Controllo della velocità del motore CC mediante algoritmo PID (STM32F4)

Ciao a tutti, sono Tahir ul Haq di un altro progetto.
Questa volta era il momento di fare MC utilizzato entro il 2017-11-407.
Questa è la fine del programma a medio termine.
Spero ti piaccia.
Richiede molti concetti e teorie, quindi lo guardiamo prima.
Con l'emergere di computer e il processo industrializzato, ci sono state ricerche nella storia degli esseri umani per sviluppare metodi per ridefinire il processo e, soprattutto, per usare le macchine per controllare il processo autonomamente.
L'obiettivo è ridurre la partecipazione umana a questi processi, riducendo così gli errori in questi processi.
Pertanto, il campo di \ 'Control System Engineering \' è nato.
L'ingegneria del sistema di controllo può essere definita come l'uso di vari metodi per controllare il lavoro del processo o la manutenzione di un ambiente costante e preferito, manuale o automatico.
Un semplice esempio è controllare la temperatura della stanza.
Il controllo manuale si riferisce alla presenza di una persona che controlla le condizioni attuali in loco (sensore)
, con aspettative (elaborazione)
e intraprendono azioni appropriate per ottenere il valore desiderato (attuatore).
Il problema con questo approccio è che non è molto affidabile perché si è soggetti a errori o negligenza sul lavoro.
Inoltre, un altro problema è che il tasso del processo inizia l'attuatore non è sempre uniforme, il che significa che a volte può essere più veloce della velocità richiesta e a volte può essere lento.
La soluzione a questo problema è utilizzare un micro-controller per controllare il sistema.
Secondo le specifiche indicate, il micro-controller è programmato per controllare il processo di connessione nel circuito (
discutere in seguito)
il valore o la condizione di, controllando così il processo per mantenere il valore desiderato.
Il vantaggio di questo processo è che non è necessario un intervento umano in questo processo.
Inoltre, la velocità di questo processo è coerente.
Prima di procedere, è fondamentale determinare i vari termini a questo punto: controllo del feedback: in questo sistema, l'input in un determinato tempo dipende da una o più variabili, incluso l'output del sistema.
Feedback negativo: in questo sistema, riferimento (input)
come feedback, l'errore viene sottratto e la fase dell'input è di 180 gradi.
Feedback positivo: in questo sistema
vengono aggiunti errori di riferimento (input) quando il feedback e l'input sono in fase.
Segnale di errore: la differenza tra l'output desiderato e l'output effettivo.
Sensore: un dispositivo utilizzato per rilevare un certo numero di dispositivi in ​​un circuito.
Di solito viene inserito nell'output o ovunque vogliamo effettuare alcune misurazioni.
Processore: parte del sistema di controllo elaborato in base agli algoritmi di programmazione.
Ci vuole un po 'di input e produce un po' di output.
Attuatore: nel sistema di controllo, l'attuatore viene utilizzato per eseguire eventi basati sul segnale generato dal micro-controller per influenzare l'uscita.
Sistema a circuito chiuso: un sistema con uno o più circuiti di feedback.
Sistema ad anello aperto: non esiste un sistema per il ciclo di feedback.
Tempo di salita: il tempo richiesto per l'uscita aumenta dal 10% della massima ampiezza del segnale al 90%.
Tempo di rilascio: il tempo richiesto per l'uscita scende dal 90% al 10%.
Osservatura del picco: il sovraccarico di picco è la quantità di output che supera il suo valore di stato stazionario (
normale durante la risposta transitoria del sistema).
Tempo stabile: il tempo necessario per l'output per raggiungere uno stato stabile.
Errore di stato stazionario: la differenza tra l'output effettivo e l'output previsto una volta che il sistema raggiunge lo stato stazionario. L'immagine sopra mostra una versione molto semplificata del sistema di controllo.
Il micro-controller è il nucleo di qualsiasi sistema di controllo.
Questo è un componente molto importante, quindi dovrebbe essere accuratamente selezionato in base ai requisiti del sistema.
Il micro-controller riceve input dall'utente.
Questo input definisce le condizioni richieste per il sistema.
Il micro-controller riceve anche input dal sensore.
Il sensore è collegato all'output e le sue informazioni vengono restituite all'input.
Questo input può anche essere chiamato feedback negativo.
Il feedback negativo è stato spiegato in precedenza.
Sulla base della sua programmazione, il microprocessore esegue vari calcoli e output per l'attuatore.
L'impianto di controllo dell'attuatore basato sull'output tenta di mantenere queste condizioni.
Un esempio potrebbe essere il conducente del motore che guida il motore, in cui il driver del motore è il driver e il motore è la fabbrica.
Pertanto, il motore ruota a una data velocità.
Il sensore collegato legge lo stato dell'attuale fabbrica e lo alimenta al micro controller.
Il micro-controller viene nuovamente confrontato e calcolato, quindi il ciclo viene ripetuto.
