Geschwindigkeitsregelung des Gleichstrommotors mit PID -Algorithmus (STM32F4)

Hallo allerseits, ich bin Tahir ul Haq aus einem anderen Projekt.
Diesmal war es an der Zeit, MC zu machen, der bis 2017-11-407 verwendet wurde.
Dies ist das Ende des mittelfristigen Programms.
Hoffe es gefällt dir.
Es erfordert viele Konzepte und Theorien. Lassen Sie es sich also zuerst ansehen.
Mit der Entstehung von Computern und dem industrialisierten Prozess wurde in der Geschichte der Menschen untersucht, um Methoden zu entwickeln, um den Prozess neu zu definieren und vor allem Maschinen zur autonomen Steuung des Prozesses zu verwenden.
Ziel ist es, die Teilnahme des Menschen an diesen Prozessen zu verringern und so die Fehler in diesen Prozessen zu verringern.
Daher wurde das Feld von \ 'Control System Engineering \' entstand.
Das Steuerungssystem Engineering kann als Verwendung verschiedener Methoden definiert werden, um die Arbeit des Prozesses oder die Wartung einer konstanten und bevorzugten Umgebung zu steuern, ob manuell oder automatisch.
Ein einfaches Beispiel ist die Steuerung der Temperatur des Raumes.
Die manuelle Steuerung bezieht sich auf das Vorhandensein einer Person, die die aktuellen Bedingungen vor Ort (Sensor)
mit den Erwartungen (Verarbeitung) überprüft
und geeignete Maßnahmen ergreifen, um den gewünschten Wert (Aktuator) zu erhalten.
Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass er nicht sehr zuverlässig ist, da man bei der Arbeit fehlerhaft oder fahrlässiger ist.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Rate des Prozesses, den der Stellantrieb startet, nicht immer einheitlich ist, was bedeutet, dass er manchmal schneller als die erforderliche Geschwindigkeit ist und manchmal langsam sein kann.
Die Lösung für dieses Problem besteht darin, einen Mikrokontroller zur Steuerung des Systems zu verwenden.
Gemäß der angegebenen Spezifikation wird der Mikrokontroller so programmiert, dass der Anschlussprozess in der Schaltung (
später diskutieren)
den Wert oder die Bedingung von dem Prozess steuert, wodurch der Prozess gesteuert wird, um den gewünschten Wert aufrechtzuerhalten.
Der Vorteil dieses Prozesses besteht darin, dass in diesem Prozess keine menschliche Intervention erforderlich ist.
Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit dieses Prozesses konsistent.
Bevor wir fortfahren, ist es entscheidend, die verschiedenen Begriffe an diesem Punkt zu bestimmen: Rückkopplungsregelung: In diesem System hängt die Eingabe zu einem bestimmten Zeitpunkt von einer oder mehreren Variablen ab, einschließlich der Ausgabe des Systems.
Negatives Feedback: In diesem System wird die Referenz (Eingabe)
als Rückkopplung gesucht und die Phase des Eingangs beträgt 180 Grad.
Positives Feedback: In diesem System werden Referenzfehler (Eingabe)
hinzugefügt, wenn Feedback und Input in Phase sind.
Fehlersignal: Die Differenz zwischen der gewünschten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe.
Sensor: Ein Gerät, das verwendet wird, um eine bestimmte Anzahl von Geräten in einer Schaltung zu erkennen.
Es wird normalerweise in die Ausgabe oder überall gesetzt, wo wir einige Messungen vornehmen möchten.
Prozessor: Teil des Steuerungssystems, das basierend auf Programmieralgorithmen verarbeitet wird.
Es benötigt etwas Eingang und erzeugt eine Ausgabe.
Aktuator: Im Steuerungssystem wird der Aktuator verwendet, um Ereignisse basierend auf dem vom Mikrokontroller erzeugten Signal durchzuführen, um den Ausgang zu beeinflussen.
System mit geschlossenem Regelkreis: Ein System mit einem oder mehreren Rückkopplungsschleifen.
Offenes Schleifensystem: Es gibt kein System für die Rückkopplungsschleife.
Anstiegszeit: Die Zeit, die der Ausgang erforderlich ist, um von 10% der maximalen Amplitude des Signals auf 90% zu steigen.
Drop -Zeit: Die Zeit, die der Ausgang erfordert, fällt von 90% auf 10% ab.
Spitzenüberschreitungen: Spitzenüberschreitungen sind die Ausgangsmenge, die seinen stationären Wert überschreitet (
normal während der Systemübergangsreaktion).
Stabile Zeit: Die Zeit, die die Ausgabe benötigt, um einen stabilen Zustand zu erreichen.
