Tehnologija PWM upravljanja DC motorom bazirana na 80C196KC i L298N
DC motori se široko koriste u različitim poljima zbog svojih odličnih performansi regulacije brzine, velikog startnog momenta i jake sposobnosti preopterećenja. Posljednjih godina, struktura i metode kontrole istosmjernih motora doživjele su velike promjene. Sa kompjuterom koji ulazi u kontrolno polje i pojavom novih energetskih elektroničkih komponenti, regulacija brzine PWM (pulsewidthmodulation) je postala novi način regulacije brzine istosmjernog motora. I zbog visoke frekvencije prebacivanja, stabilnog rada na malim brzinama, odličnih dinamičkih performansi, visoke efikasnosti, itd., Široko se koristi u regulaciji brzine motora DC.
2, zasnovan na principu rada PWM sistema kontrole brzine
PWM ili širina impulsne modulacije se odnosi na upotrebu prekidačkih karakteristika tranzistora velike snage za modulaciju napajanja istosmjernog napona istosmjernog napona, uključivanje i isključivanje na fiksnoj frekvenciji i promjenu dužine vremena uključivanja i isključivanja u ciklusu kao potrebno. Brzina motora se kontrolira promjenom radnog ciklusa napona na armaturi DC servo motora radi promjene veličine prosječnog napona. Zbog toga se često naziva i uređaj za prebacivanje.
Promjena radnog ciklusa obično ima dva načina rada: PWM i PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM je promjenom širine impulsa, koja je poznata kao podešavanje fiksne frekvencije. PFM je konstantna širina impulsa. Radni ciklus se mijenja promjenom frekvencije uključivanja. Pošto mehanička rezonanca na određenoj frekvenciji često uzrokuje vibracije i zavijanje sistema, PWM se koristi u kontroli DC motora. Metoda kontrole je uglavnom.
3. Hardverski dizajn sistema upravljanja zasnovanog na 80C196KC i L298N
Sistem kontrole brzine jednosmerne struje zasnovan na 80C196KC i L298N sastoji se od minimalnog MCU sistema, R / D konvertera, PWM kruga pojačala snage, A / D i D / A konverzije, i prijemnog komandnog interfejsnog kruga. Minimalni sistem jednočipnog mikroračunala usvaja 16-bitni single-chip 80C196KC interfejs za eksternu ekspanziju, koji se uglavnom koristi za realizaciju funkcija prikupljanja podataka, generisanja PWM signala, itd.
3.1. Uvod u Power Integrated Circuit L298N
Da bi se poboljšala efikasnost sistema i smanjila potrošnja energije, upravljački krug pojačavača snage koristi integrirani krug L298N zasnovan na bipolarnoj metodi širine impulsa H-mosta. L298N je visokoučinkovito pojačalo impulsne modulacije snage SGS-a, koje ima karakteristike male veličine i jake vozne sposobnosti. Sadrži dva H-mosta visokonaponskih i visokonaponskih upravljačkih mostova. Može upravljati cijelim mostom motora u jednom čipu i može voziti motore do 46V i ispod 2A.
3.2, krug hardvera sustava upravljanja DC motora
L298N može da pokreće dva jednosmerna motora. S obzirom da je sistem za kontrolu brzine jednoručna struktura, da bi se u potpunosti iskoristio kapacitet opterećenja kruga pojačala, sistem može početi s maksimalnim ubrzanjem i kočnicom s maksimalnim ubrzanjem. Izlaz se koristi paralelno s upravljačkim DC motorom. Kao što je prikazano na slici 4, ulazni priključci IN1 i IN3 su povezani paralelno, IN2 i IN4 su povezani paralelno, izlazni priključci OUT1 i OUT3 su paralelno povezani, a OUT2 i OUT4 su paralelno spojeni na dva kraja motor. Terminal za aktiviranje se kontroliše preko izlaznog porta velike brzine HSO1 mikroprocesora sa jednim čipom.
