tasavirtamoottorin nopeudensäätö pid-algoritmilla (stm32f4)

Hei kaikille, olen tahir ul haq toisesta projektista.
Tällä kertaa oli aika tehdä MC, jota käytettiin 2017-11-407.
Tämä on puolivälin ohjelman loppu.
Toivottavasti pidät siitä.
Se vaatii paljon käsitteitä ja teorioita, joten katsotaanpa sitä ensin.
Tietokoneiden ja teollistuneiden prosessien ilmaantumisen myötä ihmisen historiassa on tutkittu menetelmiä prosessin uudelleenmäärittämiseksi ja mikä tärkeintä, käyttää koneita ohjaamaan prosessia itsenäisesti.
Tavoitteena on vähentää ihmisten osallistumista näihin prosesseihin ja siten vähentää virheitä näissä prosesseissa.
Siksi \'ohjausjärjestelmien suunnittelu\' ala syntyi.
Ohjausjärjestelmäsuunnittelu voidaan määritellä erilaisten menetelmien käytöksi prosessin työn ohjaamiseen tai jatkuvan ja suositellun ympäristön ylläpitoon, joko manuaalisesti tai automaattisesti.
Yksinkertainen esimerkki on huoneen lämpötilan säätely.
Manuaalisella ohjauksella tarkoitetaan henkilön läsnäoloa, joka tarkistaa nykyiset olosuhteet paikan päällä (anturi)
Odotuksilla (käsittely)
ja ryhtyy tarvittaviin toimiin halutun arvon saavuttamiseksi (toimilaite).
Tämän lähestymistavan ongelmana on, että se ei ole kovin luotettava, koska ihminen on altis virheille tai huolimattomuudelle työssä.
Lisäksi ongelmana on, että toimilaitteen käynnistämän prosessin nopeus ei ole aina tasainen, mikä tarkoittaa, että joskus se voi olla vaadittua nopeutta nopeampi ja joskus hidas.
Ratkaisu tähän ongelmaan on käyttää mikro-ohjainta järjestelmän ohjaamiseen.
Annetun spesifikaation mukaan mikro-ohjain on ohjelmoitu ohjaamaan kytkentäprosessia piirissä (
Keskustele myöhemmin)
Arvoa tai tilaa ohjaten siten prosessia halutun arvon ylläpitämiseksi.
Tämän prosessin etuna on, että ihmisen ei tarvitse puuttua tähän prosessiin.
Lisäksi tämän prosessin nopeus on tasainen.
Ennen kuin jatkamme, on ratkaisevan tärkeää määrittää eri termit tässä vaiheessa: Palautteen ohjaus: Tässä järjestelmässä syöte tietyllä hetkellä riippuu yhdestä tai useammasta muuttujasta, mukaan lukien järjestelmän tulos.
Negatiivinen takaisinkytkentä: Tässä järjestelmässä referenssi (sisääntulo)
Palautteena vähennetään virhe ja tulon vaihe on 180 astetta.
Positiivinen takaisinkytkentä: Tässä järjestelmässä referenssi (sisääntulo)
-virheet lisätään, kun takaisinkytkentä ja tulo ovat samassa vaiheessa.
Virhesignaali: ero halutun lähdön ja todellisen lähdön välillä.
Anturi: laite, jota käytetään havaitsemaan tietty määrä laitteita piirissä.
Se sijoitetaan yleensä ulostuloon tai minne tahansa, jossa haluamme tehdä joitain mittauksia.
Prosessori: osa ohjausjärjestelmää, jota käsitellään ohjelmointialgoritmien perusteella.
Se vie jonkin verran syöttöä ja tuottaa jonkin verran tulosta.
Toimilaite: Ohjausjärjestelmässä toimilaitetta käytetään tapahtumien suorittamiseen mikro-ohjaimen generoiman signaalin perusteella vaikuttamaan lähtöön.
Suljetun silmukan järjestelmä: järjestelmä, jossa on yksi tai useampi takaisinkytkentäsilmukka.
Avoimen silmukan järjestelmä: takaisinkytkentäjärjestelmää ei ole.
Nousuaika: Aika, joka tarvitaan lähdön nousemiseen 10 %:sta signaalin maksimiamplitudista 90 %:iin.
