Ahojte všetci, som tahir ul haq z iného projektu.
Tentokrát bol čas na MC, ktorý bol použitý v rokoch 2017-11-407.
Toto je koniec strednodobého programu.
Dúfam, že sa vám bude páčiť.
Vyžaduje si to veľa konceptov a teórií, takže sa na to najskôr pozrieme.
So vznikom počítačov a industrializovaného procesu sa uskutočnil výskum v histórii ľudských bytostí s cieľom vyvinúť metódy na predefinovanie procesu, a čo je dôležitejšie, používať stroje na autonómne riadenie procesu.
Cieľom je znížiť účasť človeka v týchto procesoch, čím sa zníži chyby v týchto procesoch.
Preto vzniklo pole \ 'inžinierstvo riadiaceho systému \'.
Inžinierstvo riadiaceho systému možno definovať ako použitie rôznych metód na riadenie práce procesu alebo údržbu konštantného a preferovaného prostredia, či už manuálne alebo automatické.
Jednoduchým príkladom je riadenie teploty miestnosti.
Manuálna kontrola sa týka prítomnosti osoby, ktorá kontroluje súčasné podmienky na mieste (senzor)
, s očakávaniami (spracovanie)
a podnikne príslušné kroky na získanie požadovanej hodnoty (ovládač).
Problém s týmto prístupom je v tom, že nie je príliš spoľahlivý, pretože človek je v práci náchylný k chybe alebo nedbanlivosti.
Ďalším problémom je, že rýchlosť procesu, ktorý ovládač začína, nie je vždy jednotná, čo znamená, že niekedy môže byť rýchlejšia ako požadovaná rýchlosť a niekedy môže byť pomalá.
Riešením tohto problému je použitie mikrokontroléru na riadenie systému.
Podľa danej špecifikácie je mikrokontrolér naprogramovaný na riadenie procesu pripojenia v obvode (
diskutovať neskôr)
hodnotu alebo podmienky, čím sa riadi proces na udržanie požadovanej hodnoty.
Výhodou tohto procesu je, že v tomto procese nie je potrebné ľudské zásahy.
Okrem toho je rýchlosť tohto procesu konzistentná.
Predtým, ako budeme pokračovať, je rozhodujúce určiť rôzne výrazy v tomto bode: kontrola spätnej väzby: V tomto systéme vstup v určitom čase závisí od jednej alebo viacerých premenných vrátane výstupu systému.
Negatívna spätná väzba: V tomto systéme je referencia (vstup)
ako spätná väzba, chyba sa odpočíta a fáza vstupu je 180 stupňov.
Pozitívna spätná väzba: V tomto systéme
sa pri spätnej väzbe a vstupe vo fáze pridajú referenčné (vstupné) chyby.
Chybový signál: Rozdiel medzi požadovaným výstupom a skutočným výstupom.
Senzor: Zariadenie používané na detekciu určitého počtu zariadení v obvode.
Zvyčajne sa umiestni do výstupu alebo kdekoľvek, kde chceme vykonať nejaké merania.
Procesor: Časť riadiaceho systému, ktorý je spracovaný na základe programovacích algoritmov.
Vyžaduje si nejaký vstup a vytvára určitý výstup.
Ovládač: V riadiacom systéme sa ovládač používa na vykonávanie udalostí na základe signálu generovaného mikropodolkou na ovplyvnenie výstupu.
Systém uzavretej slučky: systém s jednou alebo viacerými slučkami spätnej väzby.
Systém Open Loop: Neexistuje žiadny systém pre slučku spätnej väzby.
Čas nárastu: Čas potrebný na zvýšenie výstupu z 10% maximálnej amplitúdy signálu na 90%.
Čas poklesu: Čas potrebný na pokles výstupu z 90% na 10%.
Vrcholové prekročenie: prekročenie vrcholu je množstvo výstupu presahujúceho jeho hodnotu stabilného stavu (
normálne počas prechodnej odozvy systému).
Stabilný čas: Čas potrebný na dosiahnutie stabilného stavu.
Chyba v ustálenom stave: rozdiel medzi skutočným výstupom a očakávaným výstupom, keď systém dosiahne ustálený stav. Obrázok vyššie zobrazuje veľmi zjednodušenú verziu riadiaceho systému.
Mikrokontrolér je jadrom akéhokoľvek riadiaceho systému.
Je to veľmi dôležitá komponent, preto by sa mal starostlivo vybrať podľa požiadaviek systému.
Mikrokontrolér prijíma vstup od používateľa.
Tento vstup definuje podmienky potrebné pre systém.
Mikrokontrolér tiež prijíma vstup zo senzora.
Senzor je pripojený k výstupu a jeho informácie sa privádzajú späť k vstupu.
Tento vstup sa dá nazvať aj negatívna spätná väzba.
Negatívna spätná väzba bola vysvetlená skôr.
Na základe svojho programovania mikroprocesor vykonáva rôzne výpočty a výstupy do ovládača.
Riadenie riadiaceho zariadenia založeného na výstupoch sa pokúša udržať tieto podmienky.
Príkladom môže byť vodič motora, ktorý riadi motor, kde vodičom motora je vodič a motor je továreň.
Preto sa motor otáča danou rýchlosťou.
Pripojený senzor číta stav aktuálnej továrne a privádza ho späť k mikro radiču.
Mikrokontrolér sa znova porovnáva a vypočítava, takže sa slučka opakuje.
Tento proces je opakovaný a nekonečný a mikropodulár môže zachovať požadované podmienky.
