Τεχνολογία ελέγχου PWM κινητήρα συνεχούς ρεύματος που βασίζεται σε 80C196KC και L298N
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς λόγω της εξαιρετικής απόδοσης ρύθμισης ταχύτητας, της μεγάλης ροπής εκκίνησης και της ισχυρής δυνατότητας υπερφόρτωσης. Τα τελευταία χρόνια, οι δομές και οι μέθοδοι ελέγχου των κινητήρων DC έχουν υποστεί μεγάλες αλλαγές. Με τον υπολογιστή που εισέρχεται στο πεδίο ελέγχου και την εμφάνιση νέων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων ισχύος, η ρύθμιση της ταχύτητας PWM (pulsewidthmodulaTIon) έχει γίνει ένας νέος τρόπος ρύθμισης της ταχύτητας του κινητήρα DC. Και λόγω της υψηλής συχνότητας μεταγωγής, της σταθερής λειτουργίας με χαμηλή ταχύτητα, εξαιρετικής δυναμικής απόδοσης, υψηλής απόδοσης κλπ., Χρησιμοποιείται ευρέως σε ρύθμιση ταχύτητας κινητήρα DC.
2, με βάση την αρχή λειτουργίας του συστήματος ελέγχου ταχύτητας PWM
Η διαμόρφωση PWM ή πλάτους παλμού αναφέρεται στη χρήση των χαρακτηριστικών μεταγωγής των τρανζίστορ υψηλής ισχύος για τη ρύθμιση μίας συνεχούς τάσης συνεχούς ρεύματος, την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση σε σταθερή συχνότητα και την αλλαγή του χρόνου ενεργοποίησης και απενεργοποίησης σε έναν κύκλο όπως απαιτείται. Η ταχύτητα του κινητήρα ελέγχεται μεταβάλλοντας τον κύκλο λειτουργίας της τάσης στον οπλισμό του σερβοκινητήρα DC για να αλλάξετε το μέγεθος της μέσης τάσης. Ως εκ τούτου, αναφέρεται συχνά ως συσκευή κίνησης διακόπτη.
Η αλλαγή του κύκλου λειτουργίας έχει συνήθως δύο λειτουργίες: PWM και PFM (pulsfrequencymodulaion). Το PWM αλλάζει το πλάτος παλμού, το οποίο είναι γνωστό ως ρύθμιση σταθερής συχνότητας. Το PFM είναι ένα σταθερό εύρος παλμών. Ο κύκλος λειτουργίας αλλάζει με αλλαγή της συχνότητας μεταγωγής. Δεδομένου ότι ο μηχανικός συντονισμός σε μια συγκεκριμένη συχνότητα συχνά προκαλεί κραδασμούς και ουρλιαχτό του συστήματος, το PWM χρησιμοποιείται στον έλεγχο του κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Η μέθοδος ελέγχου είναι κυρίως.
3. Σχεδιασμός υλικού συστήματος ελέγχου βασισμένο σε 80C196KC και L298N
Το σύστημα ελέγχου ταχύτητας κινητήρα DC βασισμένο στα 80C196KC και L298N αποτελείται από το ελάχιστο σύστημα MCU, τον μετατροπέα R / D, το κύκλωμα ενισχυτή ισχύος PWM, το κύκλωμα μετατροπής A / D και D / A και το κύκλωμα διεπαφής εντολών λήψης. Το ελάχιστο σύστημα του μικροϋπολογιστή ενός μικροκυκλώματος υιοθετεί το κύκλωμα διεπαφής εξωτερικής επέκτασης επεκτάσεων 80c196KC 16 bit, το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για την πραγματοποίηση των λειτουργιών της απόκτησης δεδομένων, της παραγωγής σήματος PWM κλπ.
3.1. Εισαγωγή στο ολοκληρωμένο κύκλωμα ισχύος L298N
Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του συστήματος και να μειωθεί η κατανάλωση ισχύος, το κύκλωμα οδήγησης του ενισχυτή ισχύος χρησιμοποιεί ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα L298N με βάση τη μέθοδο διπολικής διαμόρφωσης πλάτους παλμού Η-γέφυρας. Ο L298N είναι ένας ενισχυτής ισχύος με διαμόρφωση εύρους παλμών που παράγεται από την SGS, η οποία έχει τα χαρακτηριστικά μικρού μεγέθους και ισχυρή ικανότητα οδήγησης. Περιέχει δύο γέφυρες H-γέφυρας υψηλής τάσης και υψηλής τάσης. Μπορεί να οδηγήσει ολόκληρη τη γέφυρα του κινητήρα σε ένα ενιαίο τσιπ και μπορεί να οδηγήσει τους κινητήρες μέχρι 46V και κάτω από 2A.
