Controle de velocidade do motor CC usando o algoritmo PID (STM32F4)

Olá a todos, eu sou Tahir Ul Haq de outro projeto.
Desta vez, foi a hora de fazer o MC que foi usado até 2017-11-11-407.
Este é o fim do programa de médio prazo.
Espero que gostem.
Requer muitos conceitos e teorias, então vamos olhar primeiro.
Com o surgimento de computadores e o processo industrializado, houve pesquisas na história dos seres humanos para desenvolver métodos para redefinir o processo e, mais importante, usar máquinas para controlar o processo autonomamente.
O objetivo é reduzir a participação humana nesses processos, reduzindo assim erros nesses processos.
Portanto, surgiu o campo de 'Engenharia do Sistema de Controle' '.
A engenharia do sistema de controle pode ser definida como o uso de vários métodos para controlar o trabalho do processo ou a manutenção de um ambiente constante e preferido, manual ou automático.
Um exemplo simples é controlar a temperatura da sala.
O controle manual refere -se à presença de uma pessoa que verifica as condições atuais no local (sensor)
, com expectativas (processamento)
e toma as medidas apropriadas para obter o valor desejado (atuador).
O problema dessa abordagem é que ela não é muito confiável, porque é propensa a erro ou negligência no trabalho.
Além disso, outro problema é que a taxa do processo que o atuador inicia nem sempre é uniforme, o que significa que às vezes pode ser mais rápido que a velocidade necessária e, às vezes, pode ser lenta.
A solução para esse problema é usar um microcontrolador para controlar o sistema.
De acordo com a especificação fornecida, o microcontrolador é programado para controlar o processo de conexão no circuito (
discutir posteriormente)
o valor ou condição de, controlando assim o processo para manter o valor desejado.
O benefício desse processo é que não há necessidade de intervenção humana nesse processo.
Além disso, a velocidade desse processo é consistente.
Antes de prosseguir, é crucial determinar os vários termos neste momento: Controle de feedback: Neste sistema, a entrada em um determinado tempo depende de uma ou mais variáveis, incluindo a saída do sistema.
Feedback negativo: neste sistema, referência (entrada)
como feedback, o erro é subtraído e a fase da entrada é de 180 graus.
Feedback positivo: neste sistema,
os erros de referência (entrada) são adicionados quando o feedback e a entrada estão em fase.
Sinal de erro: a diferença entre a saída desejada e a saída real.
Sensor: Um dispositivo usado para detectar um certo número de dispositivos em um circuito.
Geralmente é colocado na saída ou em qualquer lugar que queira fazer algumas medidas.
Processador: parte do sistema de controle que é processado com base em algoritmos de programação.
É preciso alguma entrada e produz alguma saída.
Atuador: No sistema de controle, o atuador é usado para executar eventos com base no sinal gerado pelo microcontrolador para afetar a saída.
Sistema de circuito fechado: um sistema com um ou mais loops de feedback.
Sistema de malha aberta: não há sistema para um loop de feedback.
Tempo de aumento: O tempo necessário para a saída aumentou de 10% da amplitude máxima do sinal para 90%.
Tempo de queda: o tempo necessário para a saída cair de 90% para 10%.
Overshooting de pico: a superação de pico é a quantidade de saída que excede seu valor estacionário (
normal durante a resposta transitória do sistema).
Tempo estável: o tempo necessário para que a saída atinja um estado estável.
Erro em estado estacionário: a diferença entre a saída real e a saída esperada quando o sistema atingir o estado estacionário. A imagem acima mostra uma versão muito simplificada do sistema de controle.
O microcontrolador é o núcleo de qualquer sistema de controle.
Este é um componente muito importante, portanto, deve ser cuidadosamente selecionado de acordo com os requisitos do sistema.
O microcontrolador recebe entrada do usuário.
Essa entrada define as condições necessárias para o sistema.
O microcontrolador também recebe entrada do sensor.
O sensor está conectado à saída e suas informações são alimentadas de volta à entrada.
Essa entrada também pode ser chamada de feedback negativo.
O feedback negativo foi explicado anteriormente.
Com base em sua programação, o microprocessador realiza vários cálculos e saídas no atuador.
A planta de controle do atuador baseada em saída tenta manter essas condições.
Um exemplo pode ser o motorista que aciona o motor, onde o motorista é o motorista e o motor é a fábrica.
Portanto, o motor gira a uma determinada velocidade.
O sensor conectado lê o status da fábrica atual e o alimenta de volta ao micro controlador.
O microcontrolador é comparado novamente e calculado, portanto o loop é repetido.
O processo é repetitivo e interminável, e o microcontrolador pode manter as condições desejadas.
