Tecnologia di controllo PWM a motore DC basata su 80C196KC e L298N
I motori a corrente continua sono ampiamente utilizzati in vari campi grazie alle loro eccellenti prestazioni di regolazione della velocità, alla grande coppia di spunto e alla forte capacità di sovraccarico. Negli ultimi anni, la struttura e i metodi di controllo dei motori DC hanno subito grandi cambiamenti. Con il computer che entra nel campo di controllo e l'emergere di nuovi componenti elettronici di potenza, la regolazione della velocità PWM (pulsewidthmodulaTIon) è diventata un nuovo modo di regolazione della velocità del motore DC. E grazie all'elevata frequenza di commutazione, funzionamento stabile a bassa velocità, eccellenti prestazioni dinamiche, alta efficienza, ecc., È ampiamente utilizzato nella regolazione della velocità del motore DC.
2, basato sul principio di funzionamento del sistema di controllo della velocità PWM
La modulazione di larghezza di impulso o PWM si riferisce all'uso delle caratteristiche di commutazione dei transistor ad alta potenza per modulare un'alimentazione in CC a tensione fissa, accendersi e spegnersi a una frequenza fissa e modificare la durata dei tempi di accensione e spegnimento in un ciclo come necessario. La velocità del motore viene controllata modificando il ciclo di lavoro della tensione sull'armatura del servomotore CC per modificare l'intensità della tensione media. Pertanto, viene spesso definito come un dispositivo di commutazione.
La modifica del ciclo di lavoro di solito ha due modalità: PWM e PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM sta cambiando la larghezza dell'impulso, che è nota come regolazione della frequenza fissa. PFM è una larghezza di impulso costante. Il ciclo di lavoro viene modificato cambiando la frequenza di commutazione. Poiché la risonanza meccanica a una frequenza particolare spesso causa vibrazioni e urla del sistema, il PWM viene utilizzato nel controllo del motore CC. Il metodo di controllo è principalmente.
3. Progettazione hardware del sistema di controllo basato su 80C196KC e L298N
Il sistema di controllo della velocità del motore DC basato su 80C196KC e L298N è costituito dal sistema minimo MCU, convertitore R / D, circuito amplificatore di potenza PWM, circuito di conversione A / D e D / A e circuito di interfaccia di comando di ricezione. Il sistema minimo del microcomputer single-chip adotta il circuito di interfaccia di espansione esterno 80C196KC a chip singolo a 16 bit, che viene utilizzato principalmente per realizzare le funzioni di acquisizione dati, generazione di segnali PWM, ecc.
3.1. Introduzione al circuito integrato di alimentazione L298N
Al fine di migliorare l'efficienza del sistema e ridurre il consumo energetico, il circuito di pilotaggio dell'amplificatore di potenza utilizza un circuito integrato L298N basato su un metodo di modulazione dell'ampiezza dell'impulso del ponte H bipolare. L298N è un amplificatore di potenza a modulazione di larghezza di impulso ad alte prestazioni prodotto da SGS, che ha le caratteristiche di dimensioni ridotte e una forte capacità di guida. Contiene due driver bridge ad alta tensione e corrente elevata H-bridge. Può pilotare l'intero ponte del motore in un unico chip e può pilotare motori fino a 46 V e sotto i 2 A.
3.2, circuito hardware del sistema di controllo motore CC
L298N può pilotare due motori DC. Poiché il sistema di controllo della velocità è a struttura monoassiale, per sfruttare appieno la capacità di carico del circuito dell'amplificatore di potenza, il sistema può iniziare con la massima accelerazione e frenare con la massima accelerazione. L'uscita viene utilizzata in parallelo con il motore CC di controllo. Come mostrato in Figura 4, i terminali di ingresso IN1 e IN3 sono collegati in parallelo, IN2 e IN4 sono collegati in parallelo, i terminali di uscita OUT1 e OUT3 sono collegati in parallelo, e OUT2 e OUT4 sono collegati in parallelo alle due estremità del motore rispettivamente. Il terminale di abilitazione è controllato dalla porta di uscita ad alta velocità HSO1 del microcomputer a chip singolo.