3.2, κύκλωμα υλικού συστήματος ελέγχου κινητήρα DC
Το L298N μπορεί να οδηγήσει δύο κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Επειδή το σύστημα ελέγχου ταχύτητας είναι δομή ενός άξονα, προκειμένου να αξιοποιηθεί πλήρως η χωρητικότητα φορτίου του κυκλώματος ενισχυτή ισχύος, το σύστημα μπορεί να ξεκινήσει με μέγιστη επιτάχυνση και φρένο με μέγιστη επιτάχυνση. Η έξοδος χρησιμοποιείται παράλληλα με τον κινητήρα DC ελέγχου. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 4, οι ακροδέκτες εισόδου IN1 και IN3 συνδέονται παράλληλα, οι IN2 και IN4 συνδέονται παράλληλα, οι ακροδέκτες εξόδου OUT1 και OUT3 συνδέονται παράλληλα και οι OUT2 και OUT4 συνδέονται παράλληλα με τα δύο άκρα του κινητήρα αντίστοιχα. Το τερματικό ενεργοποίησης ελέγχεται από τη θύρα εξόδου υψηλής ταχύτητας HSO1 του μικροϋπολογιστή ενός τσιπ.
Ο μικροϋπολογιστής 80C196KC με μοναδικό τσιπ δίνει το σήμα PWM σύμφωνα με τον βρόχο θέσης και το αποτέλεσμα της λειτουργίας βρόχου ταχύτητας. Το σήμα PWM εξέρχεται απευθείας στον ακροδέκτη IN1 (IN3) και ένα κανάλι αναστρέφεται προς το IN2 (IN4) μέσω του 7406. Όταν ο λόγος λειτουργίας του αναλογικού σήματος PWM είναι 50%. Οι θετικές και αρνητικές τάσεις και στα δύο άκρα του κινητήρα προστίθενται για τον ίδιο χρόνο. Ο κινητήρας βρίσκεται σε κατάσταση μικροαντίδρασης σε αυτή τη θέση, δηλαδή στην κατάσταση "λίπανσης ισχύος". Όταν ο λόγος λειτουργίας είναι μεγαλύτερος από 50%, η τάση σήματος OUTA είναι μεγαλύτερη από την OUTB και ο κινητήρας περιστρέφεται προς τα εμπρός, αλλιώς αντίστροφα. Επομένως, είναι απαραίτητο να ισιώσει η πολικότητα εξόδου κάθε συνδέσμου για να σχηματιστεί αρνητική ανάδραση και να ολοκληρωθεί ο έλεγχος κλειστού βρόχου. Με την αλλαγή του κύκλου λειτουργίας PWM για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα, το σύστημα διεύθυνσης κινητήρα μπορεί επίσης να αλλάξει και η μέθοδος ελέγχου είναι απλή και αξιόπιστη. Επιπλέον, επειδή ο κινητήρας είναι τύπου ηλεκτρικού πηνίου, σχηματίζεται η πίσω ηλεκτροκινητική δύναμη όταν ο κινητήρας σταματήσει ξαφνικά και ξαφνικά αντιστρέφει. Για να εξασφαλιστεί η κανονική λειτουργία του τσιπ οδηγού L298N, προστίθενται δύο ζεύγη συνεχόμενων μεταξύ των ακροδεκτών εξόδου OUTA, OUTB και DC. Η δίοδος ροής απομακρύνει το ρεύμα από το θετικό ή το έδαφος της τροφοδοσίας για να εμποδίσει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη του πίσω μέρους να βλάψει το L298N.
3.3, σχεδιασμός κατά της παρεμβολής και ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας
Όταν ο κινητήρας κινείται, ο γρήγορος μετασχηματισμός του ηλεκτρικού στοιχείου μεταγωγής προκαλεί μεγάλο ρυθμό μεταβολής του ρεύματος και της τάσης ισχύος, που επηρεάζει όχι μόνο το κύκλωμα οδήγησης αλλά και εισέρχεται στο κύκλωμα ελέγχου μέσω της πηγής ισχύος και της γείωσης. Επιπλέον, όταν ο κινητήρας αρχίζει να φρενάρει, δημιουργείται μια παροδική τάση με μια ξαφνική αλλαγή φορτίου και το πλάτος του είναι επίσης υψηλότερο από την τάση παροχής ρεύματος και η εμπρόσθια ακμή είναι απότομη και η ζώνη συχνοτήτων είναι μεγάλη και το κύκλωμα ελέγχου εισάγεται μέσω της πηγής ρεύματος DC. Επομένως, ο σχεδιασμός κατά του μπλοκαρίσματος και της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας είναι επίσης καθοριστικός. Το σύστημα υιοθετεί μέτρα όπως το τωρινό επίπεδο κύμα, η αφαίμαξη και η θωράκιση.
