DC շարժիչի արագության վերահսկում pid ալգորիթմի միջոցով (stm32f4)

Բարև բոլորին, ես Tahir ul haq-ն եմ մեկ այլ նախագծից:
Այս անգամ MC անելու ժամանակն էր, որն օգտագործվում էր 2017-11-407 թթ.
Սա միջնաժամկետ ծրագրի ավարտն է։
Հուսով եմ ձեզ դուր կգա:
Դա պահանջում է շատ հասկացություններ և տեսություններ, ուստի եկեք նախ նայենք դրան:
Համակարգիչների առաջացման և արդյունաբերական գործընթացի հետ մեկտեղ մարդ արարածների պատմության մեջ եղել են հետազոտություններ՝ գործընթացը վերասահմանելու մեթոդներ մշակելու և ավելի կարևոր՝ գործընթացն ինքնավար կառավարելու համար մեքենաներ օգտագործելու համար:
Նպատակն է նվազեցնել մարդու մասնակցությունը այդ գործընթացներին՝ այդպիսով նվազեցնելով այդ գործընթացներում առկա սխալները:
Այսպիսով, առաջացավ \'վերահսկման համակարգերի ճարտարագիտության\' ոլորտը:
Կառավարման համակարգի ճարտարագիտությունը կարող է սահմանվել որպես տարբեր մեթոդների օգտագործում՝ գործընթացի աշխատանքը վերահսկելու կամ մշտական ​​և նախընտրելի միջավայրի պահպանումը, լինի դա ձեռքով, թե ավտոմատ:
Պարզ օրինակ է վերահսկել սենյակի ջերմաստիճանը:
Ձեռնարկի հսկողությունը վերաբերում է անձի ներկայությանը, ով ստուգում է ներկա պայմանները տեղում (սենսոր)
, ակնկալիքներով (մշակում)
և ձեռնարկում է համապատասխան գործողություններ ցանկալի արժեքը (ակտուատոր) ստանալու համար:
Այս մոտեցման խնդիրն այն է, որ այն այնքան էլ հուսալի չէ, քանի որ աշխատանքում հակված է սխալի կամ անփութության:
Բացի այդ, մեկ այլ խնդիր էլ այն է, որ ակտիվացնողի գործարկման արագությունը միշտ չէ, որ միատեսակ է, ինչը նշանակում է, որ երբեմն այն կարող է ավելի արագ լինել, քան պահանջվող արագությունը, իսկ երբեմն կարող է դանդաղ լինել:
Այս խնդրի լուծումը համակարգը կառավարելու համար միկրոկոնտրոլերի օգտագործումն է:
Ըստ տրված բնութագրի, միկրոկառավարիչը ծրագրված է վերահսկելու միացման գործընթացը միացումում (
Քննարկեք ավելի ուշ)
արժեքը կամ վիճակը, դրանով իսկ վերահսկելով գործընթացը՝ պահպանելու ցանկալի արժեքը:
Այս գործընթացի առավելությունն այն է, որ այս գործընթացում մարդկային միջամտության կարիք չկա:
Բացի այդ, այս գործընթացի արագությունը համահունչ է:
Նախքան շարունակելը, կարևոր է որոշել տարբեր տերմիններն այս պահին. Հետադարձ կապի վերահսկում. Այս համակարգում որոշակի ժամանակի մուտքագրումը կախված է մեկ կամ մի քանի փոփոխականներից, ներառյալ համակարգի ելքը:
Բացասական արձագանք. Այս համակարգում հղումը (մուտքագրումը)
Որպես հետադարձ, սխալը հանվում է, և մուտքագրման փուլը 180 աստիճան է:
Դրական արձագանք. Այս համակարգում հղումների (մուտքագրման)
սխալներն ավելացվում են, երբ հետադարձ կապը և մուտքագրումը փուլային են:
Սխալի ազդանշան. ցանկալի ելքի և իրական ելքի տարբերությունը:
Սենսոր՝ սարք, որն օգտագործվում է շղթայում որոշակի թվով սարքեր հայտնաբերելու համար:
Այն սովորաբար տեղադրվում է ելքի մեջ կամ ցանկացած վայրում, որտեղ մենք ցանկանում ենք որոշակի չափումներ կատարել:
Պրոցեսոր՝ կառավարման համակարգի մի մասը, որը մշակվում է ծրագրավորման ալգորիթմների հիման վրա։
