control de velocidad del motor de CC mediante el algoritmo pid (stm32f4)

Hola a todos, soy tahir ul haq de otro proyecto.
Esta vez fue el momento de hacer MC que se utilizó el 2017-11-407.
Este es el final del programa de mitad de período.
Espero que te guste.
Requiere muchos conceptos y teorías, así que veámoslo primero.
Con el surgimiento de las computadoras y el proceso industrializado, se han realizado investigaciones en la historia del ser humano para desarrollar métodos para redefinir el proceso y, lo que es más importante, utilizar máquinas para controlar el proceso de forma autónoma.
El objetivo es reducir la participación humana en estos procesos, reduciendo así los errores en estos procesos.
Por lo tanto, surgió el campo de la \'ingeniería de sistemas de control\'.
La ingeniería de sistemas de control se puede definir como el uso de diversos métodos para controlar el trabajo del proceso o el mantenimiento de un ambiente constante y preferido, ya sea manual o automático.
Un ejemplo sencillo es controlar la temperatura de la habitación.
El control manual se refiere a la presencia de una persona que verifica las condiciones actuales en el sitio (sensor)
, con expectativas (procesamiento)
y toma las medidas adecuadas para obtener el valor deseado (actuador).
El problema con este enfoque es que no es muy confiable porque uno es propenso a cometer errores o negligencias en el trabajo.
Además, otro problema es que la velocidad del proceso que inicia el actuador no siempre es uniforme, lo que significa que a veces puede ser más rápida que la velocidad requerida y, a veces, puede ser lenta.
La solución a este problema es utilizar un microcontrolador para controlar el sistema.
De acuerdo con la especificación dada, el microcontrolador está programado para controlar el proceso de conexión en el circuito (
Discutir más adelante)
El valor o condición de, controlando así el proceso para mantener el valor deseado.
El beneficio de este proceso es que no hay necesidad de intervención humana en este proceso.
Además, la velocidad de este proceso es constante.
Antes de continuar, es crucial determinar los distintos términos en este punto: Control de retroalimentación: en este sistema, la entrada en un momento determinado depende de una o más variables, incluida la salida del sistema.
Retroalimentación negativa: En este sistema, referencia (entrada)
Como retroalimentación, se resta el error y la fase de la entrada es de 180 grados.
Retroalimentación positiva: en este sistema,
los errores de referencia (entrada) se agregan cuando la retroalimentación y la entrada están en fase.
Señal de error: la diferencia entre la salida deseada y la salida real.
Sensor: dispositivo utilizado para detectar una determinada cantidad de dispositivos en un circuito.
Suele colocarse en la salida o en cualquier lugar donde queramos realizar algunas medidas.
Procesador: parte del sistema de control que se procesa en base a algoritmos de programación.
Requiere algunos insumos y produce algunos resultados.
Actuador: en el sistema de control, el actuador se utiliza para realizar eventos basados ​​en la señal generada por el microcontrolador para afectar la salida.
Sistema de circuito cerrado: un sistema con uno o más circuitos de retroalimentación.
Sistema de bucle abierto: no existe un sistema de bucle de retroalimentación.
Tiempo de subida: el tiempo necesario para que la salida aumente del 10% de la amplitud máxima de la señal al 90%.
Tiempo de caída: el tiempo necesario para que la salida caiga del 90% al 10%.
Sobrepaso de pico: el sobrepaso de pico es la cantidad de salida que excede su valor de estado estable (
normal durante la respuesta transitoria del sistema).
Tiempo estable: el tiempo necesario para que la salida alcance un estado estable.
Error de estado estacionario: la diferencia entre la salida real y la salida esperada una vez que el sistema alcanza el estado estacionario. La imagen de arriba muestra una versión muy simplificada del sistema de control.
El microcontrolador es el núcleo de cualquier sistema de control.
Este es un componente muy importante, por lo que debe seleccionarse cuidadosamente de acuerdo con los requisitos del sistema.
El microcontrolador recibe información del usuario.
Esta entrada define las condiciones requeridas para el sistema.
El microcontrolador también recibe información del sensor.
El sensor está conectado a la salida y su información se devuelve a la entrada.
Esta entrada también puede denominarse retroalimentación negativa.
Los comentarios negativos se explicaron anteriormente.
En base a su programación, el microprocesador realiza diversos cálculos y salidas al actuador.
La planta de control de actuadores basada en la salida intenta mantener estas condiciones.
Un ejemplo puede ser el controlador del motor que impulsa el motor, donde el controlador del motor es el controlador y el motor es la fábrica.
Por tanto, el motor gira a una velocidad determinada.
El sensor conectado lee el estado de la fábrica actual y lo envía al microcontrolador.
El microcontrolador se compara nuevamente y se calcula, por lo que se repite el ciclo.