Il processo è ripetitivo e infinito e il micro-controller può mantenere le condizioni desiderate.
Ecco due modi principali per controllare la velocità del motore CC)
Controllo della tensione manuale: nelle applicazioni industriali, il meccanismo di controllo della velocità del motore CC è fondamentale.
A volte potremmo aver bisogno di velocità più alte o inferiori al normale.
Pertanto, abbiamo bisogno di un metodo di controllo della velocità efficace.
Il controllo della tensione di alimentazione è uno dei metodi di controllo della velocità più semplici.
Possiamo cambiare la tensione per cambiare la velocità. b)
Controllo PWM usando PID: un altro modo più efficiente è utilizzare un micro-controller.
Il motore CC è collegato al micro controller tramite il driver del motore.
Il driver del motore è un ingresso PWM (
modulazione della larghezza dell'impulso)
IC dal micro controller e uscita al motore CC in base all'ingresso. Figura 1.
2: Capitolo 1 del segnale PWM.
Introduzione 3 Considerando il segnale PWM, il funzionamento di PWM può essere spiegato per primo.
È costituito da impulsi continui per un certo periodo di tempo.
Il periodo di tempo è il tempo trascorso da un punto che si muove a una distanza pari a una lunghezza d'onda.
Questi impulsi possono avere solo valori binari (alti o bassi).
Abbiamo anche altre due quantità, la larghezza dell'impulso e il ciclo di lavoro.
La larghezza dell'impulso è il momento in cui l'uscita PWM è alta.
Il ciclo di lavoro è la percentuale della larghezza dell'impulso al periodo di tempo.
Per il resto del periodo di tempo, l'output è bassa.
Il ciclo di lavoro controlla direttamente la velocità del motore.
Se il motore CC fornisce una tensione positiva entro un certo periodo di tempo, si muoverà a una certa velocità.
Se viene fornita una tensione positiva per un periodo di tempo più lungo, la velocità sarà maggiore.
Pertanto, il ciclo di lavoro di PWM può essere modificato modificando la larghezza dell'impulso.
Modificando il ciclo di lavoro del motore CC, la velocità del motore può essere modificata.
Controllo della velocità per problemi motori CC: il problema con il metodo di controllo della prima velocità è che la tensione può cambiare nel tempo.
Questi cambiamenti significano velocità irregolare.
Pertanto, il primo metodo è indesiderabile.
Soluzione: utilizziamo il secondo metodo per controllare la velocità.
Usiamo l'algoritmo PID per integrare il secondo metodo.
PID rappresenta il derivato integrale proporzionale.
Nell'algoritmo PID, la velocità corrente del motore viene misurata e confrontata con la velocità desiderata.
Questo errore viene utilizzato per calcoli complessi per modificare il ciclo di lavoro del motore in base al tempo.
C'è questo processo in ogni ciclo.
Se la velocità supera la velocità desiderata, il ciclo di lavoro viene ridotto e il ciclo di lavoro aumenta se la velocità è inferiore alla velocità desiderata.
Questa regolazione non viene effettuata fino al raggiungimento della migliore velocità.
Controllare e controllare costantemente questa velocità.
Ecco i componenti del sistema utilizzati in questo progetto e una breve introduzione ai dettagli di ciascun componente.
STM 32F407: micro-controller progettato da Micro-sezione ST.
Funziona sulla corteccia del braccio. Architettura M.
Guida la sua famiglia con un'alta frequenza di clock di 168 MHz.
Driver del motore L298N: questo IC viene utilizzato per eseguire il motore.
Ha due input esterni.
Uno dal micro controller.
Il micro-controller fornisce un segnale PWM per esso.
La velocità del motore può essere regolata regolando la larghezza dell'impulso.
Il suo secondo ingresso è la fonte di tensione necessaria per guidare il motore.
Motore DC: il motore CC funziona sull'alimentazione CC.
In questo esperimento, il motore CC viene utilizzato utilizzando un accoppiamento fotoelettrico collegato al driver del motore.
Sensore a infrarossi: il sensore a infrarossi è in realtà un ricetrasmettitore a infrarossi.
Invia e riceve onde a infrarossi che possono essere utilizzate per eseguire vari compiti.
Cointer Ottico Encoder IR 4N35: Accoppiatore ottico è un dispositivo utilizzato per isolare la parte a bassa tensione del circuito e la parte ad alta tensione.
Come suggerisce il nome, funziona sulla base della luce.
Quando la parte a bassa tensione ottiene il segnale, la corrente scorre nella parte ad alta tensione.
Il sistema è un sistema di controllo della velocità.
Come accennato in precedenza, il sistema è implementato utilizzando PID di integrale e derivato proporzionale.
Il sistema di controllo della velocità ha i componenti di cui sopra.
La prima parte è il sensore di velocità.
Il sensore di velocità è un trasmettitore a infrarossi e un circuito del ricevitore.
Quando il solido passa attraverso la fessura a forma di U, il sensore entra in uno stato basso.
