kontrol ng bilis ng dc motor gamit ang pid algorithm (stm32f4)

Kumusta sa lahat, ako ay tahir ul haq mula sa ibang proyekto.
Sa pagkakataong ito, oras na para gawin ang MC na ginamit noong 2017-11-407.
Ito ang pagtatapos ng mid-term program.
Sana magustuhan niyo.
Nangangailangan ito ng maraming konsepto at teorya, kaya't tingnan muna natin ito.
Sa paglitaw ng mga kompyuter at industriyalisadong proseso, nagkaroon ng pananaliksik sa kasaysayan ng mga tao upang bumuo ng mga pamamaraan upang muling tukuyin ang proseso, at higit sa lahat, ang paggamit ng mga makina upang kontrolin ang proseso nang awtonomiya.
Ang layunin ay bawasan ang pakikilahok ng tao sa mga prosesong ito, sa gayon ay binabawasan ang mga pagkakamali sa mga prosesong ito.
Samakatuwid, ang larangan ng \'control system engineering\' ay nabuo.
Ang control system engineering ay maaaring tukuyin bilang ang paggamit ng iba't ibang mga pamamaraan upang kontrolin ang gawain ng proseso o ang pagpapanatili ng isang pare-pareho at ginustong kapaligiran, manu-mano man o awtomatiko.
Ang isang simpleng halimbawa ay upang makontrol ang temperatura ng silid.
Ang manu-manong kontrol ay tumutukoy sa pagkakaroon ng isang tao na sumusuri sa kasalukuyang mga kondisyon sa site (sensor)
, Sa mga inaasahan (pagproseso)
At gumawa ng naaangkop na aksyon upang makuha ang nais na halaga (actuator).
Ang problema sa diskarteng ito ay hindi ito masyadong maaasahan dahil ang isa ay madaling kapitan ng pagkakamali o kapabayaan sa trabaho.
Bilang karagdagan, ang isa pang problema ay ang rate ng proseso na sinisimulan ng actuator ay hindi palaging pare-pareho, na nangangahulugan na kung minsan ay maaaring mas mabilis ito kaysa sa kinakailangang bilis, at kung minsan ay maaaring mabagal.
Ang solusyon sa problemang ito ay ang paggamit ng micro-controller para makontrol ang system.
Ayon sa ibinigay na detalye, ang micro-controller ay naka-program upang kontrolin ang proseso ng pagkonekta sa circuit (
Talakayin sa ibang pagkakataon)
Ang halaga o kondisyon ng, sa gayon ay kinokontrol ang proseso upang mapanatili ang nais na halaga.
Ang benepisyo ng prosesong ito ay hindi na kailangan ng interbensyon ng tao sa prosesong ito.
Bilang karagdagan, ang bilis ng prosesong ito ay pare-pareho.
Bago tayo magpatuloy, mahalagang matukoy ang iba't ibang termino sa puntong ito: Kontrol ng feedback: Sa sistemang ito, ang pag-input sa isang tiyak na oras ay nakasalalay sa isa o higit pang mga variable, kabilang ang output ng system.
Negatibong feedback: Sa system na ito, reference (input)
Bilang feedback, ang error ay ibinabawas at ang phase ng input ay 180 degrees. Positibong feedback: Sa system na ito,
ang reference (input) Error kapag nasa phase ang feedback at input.
idinaragdag
Error signal: ang pagkakaiba sa pagitan ng nais na output at ang aktwal na output.
Sensor: isang aparato na ginagamit upang makita ang isang tiyak na bilang ng mga aparato sa isang circuit.
Karaniwan itong inilalagay sa output o saanman gusto nating gumawa ng ilang mga sukat.
Processor: bahagi ng control system na pinoproseso batay sa mga algorithm ng programming.
Ito ay tumatagal ng ilang input at gumagawa ng ilang output.
Actuator: sa control system, ang actuator ay ginagamit upang magsagawa ng mga kaganapan batay sa signal na nabuo ng micro-controller upang makaapekto sa output.
Closed-loop system: isang system na may isa o higit pang feedback loop.
Open loop system: walang sistema para sa feedback loop.
Oras ng Pagtaas: Ang oras na kinakailangan para tumaas ang output mula 10% ng maximum amplitude ng signal hanggang 90%.
Oras ng Pag-drop: Ang oras na kinakailangan para bumaba ang output mula 90% hanggang 10%.
Peak overshooting: Ang peak overshooting ay ang dami ng output na lumalampas sa steady state value nito (
Normal sa panahon ng transient response ng system).
Stable Time: Ang oras na kinakailangan para ang output ay maabot ang isang stable na estado.
