שלום לכולם, אני tahir ul haq מפרויקט אחר.
הפעם זה היה הזמן לעשות MC ששימש את 2017-11-407.
זהו סופה של תכנית הביניים.
מקווה שתאהבו.
זה דורש הרבה מושגים ותיאוריות, אז בואו נסתכל על זה קודם.
עם הופעת המחשבים והתהליך המתועש, נערך מחקר בהיסטוריה של בני האדם לפיתוח שיטות להגדרה מחדש של התהליך, וחשוב מכך, להשתמש במכונות כדי לשלוט בתהליך באופן אוטונומי.
המטרה היא לצמצם את השתתפות האדם בתהליכים אלו, ובכך להפחית טעויות בתהליכים אלו.
לכן, תחום \'הנדסת מערכות בקרה\' נוצר.
ניתן להגדיר הנדסת מערכות בקרה כשימוש בשיטות שונות לשליטה בעבודת התהליך או שמירה על סביבה קבועה ומועדפת, בין אם ידנית ובין אם אוטומטית.
דוגמה פשוטה היא לשלוט בטמפרטורת החדר.
שליטה ידנית מתייחסת לנוכחות של אדם שבודק את התנאים הנוכחיים באתר (חיישן)
, עם ציפיות (עיבוד)
ולנקוט פעולה מתאימה כדי להשיג את הערך הרצוי (מפעיל).
הבעיה עם גישה זו היא שהיא לא אמינה במיוחד כי אדם נוטה לטעות או רשלנות בעבודה.
בנוסף, בעיה נוספת היא שקצב התהליך שהמפעיל מתחיל לא תמיד אחיד, מה שאומר שלפעמים הוא עשוי להיות מהיר מהמהירות הנדרשת, ולפעמים הוא עשוי להיות איטי.
הפתרון לבעיה זו הוא שימוש במיקרו-בקר לשליטה במערכת.
על פי המפרט הנתון, המיקרו-בקר מתוכנת לשלוט בתהליך החיבור במעגל (
דבר מאוחר יותר)
הערך או המצב של, ובכך לשלוט בתהליך כדי לשמור על הערך הרצוי.
היתרון של תהליך זה הוא שאין צורך בהתערבות אנושית בתהליך זה.
בנוסף, המהירות של תהליך זה עקבית.
לפני שנמשיך, חשוב לקבוע את המונחים השונים בשלב זה: בקרת משוב: במערכת זו, קלט בזמן מסוים תלוי במשתנה אחד או יותר, כולל הפלט של המערכת.
משוב שלילי: במערכת זו הפניה (קלט)
כמשוב, השגיאה מופחתת ושלב הקלט הוא 180 מעלות.
משוב חיובי: במערכת זו
מתווספות הפניה (קלט) שגיאות כאשר המשוב והקלט נמצאים בשלב.
אות שגיאה: ההבדל בין הפלט הרצוי לפלט בפועל.
חיישן: מכשיר המשמש לזיהוי מספר מסוים של מכשירים במעגל.
זה בדרך כלל ממוקם בפלט או בכל מקום בו אנו רוצים לבצע כמה מדידות.
מעבד: חלק ממערכת הבקרה המעובד על בסיס אלגוריתמי תכנות.
זה דורש קצת קלט ומייצר פלט מסוים.
מפעיל: במערכת הבקרה, המפעיל משמש לביצוע אירועים המבוססים על האות שנוצר על ידי המיקרו-בקר כדי להשפיע על הפלט.
מערכת לולאה סגורה: מערכת עם לולאת משוב אחת או יותר.
מערכת לולאה פתוחה: אין מערכת ללולאת משוב.
זמן עלייה: הזמן הנדרש לעלייה של הפלט מ-10% מהמשרעת המקסימלית של האות ל-90%.
זמן ירידה: הזמן הדרוש לירידת הפלט מ-90% ל-10%.
חריגה של שיא: חריגה של שיא היא כמות הפלט החורגת מערך המצב היציב שלו (
רגיל במהלך תגובת חולפת של המערכת).
זמן יציב: הזמן הנדרש לפלט להגיע למצב יציב.