Այն վերցնում է որոշակի մուտք և արտադրում է որոշակի արդյունք:
Գործարկիչ. կառավարման համակարգում ակտուատորն օգտագործվում է իրադարձություններ իրականացնելու համար, որոնք հիմնված են միկրոկարգավորիչի կողմից առաջացած ազդանշանի վրա՝ ելքի վրա ազդելու համար:
Փակ օղակի համակարգ. մեկ կամ մի քանի հետադարձ կապ ունեցող համակարգ:
Բաց հանգույց համակարգ. հետադարձ կապի համակարգ չկա:
Բարձրացման ժամանակ. ելքի համար անհրաժեշտ ժամանակը ազդանշանի առավելագույն ամպլիտուդի 10%-ից մինչև 90% բարձրանալու համար:
Drop Time. Ժամանակն է, որ պահանջվում է արդյունքի 90%-ից 10% նվազման համար:
Պիկ գերազանցում. գագաթնակետի գերազանցումը ելքի քանակն է, որը գերազանցում է իր կայուն վիճակի արժեքը (
Նորմալ համակարգի անցողիկ արձագանքման ժամանակ):
Կայուն ժամանակ. այն ժամանակը, որն անհրաժեշտ է արդյունքի կայուն վիճակի հասնելու համար:
Կայուն վիճակի սխալ. իրական արդյունքի և ակնկալվող արդյունքի միջև տարբերությունը, երբ համակարգը հասնում է կայուն վիճակի: Վերևի նկարը ցույց է տալիս կառավարման համակարգի շատ պարզեցված տարբերակը:
Միկրոկառավարիչը ցանկացած կառավարման համակարգի առանցքն է:
Սա շատ կարևոր բաղադրիչ է, ուստի այն պետք է ուշադիր ընտրվի՝ համաձայն համակարգի պահանջների:
Միկրոկառավարիչը մուտք է ստանում օգտվողից:
Այս մուտքագրումը սահմանում է համակարգի համար պահանջվող պայմանները:
Միկրոկառավարիչը նաև մուտք է ստանում սենսորից:
Սենսորը միացված է ելքին, և դրա տեղեկատվությունը վերադարձվում է մուտքին:
Այս մուտքագրումը կարելի է անվանել նաև բացասական արձագանք:
Բացասական արձագանքները բացատրվել են ավելի վաղ:
Հիմնվելով իր ծրագրավորման վրա՝ միկրոպրոցեսորը կատարում է տարբեր հաշվարկներ և ելքեր դեպի մղիչ։
Արդյունքների վրա հիմնված մղիչի կառավարման կայանը փորձում է պահպանել այս պայմանները:
Օրինակ կարող է լինել շարժիչի վարորդը, որը վարում է շարժիչը, որտեղ շարժիչի վարորդը վարորդն է, իսկ շարժիչը գործարանն է:
Հետեւաբար, շարժիչը պտտվում է որոշակի արագությամբ:
Միացված սենսորը կարդում է ընթացիկ գործարանի կարգավիճակը և այն հետ է տալիս միկրո կարգավորիչին:
Միկրոկարգավորիչը կրկին համեմատվում և հաշվարկվում է, ուստի օղակը կրկնվում է:
Գործընթացը կրկնվող է և անվերջ, և միկրոկառավարիչը կարող է պահպանել ցանկալի պայմանները:
Ահա DC շարժիչի արագությունը վերահսկելու երկու հիմնական եղանակ)
Լարման մեխանիկական կառավարում. արդյունաբերական ծրագրերում DC շարժիչի արագության վերահսկման մեխանիզմը կարևոր է:
Երբեմն մեզ կարող է անհրաժեշտ լինել նորմայից բարձր կամ ցածր արագություններ:
Հետեւաբար, մեզ անհրաժեշտ է արագության վերահսկման արդյունավետ մեթոդ:
Մատակարարման լարման կառավարումը արագության վերահսկման ամենապարզ մեթոդներից մեկն է:
Մենք կարող ենք փոխել լարումը արագությունը փոխելու համար: բ)
Կառավարեք PWM-ը PID-ի միջոցով. մեկ այլ ավելի արդյունավետ միջոց է միկրոկոնտրոլերի օգտագործումը:
DC շարժիչը միացված է միկրո կարգավորիչին շարժիչի վարորդի միջոցով:
Շարժիչի վարորդը IC ստացող PWM (
Զարկերակային լայնության մոդուլյացիա)
Մուտք է միկրո կարգավորիչից և ելք դեպի DC շարժիչ՝ ըստ մուտքի: Նկար 1.
