DC -moottorin nopeuden hallinta PID -algoritmia käyttämällä (STM32F4)

Hei kaikki, olen Tahir ul Haq toisesta projektista.
Tällä kertaa oli aika tehdä MC, jota käytettiin vuosina 2017-11-407.
Tämä on keskipitkän aikavälin ohjelman loppu.
Toivottavasti pidät siitä.
Se vaatii paljon käsitteitä ja teorioita, joten katsokaa sitä ensin.
Tietokoneiden syntyessä ja teollistuneessa prosessissa ihmisten historiassa on ollut tutkimusta prosessin määrittelemiseksi menetelmien kehittämiseksi ja mikä tärkeintä, koneita käyttämään prosessia itsenäisesti.
Tavoitteena on vähentää ihmisten osallistumista näihin prosesseihin, mikä vähentää virheitä näissä prosesseissa.
Siksi \ 'Control System Engineering \' -kenttä syntyi.
Ohjausjärjestelmän tekniikka voidaan määritellä erilaisten menetelmien käyttöä prosessin työn hallitsemiseksi tai vakio- ja edullisen ympäristön ylläpitämiseksi, joko manuaalinen tai automaattinen.
Yksinkertainen esimerkki on huoneen lämpötilan hallinta.
Manuaalinen hallinta viittaa henkilön läsnäoloon, joka tarkistaa nykyiset olosuhteet paikan päällä (anturi)
, odotuksilla (käsittely)
ja ryhtyä asianmukaisiin toimiin halutun arvon (toimilaite) saamiseksi.
Tämän lähestymistavan ongelmana on, että se ei ole kovin luotettava, koska yksi on taipumus virheelle tai huolimattomuudelle työssä.
Lisäksi toinen ongelma on, että toimilaitteen käynnistämän prosessinopeus ei aina ole tasainen, mikä tarkoittaa, että joskus se voi olla nopeampi kuin vaadittava nopeus, ja joskus se voi olla hidasta.
Ratkaisu tähän ongelmaan on käyttää mikro-ohjainta järjestelmän hallitsemiseen.
Annetun määritelmän mukaan mikro-ohjain on ohjelmoitu ohjaamaan kytkentäprosessia piirissä (
keskustele myöhemmin)
arvoa tai ehtoa, mikä hallitsee prosessia halutun arvon ylläpitämiseksi.
Tämän prosessin etuna on, että tässä prosessissa ei tarvita ihmisen puuttumista.
Lisäksi tämän prosessin nopeus on johdonmukainen.
Ennen kuin jatkamme, on tärkeää määrittää eri termit Tässä vaiheessa: Palautteen hallinta: Tässä järjestelmässä syöttö tiettyyn aikaan riippuu yhdestä tai useammasta muuttujasta, mukaan lukien järjestelmän lähtö.
Negatiivinen palaute: Tässä järjestelmässä viite (tulo)
palautteena virhe vähennetään ja tulo on 180 astetta.
Positiivinen palaute: Tässä järjestelmässä viite (syöttö)
virheet lisätään, kun palaute ja syöttö ovat vaiheessa.
Virhesignaali: Ero halutun lähdön ja todellisen lähdön välillä.
Anturi: Laite, jota käytetään tietyn määrän laitteiden havaitsemiseen piirissä.
Se sijoitetaan yleensä lähtöön tai mihin tahansa haluamme tehdä joitain mittauksia.
Suoritin: Osa ohjausjärjestelmästä, joka on käsitelty ohjelmointialgoritmien perusteella.
Se vie jonkin verran tuloa ja tuottaa jonkin verran lähtöä.
Toimilaite: Ohjausjärjestelmässä toimilaitetta käytetään tapahtumien suorittamiseen mikro-ohjaimen tuottaman signaalin perusteella vaikuttamaan ulostuloon.
Sulje-silmukkajärjestelmä: Järjestelmä, jossa on yksi tai useampi palautesilmukka.
Avoin silmukkajärjestelmä: Palautelasilmukkaan ei ole järjestelmää.
Nousuaika: Aika, joka tarvitaan tuotoksen nousuun 10%: sta signaalin maksimiarvotudista 90%: iin.
Pudotusaika: Tuotoksen vaadittu aika laskee 90%: sta 10%: iin.
Huippun ylitys: huipun ylittäminen on tuotoksen määrä, joka ylittää sen vakaan tilan arvon (
normaali järjestelmän ohimenevän vasteen aikana).
