Ovládacia technológia PWM s jednosmerným motorom založená na 80C196KC a L298N
Jednosmerné motory sa vo veľkej miere využívajú v rôznych oblastiach kvôli ich vynikajúcemu výkonu regulácie rýchlosti, veľkému rozbehovému momentu a silnému preťaženiu. V posledných rokoch prešli štruktúra a metódy riadenia jednosmerných motorov veľkými zmenami. Vďaka vstupu počítača do riadiaceho poľa a vzniku nových výkonových elektronických komponentov sa regulácia rýchlosti PWM (pulsewidthmodulation) stala novým spôsobom regulácie otáčok jednosmerného motora. A kvôli vysokej frekvencii spínania, stabilnej prevádzke pri nízkych otáčkach, vynikajúcej dynamickej výkonnosti, vysokej účinnosti atď., Je široko používaná pri regulácii otáčok jednosmerného motora.
2, založené na princípe fungovania systému riadenia rýchlosti PWM
PWM alebo modulácia šírky impulzov sa týka použitia spínacích charakteristík vysokovýkonných tranzistorov na modulovanie napájania jednosmerného prúdu s pevným napätím, zapnutie a vypnutie na pevnej frekvencii a zmenu dĺžky času zapnutia a vypnutia v cykle ako potrebné. Rýchlosť motora sa reguluje zmenou pracovného cyklu napätia na armatúre jednosmerného servomotora, aby sa zmenila veľkosť priemerného napätia. Preto sa často označuje ako spínacie zariadenie.
Zmena pracovného cyklu má zvyčajne dva režimy: PWM a PFM (impulzná frekvencia impulzov). PWM je zmenou šírky impulzu, ktorý je známy ako nastavenie pevnej frekvencie. PFM je konštantná šírka impulzu. Pracovný cyklus sa mení zmenou frekvencie spínania. Pretože mechanická rezonancia pri určitej frekvencii často spôsobuje vibrácie a vydutie systému, PWM sa používa pri riadení jednosmerného motora. Kontrolná metóda je hlavne.
3. Konštrukcia hardvéru riadiaceho systému založeného na 80C196KC a L298N
Riadiaci systém otáčok jednosmerného motora založený na 80C196KC a L298N pozostáva z minimálneho systému MCU, R / D meniča, obvodu zosilňovača výkonu PWM, konverzného obvodu A / D a D / A a obvodu prijímajúceho príkazového rozhrania. Minimálny systém jednočipového mikropočítača využíva 16-bitový jednočipový 80C196KC externý rozširovací obvod, ktorý sa používa hlavne na realizáciu funkcií získavania údajov, generovania signálov PWM atď.
3.1. Úvod do integrovaného napájacieho obvodu L298N
S cieľom zvýšiť efektivitu systému a znížiť spotrebu energie, obvod zosilňovača výkonu využíva integrovaný obvod L298N založený na bipolárnej metóde modulácie šírky impulzu H-módy. L298N je vysokovýkonný výkonový zosilňovač šírky impulznej modulácie vyrábaný spoločnosťou SGS, ktorý má charakteristiky malej veľkosti a silnej jazdnej schopnosti. Obsahuje dva vodiče mostíkov vysokého napätia a vysokého prúdu. Môže riadiť celý most motora v jednom čipu a môže poháňať motory až do 46V a pod 2A.
3.2, hardvérový obvod riadiaceho systému DC motora
L298N môže poháňať dva jednosmerné motory. Pretože systém riadenia rýchlosti je jednoosová konštrukcia, aby sa plne využila zaťažiteľnosť obvodu zosilňovača výkonu, systém môže začať s maximálnou akceleráciou a brzdou s maximálnou akceleráciou. Výstup sa používa paralelne s riadiacim jednosmerným motorom. Ako je znázornené na obrázku 4, vstupné svorky IN1 a IN3 sú zapojené paralelne, IN2 a IN4 sú paralelne zapojené, výstupné svorky OUT1 a OUT3 sú zapojené paralelne a OUT2 a OUT4 sú paralelne spojené s oboma koncami motor. Povolený terminál je riadený vysokorýchlostným výstupným portom HSO1 mikropočítača s jedným čipom.