2. PWM ազդանշանի 1-ին գլուխ:
Ներածություն 3, հաշվի առնելով PWM ազդանշանը, նախ կարելի է բացատրել PWM-ի աշխատանքը:
Այն բաղկացած է որոշակի ժամանակահատվածի շարունակական իմպուլսներից։
Ժամանակահատվածը այն ժամանակն է, որն անցկացնում է կետը, որը շարժվում է ալիքի երկարությանը հավասար հեռավորության վրա:
Այս իմպուլսները կարող են ունենալ միայն երկուական արժեքներ (ԲԱՐՁՐ կամ ՑԱԾՐ):
Մենք ունենք նաև երկու այլ քանակություն՝ զարկերակային լայնությունը և աշխատանքային ցիկլը:
Զարկերակային լայնությունը այն ժամանակն է, երբ PWM ելքը բարձր է:
Աշխատանքային ցիկլը իմպուլսի լայնության տոկոսն է ժամանակաշրջանի նկատմամբ:
Մնացած ժամանակահատվածում արտադրանքը ցածր է:
Աշխատանքային ցիկլը ուղղակիորեն վերահսկում է շարժիչի արագությունը:
Եթե ​​DC շարժիչը որոշակի ժամանակահատվածում ապահովում է դրական լարում, այն կշարժվի որոշակի արագությամբ:
Եթե ​​դրական լարումը ապահովվի ավելի երկար ժամանակով, ապա արագությունն ավելի մեծ կլինի։
Հետևաբար, PWM-ի աշխատանքային ցիկլը կարող է փոխվել՝ փոխելով իմպուլսի լայնությունը:
DC շարժիչի աշխատանքային ցիկլը փոխելով, շարժիչի արագությունը կարող է փոխվել:
Արագության վերահսկում DC շարժիչի խնդիրների համար. արագության կառավարման առաջին մեթոդի խնդիրն այն է, որ լարումը կարող է փոխվել ժամանակի ընթացքում:
Այս փոփոխությունները նշանակում են անհավասար արագություն:
Հետեւաբար, առաջին մեթոդը անցանկալի է:
Լուծում. Արագությունը վերահսկելու համար մենք օգտագործում ենք երկրորդ մեթոդը:
Երկրորդ մեթոդը լրացնելու համար մենք օգտագործում ենք PID ալգորիթմը:
PID-ը ներկայացնում է համամասնական ինտեգրալ ածանցյալ:
PID ալգորիթմում շարժիչի ընթացիկ արագությունը չափվում և համեմատվում է ցանկալի արագության հետ:
Այս սխալն օգտագործվում է բարդ հաշվարկների համար՝ ըստ ժամանակի շարժիչի աշխատանքային ցիկլը փոխելու համար:
Յուրաքանչյուր ցիկլում կա այս գործընթացը:
Եթե ​​արագությունը գերազանցում է ցանկալի արագությունը, ապա աշխատանքային ցիկլը կրճատվում է, և աշխատանքային ցիկլը մեծանում է, եթե արագությունը ցածր է ցանկալի արագությունից:
Այս ճշգրտումը չի կատարվում այնքան ժամանակ, քանի դեռ չի հասել լավագույն արագությունը:
Անընդհատ ստուգեք և վերահսկեք այս արագությունը:
Ահա այս նախագծում օգտագործված համակարգի բաղադրիչները և յուրաքանչյուր բաղադրիչի մանրամասների համառոտ ներածություն:
STM 32F407. միկրոկոնտրոլեր, որը նախագծված է ST Micro-section-ի կողմից:
Այն աշխատում է ARM Cortex-ի վրա: M Architecture.