Vakaa aika: Lähtövaiheessa tarvittava aika vakaan tilan saavuttamiseksi.
Vakaan tilan virhe: Ero todellisen lähdön ja odotetun lähdön välillä, kun järjestelmä saavuttaa vakaan tilan. Yllä olevassa kuvassa on hyvin yksinkertaistettu versio ohjausjärjestelmästä.
Mikro-ohjain on minkä tahansa ohjausjärjestelmän ydin.
Tämä on erittäin tärkeä komponentti, joten se tulisi valita huolellisesti järjestelmän vaatimusten mukaisesti.
Mikro-ohjain vastaanottaa syöttöä käyttäjältä.
Tämä syöttö määrittelee järjestelmään tarvittavat ehdot.
Mikro-ohjain vastaanottaa myös anturista.
Anturi on kytketty lähtöön ja sen tiedot syötetään takaisin tuloon.
Tätä tuloa voidaan kutsua myös negatiiviseksi palautteeksi.
Negatiivinen palaute selitettiin aiemmin.
Ohjelmoinnin perusteella mikroprosessori suorittaa erilaisia ​​laskelmia ja lähtöjä toimilaitteelle.
Lähtöpohjainen toimilaitteen ohjauslaitos yrittää ylläpitää näitä tiloja.
Esimerkki voi olla moottorin kuljettaja, jossa moottorin kuljettaja on kuljettaja ja moottori on tehdas.
Siksi moottori pyörii tietyllä nopeudella.
Yhdistetty anturi lukee nykyisen tehtaan tilan ja syöttää sen takaisin mikro -ohjaimeen.
Mikro-ohjainta verrataan uudelleen ja lasketaan, joten silmukka toistetaan.
Prosessi on toistuva ja loputon, ja mikro-ohjain voi ylläpitää halutut olosuhteet.
Tässä on kaksi päätapaa DC -moottorin nopeuden hallintaan)
manuaalinen jännitteenohjaus: DC -moottorin nopeudenhallintamekanismi on kriittinen teollisuussovelluksissa.
Joskus tarvitsemme nopeuksia, jotka ovat normaalia korkeampia tai alhaisempia.
Siksi tarvitsemme tehokkaan nopeudenhallintamenetelmän.
Syöttöjännitteen hallinta on yksi yksinkertaisimmista nopeudenhallintamenetelmistä.
Voimme muuttaa jännitettä nopeuden muuttamiseksi. b)
Ohjaus PWM PID: n avulla: Toinen tehokkaampi tapa on käyttää mikro-ohjainta.
DC -moottori on kytketty mikro -ohjaimeen moottorin ohjaimen kautta.
Moottorin ohjain on IC -vastaanottava PWM (
pulssin leveyden modulaatio)
-tulon mikro -ohjaimesta ja lähtö DC -moottoriin tulon mukaan. Kuva 1.
2: PWM -signaalin luku 1.
Johdanto 3 Kun otetaan huomioon PWM -signaali, PWM: n toiminta voidaan selittää ensin.
Se koostuu jatkuvista pulsseista tietyn ajan.
Aikajakso on aika, joka kuluu pisteen, joka liikkuu etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin aallonpituus.
Näissä pulsseissa voi olla vain binaariarvoja (korkea tai matala).
Meillä on myös kaksi muuta määrää, pulssin leveys ja käyttöjakso.
Pulssin leveys on aika, jolloin PWM -lähtö on korkea.
Vukeusjakso on pulssin leveyden prosenttiosuus ajanjaksoon.
Lopun ajanjakson ajan lähtö on alhainen.
Vuosykli hallitsee suoraan moottorin nopeutta.
Jos tasavirtamoottori tarjoaa positiivisen jännitteen tietyn ajan kuluessa, se liikkuu tietyllä nopeudella.
Jos positiivista jännitettä toimitetaan pidemmälle ajaksi, nopeus on suurempi.
Siksi PWM: n käyttöjaksoa voidaan muuttaa muuttamalla pulssin leveyttä.
Muutamalla tasavirtamoottorin käyttöjaksoa moottorin nopeutta voidaan muuttaa.
DC -moottori -ongelmien nopeuden hallinta: Ensimmäisen nopeudenhallintamenetelmän ongelma on, että jännite voi muuttua ajan myötä.
