Ahoj všichni, jsem tahir ul haq z jiného projektu.
Tentokrát to byl čas udělat MC, který byl použit do 2017-11-407.
Toto je konec střednědobého programu.
Doufám, že se vám to líbí.
Vyžaduje to spoustu konceptů a teorií, takže se na to nejprve podívejme.
Se vznikem počítačů a industrializovaným procesem došlo v historii lidských bytostí k výzkumu s cílem vyvinout metody pro předefinování procesu, a co je důležitější, pro použití strojů k autonomnímu řízení procesu.
Cílem je snížit lidskou účast v těchto procesech, a tím omezit chyby v těchto procesech.
Proto vznikl obor \'inženýrství řídicích systémů\'.
Inženýrství řídicího systému lze definovat jako použití různých metod k řízení práce procesu nebo udržování stálého a preferovaného prostředí, ať už manuálního nebo automatického.
Jednoduchým příkladem je regulace teploty v místnosti.
Manuální ovládání znamená přítomnost osoby, která kontroluje aktuální podmínky na místě (snímač)
, S očekáváním (zpracování)
a podnikne příslušné kroky k získání požadované hodnoty (akční člen).
Problém s tímto přístupem je, že není příliš spolehlivý, protože člověk je náchylný k chybám nebo nedbalosti při práci.
Dalším problémem je navíc to, že rychlost procesu, který aktuátor spouští, není vždy rovnoměrná, což znamená, že někdy může být rychlejší než požadovaná rychlost a někdy může být pomalá.
Řešením tohoto problému je použití mikrokontroléru k ovládání systému.
Podle dané specifikace je mikrokontrolér naprogramován tak, aby řídil proces připojení v obvodu (
Diskutujte později)
Hodnotu nebo stav, čímž řídí proces tak, aby se udržela požadovaná hodnota.
Výhodou tohoto procesu je, že není potřeba do tohoto procesu zasahovat člověka.
Rychlost tohoto procesu je navíc konzistentní.
Než budeme pokračovat, je důležité určit různé pojmy v tomto bodě: Řízení zpětné vazby: V tomto systému závisí vstup v určitém čase na jedné nebo více proměnných, včetně výstupu systému.
Negativní zpětná vazba: V tomto systému reference (vstup)
Jako zpětná vazba je chyba odečtena a fáze vstupu je 180 stupňů.
Pozitivní zpětná vazba: V tomto systému
jsou referenční (vstupní) chyby přidány, když jsou zpětná vazba a vstup ve fázi.
Chybový signál: rozdíl mezi požadovaným výstupem a skutečným výstupem.
Senzor: zařízení používané k detekci určitého počtu zařízení v obvodu.
Obvykle se umístí do výstupu nebo kamkoli, kde chceme provést nějaká měření.
Procesor: část řídicího systému, která je zpracována na základě programovacích algoritmů.
Vyžaduje určitý vstup a vytváří určitý výstup.
Akční člen: v řídicím systému se akční člen používá k provádění událostí na základě signálu generovaného mikrokontrolérem k ovlivnění výstupu.
Systém s uzavřenou smyčkou: systém s jednou nebo více zpětnovazebními smyčkami.
Systém otevřené smyčky: neexistuje systém pro zpětnovazební smyčku.
Rise Time: Doba potřebná k tomu, aby výstup vzrostl z 10 % maximální amplitudy signálu na 90 %.
Drop Time: Doba potřebná k tomu, aby výstup klesl z 90 % na 10 %.
Peak overshooting: Peak overshooting je množství výstupu, které překračuje jeho ustálenou hodnotu (
Normální během přechodové odezvy systému).
Stable Time: Doba potřebná k tomu, aby výstup dosáhl stabilního stavu.
Chyba ustáleného stavu: rozdíl mezi skutečným a očekávaným výkonem, jakmile systém dosáhne ustáleného stavu. Obrázek výše ukazuje velmi zjednodušenou verzi řídicího systému.
Mikrokontrolér je jádrem každého řídicího systému.
Jedná se o velmi důležitou součást, proto by měla být pečlivě vybrána podle požadavků systému.
Mikrokontrolér přijímá vstup od uživatele.
Tento vstup definuje podmínky požadované pro systém.
Mikrokontrolér také přijímá vstup ze senzoru.
Snímač je připojen k výstupu a jeho informace jsou přiváděny zpět na vstup.
Tento vstup lze také nazvat negativní zpětnou vazbou.
Negativní zpětná vazba byla vysvětlena dříve.
Na základě svého naprogramování provádí mikroprocesor různé výpočty a výstupy na akční člen.
Zařízení pro řízení akčního členu založené na výstupu se snaží tyto podmínky udržovat.
Příkladem může být řidič motoru pohánějící motor, kde řidič motoru je řidič a motor je továrna.
Proto se motor otáčí danou rychlostí.
Připojený senzor čte stav aktuálního výrobního závodu a posílá jej zpět do mikrokontroléru.