Այն առաջնորդում է իր ընտանիքին 168 ՄՀց բարձր ժամացույցի հաճախականությամբ:
Շարժիչի վարորդ L298N. Այս IC-ն օգտագործվում է շարժիչը գործարկելու համար:
Այն ունի երկու արտաքին մուտք:
Մեկը միկրո կարգավորիչից:
Միկրոկառավարիչը դրա համար ապահովում է PWM ազդանշան:
Շարժիչի արագությունը կարելի է կարգավորել՝ կարգավորելով զարկերակային լայնությունը:
Դրա երկրորդ մուտքը լարման աղբյուրն է, որն անհրաժեշտ է շարժիչը վարելու համար:
DC շարժիչ. DC շարժիչը աշխատում է DC էլեկտրամատակարարման միջոցով:
Այս փորձի ժամանակ DC շարժիչը շահագործվում է ֆոտոէլեկտրական միացման միջոցով, որը միացված է շարժիչի վարորդին:
Ինֆրակարմիր սենսոր. ինֆրակարմիր սենսորն իրականում ինֆրակարմիր հաղորդիչ է:
Այն ուղարկում և ստանում է ինֆրակարմիր ալիքներ, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր առաջադրանքներ կատարելու համար:
IR կոդավորող օպտիկական կցորդիչ 4N35. օպտիկական կցորդիչը սարք է, որն օգտագործվում է շղթայի ցածր լարման և բարձր լարման հատվածը մեկուսացնելու համար:
Ինչպես ենթադրում է անունը, այն աշխատում է լույսի հիման վրա:
Երբ ցածր լարման հատվածը ստանում է ազդանշան, հոսանքը հոսում է բարձր լարման մասում:
Համակարգը արագության վերահսկման համակարգ է։
Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, համակարգը իրականացվում է համամասնական ինտեգրալի և ածանցյալի PID-ի միջոցով:
Արագության կառավարման համակարգն ունի վերը նշված բաղադրիչները:
Առաջին մասը արագության սենսորն է:
Արագության սենսորը ինֆրակարմիր հաղորդիչի և ստացողի միացում է:
Երբ պինդ նյութը անցնում է u-աձեւ ճեղքով, սենսորը մտնում է ցածր վիճակ:
Սովորաբար այն գտնվում է բարձր վիճակում։
Սենսորային ելքը միացված է ցածր անցումային ֆիլտրին, որպեսզի վերացնի սենսորի վիճակի փոփոխման ժամանակ առաջացած անցողիկից առաջացած թուլացումը:
Ցածրանցիկ ֆիլտրը բաղկացած է ռեզիստորներից և կոնդենսատորներից:
Արժեքներն ընտրվել են ըստ պահանջի:
Օգտագործված կոնդենսատորը 1100nf է, իսկ օգտագործվող դիմադրությունը մոտ 25 ohms է:
Ցածրանցիկ ֆիլտրը վերացնում է անհարկի անցողիկ պայմանները, որոնք կարող են հանգեցնել լրացուցիչ ընթերցումների և աղբի արժեքների:
Ցածրանցիկ ֆիլտրն այնուհետև դուրս է բերվում կոնդենսատորի միջով դեպի stm միկրո-կարգավորիչի մուտքային թվային պին:
Մյուս մասը pwm-ով կառավարվող շարժիչն է, որը տրամադրվում է stm միկրոկառավարիչով:
Այս պարամետրը ապահովված է էլեկտրական մեկուսացմամբ՝ օգտագործելով օպտիկական միացնող ic-ը:
Օպտիկական կցորդիչը ներառում է լուսադիոդ, որը լույս է արձակում ic փաթեթի ներսում, և երբ մուտքային տերմինալում բարձր զարկերակ է տրվում, այն կարճ միացնում է ելքային տերմինալը:
Մուտքային տերմինալը տալիս է pwm դիմադրության միջոցով, որը սահմանափակում է օպտիկական կցորդիչին միացված լուսադիոդի հոսանքը:
Ելքի վրա միացված է բացվող դիմադրություն, որպեսզի երբ տերմինալը կարճ միացված է, լարումը ստեղծվի իջնող ռեզիստորի մոտ, և ռեզիստորի տերմինալին միացված քորոցը ստանա բարձր վիճակ:
Ֆոտոէլեկտրական կցորդիչի ելքը միացված է շարժիչի վարորդի ic-ի IN1-ին, որը պահպանում է միացնող պտուտակի բարձրությունը:
Երբ pwm աշխատանքային ցիկլը փոխվում է օպտիկական կցորդիչի մուտքի մոտ, շարժիչի վարորդի քորոցը միացնում է շարժիչը և վերահսկում շարժիչի արագությունը:
