Tecnologia de controle PWM do motor CC baseada em 80C196KC e L298N
Motores de corrente contínua são amplamente utilizados em vários campos devido ao seu excelente desempenho de regulação de velocidade, grande torque de partida e forte capacidade de sobrecarga. Nos últimos anos, a estrutura e os métodos de controle dos motores de corrente contínua sofreram grandes mudanças. Com o computador entrando no campo de controle e o surgimento de novos componentes eletrônicos de potência, a regulação de velocidade PWM (pulsewidthmodulaTIon) tornou-se uma nova forma de regulação da velocidade do motor de corrente contínua. E por causa da alta freqüência de comutação, operação estável em baixa velocidade, excelente desempenho dinâmico, alta eficiência, etc., é amplamente utilizado na regulação de velocidade do motor DC.
2, com base no princípio de funcionamento do sistema de controle de velocidade PWM
PWM ou modulação por largura de pulso refere-se ao uso das características de chaveamento de transistores de alta potência para modular uma fonte de alimentação CC de tensão fixa, ligar e desligar em uma freqüência fixa, e alterar o tempo de ativação e desativação em um ciclo como necessário. A velocidade do motor é controlada alterando o ciclo de trabalho da tensão na armadura do servo motor DC para alterar a magnitude da tensão média. Portanto, muitas vezes é referido como um dispositivo de movimentação do comutador.
Alterar o ciclo de trabalho geralmente tem dois modos: PWM e PFM (pulsefrequencymodulaion). O PWM está alterando a largura de pulso, que é conhecida como ajuste de frequência fixa. PFM é uma largura de pulso constante. O ciclo de trabalho é alterado, alterando a frequência de comutação. Uma vez que a ressonância mecânica em uma frequência particular freqüentemente causa vibração e uivo do sistema, o PWM é usado no controle do motor CC. O método de controle é principalmente.
3. Projeto de hardware do sistema de controle baseado em 80C196KC e L298N
O sistema de controle de velocidade do motor CC baseado em 80C196KC e L298N consiste no sistema mínimo MCU, conversor R / D, circuito amplificador de potência PWM, circuito de conversão A / D e D / A e circuito de interface de comando de recepção. O sistema mínimo do microcomputador de chip único adota o circuito de interface de expansão externa 80C196KC de chip único de 16 bits, que é usado principalmente para realizar as funções de aquisição de dados, geração de sinal PWM, etc.
3.1. Introdução ao circuito integrado de alimentação L298N
A fim de melhorar a eficiência do sistema e reduzir o consumo de energia, o circuito de acionamento do amplificador de potência usa um circuito integrado L298N baseado em um método de modulação de largura de pulso de ponte H bipolar. O L298N é um amplificador de potência de modulação por largura de pulso de alto desempenho produzido pela SGS, que possui as características de tamanho pequeno e forte capacidade de condução. Ele contém dois ponte ponte de alta tensão e alta corrente H-bridge. Ele pode dirigir toda a ponte do motor em um único chip e pode acionar motores de até 46V e abaixo de 2A.
3.2, circuito de hardware do sistema de controle do motor DC
O L298N pode acionar dois motores CC. Como o sistema de controle de velocidade é de estrutura de eixo único, para aproveitar ao máximo a capacidade de carga do circuito amplificador de potência, o sistema pode começar com aceleração máxima e freio com aceleração máxima. A saída é usada em paralelo com o motor CC de controle. Como mostrado na Figura 4, os terminais de entrada IN1 e IN3 estão conectados em paralelo, IN2 e IN4 estão conectados em paralelo, os terminais de saída OUT1 e OUT3 estão conectados em paralelo, e OUT2 e OUT4 estão conectados em paralelo às duas extremidades do motor, respectivamente. O terminal de habilitação é controlado pela porta de saída de alta velocidade HSO1 do microcomputador de chip único.
