Technologia sterowania PWM silnika DC w oparciu o 80C196KC i L298N
Silniki prądu stałego są szeroko stosowane w różnych dziedzinach ze względu na doskonałą wydajność regulacji prędkości, duży moment rozruchowy i duże możliwości przeciążania. W ostatnich latach struktura i metody sterowania silnikami prądu stałego uległy wielkim zmianom. Po wkroczeniu komputera w pole kontrolne i pojawieniu się nowych energooszczędnych komponentów, regulacja prędkości PWM (pulsewidthmodulaTion) stała się nowym sposobem regulacji prędkości silnika prądu stałego. A ze względu na wysoką częstotliwość przełączania, stabilną pracę przy niskiej prędkości, doskonałe osiągi dynamiczne, wysoką sprawność itp., Jest on szeroko stosowany w regulacji prędkości silnika prądu stałego.
2, w oparciu o zasadę działania układu kontroli prędkości PWM
PWM lub modulacja szerokości impulsu odnoszą się do wykorzystania charakterystyki przełączania tranzystorów dużej mocy do modulowania stałego napięcia stałego zasilania, włączania i wyłączania przy stałej częstotliwości oraz zmiany czasu włączania i wyłączania w cyklu jako potrzebne. Prędkość silnika jest kontrolowana przez zmianę cyklu pracy napięcia na tworniku silnika serwo DC w celu zmiany wielkości średniego napięcia. Dlatego często określa się go jako urządzenie przełączające.
Zmiana cyklu pracy ma zwykle dwa tryby: PWM i PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM polega na zmianie szerokości impulsu, która jest znana jako regulacja stałej częstotliwości. PFM jest stałą szerokością impulsu. Cykl roboczy jest zmieniany poprzez zmianę częstotliwości przełączania. Ponieważ rezonans mechaniczny przy określonej częstotliwości często powoduje wibracje i wycie systemu, PWM jest wykorzystywany w sterowaniu silnika prądu stałego. Metoda kontrolna jest głównie.
3. Projekt sprzętu systemu sterowania opartego na 80C196KC i L298N
Układ sterowania prędkością silnika DC oparty na 80C196KC i L298N składa się z minimalnego układu MCU, przetwornika R / D, obwodu wzmacniacza mocy PWM, układu konwersji A / D i D / A oraz obwodu interfejsu poleceń sterowania. Minimalny system mikrokomputera jednoukładowego przyjmuje 16-bitowy, jednoukładowy obwód zewnętrznego interfejsu rozszerzeń 80C196KC, który jest wykorzystywany głównie do realizacji funkcji zbierania danych, generowania sygnału PWM itp.
3.1. Wprowadzenie do Power Integrated Circuit L298N
Aby poprawić wydajność systemu i zmniejszyć zużycie energii, obwód sterujący wzmacniacza mocy wykorzystuje układ scalony L298N oparty na metodzie modulacji szerokości impulsu dwubiegunowego mostu H. L298N to wysokowydajny wzmacniacz mocy o modulacji szerokości impulsu produkowany przez firmę SGS, który charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami i dużą zdolnością do jazdy. Zawiera dwa mostkowe mostki wysokiego napięcia i wysokoprądowe. Może on napędzać cały mostek silnika w jednym układzie i może napędzać silniki do 46V i poniżej 2A.
3.2, obwód sprzętowy układu sterowania silnikiem DC
L298N może napędzać dwa silniki prądu stałego. Ponieważ układ regulacji prędkości jest strukturą jednoosiową, aby w pełni wykorzystać ładowność obwodu wzmacniacza mocy, układ można uruchomić z maksymalnym przyspieszeniem i hamowaniem z maksymalnym przyspieszeniem. Wyjście jest używane równolegle z sterującym silnikiem prądu stałego. Jak pokazano na rys. 4, zaciski wejściowe IN1 i IN3 są połączone równolegle, IN2 i IN4 są połączone równolegle, zaciski wyjściowe OUT1 i OUT3 są połączone równolegle, a OUT2 i OUT4 są połączone równolegle do dwóch końców odpowiednio silnik. Terminal włączający jest sterowany przez szybki port wyjściowy HSO1 pojedynczego mikrokomputera.