שגיאה במצב יציב: ההפרש בין הפלט בפועל לתפוקה הצפויה ברגע שהמערכת מגיעה למצב יציב. התמונה למעלה מציגה גרסה פשוטה מאוד של מערכת הבקרה.
המיקרו-בקר הוא הליבה של כל מערכת בקרה.
זהו מרכיב חשוב ביותר, ולכן יש לבחור אותו בקפידה בהתאם לדרישות המערכת.
המיקרו-בקר מקבל קלט מהמשתמש.
קלט זה מגדיר את התנאים הנדרשים למערכת.
המיקרו-בקר מקבל גם קלט מהחיישן.
החיישן מחובר ליציאה והמידע שלו מוחזר לכניסה.
קלט זה יכול להיקרא גם משוב שלילי.
משוב שלילי הוסבר קודם לכן.
בהתבסס על התכנות שלו, המיקרו-מעבד מבצע חישובים ותפוקות שונות למפעיל.
מפעל בקרת המפעילים מבוסס הפלט מנסה לשמור על תנאים אלה.
דוגמה עשויה להיות נהג המנוע שמניע את המנוע, כאשר נהג המנוע הוא הנהג והמנוע הוא המפעל.
לכן, המנוע מסתובב במהירות נתונה.
החיישן המחובר קורא את מצב המפעל הנוכחי ומזין אותו בחזרה לבקר המיקרו.
המיקרו-בקר מושווה שוב ומחושב, כך שהלולאה חוזרת על עצמה.
התהליך חוזר על עצמו ואינסופי, והמיקרו-בקר יכול לשמור על התנאים הרצויים.
להלן שתי דרכים עיקריות לשלוט במהירות של מנוע ה-DC)
בקרת מתח ידנית: ביישומים תעשייתיים, מנגנון בקרת המהירות של מנוע ה-DC הוא קריטי.
לפעמים אנו עשויים להזדקק למהירויות גבוהות או נמוכות מהרגיל.
לכן, אנו זקוקים לשיטת בקרת מהירות יעילה.
שליטה במתח האספקה היא אחת משיטות בקרת המהירות הפשוטות ביותר.
אנחנו יכולים לשנות את המתח כדי לשנות את המהירות. ב)
שליטה ב-PWM באמצעות PID: עוד דרך יעילה יותר היא להשתמש במיקרו-בקר.
מנוע ה-DC מחובר לבקר המיקרו דרך דרייבר המנוע.
דרייבר המנוע הוא IC המקבל PWM (
Pulse width modulation)
קלט מהמיקרו-בקר ופלט למנוע DC בהתאם לקלט. איור 1.
2: פרק 1 של אות PWM.
הקדמה 3 בהתחשב באות PWM, ניתן להסביר תחילה את פעולת PWM.
הוא מורכב מפולסים מתמשכים לפרק זמן מסוים.
פרק זמן הוא הזמן שמבלה על ידי נקודה הנעה במרחק השווה לאורך גל.
לפולסים אלה יכולים להיות רק ערכים בינאריים (HIGH או LOW).
יש לנו גם שתי כמויות אחרות, רוחב הדופק ומחזור העבודה.
רוחב הפולסים הוא הזמן שבו פלט PWM גבוה.
מחזור העבודה הוא האחוז מרוחב הדופק לפרק הזמן.
בשאר פרק הזמן, התפוקה נמוכה.
מחזור העבודה שולט ישירות על מהירות המנוע.
אם מנוע DC מספק מתח חיובי בתוך פרק זמן מסוים, הוא ינוע במהירות מסוימת.
אם מסופק מתח חיובי לפרק זמן ארוך יותר, המהירות תהיה גדולה יותר.
לכן, ניתן לשנות את מחזור העבודה של PWM על ידי שינוי רוחב הדופק.
על ידי שינוי מחזור העבודה של מנוע DC, ניתן לשנות את מהירות המנוע.
בקרת מהירות לבעיות במנוע DC: הבעיה בשיטת בקרת המהירות הראשונה היא שהמתח עשוי להשתנות עם הזמן.
המשמעות של שינויים אלה היא מהירות לא אחידה.
לכן, השיטה הראשונה אינה רצויה.
פתרון: אנו משתמשים בשיטה השנייה כדי לשלוט במהירות.