Τρέχον επίπεδο κύμα: Δεδομένου ότι η στιγμιαία ενέργεια του διακόπτη PWM είναι σχετικά μεγάλη, το φίλτρο RC χρησιμοποιείται για φιλτράρισμα στο άκρο εξόδου του ενισχυτή ισχύος PWM. Επιλέγοντας τις κατάλληλες τιμές αντίστασης και χωρητικότητας, οι αρμονικές υψηλής συχνότητας καταστέλλονται αποτελεσματικά και απορροφάται η τάση αιχμής του ενισχυτή ισχύος PWM. Μειωμένες παρεμβολές.
Αποσυστολή: Το σύστημα αυξάνει τον πυκνωτή φίλτρου στο άκρο τροφοδοσίας. Οι μεγάλοι και μικροί πυκνωτές χρησιμοποιούνται παράλληλα. Ο μεγάλος πυκνωτής φέρει την αποσύνδεση, το φιλτράρισμα και την εξομάλυνση του εναλλασσόμενου σήματος χαμηλής συχνότητας. Ο μικρός πυκνωτής εξαλείφει τα παρασιτικά μέσης και υψηλής συχνότητας στο δίκτυο κυκλωμάτων. Σύζευξη, μειώνοντας αποτελεσματικά τις ακίδες.
Θωράκιση: Το καλώδιο κίνησης του κινητήρα είναι διπλής θωράκισης και τα καλώδια διαχωρίζονται από τα υπόλοιπα καλώδια όσο το δυνατόν περισσότερο.
4, εφαρμογή λογισμικού συστήματος ελέγχου
Το σύστημα ελέγχου υιοθετεί τον συνδυασμό κλειστού βρόχου ταχύτητας και θέσης και η μέθοδος ελέγχου θέσης λαμβάνεται ως παράδειγμα για την εισαγωγή της μεθόδου εφαρμογής λογισμικού. Ο έλεγχος θέσης βασίζεται στον κλασικό αλγόριθμο ελέγχου PI, οι αναλογικές και ολοκληρωμένες παράμετροι απλοποιούνται και εισάγεται ο έλεγχος κατακερματισμού PI. Δηλαδή, το υπολογισμένο σφάλμα είναι κατακερματισμένο και η ρύθμιση πραγματοποιείται με διαφορετικές αναλογικές και ολοκληρωμένες παραμέτρους εντός κάθε εύρους σφάλματος. Βεβαιωθείτε ότι το σύστημα λειτουργεί πιο ομαλά και σταθερά.
Το συγκεκριμένο διάγραμμα ροής εφαρμογής λογισμικού παρουσιάζεται στο σχήμα 5, δηλαδή, αφού ληφθεί η δεδομένη εντολή γωνίας, πρώτα υπολογίσουμε τις πληροφορίες θέσης δειγματοληψίας και τη δεδομένη διαφορά γωνίας και στη συνέχεια διαιρούμε τη διαφορά σε n ίσα μέρη, που αντιστοιχούν σε ένα σύνολο παραμέτρων σε κάθε τμήμα. Kp1 και ki1 συμμετέχουν στον έλεγχο διαμεσολάβησης, υπολογίζουν την έξοδο του ελέγχου PI και στη συνέχεια το μετατρέπουν στην αντίστοιχη έξοδο τιμής PWM.
5, το συμπέρασμα
Με βάση το σύστημα ελέγχου PWM κινητήρα συνεχούς ρεύματος των 80C196KC και L298N, το σήμα PWM παράγεται από τον μικροϋπολογιστή ενός μικροκυκλώματος στο ολοκληρωμένο κύκλωμα ισχύος L298N. Ο κλασσικός έλεγχος τμηματοποίησης PI χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση του ελέγχου του κινητήρα. Έχει τα χαρακτηριστικά του απλού κυκλώματος και βολικό έλεγχο. Τα αποτελέσματα των δοκιμών λειτουργίας δείχνουν ότι το σύστημα λειτουργεί σταθερά και αξιόπιστα, πληροί τις απαιτήσεις της ρύθμισης της ταχύτητας και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε πολλά αερομεταφερόμενα προϊόντα.