Il microcomputer 80C196KC a chip singolo fornisce il segnale PWM in base al loop di posizione e al risultato dell'operazione dell'anello di velocità. Il segnale PWM viene inviato direttamente al terminale IN1 (IN3) e un canale è invertito su IN2 (IN4) attraverso il 7406. Quando il rapporto di lavoro del segnale analogico PWM è del 50%. Le tensioni positive e negative a entrambe le estremità del motore vengono aggiunte per lo stesso tempo. Il motore si trova in uno stato di microtaglio in questa posizione, cioè nello stato di "lubrificazione forzata". Quando il rapporto di lavoro è maggiore del 50%, la tensione del segnale OUTA è maggiore di OUTB e il motore ruota in avanti, altrimenti in retromarcia. Pertanto, è necessario raddrizzare la polarità di uscita di ciascun collegamento per formare un feedback negativo e un controllo a ciclo chiuso completo. Modificando il ciclo di lavoro PWM per controllare la velocità del motore, è inoltre possibile modificare lo sterzo del motore e il metodo di controllo è semplice e affidabile. Inoltre, poiché il motore è del tipo a bobina elettrica, la forza elettromotrice posteriore si forma quando il motore si arresta improvvisamente e improvvisamente si inverte. Per garantire il normale funzionamento del chip driver L298N, vengono aggiunte due coppie di continuazione tra i terminali di uscita OUTA, OUTB e il motore CC. Il diodo di flusso rimanda la corrente al positivo o alla massa dell'alimentatore per evitare che la forza posteriore elettromotrice danneggi la L298N.
3.3, progettazione anti-interferenza e compatibilità elettromagnetica
Quando viene azionato il motore, la commutazione rapida dell'elemento di commutazione dell'alimentazione principale provoca una grande velocità di variazione della corrente e della tensione di alimentazione, che non solo influisce sul circuito di pilotaggio ma entra anche nel circuito di controllo attraverso la fonte di alimentazione e la terra. Inoltre, quando il motore inizia a frenare, viene generata una tensione transitoria a un improvviso cambiamento di carico, e la sua ampiezza è anche superiore alla tensione di alimentazione, e il bordo anteriore è ripido e la banda di frequenza è ampia, e il circuito di controllo viene immesso tramite la fonte di alimentazione CC. Pertanto, anche il design di compatibilità anti-jamming e elettromagnetica è fondamentale. Il sistema adotta misure quali l'onda piatta corrente, la sbavatura e la schermatura.
Onda piatta attuale: poiché l'energia istantanea dell'interruttore PWM è relativamente grande, il filtro RC viene utilizzato per il filtraggio all'estremità di uscita dell'amplificatore di potenza PWM. Selezionando appropriati valori di resistenza e capacità, le armoniche ad alta frequenza vengono effettivamente soppresse e viene assorbita la tensione di picco dell'amplificatore di potenza PWM. Interferenza ridotta;
Sbavatura: il sistema aumenta il condensatore del filtro alla fine dell'alimentazione. I condensatori grandi e piccoli sono usati in parallelo. Il grande condensatore supporta il disaccoppiamento, il filtraggio e il livellamento del segnale alternato a bassa frequenza. Il piccolo condensatore elimina i parassiti di media e alta frequenza nella rete del circuito. Accoppiamento, riducendo efficacemente le sbavature degli spike;
Schermatura: il cavo di azionamento del motore è a doppia schermatura e i fili sono separati dagli altri cavi il più possibile.
4, implementazione del software del sistema di controllo
Il sistema di controllo adotta la combinazione di velocità e posizione ad anello chiuso e il metodo di controllo della posizione è preso come esempio per introdurre il metodo di implementazione del software. Il controllo di posizione si basa sul classico algoritmo di controllo PI, i parametri proporzionali e integrali sono semplificati e viene introdotto il controllo PI di segmentazione. In altre parole, l'errore calcolato viene segmentato e la regolazione viene eseguita da diversi parametri proporzionali e integrali all'interno di ciascun intervallo di errore. Assicurarsi che il sistema funzioni in modo più fluido e stabile.
Il diagramma di flusso dell'implementazione software specifico è mostrato in Figura 5, ovvero, dopo aver ricevuto il dato comando di angolo, prima calcolare l'informazione di posizione campionata e la differenza di angolo data, e quindi dividere la differenza in n parti uguali, corrispondente ad un set di parametri in ogni segmento. Kp1 e ki1 partecipano al controllo della mediazione, calcolano l'output del controllo PI e quindi lo convertono nel corrispondente valore PWM.
5, la conclusione
Basato sul sistema di controllo PWM del motore CC 80C196KC e L298N, il segnale PWM viene generato dal microcomputer a chip singolo sul circuito integrato di alimentazione L298N. Il classico controllo di segmentazione PI viene utilizzato per realizzare il controllo del motore. Ha le caratteristiche del circuito semplice e controllo conveniente. I risultati dei test in corso mostrano che il sistema funziona in modo stabile e affidabile, soddisfa i requisiti della funzione di regolazione della velocità ed è stato applicato con successo in più prodotti di bordo.