Mikrokontrolér se znovu porovná a vypočítá, takže se smyčka opakuje.
Proces je opakující se a nekonečný a mikrokontrolér dokáže udržovat požadované podmínky.
Zde jsou dva hlavní způsoby ovládání rychlosti stejnosměrného motoru)
Ruční řízení napětí: v průmyslových aplikacích je mechanismus řízení rychlosti stejnosměrného motoru kritický.
Někdy můžeme potřebovat rychlosti, které jsou vyšší nebo nižší než normálně.
Proto potřebujeme účinnou metodu řízení rychlosti.
Řízení napájecího napětí je jedním z nejjednodušších způsobů řízení otáček.
Můžeme změnit napětí, abychom změnili rychlost. b)
Řízení PWM pomocí PID: další efektivnější způsob je použití mikrokontroléru.
Stejnosměrný motor je připojen k mikrokontroléru přes ovladač motoru.
Budič motoru je IC přijímající PWM (
pulzní šířková modulace)
Vstup z mikrořadiče a výstup do stejnosměrného motoru podle vstupu. Obrázek 1.
2: Kapitola 1 signálu PWM.
Úvod 3 S ohledem na signál PWM lze nejprve vysvětlit fungování PWM.
Skládá se z nepřetržitých pulzů po určitou dobu.
Časový úsek je doba, kterou bod stráví pohybem ve vzdálenosti rovné vlnové délce.
Tyto impulsy mohou mít pouze binární hodnoty (HIGH nebo LOW).
Máme také dvě další veličiny, šířku impulsu a pracovní cyklus.
Šířka impulsu je doba, kdy je výstup PWM vysoký.
Pracovní cyklus je procento šířky impulsu k časovému období.
Po zbytek časového období je výstup nízký.
Pracovní cyklus přímo řídí rychlost motoru.
Pokud stejnosměrný motor poskytne kladné napětí během určité doby, bude se pohybovat určitou rychlostí.
Pokud je kladné napětí poskytováno delší dobu, rychlost bude vyšší.
Proto lze pracovní cyklus PWM změnit změnou šířky impulsu.
Změnou pracovního cyklu stejnosměrného motoru lze změnit rychlost motoru.
Regulace rychlosti pro problémy se stejnosměrným motorem: problém s první metodou regulace rychlosti je v tom, že napětí se může v průběhu času měnit.
Tyto změny znamenají nerovnoměrnou rychlost.
Proto je první způsob nežádoucí.
Řešení: K řízení rychlosti použijeme druhý způsob.
K doplnění druhé metody používáme algoritmus PID.
PID představuje proporcionální integrální derivaci.
V algoritmu PID je měřena aktuální rychlost motoru a porovnávána s požadovanou rychlostí.
Tato chyba se používá pro složité výpočty ke změně pracovního cyklu motoru podle času.
Tento proces je v každém cyklu.
Pokud rychlost překročí požadovanou rychlost, pracovní cyklus se sníží a pracovní cyklus se zvýší, pokud je rychlost nižší než požadovaná rychlost.
Tato úprava se neprovádí, dokud není dosaženo nejlepší rychlosti.
Tuto rychlost neustále kontrolujte a kontrolujte.
Zde jsou systémové komponenty použité v tomto projektu a stručný úvod do detailů každé komponenty.
STM 32F407: mikrokontrolér navržený společností ST Micro-section.
Funguje na ARM Cortex. M architektura.
Svou rodinu vede s vysokou taktovací frekvencí 168 MHz.
Ovladač motoru L298N: Tento IC se používá ke spuštění motoru.
Má dva externí vstupy.
Jeden z mikrořadiče.
Mikrokontrolér pro něj poskytuje PWM signál.
Rychlost motoru lze upravit úpravou šířky impulzu.
Jeho druhý vstup je zdroj napětí potřebný k pohonu motoru.
Stejnosměrný motor: Stejnosměrný motor běží na stejnosměrném napájecím zdroji.
V tomto experimentu je stejnosměrný motor provozován pomocí fotoelektrické spojky připojené k budiči motoru.
Infračervený senzor: infračervený senzor je ve skutečnosti infračervený transceiver.
Vysílá a přijímá infračervené vlny, které lze použít k provádění různých úkolů.
Optický vazební člen IR kodéru 4N35: optický vazební člen je zařízení používané k izolaci nízkonapěťové části obvodu a vysokonapěťové části.
Jak už z názvu vyplývá, funguje na bázi světla.
Když nízkonapěťová část dostane signál, proud protéká vysokonapěťovou částí.
Systém je systém řízení rychlosti.
Jak již bylo zmíněno, systém je implementován pomocí PID proporcionálního integrálu a derivace.
Systém regulace rychlosti má výše uvedené součásti.
První částí je snímač rychlosti.
Snímač rychlosti je obvod infračerveného vysílače a přijímače.
Když pevná látka prochází štěrbinou ve tvaru písmene U, snímač přejde do nízkého stavu.