Pudotusaika: Aika, joka tarvitaan lähdön putoamiseen 90 %:sta 10 %:iin.
Huipun ylitys: huipun ylitys on määrä, joka ylittää sen vakaan tilan arvon (
Normaali järjestelmän transienttivasteen aikana).
Vakaa aika: Aika, joka tarvitaan lähdön saavuttamiseen vakaassa tilassa.
Tasaisen tilan virhe: ero todellisen 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 tulee valita huolellisesti järjestelmän vaatimusten mukaisesti.
Mikro-ohjain vastaanottaa syötteen käyttäjältä.
Tämä syöte määrittelee järjestelmälle vaadittavat ehdot.
Mikro-ohjain vastaanottaa myös tulon anturilta.
Anturi liitetään lähtöön ja sen tiedot syötetään takaisin tuloon.
Tätä syöttöä voidaan kutsua myös negatiiviseksi palautteeksi.
Negatiivinen palaute on selitetty aiemmin.
Ohjelmointinsa perusteella mikroprosessori suorittaa erilaisia ​​laskelmia ja tulostaa toimilaitteelle.
Lähtöpohjainen toimilaitteen ohjauslaitos yrittää ylläpitää näitä olosuhteita.
Esimerkkinä voi olla moottorin kuljettaja, joka ajaa moottoria, jossa moottorin kuljettaja on kuljettaja ja moottori on tehdas.
Siksi moottori pyörii tietyllä nopeudella.
Kytketty anturi lukee nykyisen tehtaan tilan ja syöttää sen takaisin mikroohjaimelle.
Mikro-ohjainta verrataan uudelleen ja lasketaan, joten silmukka toistetaan.
Prosessi on toistuva ja loputon, ja mikro-ohjain pystyy ylläpitämään halutut olosuhteet.
Tässä on kaksi päätapaa tasavirtamoottorin nopeuden säätämiseen)
Manuaalinen jännitteensäätö: teollisuussovelluksissa tasavirtamoottorin nopeudensäätömekanismi on kriittinen.
Joskus saatamme tarvita nopeuksia, jotka ovat normaalia suurempia tai pienempiä.
Siksi tarvitsemme tehokkaan nopeudenhallintamenetelmän.
Syöttöjännitteen ohjaus on yksi yksinkertaisimmista nopeudensäätömenetelmistä.
Voimme muuttaa jännitettä nopeuden muuttamiseksi. b)
Ohjaa PWM:ää PID:llä: toinen tehokkaampi tapa on käyttää mikro-ohjainta.
DC-moottori on kytketty mikroohjaimeen moottoriohjaimen kautta.
Moottoriohjain on IC, joka vastaanottaa PWM-syötön (
pulssinleveysmodulaatio)
mikro-ohjaimesta ja lähtö DC-moottorille tulon mukaan. Kuva 1.
2: PWM-signaalin luku 1.
Johdanto 3 ottaen huomioon PWM-signaalin, PWM:n toiminta voidaan selittää ensin.
Se koostuu jatkuvista pulsseista tietyn ajan.
Aikajakso on aika, jonka piste liikkuu aallonpituuden verran.
Näillä pulsseilla voi olla vain binääriarvoja (HIGH tai LOW).
Meillä on myös kaksi muuta määrää, pulssin leveys ja käyttösuhde.
Pulssin leveys on aika, jolloin PWM-lähtö on korkea.
Toimintajakso on prosenttiosuus pulssin leveydestä ajanjaksoon nähden.
Loppuajan tuotto on alhainen.
Käyttösuhde ohjaa suoraan moottorin nopeutta.
Jos tasavirtamoottori antaa positiivisen jännitteen tietyn ajan kuluessa, se liikkuu tietyllä nopeudella.
Jos positiivista jännitettä tarjotaan pidemmän aikaa, nopeus on suurempi.
Siksi PWM:n toimintajaksoa voidaan muuttaa muuttamalla pulssin leveyttä.
Muuttamalla DC-moottorin toimintajaksoa voidaan muuttaa moottorin nopeutta.
Nopeudensäätö tasavirtamoottoriongelmiin: Ensimmäisen nopeudensäätötavan ongelmana on, että jännite voi muuttua ajan myötä.
Nämä muutokset tarkoittavat epätasaista nopeutta.
Siksi ensimmäinen menetelmä ei ole toivottava.