Steady-State-Fehler: Die Differenz zwischen der tatsächlichen Ausgabe und der erwarteten Ausgabe, sobald das System einen stationären Zustand erreicht. Das obige Bild zeigt eine sehr vereinfachte Version des Steuerungssystems.
Der Mikrokontroller ist der Kern eines beliebigen Steuerungssystems.
Dies ist eine sehr wichtige Komponente, daher sollte sie sorgfältig gemäß den Anforderungen des Systems ausgewählt werden.
Der Mikrokontroller empfängt Eingaben vom Benutzer.
Diese Eingabe definiert die für das System erforderlichen Bedingungen.
Der Mikrokontroller erhält auch Eingaben vom Sensor.
Der Sensor ist mit der Ausgabe verbunden und seine Informationen werden an die Eingabe zurückgeführt.
Diese Eingabe kann auch als negatives Feedback bezeichnet werden.
Negatives Feedback wurde früher erklärt.
Basierend auf seiner Programmierung führt der Mikroprozessor verschiedene Berechnungen und Ausgaben für den Aktuator durch.
Die Ausgabe-basierte Aktuatorkontrollanlage versucht, diese Bedingungen aufrechtzuerhalten.
Ein Beispiel kann der Motorfahrer sein, der den Motor fährt, bei dem der Motorfahrer der Fahrer ist und der Motor die Fabrik ist.
Daher dreht sich der Motor mit einer bestimmten Geschwindigkeit.
Der angeschlossene Sensor liest den Status der aktuellen Fabrik und führt zu dem Mikrocontroller.
Der Mikrokontroller wird erneut verglichen und berechnet, sodass die Schleife wiederholt wird.
Der Prozess ist wiederholt und endlos, und der Mikrokontroller kann die gewünschten Bedingungen beibehalten.
Hier sind zwei Hauptmethoden, um die Geschwindigkeit des DC
-Motors zu steuern.
Manchmal benötigen wir möglicherweise Geschwindigkeiten, die höher oder niedriger als normal sind.
Daher benötigen wir eine effektive Geschwindigkeitskontrollmethode.
Die Steuerung der Versorgungsspannung ist eine der einfachsten Geschwindigkeitskontrollmethoden.
Wir können die Spannung ändern, um die Geschwindigkeit zu ändern. b)
Steuerung PWM mit PID: Ein weiterer effizienterer Weg ist die Verwendung eines Mikrokontrollers.
Der Gleichstrommotor ist über den Motorfahrer an den Mikrosteuerer angeschlossen.
Der Motor -Treiber ist ein IC -Eingang PWM (
Impulsbreitmodulation)
aus dem Mikrokontroller und Ausgang in den Gleichstrommotor gemäß dem Eingang. Abbildung 1.
2: Kapitel 1 des PWM -Signals.
Einleitung 3 In Anbetracht des PWM -Signals kann der Betrieb von PWM zuerst erläutert werden.
Es besteht aus kontinuierlichen Impulsen für einen bestimmten Zeitraum.
Die Zeitspanne ist die Zeit, die ein Punkt verbracht hat, der sich in einem Abstand einer Wellenlänge bewegt.
Diese Impulse können nur binäre Werte (hoch oder niedrig) aufweisen.
Wir haben auch zwei weitere Größen, die Pulsbreite und den Arbeitszyklus.
Die Pulsbreite ist die Zeit, in der der PWM -Ausgang hoch ist.
Der Arbeitszyklus ist der Prozentsatz der Pulsbreite bis zum Zeitraum.
Für den Rest des Zeitraums ist der Ausgang niedrig.
Der Arbeitszyklus steuert direkt die Geschwindigkeit des Motors.
Wenn der DC -Motor innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine positive Spannung liefert, bewegt er sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit.
Wenn für einen längeren Zeitraum eine positive Spannung vorgesehen ist, ist die Geschwindigkeit größer.
Daher kann der Arbeitszyklus von PWM durch Ändern der Pulsbreite geändert werden.
Durch Ändern des Arbeitszyklus des Gleichstrommotors kann die Geschwindigkeit des Motors geändert werden.
Geschwindigkeitsregelung für DC -Motorprobleme: Das Problem mit der ersten Geschwindigkeitskontrollmethode besteht darin, dass sich die Spannung im Laufe der Zeit ändern kann.
Diese Änderungen bedeuten ungleiche Geschwindigkeit.
Daher ist die erste Methode unerwünscht.
Lösung: Wir verwenden die zweite Methode, um die Geschwindigkeit zu steuern.
Wir verwenden den PID -Algorithmus, um die zweite Methode zu ergänzen.