Steady-state error: ang pagkakaiba sa pagitan ng aktwal na output at ang inaasahang output kapag naabot ng system ang steady-state. Ang larawan sa itaas ay nagpapakita ng napakasimpleng bersyon ng control system.
Ang micro-controller ay ang core ng anumang control system.
Ito ay isang napakahalagang bahagi, kaya dapat itong maingat na mapili ayon sa mga kinakailangan ng system.
Ang micro-controller ay tumatanggap ng input mula sa user.
Tinutukoy ng input na ito ang mga kundisyon na kinakailangan para sa system.
Ang micro-controller ay tumatanggap din ng input mula sa sensor.
Ang sensor ay konektado sa output at ang impormasyon nito ay ibabalik sa input.
Ang input na ito ay maaari ding tawaging negatibong feedback.
Ang negatibong feedback ay ipinaliwanag kanina.
Batay sa programming nito, ang microprocessor ay nagsasagawa ng iba't ibang mga kalkulasyon at mga output sa actuator.
Ang output-based actuator control plant ay sumusubok na panatilihin ang mga kundisyong ito.
Ang isang halimbawa ay maaaring ang driver ng motor na nagmamaneho ng motor, kung saan ang driver ng motor ay ang driver at ang motor ay ang pabrika.
Samakatuwid, ang motor ay umiikot sa isang naibigay na bilis.
Binabasa ng konektadong sensor ang status ng kasalukuyang pabrika at ibinabalik ito sa micro controller.
Ang micro-controller ay inihambing muli at kinakalkula, kaya ang loop ay paulit-ulit.
Ang proseso ay paulit-ulit at walang katapusang, at ang micro-controller ay maaaring mapanatili ang nais na mga kondisyon.
Narito ang dalawang pangunahing paraan upang makontrol ang bilis ng DC motor)
Manu-manong Voltage control: sa mga pang-industriya na aplikasyon, ang mekanismo ng kontrol ng bilis ng DC motor ay kritikal.
Minsan maaaring kailanganin natin ang mga bilis na mas mataas o mas mababa kaysa karaniwan.
Samakatuwid, kailangan namin ng isang epektibong paraan ng pagkontrol sa bilis.
Ang pagkontrol sa supply boltahe ay isa sa pinakasimpleng paraan ng pagkontrol ng bilis.
Maaari naming baguhin ang boltahe upang baguhin ang bilis. b)
Kontrolin ang PWM gamit ang PID: isa pang mas mahusay na paraan ay ang paggamit ng micro-controller.
Ang DC motor ay konektado sa micro controller sa pamamagitan ng motor driver.
Ang driver ng motor ay isang IC na tumatanggap ng PWM (
Pulse width modulation)
Input mula sa micro controller at output sa DC motor ayon sa input. Figure 1.
2: Kabanata 1 ng PWM signal.
Panimula 3 kung isasaalang-alang ang PWM signal, ang operasyon ng PWM ay maaaring ipaliwanag muna.
Binubuo ito ng tuluy-tuloy na mga pulso para sa isang tiyak na tagal ng panahon.
Ang yugto ng panahon ay ang oras na ginugugol ng isang punto na gumagalaw sa layo na katumbas ng wavelength.
Ang mga pulso na ito ay maaari lamang magkaroon ng mga binary na halaga (HIGH o LOW).
Mayroon din kaming dalawa pang dami, ang lapad ng pulso at ang siklo ng tungkulin.
Ang lapad ng pulso ay ang oras kung kailan mataas ang output ng PWM.
Ang duty cycle ay ang porsyento ng lapad ng pulso sa yugto ng panahon.
Para sa natitirang yugto ng panahon, mababa ang output.
Direktang kinokontrol ng duty cycle ang bilis ng motor.
Kung ang DC motor ay nagbibigay ng positibong boltahe sa loob ng isang tiyak na tagal ng panahon, ito ay lilipat sa isang tiyak na bilis.
Kung ang positibong boltahe ay ibinigay para sa isang mas mahabang panahon, ang bilis ay magiging mas malaki.
Samakatuwid, ang duty cycle ng PWM ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pagbabago ng lapad ng pulso.
Sa pamamagitan ng pagpapalit ng duty cycle ng DC motor, ang bilis ng motor ay maaaring mabago.
Kontrol ng bilis para sa mga problema sa DC motor: ang problema sa unang paraan ng kontrol ng bilis ay ang boltahe ay maaaring magbago sa paglipas ng panahon.
Ang mga pagbabagong ito ay nangangahulugan ng hindi pantay na bilis.
Samakatuwid, ang unang paraan ay hindi kanais-nais.