Շարժիչին տրամադրվող pwm-ից հետո շարժիչի վարորդը սովորաբար ապահովում է 12 վոլտ լարում:
Այնուհետև շարժիչի վարորդը հնարավորություն է տալիս շարժիչին աշխատել:
Ներկայացնենք այն ալգորիթմը, որը մենք օգտագործել ենք շարժիչի արագության կարգավորման այս նախագծի իրականացման ժամանակ:
Շարժիչի pwm-ն ապահովվում է մեկ ժամանակաչափով:
Ժամաչափի կոնֆիգուրացիան կազմված է և սահմանված է pwm տրամադրելու համար:
Երբ շարժիչը միանում է, այն պտտում է շարժիչի լիսեռին կցված ճեղքը:
Ճեղքն անցնում է սենսորային խոռոչով և առաջացնում է ցածր զարկերակ։
Ցածր իմպուլսների դեպքում կոդը սկսվում է և սպասում, որ ճեղքը շարժվի:
Հենց որ ճեղքը անհետանում է, սենսորը ապահովում է բարձր վիճակ, և ժամաչափը սկսում է հաշվել:
Ժամաչափը մեզ տալիս է երկու ճեղքերի միջև եղած ժամանակը:
Այժմ, երբ հայտնվում է ևս մեկ ցածր զարկերակ, IF հայտարարությունը նորից գործարկվում է՝ սպասելով հաջորդ բարձրացող եզրին և կանգնեցնելով հաշվիչը:
Արագությունը հաշվարկելուց հետո հաշվարկեք արագության և իրական հղման արժեքի տարբերությունը և տվեք pid:
Pid-ը հաշվարկում է աշխատանքային ցիկլի արժեքը, որը տվյալ պահին հասնում է հղման արժեքին:
Այս արժեքը տրամադրվում է CCR-ին (
Համեմատության ռեգիստր)
Կախված սխալից, ժամանակաչափի արագությունը նվազում կամ ավելանում է:
Ատոլիկ Truestudio կոդը ներդրվել է:
Հնարավոր է, որ STM ստուդիան տեղադրվի վրիպազերծման համար:
Ներմուծեք նախագիծը STM ստուդիայում և ներմուծեք այն փոփոխականները, որոնք ցանկանում եք դիտել:
Աննշան փոփոխությունը 2017-11-4xx-ի վրա է:
Փոխեք ժամացույցի հաճախականությունը h ֆայլի 168 ՄՀց հաճախականությամբ:
Կոդի հատվածը ներկայացված է վերևում:
Եզրակացությունն այն է, որ շարժիչի արագությունը վերահսկվում է PID-ի միջոցով:
Այնուամենայնիվ, կորը հենց այնպես հարթ գիծ չէ:
Դրա համար շատ պատճառներ կան. թեև ցածր անցումային ֆիլտրին միացված սենսորը դեռևս ապահովում է որոշակի թերություններ, դրանք պայմանավորված են ոչ գծային ռեզիստորների և անալոգային էլեկտրոնային սարքերի որոշ անխուսափելի պատճառներով, շարժիչը չի կարող սահուն պտտվել փոքր լարման կամ pwm-ով:
Այն ապահովում է ապուշներ, որոնք կարող են ստիպել համակարգը մուտքագրել սխալ արժեք:
Ջիթերի պատճառով սենսորը կարող է բաց թողնել որոշ ճեղքվածք, որն ապահովում է ավելի բարձր արժեք, և մեկ այլ սխալի հիմնական պատճառը կարող է լինել stm-ի հիմնական ժամացույցի հաճախականությունը:
Stm-ի հիմնական ժամացույցը 168 ՄՀց է:
Չնայած այս խնդրին անդրադարձ է կատարվել այս նախագծում, կա այս մոդելի ամբողջական հայեցակարգ, որը չի ապահովում այդքան բարձր հաճախականություն:
Բաց հանգույցի արագությունը ապահովում է շատ հարթ գիծ միայն մի քանի անսպասելի արժեքներով:
PID-ը նույնպես աշխատում է և ապահովում է շարժիչի կայունության շատ ցածր ժամանակ:
Շարժիչի PID-ը փորձարկվել է տարբեր լարումների վրա, որոնք անփոփոխ են պահել հղման արագությունը:
Լարման փոփոխությունը չի փոխում շարժիչի արագությունը, ինչը ցույց է տալիս, որ PID-ն աշխատում է:
Ահա PID-ի վերջնական արդյունքի որոշ հատվածներ: ա)
Փակ օղակ @ 110 rpmb)
Փակ օղակ @ 120 rpm Այս նախագիծը չէր կարող ավարտվել առանց իմ խմբի անդամների օգնության:
Ես ուզում եմ շնորհակալություն հայտնել նրանց:
Շնորհակալություն այս նախագիծը դիտելու համար:
Հուսով եմ, որ կօգնենք ձեզ:
Խնդրում ենք անհամբեր սպասել ավելիին:
Շարունակեք օրհնել մինչ այդ :)