PID repräsentiert das proportionale Integralderivat.
Im PID -Algorithmus wird die Stromgeschwindigkeit des Motors gemessen und mit der gewünschten Geschwindigkeit verglichen.
Dieser Fehler wird für komplexe Berechnungen verwendet, um den Arbeitszyklus des Motors gemäß der Zeit zu ändern.
In jedem Zyklus gibt es diesen Prozess.
Wenn die Geschwindigkeit die gewünschte Geschwindigkeit überschreitet, wird der Arbeitszyklus verringert und der Arbeitszyklus steigt, wenn die Geschwindigkeit niedriger als die gewünschte Geschwindigkeit ist.
Diese Einstellung wird erst vorgenommen, wenn die beste Geschwindigkeit erreicht ist.
Überprüfen Sie diese Geschwindigkeit ständig und kontrollieren Sie ständig.
Hier sind die in diesem Projekt verwendeten Systemkomponenten und eine kurze Einführung in die Details jeder Komponente.
STM 32F407: Mikrokontroller entwickelt durch ST-Mikroabschnitt.
Es funktioniert am Armrinde. M Architektur.
Es führt seine Familie mit einer hohen Taktfrequenz von 168 MHz.
Motorfahrer L298N: Mit diesem IC wird der Motor ausgeführt.
Es hat zwei externe Eingänge.
Eine vom Mikrocontroller.
Der Mikrokontroller liefert ein PWM-Signal dafür.
Die Motordrehzahl kann durch Einstellen der Impulsbreite eingestellt werden.
Der zweite Eingang ist die Spannungsquelle, die zum Anfahren des Motors benötigt wird.
DC -Motor: Der DC -Motor läuft mit der DC -Netzteil.
In diesem Experiment wird der Gleichstrommotor unter Verwendung einer mit dem Motorfahrer angeschlossenen photoelektrischen Kopplung betrieben.
Infrarotsensor: Der Infrarotsensor ist tatsächlich ein Infrarot -Transceiver.
Es sendet und empfängt Infrarotwellen, mit denen verschiedene Aufgaben ausgeführt werden können.
IR -Encoder Optical Coppler 4N35: Optischer Koppler ist ein Gerät, das zum Isolieren des niedrigen Spannungsteils des Schaltkreises und des Hochspannungsteils verwendet wird.
Wie der Name schon sagt, funktioniert es auf der Grundlage des Lichts.
Wenn der Tiefspannungsteil das Signal erhält, fließt der Strom im Hochspannungsteil.
Das System ist ein Geschwindigkeitskontrollsystem.
Wie bereits erwähnt, wird das System unter Verwendung von PID von proportionalem Integral und Derivat implementiert.
Das Geschwindigkeitskontrollsystem verfügt über die oben genannten Komponenten.
Der erste Teil ist der Geschwindigkeitssensor.
Der Geschwindigkeitssensor ist ein Infrarot -Sender- und Empfängerkreis.
Wenn der Feststoff durch den U-förmigen Schlitz fließt, tritt der Sensor in einen niedrigen Zustand ein.
Normalerweise befindet es sich in einem hohen Zustand.
Der Sensorausgang ist mit einem Tiefpassfilter verbunden, um die durch den Transienten erzeugte Abschwächung zu beseitigen, die sich ändert.
Der Tiefpassfilter besteht aus Widerständen und Kondensatoren.
Die Werte wurden nach Bedarf ausgewählt.
Der verwendete Kondensator ist 1100 NF und der verwendete Widerstand beträgt etwa 25 Ohm.
Der Tiefpassfilter beseitigt unnötige transiente Bedingungen, die zu zusätzlichen Messwerden und Müllwerten führen können.
Der Tiefpassfilter wird dann über den Kondensator zum digitalen Eingangspin des STM-Mikrokontrollers ausgegeben.
Der andere Teil ist der Motor, der von PWM gesteuert wird, das von STM Micro-Controller bereitgestellt wird.
Diese Einstellung wurde mit der optischen Kopplungs -IC mit elektrischer Isolation versehen.
Der optische Koppler enthält eine LED, die Licht innerhalb des IC-Pakets ausgibt. Wenn ein hoher Impuls am Eingangsanschluss angegeben ist, hat er den Ausgangsanschluss kurzgeschlossen.
Der Eingangsanschluss verleiht PWM durch einen Widerstand, der den an den optischen Koppler verbundenen Strom der LED begrenzt.
Ein Dropdown-Widerstand wird am Ausgang angeschlossen, so dass beim kurzfristigen Anschluss die Spannung am Dropdown-Widerstand erzeugt wird und der an den Klemme am Widerstand verbundene Stift einen hohen Zustand erhält.