Ratkaisu: Käytämme toista menetelmää nopeuden säätämiseen.
Käytämme PID-algoritmia täydentämään toista menetelmää.
PID edustaa suhteellista integraaliderivaatta.
PID-algoritmissa mitataan moottorin nykyinen nopeus ja sitä verrataan haluttuun nopeuteen.
Tätä virhettä käytetään monimutkaisiin laskelmiin moottorin käyttöjakson muuttamiseksi ajan mukaan.
Tämä prosessi on jokaisessa syklissä.
Jos nopeus ylittää halutun nopeuden, käyttöjakso pienenee ja käyttöjakso kasvaa, jos nopeus on haluttua nopeutta pienempi.
Tätä säätöä ei tehdä ennen kuin paras nopeus on saavutettu.
Tarkista ja hallitse tätä nopeutta jatkuvasti.
Tässä on tässä projektissa käytetyt järjestelmäkomponentit ja lyhyt johdatus kunkin komponentin yksityiskohtiin.
STM 32F407: ST Micro-sectionin suunnittelema mikro-ohjain.
Se toimii ARM Cortexissa. M Arkkitehtuuri.
Se johtaa perhettään korkealla 168 MHz:n kellotaajuudella.
Moottoriohjain L298N: Tätä IC:tä käytetään moottorin pyörittämiseen.
Siinä on kaksi ulkoista tuloa.
Yksi mikro-ohjaimesta.
Mikro-ohjain antaa sille PWM-signaalin.
Moottorin nopeutta voidaan säätää säätämällä pulssin leveyttä.
Sen toinen tulo on jännitelähde, jota tarvitaan moottorin käyttämiseen.
DC-moottori: DC-moottori toimii tasavirtalähteellä.
Tässä kokeessa DC-moottoria käytetään valosähköisellä kytkimellä, joka on kytketty moottorin ohjaimeen.
Infrapuna-anturi: infrapuna-anturi on itse asiassa infrapunalähetin-vastaanotin.
Se lähettää ja vastaanottaa infrapuna-aaltoja, joita voidaan käyttää eri tehtävien suorittamiseen.
IR-kooderin optinen kytkin 4N35: optinen kytkin on laite, jota käytetään eristämään piirin pienjänniteosa ja korkeajänniteosa.
Kuten nimestä voi päätellä, se toimii valon perusteella.
Kun pienjänniteosa saa signaalin, virta kulkee korkeajänniteosassa.
Järjestelmä on nopeudensäätöjärjestelmä.
Kuten aiemmin mainittiin, järjestelmä on toteutettu käyttämällä suhteellista integraalia ja derivaatta PID:tä.
Nopeudensäätöjärjestelmässä on edellä mainitut komponentit.
Ensimmäinen osa on nopeusanturi.
Nopeusanturi on infrapunalähetin- ja vastaanotinpiiri.
Kun kiinteä aine kulkee U-muotoisen raon läpi, anturi menee matalaan tilaan.
Normaalisti se on korkeassa tilassa.
Anturin lähtö on liitetty alipäästösuodattimeen, joka eliminoi anturin tilan muuttuessa syntyvän transientin aiheuttaman vaimennuksen.
Alipäästösuodatin koostuu vastuksista ja kondensaattoreista.
Arvot valittiin tarpeen mukaan.
Käytetty kondensaattori on 1100nf ja käytetty resistanssi on noin 25 ohmia.
Alipäästösuodatin eliminoi tarpeettomat ohimenevät olosuhteet, jotka voivat johtaa ylimääräisiin lukemiin ja roskaarvoihin.
Alipäästösuodatin lähetetään sitten kondensaattorin kautta stm-mikroohjaimen digitaaliseen tulonastan.
Toinen osa on pwm-ohjattu moottori, jonka tarjoaa stm-mikro-ohjain.
Tämä asetus on varustettu sähköisellä eristyksellä optisen kytkimen ic avulla.
Optinen liitin sisältää ledin, joka lähettää valoa ic-paketin sisällä, ja kun tuloliittimeen annetaan korkea pulssi, se oikosulki lähtöliittimen.
Tuloliitin antaa pwm:n vastuksen kautta, joka rajoittaa optiseen kytkimeen kytketyn ledin virtaa.