Aqui estão duas maneiras principais de controlar a velocidade do motor DC)
Controle de tensão manual: em aplicações industriais, o mecanismo de controle de velocidade do motor CC é fundamental.
Às vezes, podemos precisar de velocidades mais altas ou inferiores ao normal.
Portanto, precisamos de um método efetivo de controle de velocidade.
O controle da tensão de alimentação é um dos métodos de controle de velocidade mais simples.
Podemos alterar a tensão para alterar a velocidade. b)
Controle PWM usando PID: Outra maneira mais eficiente é usar um microcontrolador.
O motor CC é conectado ao micro controlador através do motorista do motor.
O driver do motor é uma entrada PWM recebida por IC (
modulação de largura de pulso)
do micro controlador e saída para o motor CC de acordo com a entrada. Figura 1.
2: Capítulo 1 do sinal PWM.
Introdução 3 Considerando o sinal PWM, a operação do PWM pode ser explicada primeiro.
Consiste em pulsos contínuos por um certo período de tempo.
Período de tempo é o tempo gasto em um ponto que se move a uma distância igual a um comprimento de onda.
Esses pulsos só podem ter valores binários (altos ou baixos).
Também temos duas outras quantidades, a largura do pulso e o ciclo de trabalho.
A largura do pulso é o momento em que a saída PWM é alta.
O ciclo de trabalho é a porcentagem da largura do pulso no período.
Pelo restante do período, a saída é baixa.
O ciclo de trabalho controla diretamente a velocidade do motor.
Se o motor CC fornecer uma tensão positiva dentro de um certo período de tempo, ele se moverá a uma certa velocidade.
Se a tensão positiva for fornecida por um longo período de tempo, a velocidade será maior.
Portanto, o ciclo de trabalho do PWM pode ser alterado alterando a largura do pulso.
Ao alterar o ciclo de trabalho do motor CC, a velocidade do motor pode ser alterada.
Controle de velocidade para problemas do motor CC: O problema com o primeiro método de controle de velocidade é que a tensão pode mudar com o tempo.
Essas mudanças significam velocidade desigual.
Portanto, o primeiro método é indesejável.
Solução: usamos o segundo método para controlar a velocidade.
Usamos o algoritmo PID para complementar o segundo método.
O PID representa o derivado integral proporcional.
No algoritmo PID, a velocidade atual do motor é medida e comparada com a velocidade desejada.
Este erro é usado para cálculos complexos para alterar o ciclo de trabalho do motor de acordo com o tempo.
Existe esse processo em cada ciclo.
Se a velocidade exceder a velocidade desejada, o ciclo de trabalho será reduzido e o ciclo de trabalho aumentar se a velocidade for menor que a velocidade desejada.
Esse ajuste não é feito até que a melhor velocidade seja atingida.
Verifique e controla constantemente essa velocidade.
Aqui estão os componentes do sistema usados ​​neste projeto e uma breve introdução aos detalhes de cada componente.
STM 32F407: Microcontrolador projetado pela Micro-Seção ST.
Funciona no córtex do braço. M Arquitetura.
Isso leva sua família com uma alta frequência de relógio de 168 MHz.
Motor Driver L298N: Este IC é usado para executar o motor.
Possui duas entradas externas.
Um do micro controlador.
O microcontrolador fornece um sinal PWM para ele.
A velocidade do motor pode ser ajustada ajustando a largura do pulso.
Sua segunda entrada é a fonte de tensão necessária para acionar o motor.
Motor CC: O motor CC é executado na fonte de alimentação CC.
Neste experimento, o motor CC é operado usando um acoplamento fotoelétrico conectado ao motorista do motor.
Sensor infravermelho: o sensor infravermelho é na verdade um transceptor de infravermelho.
Ele envia e recebe ondas infravermelhas que podem ser usadas para executar várias tarefas.
Couplador óptico do codificador IR 4N35: O acoplador óptico é um dispositivo usado para isolar a parte de baixa tensão do circuito e a parte de alta tensão.
Como o nome indica, funciona com base na luz.
Quando a parte de baixa tensão recebe o sinal, a corrente flui na parte de alta tensão.
O sistema é um sistema de controle de velocidade.
Como mencionado anteriormente, o sistema é implementado usando PID de integral e derivada proporcional.
O sistema de controle de velocidade possui os componentes acima.
A primeira parte é o sensor de velocidade.
O sensor de velocidade é um transmissor infravermelho e circuito de receptor.
Quando o sólido passa pela fenda em forma de U, o sensor entra em um estado baixo.
Normalmente, está em um estado alto.