O microcomputador de chip único 80C196KC fornece o sinal PWM de acordo com o loop de posição e o resultado da operação de loop de velocidade. O sinal PWM é enviado diretamente para o terminal IN1 (IN3) e um canal é invertido para IN2 (IN4) através do 7406. Quando a razão de serviço do sinal analógico PWM é de 50%. As tensões positivas e negativas em ambas as extremidades do motor são adicionadas pelo mesmo tempo. O motor está em estado de micro-agitação nesta posição, isto é, no estado de "lubrificação de potência". Quando a relação de trabalho é maior que 50%, a tensão de sinal OUTA é maior que OUTB e o motor está girando para frente, caso contrário, Inverte. Portanto, é necessário endireitar a polaridade de saída de cada link para formar um feedback negativo e concluir o controle de malha fechada. Alterando o ciclo de trabalho do PWM para controlar a velocidade do motor, a direção do motor também pode ser alterada e o método de controle é simples e confiável. Além disso, como o motor é do tipo bobina elétrica, a força eletromotriz traseira é formada quando o motor repentinamente para e inverte repentinamente. Para garantir a operação normal do chip do driver L298N, dois pares de continuação entre os terminais de saída OUTA, OUTB e o motor CC são adicionados. O diodo de fluxo desvia a corrente para o positivo ou terra da fonte de alimentação para evitar que a força eletromotriz traseira danifique o L298N.
3.3, design anti-interferência e compatibilidade eletromagnética
Quando o motor é acionado, a rápida comutação do elemento de chaveamento principal provoca uma grande taxa de variação da corrente e tensão, que não somente afeta o circuito de acionamento, mas também entra no circuito de controle através da fonte de energia e do terra. Além disso, quando o motor começa a frear, uma tensão transitória é gerada a uma mudança repentina na carga e sua amplitude também é maior que a tensão da fonte de alimentação, a borda frontal é íngreme e a banda de frequência é larga e o circuito de controle é entrada através da fonte de energia DC. Portanto, o design de compatibilidade anti-interferência e eletromagnética também é crucial. O sistema adota medidas como ondas planas atuais, rebarbação e blindagem.
Onda plana atual: Como a energia instantânea da chave PWM é relativamente grande, o filtro RC é usado para filtragem na extremidade de saída do amplificador de potência PWM. Ao selecionar os valores de resistência e capacitância apropriados, os harmônicos de alta freqüência são efetivamente suprimidos, e a tensão de pico do amplificador de potência PWM é absorvida. Interferência reduzida;
Rebarbar: O sistema aumenta o capacitor do filtro no final da fonte de alimentação. Os capacitores grandes e pequenos são usados em paralelo. O grande capacitor suporta o desacoplamento, filtragem e suavização do sinal alternado de baixa freqüência. O pequeno capacitor elimina os parasitas de média e alta frequência na rede de circuitos. Acoplamento, efetivamente reduzindo rebarbas de espiga;
Blindagem: O cabo de acionamento do motor é duplamente blindado e os fios são separados dos demais cabos o máximo possível.
4, implementação de software do sistema de controle
O sistema de controle adota a combinação de velocidade e posição de loop fechado, e o método de controle de posição é tomado como um exemplo para introduzir o método de implementação de software. O controle de posição é baseado no algoritmo de controle PI clássico, os parâmetros proporcional e integral são simplificados e o controle PI de segmentação é introduzido. Ou seja, o erro calculado é segmentado e o ajuste é realizado por diferentes parâmetros proporcionais e integrais dentro de cada faixa de erro. Certifique-se de que o sistema esteja funcionando de maneira mais suave e estável.
O fluxograma de implementação de software específico é mostrado na Figura 5, isto é, depois de receber o comando ângulo dado, primeiro calcule a informação de posição amostrada e a diferença de ângulo dada e então divida a diferença em n partes iguais, correspondendo a um conjunto de parâmetros. em cada segmento. Kp1 e ki1 participam do controle de mediação, calculam a saída do controle de PI e, em seguida, convertem-no na saída de valor de PWM correspondente.
5, a conclusão
Baseado no sistema de controle PWM do motor CC de 80C196KC e L298N, o sinal PWM é gerado pelo microcomputador de chip único para o circuito integrado de energia L298N. O controle de segmentação PI clássico é usado para realizar o controle do motor. Tem as características de circuito simples e controle conveniente. Os resultados dos testes em execução mostram que o sistema funciona de maneira estável e confiável, atende aos requisitos da função de regulação de velocidade e foi aplicado com sucesso em vários produtos aerotransportados.