Mikroračunalo sa jednim čipom 80C196KC daje PWM signal prema petlji položaja i rezultatu rada petlje brzine. PWM signal se direktno izlazi na IN1 (IN3) terminal, a jedan kanal se invertira na IN2 (IN4) preko 7406. Kada je odnos dužine PWM analognog signala 50%. Pozitivni i negativni naponi na oba kraja motora se dodaju u isto vrijeme. Motor se nalazi u stanju mikro-tresenja u ovom položaju, tj. U stanju "energetskog podmazivanja". Kada je radni odnos veći od 50%, signalni napon OUTA je veći od OUTB-a, a motor se okreće naprijed, inače Obrnuto. Zbog toga je potrebno izravnati izlazni polaritet svake veze kako bi se stvorila negativna povratna sprega i potpuna zatvorena kontrola. Promjenom PWM radnog ciklusa za kontrolu brzine motora, također se može promijeniti upravljanje motorom, a način kontrole je jednostavan i pouzdan. Osim toga, pošto je motor tipa električnog svitka, povratna elektromotorna sila nastaje kada se motor naglo zaustavi i iznenada preokrene. Da bi se osigurao normalan rad čipa L298N, dodaju se dva para nastavaka između izlaznih priključaka OUTA, OUTB i DC motora. Protočna dioda skreće struju na pozitivno ili uzemljeno napajanje kako bi se spriječilo da povratna elektromotorna sila ošteti L298N.
3.3, dizajn protiv smetnji i elektromagnetne kompatibilnosti
Kada se motor pokreće, brza promena glavnog sklopnog elementa dovodi do velike promene struje i napona snage, što ne samo da utiče na upravljački krug, već i ulazi u kontrolni krug preko izvora napajanja i zemlje. Osim toga, kada motor počne kočiti, stvara se privremeni napon pri nagloj promjeni opterećenja, a njegova amplituda je također veća od napona napajanja, a prednja ivica je strma, a frekvencijski pojas širok, a upravljački krug ulazi preko DC izvora napajanja. Zbog toga je presudna zaštita od smetnji i elektromagnetska kompatibilnost. Sistem usvaja mjere kao što su trenutni ravni valovi, brisanje i zaštita.
Trenutni ravan talas: Budući da je trenutna energija PWM prekidača relativno velika, RC filter se koristi za filtriranje na izlaznom kraju PWM pojačala snage. Odabirom odgovarajućih vrijednosti otpora i kapacitivnosti, efektivno se potiskuju visokofrekventni harmonici, a apsorbira se maksimalni napon PWM pojačala snage. Smanjene smetnje;
Deburring: Sistem povećava kondenzator filtera na kraju napajanja. Veliki i mali kondenzatori se koriste paralelno. Veliki kondenzator preuzima odvajanje, filtriranje i izglađivanje izmjeničnog signala niske frekvencije. Mali kondenzator eliminira srednje i visoke frekvencije parazitske mreže u krugu. Spojka, efektivno smanjuje neravnine šiljaka;
Zaštita: Kabl motora je dvostruko oklopljen i žice su odvojene od ostalih kablova što je više moguće.
4, implementacija softvera za upravljanje sistemom
Kontrolni sistem koristi kombinaciju brzine i položaja zatvorene petlje, a metodom pozicioniranja se uzima kao primjer uvođenje metode implementacije softvera. Kontrola pozicije se zasniva na klasičnom PI algoritmu, proporcionalni i integralni parametri su pojednostavljeni, a uvedena je i segmentacija PI kontrole. Odnosno, izračunata greška se segmentira, a podešavanje se vrši različitim proporcionalnim i integralnim parametrima unutar svakog opsega grešaka. Uverite se da sistem radi glatko i stabilno.
Dijagram toka specifične softverske implementacije je prikazan na slici 5, to jest, nakon primanja zadane naredbe kut, prvo izračunati podatke o poziciji uzorka i datu razliku u kutu, a zatim podijeliti razliku na n jednakih dijelova, koji odgovaraju skupu parametara. u svakom segmentu. Kp1 i ki1 učestvuju u kontroli posredovanja, izračunavaju izlaz PI kontrole i zatim je pretvaraju u odgovarajući izlaz PWM vrijednosti.
5, zaključak
Zasnovan na PWM kontrolnom sistemu jednosmernog motora 80C196KC i L298N, PWM signal generiše mikrokompjuter sa jednim čipom do integrisanog kola L298N. Klasična PI segmentacija se koristi za upravljanje motorom. Ima karakteristike jednostavnog kruga i praktične kontrole. Rezultati probnog rada pokazuju da sistem radi stabilno i pouzdano, ispunjava zahtjeve funkcije regulacije brzine, te je uspješno primijenjen u više proizvoda u zraku.