A saída do sensor é conectada a um filtro passa-baixo para eliminar a atenuação causada pelo transiente gerado quando o estado do sensor muda.
O filtro passa-baixo consiste em resistores e capacitores.
Os valores foram selecionados conforme necessário.
O capacitor usado é 1100NF e a resistência usada é de cerca de 25 ohms.
O filtro passa-baixo elimina condições transitórias desnecessárias que podem resultar em leituras adicionais e valores de lixo.
O filtro passa-baixo é então emitido através do capacitor para o pino digital de entrada do microcontrolador STM.
A outra parte é o motor controlado pelo PWM fornecido pelo Microcontrolador STM.
Essa configuração foi fornecida com isolamento elétrico usando o acoplador óptico IC.
O acoplador óptico inclui um LED que emite luz dentro do pacote IC e, quando um pulso alto é fornecido no terminal de entrada, ele circundeu o terminal de saída.
O terminal de entrada fornece PWM através de um resistor que limita a corrente do LED conectado ao acoplador óptico.
Um resistor suspenso é conectado na saída para que, quando o terminal seja curto-circuito, a tensão seja gerada no resistor suspenso e o pino conectado ao terminal no resistor recebe um estado alto.
A saída do acoplador fotoelétrico é conectada ao IN1 do IC do motorista do motor que mantém a altura do pino de ativação.
Quando o ciclo de trabalho do PWM muda na entrada do acoplador óptico, o pino do motorista do motor interrompe o motor e controla a velocidade do motor.
Após o PWM fornecido ao motor, o motorista geralmente fornece uma tensão de 12 volts.
O motorista do motor permite que o motor opere.
Vamos apresentar o algoritmo que usamos na implementação deste projeto de regulação de velocidade do motor.
O PWM do motor é fornecido por um único cronômetro.
A configuração do timer é feita e configurada para fornecer PWM.
Quando o motor começa, ele gira a fenda presa ao eixo do motor.
A fenda passa pela cavidade do sensor e produz um pulso baixo.
Em pulsos baixos, o código começa e espera a fenda se mover.
Quando a fenda desaparece, o sensor fornece um estado alto e o temporizador começa a contar.
O temporizador nos dá o tempo entre as duas fendas.
Agora, quando outro pulso baixo aparece, a instrução IF é executada novamente, aguardando a próxima borda ascendente e parando o balcão.
Depois de calcular a velocidade, calcule a diferença entre a velocidade e o valor de referência real e forneça o PID.
O PID calcula o valor do ciclo de trabalho que atinge o valor de referência em um determinado momento.
Esse valor é fornecido ao CCR (
registro de comparação),
dependendo do erro, a velocidade do timer é reduzida ou aumentada.
O Código Atollico Truestudio foi implementado.
O STM Studio pode precisar ser instalado para depuração.
Importe o projeto no Stm Studio e importe as variáveis ​​que você deseja visualizar.
A ligeira mudança está no 2017-11-4xx.
Altere a frequência do relógio com precisão para um arquivo H a 168 MHz.
O trecho de código foi fornecido acima.
A conclusão é que a velocidade do motor é controlada usando PID.
No entanto, a curva não é exatamente uma linha suave.
Existem muitas razões para isso: embora o sensor conectado ao filtro passa-baixo ainda forneça certos defeitos, estes são devidos a alguns motivos inevitáveis ​​para resistores não lineares e dispositivos eletrônicos analógicos, o motor não pode girar suavemente com pequena tensão ou PWM.
Ele fornece idiotas que podem fazer com que o sistema insira algum valor errado.
Devido ao jitter, o sensor pode perder alguma fenda que fornece um valor mais alto, e o principal motivo para outro erro pode ser a frequência do relógio principal do STM.
O relógio central do STM é de 168 MHz.
Embora esse problema tenha sido resolvido neste projeto, existe um conceito holístico desse modelo que não fornece uma frequência tão alta.
A velocidade do loop aberto fornece uma linha muito suave com apenas alguns valores inesperados.
O PID também está funcionando e fornece tempo de estabilidade motor muito baixo.
O PID do motor foi testado em várias tensões que mantiveram a velocidade de referência constante.
A mudança de tensão não altera a velocidade do motor, indicando que o PID está funcionando.
Aqui estão alguns segmentos da saída final do PID. a)
loop fechado @ 110 rpmb)
loop fechado @ 120 rpmhis Projeto não pôde ser concluído sem a ajuda dos membros do meu grupo.
Eu quero agradecer a eles.
Obrigado por assistir a este projeto.
Espero ajudá -lo.
Por favor, ansioso por mais.
Continue bênção antes disso :)