אנו משתמשים באלגוריתם PID כדי להשלים את השיטה השנייה.
PID מייצג את הנגזרת האינטגרלית הפרופורציונלית.
באלגוריתם PID מודדים את המהירות הנוכחית של המנוע ומשווים למהירות הרצויה.
שגיאה זו משמשת לחישובים מורכבים לשינוי מחזור העבודה של המנוע בהתאם לזמן.
יש תהליך זה בכל מחזור.
אם המהירות עולה על המהירות הרצויה, מחזור העבודה מצטמצם ומחזור העבודה גדל אם המהירות נמוכה מהמהירות הרצויה.
התאמה זו לא מתבצעת עד שמגיעים למהירות הטובה ביותר.
בדוק ושלוט במהירות זו ללא הרף.
להלן רכיבי המערכת המשמשים בפרויקט זה ומבוא קצר לפרטי כל רכיב.
STM 32F407: בקר מיקרו שתוכנן על ידי ST Micro-section.
זה עובד על ARM Cortex. M אדריכלות.
הוא מוביל את משפחתו עם תדר שעון גבוה של 168 מגה-הרץ.
נהג מנוע L298N: IC זה משמש להפעלת המנוע.
יש לו שתי כניסות חיצוניות.
אחד מהמיקרו-בקר.
המיקרו-בקר מספק עבורו אות PWM.
ניתן לכוונן את מהירות המנוע על ידי התאמת רוחב הדופק.
הקלט השני שלו הוא מקור המתח הדרוש להנעת המנוע.
מנוע DC: מנוע DC פועל על ספק הכוח DC.
בניסוי זה, מנוע ה-DC מופעל באמצעות צימוד פוטואלקטרי המחובר לנהג המנוע.
חיישן אינפרא אדום: חיישן אינפרא אדום הוא למעשה מקלט אינפרא אדום.
הוא שולח ומקבל גלי אינפרא אדום שניתן להשתמש בהם לביצוע משימות שונות.
מצמד אופטי מקודד IR 4N35: מצמד אופטי הוא מכשיר המשמש לבידוד חלק המתח הנמוך של המעגל וחלק המתח הגבוה.
כפי שהשם מרמז, זה עובד על בסיס אור.
כאשר חלק המתח הנמוך מקבל את האות, הזרם זורם בחלק המתח הגבוה.
המערכת היא מערכת בקרת מהירות.
כפי שהוזכר קודם לכן, המערכת מיושמת באמצעות PID של אינטגרל פרופורציונלי ונגזרת.
מערכת בקרת המהירות כוללת את הרכיבים הנ'ל.
החלק הראשון הוא חיישן המהירות.
חיישן המהירות הוא מעגל משדר ומקלט אינפרא אדום.
כאשר המוצק עובר דרך החריץ בצורת U, החיישן נכנס למצב נמוך.
בדרך כלל זה במצב גבוה.
פלט החיישן מחובר למסנן נמוך כדי לבטל את ההנחתה הנגרמת מהחולף שנוצר כאשר מצב החיישן משתנה.
מסנן המעבר הנמוך מורכב מנגדים וקבלים.
הערכים נבחרו כנדרש.
הקבל בשימוש הוא 1100nf וההתנגדות בשימוש היא כ-25 אוהם.
מסנן המעבר הנמוך מבטל מצבי חולף מיותרים שעלולים לגרום לקריאות נוספות ולערכי זבל.
מסנן המעבר הנמוך יוצא לאחר מכן דרך הקבל לפין הדיגיטלי המבוא של המיקרו-בקר stm.
החלק השני הוא המנוע הנשלט על ידי pwm המסופק על ידי מיקרו-בקר stm.
הגדרה זו סופקה עם בידוד חשמלי באמצעות המצמד האופטי ic.
המצמד האופטי כולל לד הפולט אור בתוך חבילת ה-ic, וכאשר ניתן דופק גבוה במסוף הכניסה, הוא קצר את מסוף המוצא.
מסוף הקלט נותן pwm דרך נגד המגביל את הזרם של הלד המחובר למצמד האופטי.
נגד נפול מחובר ביציאה כך שכאשר המסוף מקוצר, המתח נוצר בנגד הנפתח והפין המחובר למסוף על הנגד מקבל מצב גבוה.