Nämä muutokset tarkoittavat epätasaista nopeutta.
Siksi ensimmäinen menetelmä ei ole toivottu.
Ratkaisu: Käytä toista menetelmää nopeuden hallintaan.
Käytämme PID -algoritmia täydentääksesi toista menetelmää.
PID edustaa suhteellista integraaliajohdannaista.
PID -algoritmissa moottorin nykyinen nopeus mitataan ja verrataan haluttuun nopeuteen.
Tätä virhettä käytetään monimutkaisissa laskelmissa moottorin käyttöjakson muuttamiseksi ajan mukaan.
Jokaisessa syklissä on tämä prosessi.
Jos nopeus ylittää halutun nopeuden, käyttöjakso vähenee ja käyttöjakso kasvaa, jos nopeus on alhaisempi kuin haluttu nopeus.
Tätä säätöä ei tehdä ennen kuin paras nopeus saavutetaan.
Tarkista ja hallitse tätä nopeutta jatkuvasti.
Tässä on tässä projektissa käytetyt järjestelmän komponentit ja lyhyt johdanto kunkin komponentin yksityiskohtiin.
STM 32F407: ST MICROPECTION SUUNNITTELEMINEN MIKRO-ohjain.
Se toimii käsivarren aivokuoressa. M Arkkitehtuuri.
Se johtaa perhettään korkealla kellotaajuus 168 MHz.
Moottorin kuljettaja L298N: Tätä IC: tä käytetään moottorin ajamiseen.
Siinä on kaksi ulkoista tuloa.
Yksi mikro -ohjaimesta.
Mikro-ohjain tarjoaa sille PWM-signaalin.
Moottorin nopeutta voidaan säätää säätämällä pulssin leveyttä.
Sen toinen tulo on moottorin ajamiseen tarvittava jännitelähde.
DC -moottori: DC -moottori toimii tasavirtalähteellä.
Tässä kokeessa tasavirtamoottoria käytetään käyttämällä valosähköistä kytkintä, joka on kytketty moottorin ohjaimeen.
Infrapuna -anturi: Infrapuna -anturi on oikeastaan ​​infrapuna -lähettäjä.
Se lähettää ja vastaanottaa infrapuna -aaltoja, joita voidaan käyttää erilaisten tehtävien suorittamiseen.
IR -kooderin optinen kytkentä 4N35: Optinen kytkentä on laite, jota käytetään piirin pienjännitteen ja korkeajänniteosan eristämiseen.
Kuten nimestä voi päätellä, se toimii valon perusteella.
Kun matalan jännitteen osa saa signaalin, virta virtaa suurjännitealueessa.
Järjestelmä on nopeudenhallintajärjestelmä.
Kuten aiemmin mainittiin, järjestelmä toteutetaan käyttämällä PID: tä suhteellisen integraalin ja johdannaisen kanssa.
Nopeudenhallintajärjestelmässä on yllä olevat komponentit.
Ensimmäinen osa on nopeusanturi.
Nopeusanturi on infrapunasäetin ja vastaanotinpiiri.
Kun kiinteä kiinteä kulkee U-muotoisen raon läpi, anturi siirtyy matalalle tilalle.
Normaalisti se on korkeassa tilassa.
Anturin lähtö on kytketty alhaisen pääsyn suodattimeen, jotta poistetaan, joka aiheutuu ohimenevästä, joka syntyy, kun anturin tila muuttuu.
Alipäästösuodatin koostuu vastuksista ja kondensaattorista.
Arvot valittiin tarpeen mukaan.
Käytetty kondensaattori on 1100NF ja käytetty vastus on noin 25 ohmia.
Alapäästösuodatin eliminoi tarpeettomat ohimenevät olosuhteet, jotka voivat johtaa lisälukemiin ja roskien arvoihin.
Sitten alhaisen passisuodatin tulostetaan kondensaattorin läpi STM-mikro-ohjaimen tulotappiin.
Toinen osa on moottori, jota ohjataan PWM: llä, jonka on toimittanut STM-mikro-ohjaimen.
Tämä asetus on annettu sähköisellä eristyksellä käyttämällä optisen kytkimen IC.
Optinen kytkentä sisältää LEDin, joka säteilee valoa IC-pakettiin, ja kun syöttöliittimessä annetaan korkea pulssi, se oikosulki lähtöliittimen.
