerlerine göre eğri uydurma, Newton – Kirschoff gibi yöntemlerle tork sabiti, emk sabiti, sürtünme, endüvi direnci gibi parametreler elde edilmiştir. Bulunan parametreler Matlab\Simulink ortamında test edilmiştir. 

Keywords

DC motorlar, matematiksel model, motor parametreleri, transfer fonksiyonu

References

• [1] Hirpo, B. D. And Zhongmin, W. “ Design and Control for Differential Drive Mobile Robot.”. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 6(10): (2017).
• [2] Beloiu, R. “Dynamic Determination of DC Motor Parameters-Simulation and Testing”. In Proceedings of the 2014 6th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI), 13-18, (2014).
• [3] Nouri, B. M. “Modelling And Control of Mobile Robots”. ICMSAO/05, American University of Sharjah, UAE, February, 1, (2005).
• [4] Ivanjko, E., Petrinic, T., and Petrovic, I. “Modelling of Mobile Robot Dynamics”. In 7th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, 2, (2010).
• [5] Erdal, H. ve Doğan, B. “DC Motor Parametrelerinin Deney Tabanlı Belirlenmesi ve Parametre Belirleme Sonuçlarının İyileştirilmesi.” Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 27(3): 589-598, (2012).
• [6] Biró, K. Á., Szabo, L., Iancu, V., Hedesiu, H. C., and Barz, V. “On the Synchronous Machine Parameter Identification”. Technical University of Cluj-Napoca. (2001).
• [7] Daniel-Berhe, S., and Unbehauen, H. “Experimental Physical Parameter Estimation of a Thyristor Driven DC-Motor Using the HMF-method. Control Engineering Practice, 6(5): 615-626. (1998).
• [8] Beloiu, R. Dynamic determination of DC motor parameters-Simulation and testing. In Proceedings of the 2014 6th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI), 13-18, IEEE, (2014).
• [9] Deaconu, A. S., Deaconu, D., Chirilă, A., Dumitrescu, A. M., Năvrăpescu, V., and Bostan, V. “GUI Interfaces For Off-Line Determination of DC Electric Motor Parameters”. (ATEE) (, 1-6, (2011).
• [10] Hadef, M., and Mekideche, M. R.”Moments and Pasek’s methods for parameter identification of a DC motor”. Journal of Zhejiang University Science C, 12(2): 124-131, (2011).
• [11] Yeniaydın Y., Sakacı B., Yaren T., Süel V. ve Kizir, S. “DC Motor Hız Kontrolü için Model Referans Uyarlamalı PID Denetleyici Tasarımı.”
• [12] Stepniewski, A., Grudzinski, J., Krzywicka, M., and Stankiewicz, A. “Dynamics model of a vehicle with DC motor.” Teka Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa, 15(1), (2015).
• [13] Marchewka, D., & Piątek, M. “Wheeled mobile robot modeling aspects”. AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland. (2006).
• [14] Hou, L., Liang Z., and Jongwon K. "Energy modeling and power measurement for mobile robots.". Energies 12(1), 27, (2019).