Normálně je ve vysokém stavu.
Výstup snímače je připojen k dolní propusti, aby se eliminoval útlum způsobený přechodnými jevy generovanými při změně stavu snímače.
Dolní propust se skládá z rezistorů a kondenzátorů.
Hodnoty byly vybrány podle potřeby.
Použitý kondenzátor je 1100nf a použitý odpor je asi 25 ohmů.
Nízkoprůchodový filtr eliminuje zbytečné přechodné stavy, které mohou mít za následek další odečty a nesmyslné hodnoty.
Dolní propust je pak vyvedena přes kondenzátor na vstupní digitální pin mikrokontroléru stm.
Druhou částí je motor řízený pwm zajišťovaný mikrokontrolérem stm.
Toto nastavení je opatřeno elektrickou izolací pomocí optické spojky ic.
Optický vazební člen obsahuje LED, která vyzařuje světlo uvnitř ic balíčku, a když je na vstupní svorce vydán vysoký impuls, zkratuje výstupní svorku.
Vstupní terminál poskytuje pwm přes odpor, který omezuje proud LED připojené k optickému vazebnímu členu.
Na výstupu je připojen drop-down rezistor, takže při zkratování svorky se na drop-down rezistoru vytvoří napětí a pin připojený ke svorce na rezistoru dostane vysoký stav.
Výstup fotoelektrického vazebního členu je připojen k IN1 ovladače motoru ic, který udržuje výšku aktivačního kolíku.
Když se změní pracovní cyklus pwm na vstupu optického vazebního členu, kolík ovladače motoru přepne motor a řídí rychlost motoru.
Po pwm dodaném do motoru ovladač motoru obvykle poskytuje napětí 12 voltů.
Ovladač motoru pak umožní chod motoru.
Pojďme si představit algoritmus, který jsme použili při implementaci tohoto projektu regulace otáček motoru.
Pwm motoru zajišťuje jediný časovač.
Konfigurace časovače je provedena a nastavena tak, aby poskytovala pwm.
Když se motor spustí, otočí štěrbinou připevněnou k hřídeli motoru.
Štěrbina prochází dutinou snímače a vytváří nízký pulz.
Při nízkých pulzech se kód spustí a čeká, až se štěrbina pohne.
Jakmile štěrbina zmizí, senzor poskytne vysoký stav a časovač začne odpočítávat.
Časovač nám udává čas mezi dvěma štěrbinami.
Nyní, když se objeví další nízký impuls, příkaz IF se provede znovu, čeká na další vzestupnou hranu a zastaví čítač.
Po výpočtu otáček vypočítejte rozdíl mezi otáčkami a skutečnou referenční hodnotou a uveďte pid.
Pid vypočítá hodnotu pracovního cyklu, která v daném okamžiku dosáhne referenční hodnoty.
Tato hodnota je poskytnuta do CCR (
Comparison register)
V závislosti na chybě se rychlost časovače sníží nebo zvýší.
Byl implementován kód Atollic Truestudio.
Pro ladění může být nutné nainstalovat STM studio.
Importujte projekt do STM studia a importujte proměnné, které chcete zobrazit.
Drobná změna je 2017-11-4xx.
Změňte taktovací frekvenci přesně na h soubor při 168 MHz.
Fragment kódu byl poskytnut výše.
Závěr je, že otáčky motoru jsou řízeny pomocí PID.
Křivka však není zrovna hladká čára.
Existuje pro to mnoho důvodů: ačkoli snímač připojený k dolnopropustnému filtru stále poskytuje určité vady, ty jsou způsobeny některými nevyhnutelnými důvody pro nelineární odpory a analogová elektronická zařízení, motor se nemůže hladce otáčet při nízkém napětí nebo pwm.
Poskytuje kretény, které mohou způsobit, že systém zadá nějakou špatnou hodnotu.
Kvůli jitteru může snímač vynechat nějakou štěrbinu, která poskytuje vyšší hodnotu, a hlavním důvodem další chyby může být taktovací frekvence jádra stm.
Takt jádra Stm je 168 MHz.
Přestože tento problém byl řešen v tomto projektu, existuje holistický koncept tohoto modelu, který neposkytuje tak vysokou frekvenci.
Rychlost otevřené smyčky poskytuje velmi hladkou linku s pouze několika neočekávanými hodnotami.
PID také funguje a poskytuje velmi nízkou dobu stability motoru.
PID motoru byl testován při různých napětích, která udržovala konstantní referenční otáčky.
Změna napětí nemění rychlost motoru, což znamená, že PID funguje.
Zde jsou některé segmenty konečného výstupu PID. a)
Uzavřená smyčka @ 110 rpm)
Uzavřená smyčka @ 120 rpm Tento projekt by nemohl být dokončen bez pomoci členů mé skupiny.
Chci jim poděkovat.
Děkujeme, že jste sledovali tento projekt.
Doufám, že vám pomohou.
Těšte se prosím na další.
Před tím si požehnej :)