Normalmente è in uno stato elevato.
L'uscita del sensore è collegata a un filtro passa-basso per eliminare l'attenuazione causata dal transitorio generato quando lo stato del sensore cambia.
Il filtro passa-basso è costituito da resistori e condensatori.
I valori sono stati selezionati come richiesto.
Il condensatore utilizzato è 1100nf e la resistenza utilizzata è di circa 25 ohm.
Il filtro passa-basso elimina le condizioni transitorie non necessarie che possono causare ulteriori letture e valori della spazzatura.
Il filtro passa-basso viene quindi emesso tramite il condensatore al pin digitale di input del micro-controller STM.
L'altra parte è il motore controllato da PWM fornito dal micro-controller STM.
Questa impostazione è stata fornita con l'isolamento elettrico utilizzando l'IC Accoppiatore ottico.
L'accoppiatore ottico include un LED che emette luce all'interno del pacchetto IC e quando viene fornito un impulso alto sul terminale di ingresso, si è corto di cortocircuito sul terminale di uscita.
Il terminale di input dà PWM attraverso un resistore che limita la corrente del LED collegato all'accoppiatore ottico.
Un resistore a discesa è collegato all'uscita in modo che quando il terminale è corto, la tensione viene generata sul resistore a discesa e il pin collegato al terminale sul resistore riceva uno stato elevato.
L'uscita dell'accoppiatore fotoelettrico è collegata all'IN1 del driver del motore IC che mantiene l'altezza del pin di abilitazione.
Quando il ciclo di lavoro PWM cambia all'ingresso dell'accoppiatore ottico, il perno del driver del motore commuta il motore e controlla la velocità del motore.
Dopo il PWM fornito al motore, il driver del motore di solito fornisce una tensione di 12 volt.
Il driver del motore consente quindi al motore di funzionare.
Introduci l'algoritmo che abbiamo usato nell'implementazione di questo progetto di regolamentazione della velocità del motore.
Il PWM del motore è fornito da un singolo timer.
La configurazione del timer viene effettuata e impostata per fornire PWM.
Quando il motore si avvia, ruota la fessura attaccata all'albero del motore.
La fessura passa attraverso la cavità del sensore e produce un impulso basso.
A impulsi bassi, il codice inizia e attende che la fessura si muova.
Una volta che la fessura scompare, il sensore fornisce uno stato elevato e il timer inizia a contare.
Il timer ci dà il tempo tra le due fessure.
Ora, quando appare un altro impulso basso, l'istruzione IF esegue di nuovo, in attesa del bordo di salita successivo e fermando il contatore.
Dopo aver calcolato la velocità, calcola la differenza tra la velocità e il valore di riferimento effettivo e dare il PID.
PID calcola il valore del ciclo di lavoro che raggiunge il valore di riferimento in un determinato momento.
Questo valore è fornito a CCR (
Registro di confronto)
a seconda dell'errore, la velocità del timer è ridotta o aumentata.
Il codice TrueStudio Atollic è stato implementato.
Potrebbe essere necessario installare STM Studio per il debug.
Importa il progetto in STM Studio e importa le variabili che si desidera visualizzare.
La leggera modifica è sul 2017-11-4xx.
Modificare la frequenza di clock con precisione in un file H a 168 MHz.
Lo snippet di codice è stato fornito sopra.
La conclusione è che la velocità del motore è controllata usando PID.
Tuttavia, la curva non è esattamente una linea liscia.
Ci sono molte ragioni per questo: sebbene il sensore collegato al filtro passa-basso fornisca ancora determinati difetti, questi sono dovuti ad alcuni motivi inevitabili per resistori non lineari e dispositivi elettronici analogici, il motore non può ruotare senza intoppi a piccola tensione o PWM.
Fornisce stronzi che possono causare il sistema di inserimento del sistema.
A causa del jitter, il sensore può perdere un po 'di fessura che fornisce un valore più elevato e il motivo principale di un altro errore può essere la frequenza di clock centrale di STM.
L'orologio centrale di STM è di 168 MHz.
Sebbene questo problema sia stato risolto in questo progetto, esiste un concetto olistico di questo modello che non fornisce una frequenza così alta.
La velocità ad anello aperto fornisce una linea molto fluida con solo pochi valori imprevisti.
Il PID funziona anche e offre tempo di stabilità del motore molto basso.
Il PID del motore è stato testato a varie tensioni che hanno mantenuto costante la velocità di riferimento.
La variazione di tensione non cambia la velocità del motore, indicando che il PID funziona.
Ecco alcuni segmenti dell'output finale del PID. a)
Loop chiuso @ 110 RPMB)
Loop chiuso @ 120 RPMThis non potrebbe essere completato senza l'aiuto dei membri del mio gruppo.
Voglio ringraziarli.
Grazie per aver visto questo progetto.
Spero di aiutarti.
Si prega di aspettare di più.
Continua a benedire prima di quello :)