Jednoduchý mikropočítač 80C196KC dáva signál PWM podľa polohovej slučky a výsledku operácie rýchlostnej slučky. Signál PWM je priamo odovzdaný do svorky IN1 (IN3) a jeden kanál je invertovaný na IN2 (IN4) cez 7406. Keď je pomer výkonu analógového signálu PWM 50%. Pozitívne a záporné napätia na obidvoch koncoch motora sa pridávajú v rovnakom čase. Motor je v tejto polohe mikroskopicky, tj v stave "motorového mazania". Ak je pomer výkonu väčší ako 50%, signálne napätie OUTA je väčšie ako OUTB a motor sa otáča dopredu, inak obráti. Preto je potrebné vyrovnať výstupnú polaritu každého prepojenia, aby sme vytvorili negatívnu spätnú väzbu a dokončili kontrolu uzavretého cyklu. Zmenou pracovného cyklu PWM na reguláciu otáčok motora sa dá zmeniť aj riadenie motora a metóda ovládania je jednoduchá a spoľahlivá. Okrem toho, pretože motor je typu elektrickej cievky, zadná elektromotorická sila sa vytvorí, keď sa motor náhle zastaví a náhle sa otočí. Na zabezpečenie normálnej prevádzky čipu vodiča L298N sa pridajú dva páry pokračovania medzi výstupnými svorkami OUTA, OUTB a jednosmerným motorom. Prietoková dióda posúva prúd na kladný alebo zemný zdroj, aby sa zabránilo tomu, že zadná elektromotorická sila spôsobí poškodenie prístroja L298N.
3.3, dizajn proti rušeniu a elektromagnetickej kompatibilite
Keď je motor poháňaný, rýchle prepínanie hlavného spínacieho prvku spôsobuje veľkú zmenu napájacieho prúdu a napätia, ktoré ovplyvňuje nielen hnací obvod, ale aj vstupuje do riadiaceho obvodu cez zdroj energie a zem. Okrem toho, keď motor spustí brzdenie, vzniká prechodné napätie pri náhlej zmene zaťaženia a jeho amplitúda je tiež vyššia ako napájacie napätie a predný okraj je strmý a frekvenčné pásmo je široké a riadiaci obvod je vstupný zdroj napájaný jednosmerným prúdom. Preto je rozhodujúci aj dizajn proti rušeniu a elektromagnetickej kompatibilite. Systém prijíma opatrenia, ako sú súčasné ploché vlny, odstraňovanie oteru a tienenie.
Aktuálna plochá vlna: Pretože je okamžitá energia spínača PWM relatívne veľká, RC filter sa používa na filtrovanie na výstupnom konci výkonového zosilňovača PWM. Výberom vhodných hodnôt odporu a kapacity sa vysokofrekvenčné harmonické účinne potláčajú a vrcholové napätie zosilňovača PWM sa absorbuje. Znížené rušenie;
Deburring: Systém zvyšuje kondenzátor filtra na konci napájacieho zdroja. Veľké a malé kondenzátory sa používajú paralelne. Veľký kondenzátor nesie oddelenie, filtrovanie a vyhladenie nízkofrekvenčného striedavého signálu. Malý kondenzátor eliminuje parazity strednej a vysokej frekvencie v obvodovej sieti. Spojenie, ktoré efektívne znižuje otrypy hrotov;
Tienenie: kábel pohonu motora je dvojito tienený a drôty sú čo najviac oddelené od ostatných káblov.
4, implementácia softvéru riadiaceho systému
Riadiaci systém prijíma kombináciu rýchlosti a polohy uzavretej slučky a metóda kontroly polohy je braná ako príklad na zavedenie metódy implementácie softvéru. Kontrola polohy je založená na klasickom PI riadiacom algoritme, proporcionálne a integrálne parametre sú zjednodušené a je zavedené segmentačné riadenie PI. To znamená, že vypočítaná chyba je segmentovaná a nastavenie je vykonávané rôznymi proporcionálnymi a integrálnymi parametrami v rámci každého rozsahu chýb. Uistite sa, že systém beží hladko a stabilne.
Špecifický vývojový diagram implementácie softvéru je znázornený na obr. 5, to znamená, že po prijatí daného príkazu na uhol najskôr vypočítajte informácie o vzorkovanej polohe a daný uholový rozdiel a potom rozdeľte rozdiel na n rovnaké časti zodpovedajúce sade parametrov v každom segmente. Kp1 a ki1 sa podieľajú na kontrole sprostredkovania, vypočítavajú výstup PI kontroly a potom ho konvertujú na zodpovedajúci výstup PWM.
5, záver
Na základe riadiaceho systému PWM s motorom DC 80C196KC a L298N je signál PWM generovaný jednočipovým mikropočítačom do výkonového integrovaného obvodu L298N. Klasické riadenie segmentácie PI sa používa na realizáciu riadenia motora. Má vlastnosti jednoduchého okruhu a pohodlné ovládanie. Výsledky skúšobných testov ukazujú, že systém pracuje stabilne a spoľahlivo, spĺňa požiadavky regulácie rýchlosti a úspešne sa aplikuje vo viacerých vzdušných produktoch.