Pojedynczy mikrokomputer 80C196KC daje sygnał PWM zgodnie z pętlą pozycji i wynikiem operacji pętli prędkości. Sygnał PWM jest bezpośrednio wyprowadzany do zacisku IN1 (IN3), a jeden kanał jest odwracany do IN2 (IN4) przez 7406. Gdy współczynnik obciążenia sygnału analogowego PWM wynosi 50%. Dodatnie i ujemne napięcia na obu końcach silnika są dodawane w tym samym czasie. Silnik znajduje się w stanie mikrowstrząsu w tej pozycji, to znaczy w stanie "smarowania mocy". Gdy współczynnik obciążenia jest większy niż 50%, napięcie sygnału OUTA jest większe niż OUTB, a silnik obraca się do przodu, w przeciwnym razie odwraca. Dlatego konieczne jest wyprostowanie polaryzacji wyjściowej każdego łącza w celu utworzenia ujemnego sprzężenia zwrotnego i zakończenia sterowania w pętli zamkniętej. Zmieniając cykl pracy PWM w celu kontrolowania prędkości silnika, można również zmienić sterowanie silnikiem, a metoda sterowania jest prosta i niezawodna. Ponadto, ponieważ silnik jest typu cewki elektrycznej, siła elektromotoryczna jest tworzona, gdy silnik nagle zatrzymuje się i nagle odwraca. Aby zapewnić normalną pracę układu sterownika L298N, dodawane są dwie pary kontynuacji między zaciskami wyjściowymi OUTA, OUTB i silnikiem DC. Dioda przepływu przesuwa prąd do dodatniego lub do masy zasilacza, aby zapobiec uszkodzeniu L298N przez siłę tylnej elektromotorycznej.
3.3, konstrukcja przeciwzakłóceniowa i kompatybilność elektromagnetyczna
Gdy silnik jest napędzany, szybkie przełączanie głównego głównego elementu przełączającego powoduje dużą szybkość zmiany prądu i napięcia zasilania, co nie tylko wpływa na obwód sterujący, lecz także wpływa do obwodu sterującego przez źródło zasilania i ziemię. Ponadto, gdy silnik zaczyna hamować, generowane jest napięcie przejściowe przy nagłej zmianie obciążenia, a jego amplituda jest również wyższa niż napięcie zasilania, a przednia krawędź jest stroma, a pasmo częstotliwości jest szerokie, a obwód sterujący jest wprowadzane przez źródło prądu stałego. Dlatego też bardzo ważna jest konstrukcja zapobiegająca zakleszczeniom i kompatybilności elektromagnetycznej. System przyjmuje takie środki, jak obecna fala płaska, gratowanie i ekranowanie.
Aktualna fala płaska: Ponieważ chwilowa energia przełącznika PWM jest stosunkowo duża, filtr RC jest używany do filtrowania na końcu wyjściowym wzmacniacza mocy PWM. Wybierając odpowiednie wartości rezystancji i pojemności, harmoniczne wysokich częstotliwości są skutecznie tłumione, a szczytowe napięcie wzmacniacza mocy PWM jest pochłaniane. Zmniejszona interferencja;
Gratowanie: System zwiększa kondensator filtra po stronie zasilania. Duże i małe kondensatory są używane równolegle. Duży kondensator opiera się na odsprzęganiu, filtrowaniu i wygładzaniu sygnału o niskiej częstotliwości. Mały kondensator eliminuje pasożytnicze środki o średniej i wysokiej częstotliwości w sieci obwodów. Połączenie, skutecznie redukujące zadziory;
Ekranowanie: Kabel napędu silnika jest podwójnie ekranowany, a przewody są w jak największym stopniu oddzielone od innych kabli.
4, wdrożenie oprogramowania systemu sterowania
System sterowania przyjmuje kombinację zamkniętej pętli prędkości i pozycji, a metoda sterowania położeniem jest traktowana jako przykład do wprowadzenia metody implementacji oprogramowania. Kontrola pozycji opiera się na klasycznym algorytmie sterowania PI, parametry proporcjonalne i całkowe są uproszczone, a sterowanie segmentacją PI jest wprowadzane. Oznacza to, że obliczony błąd jest podzielony na segmenty, a regulacja odbywa się za pomocą różnych proporcjonalnych i całkowych parametrów w każdym zakresie błędu. Upewnij się, że system działa bardziej płynnie i stabilnie.
Szczegółowy schemat przepływu oprogramowania pokazano na rysunku 5, to znaczy po otrzymaniu podanego polecenia kąta, najpierw obliczyć próbkowaną informację o pozycji i podaną różnicę kąta, a następnie podzielić różnicę na n równych części, odpowiadających zestawowi parametrów w każdym segmencie. Kp1 i ki1 uczestniczą w kontrolowaniu mediacji, obliczają wyjście kontroli PI, a następnie konwertują ją na odpowiednie wyjście o wartości PWM.
5, wniosek
W oparciu o układ sterowania PWM silnika DC 80C196KC i L298N, sygnał PWM jest generowany przez jednoukładowy mikrokomputer do zintegrowanego obwodu mocy L298N. Klasyczna kontrola segmentacji PI służy do sterowania silnikiem. Ma cechy prostego obwodu i wygodnej kontroli. Wyniki testów roboczych pokazują, że system działa stabilnie i niezawodnie, spełnia wymagania funkcji regulacji prędkości i został z powodzeniem zastosowany w wielu produktach pokładowych.
