controle de velocidade do motor CC usando algoritmo pid (stm32f4)

Olá a todos, sou tahir ul haq de outro projeto.
Desta vez foi a hora de fazer o MC que foi utilizado por 2017-11-407.
Este é o fim do programa de médio prazo.
Espero que você goste.
Requer muitos conceitos e teorias, então vamos dar uma olhada primeiro.
Com o surgimento dos computadores e do processo industrializado, tem havido pesquisas na história do ser humano para desenvolver métodos para redefinir o processo e, mais importante, para utilizar máquinas para controlar o processo de forma autônoma.
O objetivo é reduzir a participação humana nestes processos, reduzindo assim os erros nestes processos.
Portanto, surgiu o campo da “engenharia de sistemas de controle”.
A engenharia de sistemas de controle pode ser definida como a utilização de diversos métodos para controlar o funcionamento do processo ou a manutenção de um ambiente constante e preferencial, seja 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 adequadas para obter o valor desejado (atuador).
O problema com esta abordagem é que ela não é muito confiável porque está sujeita a erros ou negligência no trabalho.
Além disso, outro problema é que a velocidade do processo que o atuador inicia nem sempre é uniforme, o que significa que às vezes pode ser mais rápida que a velocidade necessária e às vezes pode ser lenta.
A solução para este 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 (
discutiremos mais tarde)
do valor ou condição de, controlando assim o processo para manter o valor desejado.
A vantagem deste processo é que não há necessidade de intervenção humana neste processo.
Além disso, a velocidade desse processo é consistente.
Antes de prosseguirmos, é crucial determinar os vários termos neste ponto: Controle de feedback: Neste sistema, a entrada em um determinado momento 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,
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 onde queremos fazer algumas medições.
Processador: parte do sistema de controle que é processada com base em algoritmos de programação.
É preciso alguma entrada e produz alguma saída.
Atuador: no sistema de controle, o atuador é utilizado para realizar eventos com base no sinal gerado pelo microcontrolador para afetar a saída.
Sistema de malha fechada: um sistema com uma ou mais malhas de feedback.
Sistema de malha aberta: não existe sistema de malha de feedback.
Tempo de subida: O tempo necessário para a saída subir 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: overshooting de pico é a quantidade de saída que excede seu valor de estado estacionário (
normal durante a resposta transitória do sistema).
Tempo Estável: O tempo necessário para a saída atingir um estado estável.
Erro de estado estacionário: a diferença entre a saída real e a saída esperada quando o sistema atinge o estado estacionário. A imagem acima mostra uma versão bastante simplificada do sistema de controle.
O microcontrolador é o núcleo de qualquer sistema de controle.
Este é um componente muito importante, por isso deve ser cuidadosamente selecionado de acordo com os requisitos do sistema.
O microcontrolador recebe informações do usuário.
Esta entrada define as condições necessárias para o sistema.
O microcontrolador também recebe informações do sensor.
O sensor é conectado à saída e suas informações são retornadas 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 diversos cálculos e envia mensagens para o atuador.
A planta de controle do atuador baseada em saída tenta manter essas condições.
Um exemplo pode ser o acionador do motor que aciona o motor, onde o acionador do motor é o acionador 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 envia de volta ao microcontrolador.
O microcontrolador é comparado novamente e calculado, então 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 manual de tensão: em aplicações industriais, o mecanismo de controle de velocidade do motor DC é crítico.
Às vezes, podemos precisar de velocidades superiores ou inferiores ao normal.
Portanto, precisamos de um método eficaz de controle de velocidade.
Controlar a tensão de alimentação é um dos métodos mais simples de controle de velocidade.
Podemos alterar a tensão para alterar a velocidade. b)
Controle PWM usando PID: outra forma mais eficiente é utilizar um microcontrolador.
O motor DC é conectado ao microcontrolador através do driver do motor.
O driver do motor é um IC que recebe entrada PWM (
modulação por largura de pulso)
do microcontrolador e saída para o motor DC 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 determinado período de tempo.
O período de tempo é o tempo gasto por um ponto movendo-se a uma distância igual a um comprimento de onda.
Esses pulsos só podem ter valores binários (HIGH ou LOW).
Também temos duas outras grandezas, a largura de pulso e o ciclo de trabalho.
A largura do pulso é o tempo em que a saída PWM está alta.
O ciclo de trabalho é a porcentagem da largura do pulso em relação ao período de tempo.
Durante o resto do período, a saída é baixa.
O ciclo de trabalho controla diretamente a velocidade do motor.
Se o motor DC fornecer tensão positiva dentro de um determinado período de tempo, ele se moverá a uma determinada 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 DC, a velocidade do motor pode ser alterada.