Lähtöön on kytketty pudotusvastus siten, että kun liitin on oikosulussa, pudotusvastukseen syntyy jännite ja vastuksen napaan kytketty nasta saa korkean tilan.
Valosähköisen kytkimen lähtö on kytketty moottoriohjaimen IC:n IN1-liitäntään, joka ylläpitää aktivointinastan korkeutta.
Kun pwm-käyttösuhde muuttuu optisen kytkimen sisääntulossa, moottorin ajurin nasta kytkee moottorin ja ohjaa moottorin nopeutta.
Moottorille toimitetun pwm:n jälkeen moottorin ohjain antaa yleensä 12 voltin jännitteen.
Moottoriohjain mahdollistaa sitten moottorin toiminnan.
Esittelemme algoritmin, jota käytimme tämän moottorin nopeudensäätöprojektin toteutuksessa.
Moottorin pwm saadaan yhdellä ajastimella.
Ajastimen konfiguraatio on tehty ja asetettu tarjoamaan pwm.
Kun moottori käynnistyy, se pyörittää moottorin akseliin kiinnitettyä rakoa.
Rako kulkee anturin ontelon läpi ja tuottaa matalan pulssin.
Alhaisilla pulsseilla koodi käynnistyy ja odottaa, että rako liikkuu.
Kun rako katoaa, anturi antaa korkean tilan ja ajastin alkaa laskea.
Ajastin antaa meille ajan kahden raon välillä.
Nyt, kun toinen matala pulssi ilmestyy, IF-käsky suoritetaan uudelleen, odottaa seuraavaa nousevaa reunaa ja pysäyttää laskurin.
Nopeuden laskemisen jälkeen laske nopeuden ja todellisen vertailuarvon välinen ero ja anna pid.
Pid laskee käyttöjaksoarvon, joka saavuttaa viitearvon tietyllä hetkellä.
Tämä arvo välitetään CCR:lle (
Comparison register )
Virheestä riippuen ajastimen nopeutta pienennetään tai lisätään.
Atollic Truestudio -koodi on otettu käyttöön.
STM studio on ehkä asennettava virheenkorjausta varten.
Tuo projekti STM-studioon ja tuo muuttujat, joita haluat tarkastella.
Pieni muutos on 2017-11-4xx.
Muuta kellotaajuus tarkasti h-tiedostoon taajuudella 168 MHz.
Koodinpätkä on annettu yllä.
Johtopäätös on, että moottorin nopeutta ohjataan PID:llä.
Käyrä ei kuitenkaan ole aivan tasainen viiva.
Syitä tähän on monia: vaikka alipäästösuodattimeen kytketyssä anturissa on edelleen tiettyjä vikoja, ne johtuvat joistakin väistämättömistä syistä epälineaarisissa vastuksissa ja analogisissa elektronisissa laitteissa, moottori ei voi pyöriä tasaisesti pienellä jännitteellä tai pwm:llä.
Se tarjoaa kusipäitä, jotka voivat saada järjestelmän syöttämään väärän arvon.
Jitteristä johtuen anturista saattaa jäädä huomaamatta jokin korkeamman arvon tarjoava rako, ja pääasiallinen syy toiseen virheeseen voi olla stm:n ydinkellotaajuus.
Stm:n ydinkellotaajuus on 168 MHz.
Vaikka tätä ongelmaa käsiteltiin tässä projektissa, tässä mallissa on kokonaisvaltainen käsite, joka ei tarjoa niin korkeaa taajuutta.
Avoimen silmukan nopeus tarjoaa erittäin tasaisen viivan vain muutamalla odottamattomalla arvolla.
PID toimii myös ja tarjoaa erittäin lyhyen moottorin vakauden ajan.
Moottorin PID testattiin erilaisilla jännitteillä, jotka pitivät vertailunopeuden vakiona.
Jännitteen muutos ei muuta moottorin nopeutta, mikä osoittaa, että PID toimii.
Tässä on joitain osia PID:n lopullisesta lähdöstä. a)
Closed loop @ 110 rpm)
Closed loop @ 120 rpmTätä projektia ei voitu suorittaa ilman ryhmän jäsenten apua.
Haluan kiittää heitä.
Kiitos, että katsoit tämän projektin.
Toivottavasti auttaa sinua.
Ole hyvä ja odota lisää.
Jatka siunausta ennen sitä :)