Die Ausgabe des photoelektrischen Kopplers ist mit dem IN1 des Motor -Treiber -IC angeschlossen, der die Höhe des Aktivierungsstifts beibehält.
Wenn sich der PWM -Arbeitszyklus am optischen Kopplereingang ändert, schaltet der Motor -Treiberstift den Motor und steuert die Geschwindigkeit des Motors.
Nachdem das PWM dem Motor zur Verfügung gestellt wurde, bietet der Motorfahrer normalerweise eine Spannung von 12 Volt.
Der Motorfahrer ermöglicht dann den Motor.
Lassen Sie sich den Algorithmus vorstellen, den wir bei der Implementierung dieses Projekts für Motorgeschwindigkeitsregulierung verwendet haben.
Der PWM des Motors wird von einem einzelnen Timer bereitgestellt.
Die Konfiguration des Timers wird hergestellt und für PWM gesetzt.
Wenn der Motor startet, dreht er den an der Motorwelle befestigten Schlitz.
Der Schlitz geht durch die Sensorhohlheit und erzeugt einen niedrigen Impuls.
Bei niedrigen Impulsen beginnt der Code und wartet, bis sich der Schlitz bewegt.
Sobald der Schlitz verschwindet, bietet der Sensor einen hohen Zustand und der Timer beginnt zu zählen.
Der Timer gibt uns die Zeit zwischen den beiden Schlitz.
Wenn nun ein weiterer niedriger Puls erscheint, wird die IF -Anweisung erneut ausgeführt, die auf die nächste steigende Kante wartet und die Theke stoppt.
Berechnen Sie nach der Berechnung der Geschwindigkeit die Differenz zwischen der Geschwindigkeit und dem tatsächlichen Referenzwert und geben Sie die PID an.
PID berechnet den Arbeitszykluswert, der den Referenzwert zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht. Dieser Wert wird in Abhängigkeit vom Fehler CCR (
bereitgestellt
Vergleichsregister)
. Die Geschwindigkeit des Timers wird reduziert oder erhöht.
Der atollische Truestudio -Code wurde implementiert.
STM Studio muss möglicherweise zum Debuggen installiert werden.
Importieren Sie das Projekt in STM Studio und importieren Sie die Variablen, die Sie anzeigen möchten.
Die geringfügige Änderung liegt bei der 2017-11-4xx.
Ändern Sie die Taktfrequenz genau in eine H -Datei bei 168 MHz.
Der Code -Snippet wurde oben bereitgestellt.
Die Schlussfolgerung ist, dass die Geschwindigkeit des Motors mit PID gesteuert wird.
Die Kurve ist jedoch nicht gerade eine glatte Linie.
Dafür gibt es viele Gründe: Obwohl der mit dem Tiefpassfilter angeschlossene Sensor immer noch bestimmte Defekte liefert, sind dies auf unvermeidliche Gründe für nichtlineare Widerstände und analoge elektronische Geräte zurückzuführen, der Motor kann bei kleiner Spannung oder PWM nicht reibungslos rotieren.
Es bietet Arschlöcher, die dazu führen können, dass das System einen falschen Wert eingibt.
Aufgrund von Jitter kann der Sensor einen Schlitz verpassen, der einen höheren Wert liefert, und der Hauptgrund für einen anderen Fehler kann die Kerntaktfrequenz des STM sein.
Die Kernuhr von STM beträgt 168 MHz.
Obwohl dieses Problem in diesem Projekt behandelt wurde, gibt es ein ganzheitliches Konzept dieses Modells, das keine solche hohe Häufigkeit liefert.
Die offene Schleifengeschwindigkeit bietet eine sehr glatte Linie mit nur wenigen unerwarteten Werten.
Die PID funktioniert ebenfalls und bietet eine sehr niedrige Zeit mit motorischer Stabilität.
Die Motorpid wurde an verschiedenen Spannungen getestet, die die Referenzgeschwindigkeit konstant hielten.
Die Spannungsänderung ändert nicht die Geschwindigkeit des Motors, was darauf hinweist, dass die PID funktioniert.
Hier sind einige Segmente der endgültigen Ausgabe der PID. A)
Closed Loop @ 110 U / min)
Closed Loop @ 120 RPMTHIS -Projekt konnte ohne die Hilfe meiner Gruppenmitglieder nicht abgeschlossen werden.
Ich möchte ihnen danken.
Vielen Dank, dass Sie sich dieses Projekt angesehen haben.
Ich hoffe, Ihnen zu helfen.
Bitte freuen Sie sich auf mehr.
Segen weiterhin vorher :)