Controle de velocidade para problemas de 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.
PID representa a derivada 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 aumentará se a velocidade for inferior à velocidade desejada.
Este ajuste não é feito até que a melhor velocidade seja alcançada.
Verifique e controle 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 ST Micro-section.
Funciona no ARM Cortex. Arquitetura M.
Ele lidera sua família com uma alta frequência de clock de 168 MHz.
Driver do motor L298N: Este IC é usado para operar o motor.
Possui duas entradas externas.
Um do microcontrolador.
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 DC: O motor DC funciona com fonte de alimentação DC.
Neste experimento, o motor DC é operado por meio de um acoplamento fotoelétrico conectado ao acionador do motor.
Sensor infravermelho: o sensor infravermelho é na verdade um transceptor infravermelho.
Ele envia e recebe ondas infravermelhas que podem ser usadas para realizar diversas tarefas.
Acoplador 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 à base de 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.
Conforme mencionado anteriormente, o sistema é implementado usando PID de integral proporcional e derivada.
O sistema de controle de velocidade possui os componentes acima.
A primeira parte é o sensor de velocidade.
O sensor de velocidade é um circuito transmissor e receptor infravermelho.
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-baixa para eliminar a atenuação causada pelo transiente gerado quando o estado do sensor muda.
O filtro passa-baixa consiste em resistores e capacitores.
Os valores foram selecionados conforme necessário.
O capacitor utilizado é de 1100nf e a resistência utilizada é de cerca de 25 ohms.
O filtro passa-baixa elimina condições transitórias desnecessárias que podem resultar em leituras adicionais e valores inúteis.
O filtro passa-baixa é então enviado através do capacitor para o pino digital de entrada do microcontrolador stm.
A outra parte é o motor controlado por pwm fornecido pelo microcontrolador stm.
Esta 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 dado no terminal de entrada, causa um curto-circuito no 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 estiver em curto-circuito, a tensão seja gerada no resistor suspenso e o pino conectado ao terminal do resistor receba um estado alto.
A saída do acoplador fotoelétrico é conectada ao IN1 do driver do motor ic que mantém a altura do pino de habilitação.
Quando o ciclo de trabalho pwm muda na entrada do acoplador óptico, o pino do acionador do motor comuta o motor e controla a velocidade do motor.
Após o pwm fornecido ao motor, o driver do motor geralmente fornece uma tensão de 12 volts.
O driver do motor então permite que o motor opere.
Vamos apresentar o algoritmo que utilizamos na implementação deste projeto de regulação de velocidade do motor.
O pwm do motor é fornecido por um único temporizador.
A configuração do temporizador é feita e configurada para fornecer pwm.
Quando o motor dá partida, ele gira a fenda fixada no eixo do motor.
A fenda passa pela cavidade do sensor e produz um pulso baixo.
Em pulsos baixos, o código inicia e espera que a fenda se mova.
Assim que a fenda desaparece, o sensor fornece um estado alto e o temporizador começa a contar.
O cronômetro 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 contador.
Após 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.
Este valor é fornecido ao CCR (
registro de comparação).
Dependendo do erro, a velocidade do temporizador é reduzida ou aumentada.
O código Atollic Truestudio foi implementado.
O estúdio STM pode precisar ser instalado para depuração.
Importe o projeto no STM Studio e importe as variáveis ​​que deseja visualizar.
A ligeira mudança ocorre em 2017-11-4xx.
Altere a frequência do clock precisamente para um arquivo h em 168 MHz.
O trecho de código foi fornecido acima.
A conclusão é que a velocidade do motor é controlada via PID.
No entanto, a curva não é exatamente uma linha suave.
Há muitas razões para isso: embora o sensor conectado ao filtro passa-baixa ainda apresente certos defeitos, estes se devem a algumas razões inevitáveis ​​para resistores não lineares e dispositivos eletrônicos analógicos, o motor não pode girar suavemente em 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 forneça um valor mais alto, e o principal motivo para outro erro pode ser a frequência do clock central do stm.
O clock principal do Stm é de 168 MHz.
Embora este problema tenha sido abordado neste projeto, existe um conceito holístico deste modelo que não fornece uma frequência tão elevada.
A velocidade de malha aberta fornece uma linha muito suave com apenas alguns valores inesperados.
O PID também está funcionando e proporciona baixíssimo tempo de estabilidade do motor.
O PID do motor foi testado em diversas 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)
Circuito fechado a 110 rpmb)
Circuito fechado a 120 rpmEste projeto não poderia ser concluído sem a ajuda dos membros do meu grupo.
Quero agradecer a eles.
Obrigado por assistir este projeto.
Espero ajudá-lo.
Por favor, espere mais.
Continue abençoando antes disso :)