Tulopääte antaa PWM: n vastuksen kautta, joka rajoittaa optiseen kytkentäan kytkettyyn LED -virran.
Avattava vastus on kytketty lähdössä siten, että kun napa on oikosulku, jännite luodaan avattavassa vastuksessa ja vastuksen liittimeen kytketty PIN-koodi vastaanottaa korkean tilan.
Valosähkökytkimen lähtö on kytketty moottorin ohjaimen IC: n IN1: een, joka ylläpitää Enable -nasta.
Kun PWM -käyttöjakso muuttuu optisessa kytkimen syöttötulossa, moottorin ohjaimen nasta kytkee moottorin ja ohjaa moottorin nopeutta.
Moottorin toimitetun PWM: n jälkeen moottorin ohjain tarjoaa yleensä jännitteen 12 voltin.
Moottorin ohjain antaa moottorin mahdollisuuden toimia.
Esittelään tämän moottorin nopeuden säätöhankkeen toteuttamisessa käytetyn algoritmin.
Moottorin PWM on yksi ajastin.
Ajastimen kokoonpano tehdään ja asetetaan tarjoamaan PWM.
Kun moottori alkaa, se kiertää moottorin akseliin kiinnitettyä rakoa.
Rako kulkee anturin ontelon läpi ja tuottaa matalan pulssin.
Matalassa pulssissa koodi alkaa ja odottaa raon liikkumista.
Kun rako katoaa, anturi tarjoaa korkean tilan ja ajastin alkaa laskea.
Ajastin antaa meille ajan kahden raon välillä.
Nyt kun toinen matala pulssi ilmestyy, if -lausunto suoritetaan uudelleen, odottaen seuraavaa nousevaa reunaa ja pysäyttäen tiskin.
Nopeuden laskemisen jälkeen laske nopeus ja todellisen vertailun arvo ja anna PID.
PID laskee käyttöjakson arvon, joka saavuttaa viitearvon tietyllä hetkellä.
Tämä arvo annetaan CCR: lle (
vertailurekisteri)
virheestä riippuen, ajastimen nopeus vähenee tai kasvaa.
Atollic Truestudio -koodi on toteutettu.
STM -studio on ehkä asennettava virheenkorjausta varten.
Tuo projekti STM -studiossa ja tuo muuttujat, joita haluat katsella.
Pieni muutos on 2017-11-4xx.
Vaihda kellotaajuus tarkasti H -tiedostoon 168 MHz: n nopeudella.
Koodinpätkä on annettu yllä.
Johtopäätös on, että moottorin nopeutta ohjataan PID: llä.
Käyrä ei kuitenkaan ole tarkalleen sileä viiva.
Tähän on monia syitä: Vaikka alhaisen pääsyn suodattimeen kytketty anturi tarjoaa edelleen tiettyjä vikoja, nämä johtuvat joistakin väistämättömistä syistä epälineaarisille vastusille ja analogisille elektronisille laitteille, moottori ei voi pyöriä tasaisesti pienellä jännitteellä tai PWM: llä.
Se tarjoaa kusipäät, jotka voivat saada järjestelmän syöttämään väärän arvon.
Jitterin vuoksi anturi voi kaipaamaan jonkin verran, joka tarjoaa suuremman arvon, ja pääasiallinen syy toiseen virheen voi olla STM: n ydinkellotaajuus.
STM: n ydinkello on 168 MHz.
Vaikka tätä ongelmaa käsiteltiin tässä projektissa, tässä mallin kokonaisvaltainen käsite on, joka ei tarjoa niin korkeaa taajuutta.
Avoimen silmukan nopeus tarjoaa erittäin sileän viivan vain muutamalla odottamattomalla arvolla.
PID toimii myös ja tarjoaa erittäin matalan moottorin vakautta.
Moottorin PID testattiin erilaisilla jännitteillä, jotka pitivät vertailunopeuden vakiona.
Jännitteenmuutos ei muuta moottorin nopeutta, mikä osoittaa, että PID toimii.
Tässä on joitain segmenttejä PID: n lopullisesta ulostulosta. a)
Suljettu silmukka @ 110 rpmb)
Suljettu silmukka @ 120 rpmThis -projektia ei voitu suorittaa ilman ryhmäni jäsenten apua.
Haluan kiittää heitä.
Kiitos, että katsoit tätä projektia.
Toivottavasti auttavat sinua.
Odota lisää.
Pidä siunaus ennen sitä :)