הפלט של המצמד הפוטואלקטרי מחובר ל-IN1 של IC הנהג המנוע ששומר על גובה פין ההפעלה.
כאשר מחזור העבודה של pwm משתנה בכניסת המצמד האופטי, פין נהג המנוע מחליף את המנוע ושולט על מהירות המנוע.
לאחר ה-pwm המסופק למנוע, נהג המנוע מספק בדרך כלל מתח של 12 וולט.
לאחר מכן מנהל המנוע מאפשר למנוע לפעול.
בואו נציג את האלגוריתם שבו השתמשנו ביישום פרויקט ויסות מהירות המנוע הזה.
ה-pwm של המנוע מסופק על ידי טיימר בודד.
התצורה של הטיימר נעשית ומוגדרת לספק pwm.
כאשר המנוע מתניע, הוא מסובב את החריץ המחובר לציר המנוע.
החריץ עובר דרך חלל החיישן ומייצר דופק נמוך.
בפולסים נמוכים, הקוד מתחיל ומחכה שהחריץ יזוז.
ברגע שהחריץ נעלם, החיישן מספק מצב גבוה והטיימר מתחיל לספור.
הטיימר נותן לנו את הזמן בין שני החריצים.
כעת, כאשר מופיע דופק נמוך נוסף, הצהרת ה-IF מופעלת שוב, ממתינה לקצה העולה הבא ועוצרת את המונה.
לאחר חישוב המהירות, חשב את ההפרש בין המהירות לערך הייחוס בפועל ותן את ה-Pid.
Pid מחשב את ערך מחזור העבודה שמגיע לערך הייחוס ברגע נתון.
ערך זה מסופק ל-CCR (
אוגר השוואה)
בהתאם לשגיאה, מהירות הטיימר מופחתת או מוגברת.
הקוד של Atollic Truestudio יושם.
ייתכן שיהיה צורך להתקין את STM studio לצורך איתור באגים.
ייבא את הפרויקט בסטודיו STM וייבא את המשתנים שברצונך להציג.
השינוי הקל הוא בתאריך 2017-11-4xx.
שנה את תדר השעון במדויק לקובץ h ב-168 מגה-הרץ.
קטע הקוד סופק למעלה.
המסקנה היא שמהירות המנוע נשלטת באמצעות PID.
עם זאת, העקומה היא לא בדיוק קו חלק.
ישנן סיבות רבות לכך: למרות שהחיישן המחובר למסנן הנמוך עדיין מספק פגמים מסוימים, אלה נובעים מסיבות בלתי נמנעות מנגדים לא ליניאריים והתקנים אלקטרוניים אנלוגיים, המנוע לא יכול להסתובב בצורה חלקה במתח קטן או pwm.
זה מספק חורים שעלולים לגרום למערכת להזין איזה ערך שגוי.
עקב ריצוד, החיישן עלול לפספס חריץ כלשהו המספק ערך גבוה יותר, והסיבה העיקרית לשגיאה נוספת עשויה להיות תדר שעון הליבה של ה-STM.
שעון הליבה של Stm הוא 168 מגה-הרץ.
למרות שבעיה זו טופלה בפרויקט זה, יש תפיסה הוליסטית של מודל זה שאינה מספקת תדירות כה גבוהה.
מהירות הלולאה הפתוחה מספקת קו חלק מאוד עם מספר ערכים בלתי צפויים בלבד.
גם ה-PID עובד ומספק זמן יציבות מנוע נמוך מאוד.
ה-PID של המנוע נבדק במתחים שונים ששמרו על מהירות הייחוס קבועה.
שינוי המתח אינו משנה את מהירות המנוע, מה שמצביע על כך שה-PID פועל.
הנה כמה מקטעים מהפלט הסופי של ה-PID. א)
לולאה סגורה @ 110 rpm)
לולאה סגורה @ 120 rpm לא ניתן היה להשלים את הפרויקט הזה ללא עזרת חברי הקבוצה שלי.
אני רוצה להודות להם.
תודה שצפיתם בפרויקט הזה.
מקווה לעזור לך.
נא לצפות לעוד.
תמשיך לברך לפני זה :)