Solusyon: Ginagamit namin ang pangalawang paraan upang makontrol ang bilis.
Ginagamit namin ang PID algorithm upang madagdagan ang pangalawang paraan.
Ang PID ay kumakatawan sa proporsyonal na integral derivative.
Sa PID algorithm, ang kasalukuyang bilis ng motor ay sinusukat at inihambing sa nais na bilis.
Ang error na ito ay ginagamit para sa mga kumplikadong kalkulasyon upang baguhin ang duty cycle ng motor ayon sa oras.
Mayroong prosesong ito sa bawat cycle.
Kung ang bilis ay lumampas sa gustong bilis, ang duty cycle ay mababawasan at ang duty cycle ay tataas kung ang bilis ay mas mababa kaysa sa nais na bilis.
Ang pagsasaayos na ito ay hindi gagawin hanggang sa maabot ang pinakamahusay na bilis.
Patuloy na suriin at kontrolin ang bilis na ito.
Narito ang mga bahagi ng system na ginamit sa proyektong ito at isang maikling panimula sa mga detalye ng bawat bahagi.
STM 32F407: micro-controller na dinisenyo ng ST Micro-section.
Gumagana ito sa ARM Cortex. M Arkitektura.
Pinamunuan nito ang pamilya nito na may mataas na dalas ng orasan na 168 MHz.
Driver ng motor L298N: Ang IC na ito ay ginagamit upang patakbuhin ang motor.
Mayroon itong dalawang panlabas na input.
Isa mula sa micro controller.
Ang micro-controller ay nagbibigay ng PWM signal para dito.
Ang bilis ng motor ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagsasaayos ng lapad ng pulso.
Ang pangalawang input nito ay ang pinagmumulan ng boltahe na kailangan upang i-drive ang motor.
DC Motor: Ang DC motor ay tumatakbo sa DC power supply.
Sa eksperimentong ito, ang DC motor ay pinapatakbo gamit ang isang photoelectric coupling na konektado sa motor driver.
Infrared Sensor: ang infrared sensor ay talagang isang infrared transceiver.
Nagpapadala at tumatanggap ito ng mga infrared wave na maaaring magamit upang magsagawa ng iba't ibang gawain.
IR encoder optical coupler 4N35: optical coupler ay isang aparato na ginagamit upang ihiwalay ang mababang boltahe na bahagi ng circuit at ang mataas na boltahe na bahagi.
Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, gumagana ito batay sa liwanag.
Kapag ang mababang boltahe na bahagi ay nakakakuha ng signal, ang kasalukuyang dumadaloy sa mataas na boltahe na bahagi.
Ang sistema ay isang sistema ng kontrol ng bilis.
Gaya ng nabanggit kanina, ang sistema ay ipinatupad gamit ang PID ng proportional integral at derivative.
Ang sistema ng kontrol ng bilis ay may mga bahagi sa itaas.
Ang unang bahagi ay ang sensor ng bilis.
Ang speed sensor ay isang infrared transmitter at receiver circuit.
Kapag ang solid ay dumaan sa u-shaped slit, pumapasok ang sensor sa mababang estado.
Karaniwan ito ay nasa mataas na estado.
Ang output ng sensor ay konektado sa isang low-pass na filter upang alisin ang attenuation na dulot ng lumilipas na nabuo kapag ang estado ng sensor ay nagbabago.
Ang low-pass filter ay binubuo ng mga resistors at capacitors.
Pinili ang mga halaga kung kinakailangan.
Ang ginamit na kapasitor ay 1100nf at ang ginamit na resistensya ay mga 25 ohms.
Ang low-pass na filter ay nag-aalis ng mga hindi kinakailangang lumilipas na kundisyon na maaaring magresulta sa mga karagdagang pagbabasa at mga halaga ng basura.
Ang low-pass na filter ay ilalabas sa pamamagitan ng capacitor sa input digital pin ng stm micro-controller.
Ang iba pang bahagi ay ang motor na kinokontrol ng pwm na ibinigay ng stm micro-controller.
Ang setting na ito ay binigyan ng electrical isolation gamit ang optical coupler ic.
Ang optical coupler ay may kasamang isang led na naglalabas ng liwanag sa loob ng ic package, at kapag ang isang mataas na pulso ay ibinigay sa input terminal, ito ay nag-short-circuited sa output terminal.
Ang input terminal ay nagbibigay ng pwm sa pamamagitan ng isang risistor na naglilimita sa kasalukuyang ng led na konektado sa optical coupler.
Ang isang drop-down na risistor ay konektado sa output upang kapag ang terminal ay short-circuited, ang boltahe ay nabuo sa drop-down na risistor at ang pin na konektado sa terminal sa risistor ay tumatanggap ng isang mataas na estado.