El proceso es repetitivo e interminable y el microcontrolador puede mantener las condiciones deseadas.
Aquí hay dos formas principales de controlar la velocidad del motor de CC)
Control manual de voltaje: en aplicaciones industriales, el mecanismo de control de velocidad del motor de CC es fundamental.
En ocasiones podemos necesitar velocidades superiores o inferiores a lo normal.
Por lo tanto, necesitamos un método eficaz de control de velocidad.
Controlar la tensión de alimentación es uno de los métodos de control de velocidad más sencillos.
Podemos cambiar el voltaje para cambiar la velocidad. b)
Controlar PWM mediante PID: otra forma más eficiente es utilizar un microcontrolador.
El motor de CC está conectado al microcontrolador a través del controlador del motor.
El controlador del motor es un IC que recibe entrada PWM (
modulación de ancho de pulso)
desde el microcontrolador y salida al motor de CC de acuerdo con la entrada. Figura 1.
2: Capítulo 1 de la señal PWM.
Introducción 3 Considerando la señal PWM, primero se puede explicar el funcionamiento de PWM.
Consiste en pulsos continuos durante un período de tiempo determinado.
El período de tiempo es el tiempo que tarda un punto en moverse a una distancia igual a una longitud de onda.
Estos pulsos sólo pueden tener valores binarios (ALTO o BAJO).
También tenemos otras dos cantidades, el ancho de pulso y el ciclo de trabajo.
El ancho del pulso es el momento en que la salida PWM es alta.
El ciclo de trabajo es el porcentaje del ancho del pulso en el período de tiempo.
Durante el resto del período, la producción es baja.
El ciclo de trabajo controla directamente la velocidad del motor.
Si el motor de CC proporciona voltaje positivo dentro de un cierto período de tiempo, se moverá a una velocidad determinada.
Si se proporciona voltaje positivo durante un período de tiempo más largo, la velocidad será mayor.
Por lo tanto, el ciclo de trabajo de PWM se puede cambiar cambiando el ancho del pulso.
Al cambiar el ciclo de trabajo del motor de CC, se puede cambiar la velocidad del motor.
Control de velocidad para problemas de motores de CC: el problema con el primer método de control de velocidad es que el voltaje puede cambiar con el tiempo.
Estos cambios significan una velocidad desigual.
Por tanto, el primer método no es deseable.
Solución: Usamos el segundo método para controlar la velocidad.
Usamos el algoritmo PID para complementar el segundo método.
PID representa la derivada integral proporcional.
En el algoritmo PID, la velocidad actual del motor se mide y se compara con la velocidad deseada.
Este error se utiliza para cálculos complejos para cambiar el ciclo de trabajo del motor según el tiempo.
Existe este proceso en cada ciclo.
Si la velocidad excede la velocidad deseada, el ciclo de trabajo se reduce y el ciclo de trabajo aumenta si la velocidad es menor que la velocidad deseada.
Este ajuste no se realiza hasta que se alcanza la mejor velocidad.
Verifique y controle constantemente esta velocidad.
Estos son los componentes del sistema utilizados en este proyecto y una breve introducción a los detalles de cada componente.
STM 32F407: microcontrolador diseñado por ST Micro-section.
Funciona en ARM Cortex. M Arquitectura.
Lidera su familia con una alta frecuencia de reloj de 168 MHz.
Controlador de motor L298N: este IC se utiliza para hacer funcionar el motor.
Tiene dos entradas externas.
Uno del microcontrolador.
El microcontrolador le proporciona una señal PWM.
La velocidad del motor se puede ajustar ajustando el ancho del pulso.
Su segunda entrada es la fuente de voltaje necesaria para accionar el motor.
Motor CC: El motor CC funciona con la fuente de alimentación CC.
En este experimento, el motor de CC funciona mediante un acoplamiento fotoeléctrico conectado al controlador del motor.
Sensor de infrarrojos: el sensor de infrarrojos es en realidad un transceptor de infrarrojos.
Envía y recibe ondas infrarrojas que pueden usarse para realizar diversas tareas.
Acoplador óptico del codificador IR 4N35: el acoplador óptico es un dispositivo que se utiliza para aislar la parte de bajo voltaje del circuito y la parte de alto voltaje.
Como su nombre lo indica, funciona a base de luz.
Cuando la parte de bajo voltaje recibe la señal, la corriente fluye en la parte de alto voltaje.
El sistema es un sistema de control de velocidad.
Como se mencionó anteriormente, el sistema se implementa utilizando PID de integral proporcional y derivada.
El sistema de control de velocidad tiene los componentes anteriores.
La primera parte es el sensor de velocidad.
El sensor de velocidad es un circuito transmisor y receptor de infrarrojos.
Cuando el sólido pasa a través de la hendidura en forma de U, el sensor entra en un estado bajo.
Normalmente está en un estado alto.