Ang output ng photoelectric coupler ay konektado sa IN1 ng motor driver ic na nagpapanatili ng taas ng enable pin.
Kapag ang pwm duty cycle ay nagbago sa optical coupler input, ang motor driver pin ay nagpapalit ng motor at kinokontrol ang bilis ng motor.
Pagkatapos ng pwm na ibinigay sa motor, ang driver ng motor ay karaniwang nagbibigay ng boltahe na 12 volts.
Pagkatapos ay pinapagana ng driver ng motor ang motor na gumana.
Ipakilala natin ang algorithm na ginamit namin sa pagpapatupad ng proyektong ito sa regulasyon ng bilis ng motor.
Ang pwm ng motor ay ibinibigay ng isang solong timer.
Ang pagsasaayos ng timer ay ginawa at nakatakdang magbigay ng pwm.
Kapag nagsimula ang motor, iniikot nito ang slit na nakakabit sa motor shaft.
Ang slit ay dumadaan sa sensor cavity at gumagawa ng mababang pulso.
Sa mababang pulso, magsisimula ang code at maghihintay para gumalaw ang slit.
Sa sandaling mawala ang hiwa, ang sensor ay nagbibigay ng mataas na estado at ang timer ay magsisimulang magbilang.
Ang timer ay nagbibigay sa amin ng oras sa pagitan ng dalawang hiwa.
Ngayon, kapag lumitaw ang isa pang mababang pulso, ang IF statement ay muling ipapatupad, naghihintay sa susunod na tumataas na gilid at huminto sa counter.
Pagkatapos kalkulahin ang bilis, kalkulahin ang pagkakaiba sa pagitan ng bilis at ang aktwal na halaga ng sanggunian at ibigay ang pid.
Kinakalkula ng Pid ang halaga ng duty cycle na umaabot sa reference na halaga sa isang partikular na sandali.
Ang halagang ito ay ibinibigay sa CCR (
Comparison register)
Depende sa error, ang bilis ng timer ay nababawasan o nadagdagan.
Naipatupad na ang Atollic Truestudio code.
Maaaring kailangang i-install ang STM studio para sa pag-debug.
I-import ang proyekto sa STM studio at i-import ang mga variable na gusto mong tingnan.
Ang kaunting pagbabago ay nasa 2017-11-4xx.
Baguhin ang dalas ng orasan nang tumpak sa isang h file sa 168 MHz.
Ang code snippet ay ibinigay sa itaas.
Ang konklusyon ay ang bilis ng motor ay kinokontrol gamit ang PID.
Gayunpaman, ang curve ay hindi eksaktong isang makinis na linya.
Mayroong maraming mga dahilan para dito: kahit na ang sensor na konektado sa low-pass na filter ay nagbibigay pa rin ng ilang mga depekto, ang mga ito ay dahil sa ilang hindi maiiwasang dahilan para sa mga nonlinear resistors at analog na mga elektronikong aparato, ang motor ay hindi maaaring paikutin nang maayos sa maliit na boltahe o pwm.
Nagbibigay ito ng mga asshole na maaaring maging sanhi ng pagpasok ng system ng ilang maling halaga.
Dahil sa jitter, maaaring makaligtaan ang sensor ng ilang slit na nagbibigay ng mas mataas na halaga, at ang pangunahing dahilan para sa isa pang error ay maaaring ang core clock frequency ng stm.
Ang core clock ng Stm ay 168 MHz.
Bagama't ang problemang ito ay natugunan sa proyektong ito, mayroong isang holistic na konsepto ng modelong ito na hindi nagbibigay ng ganoong mataas na dalas.
Ang bilis ng bukas na loop ay nagbibigay ng isang napaka-makinis na linya na may ilang mga hindi inaasahang halaga lamang.
Gumagana rin ang PID at nagbibigay ng napakababang oras ng katatagan ng motor.
Ang motor PID ay nasubok sa iba't ibang mga boltahe na nagpapanatili sa bilis ng sanggunian na pare-pareho.
Ang pagbabago ng boltahe ay hindi nagbabago sa bilis ng motor, na nagpapahiwatig na ang PID ay gumagana.
Narito ang ilang mga segment ng panghuling output ng PID. a)
Closed loop @ 110 rpmb)
Closed loop @ 120 rpmHindi matatapos ang proyektong ito nang walang tulong ng mga miyembro ng aking grupo.
Gusto ko silang pasalamatan.
Salamat sa panonood ng proyektong ito.
Sana matulungan kita.
Mangyaring abangan ang higit pa.
Panatilihin ang pagpapala bago iyon :)