La salida del sensor está conectada a un filtro de paso bajo para eliminar la atenuación causada por el transitorio generado cuando cambia el estado del sensor.
El filtro de paso bajo consta de resistencias y condensadores.
Los valores se seleccionaron según sea necesario.
El condensador utilizado es de 1100 nf y la resistencia utilizada es de unos 25 ohmios.
El filtro de paso bajo elimina condiciones transitorias innecesarias que pueden resultar en lecturas adicionales y valores basura.
Luego, el filtro de paso bajo sale a través del capacitor al pin digital de entrada del microcontrolador stm.
La otra parte es el motor controlado por pwm proporcionado por el microcontrolador stm.
Esta configuración ha sido provista de aislamiento eléctrico mediante el acoplador óptico ic.
El acoplador óptico incluye un LED que emite luz dentro del paquete ic, y cuando se da un pulso alto en el terminal de entrada, cortocircuita el terminal de salida.
El terminal de entrada da pwm a través de una resistencia que limita la corriente del led conectado al acoplador óptico.
Se conecta una resistencia desplegable en la salida de modo que cuando el terminal sufre un cortocircuito, el voltaje se genera en la resistencia desplegable y el pin conectado al terminal de la resistencia recibe un estado alto.
La salida del acoplador fotoeléctrico está conectada al IN1 del controlador del motor ic que mantiene la altura del pin de habilitación.
Cuando el ciclo de trabajo pwm cambia en la entrada del acoplador óptico, el pin del controlador del motor conmuta el motor y controla la velocidad del motor.
Después del pwm proporcionado al motor, el controlador del motor generalmente proporciona un voltaje de 12 voltios.
El controlador del motor permite entonces que el motor funcione.
Presentemos el algoritmo que utilizamos en la implementación de este proyecto de regulación de velocidad del motor.
El pwm del motor lo proporciona un único temporizador.
Se realiza la configuración del temporizador y se establece para proporcionar pwm.
Cuando el motor arranca, hace girar la hendidura unida al eje del motor.
La hendidura pasa a través de la cavidad del sensor y produce un pulso bajo.
En pulsos bajos, el código comienza y espera a que se mueva la rendija.
Una vez que desaparece la rendija, el sensor proporciona un estado alto y el temporizador comienza a contar.
El cronómetro nos da el tiempo entre las dos rendijas.
Ahora, cuando aparece otro pulso bajo, la instrucción IF se ejecuta nuevamente, esperando el siguiente flanco ascendente y deteniendo el contador.
Después de calcular la velocidad, calcule la diferencia entre la velocidad y el valor de referencia real y proporcione el pid.
Pid calcula el valor del ciclo de trabajo que alcanza el valor de referencia en un momento dado.
Este valor se proporciona al CCR (
registro de comparación).
Dependiendo del error, la velocidad del temporizador se reduce o aumenta.
Se ha implementado el código Atollic Truestudio.
Es posible que sea necesario instalar STM Studio para la depuración.
Importe el proyecto en STM Studio e importe las variables que desee ver.
El ligero cambio está disponible el 2017-11-4xx.
Cambie la frecuencia del reloj con precisión a un archivo h a 168 MHz.
El fragmento de código se proporcionó arriba.
La conclusión es que la velocidad del motor se controla mediante PID.
Sin embargo, la curva no es exactamente una línea suave.
Hay muchas razones para esto: aunque el sensor conectado al filtro de paso bajo todavía presenta ciertos defectos, estos se deben a algunas razones inevitables para resistencias no lineales y dispositivos electrónicos analógicos, el motor no puede girar suavemente a bajo voltaje o pwm.
Proporciona idioteces que pueden hacer que el sistema ingrese algún valor incorrecto.
Debido a la fluctuación, el sensor puede perder alguna rendija que proporciona un valor más alto, y la razón principal de otro error puede ser la frecuencia del reloj central del stm.
La frecuencia central de Stm es de 168 MHz.
Aunque este problema se abordó en este proyecto, existe un concepto holístico de este modelo que no proporciona una frecuencia tan alta.
La velocidad de bucle abierto proporciona una línea muy suave con sólo unos pocos valores inesperados.
El PID también funciona y proporciona un tiempo de estabilidad del motor muy bajo.
El PID del motor se probó a varios voltajes que mantuvieron constante la velocidad de referencia.
El cambio de voltaje no cambia la velocidad del motor, lo que indica que el PID está funcionando.
A continuación se muestran algunos segmentos de la salida final del PID. a)
Bucle cerrado a 110 rpm b)
Bucle cerrado a 120 rpm Este proyecto no podría completarse sin la ayuda de los miembros de mi grupo.
Quiero agradecerles.
Gracias por ver este proyecto.
Espero poder ayudarte.
Esperen más.
Sigue bendiciendo antes de eso :)