Tu sú dva hlavné spôsoby riadenia rýchlosti jednosmerného motora)
Ručné riadenie napätia: V priemyselných aplikáciách je mechanizmus riadenia rýchlosti jednosmerného motora kritický.
Niekedy môžeme potrebovať rýchlosti, ktoré sú vyššie alebo nižšie ako obvykle.
Preto potrebujeme účinnú metódu riadenia rýchlosti.
Riadenie napájacieho napätia je jednou z najjednoduchších metód riadenia rýchlosti.
Môžeme zmeniť napätie, aby sme zmenili rýchlosť. b)
Ovládanie PWM pomocou PID: Ďalším efektívnejším spôsobom je použitie mikrokontroléru.
Jednosmerný motor je pripojený k mikro ovládača cez vodič motora.
Ovládač motora je vstup IC prijímajúci vstup PWM (
modulácia šírky impulzov)
z mikro ovládača a výstup do jednosmerného motora podľa vstupu. Obrázok 1.
2: Kapitola 1 signálu PWM.
Úvod 3 Vzhľadom na signál PWM je možné najskôr vysvetliť operáciu PWM.
Skladá sa z nepretržitých impulzov po určitú dobu.
Časové obdobie je čas strávený bodom pohybom v vzdialenosti rovnajúcej sa vlnovej dĺžke.
Tieto impulzy môžu mať iba binárne hodnoty (vysoké alebo nízke).
Máme tiež ďalšie dve množstvá, šírku impulzu a pracovný cyklus.
Šírka impulzu je čas, keď je výstup PWM vysoký.
Cyklus pracovného cyklu je percentuálny podiel šírky impulzu do časového obdobia.
Po zvyšok časového obdobia je výstup nízky.
Tvorny cyklus priamo riadi rýchlosť motora.
Ak jednosmerný motor poskytuje pozitívne napätie v určitom časovom období, bude sa pohybovať určitou rýchlosťou.
Ak sa kladné napätie poskytuje dlhšie časové obdobie, rýchlosť bude vyššia.
Preto je možné zmenu šírky impulzu zmeniť pracovný cyklus PWM.
Zmenou pracovného cyklu jednosmerného motora je možné zmeniť rýchlosť motora.
Ovládanie rýchlosti pre problémy s jednosmerným motorom: Problém s prvou metódou riadenia rýchlosti je, že napätie sa môže v priebehu času meniť.
Tieto zmeny znamenajú nerovnomernú rýchlosť.
Preto je prvá metóda nežiaduca.
Riešenie: Na riadenie rýchlosti používame druhú metódu.
Na doplnenie druhej metódy používame algoritmus PID.
PID predstavuje proporcionálny integrálny derivát.
V algoritme PID sa meria rýchlosť prúdu motora a porovnáva sa s požadovanou rýchlosťou.
Táto chyba sa používa na zložité výpočty na zmenu pracovného cyklu motora podľa času.
V každom cykle je tento proces.
Ak rýchlosť presahuje požadovanú rýchlosť, zníži sa pracovný cyklus a pracovný cyklus sa zvyšuje, ak je rýchlosť nižšia ako požadovaná rýchlosť.
Toto nastavenie sa nevykonáva, kým sa nedosiahne najlepšia rýchlosť.
Túto rýchlosť neustále kontrolujte a kontrolujte.
Tu sú komponenty systému použité v tomto projekte a stručný úvod k podrobnostiam každého komponentu.
STM 32F407: Mikrokontrolér navrhnutý mikroekciou ST.
Funguje to na ramene Cortex. M architektúra.
Vedie svoju rodinu s vysokou frekvenciou hodín 168 MHz.
Vodič motora L298N: Táto IC sa používa na spustenie motora.
Má dva vonkajšie vstupy.
Jeden z mikro ovládača.
Mikrokontrolér pre ňu poskytuje signál PWM.
Rýchlosť motora je možné nastaviť nastavením šírky impulzu.
Jeho druhým vstupom je zdroj napätia potrebný na riadenie motora.
DC Motor: DC Motor beží na napájaní jednosmerného prúdu.
V tomto experimente je jednosmerný motor prevádzkovaný pomocou fotoelektrickej väzby pripojenej k vodičovi motora.
Infračervený senzor: Infračervený senzor je v skutočnosti infračerveným vysielačom.
Odosiela a prijíma infračervené vlny, ktoré sa dajú použiť na vykonávanie rôznych úloh.
Optická spojka IR Encoder 4N35: Optický spojovač je zariadenie používané na izoláciu nízkeho napätia obvodu a časti vysokého napätia.
Ako už názov napovedá, funguje na základe svetla.
Keď časť nízkeho napätia získa signál, prúd tečie v časti vysokého napätia.
Systém je systém riadenia rýchlosti.
Ako už bolo uvedené, systém sa implementuje pomocou PID proporcionálnej integrálnej a derivátovej.
Systém riadenia rýchlosti obsahuje vyššie uvedené komponenty.
Prvou časťou je snímač rýchlosti.
Senzor rýchlosti je infračervený vysielač a obvod prijímača.
Keď tuhá látka prechádza cez štrbinu v tvare U, senzor vstupuje do nízkeho stavu.
Normálne je vo vysokom stave.
Výstup senzora je pripojený k nízkopriepustnému filtru, aby sa eliminoval útlm spôsobený prechodom generovaným, keď sa stav snímača zmení.
Lo-priechodový filter pozostáva z odporov a kondenzátorov.
Hodnoty boli vybrané podľa potreby.
Použitý kondenzátor je 1100 NF a použitý odpor je asi 25 ohmov.
Lo-priechodový filter eliminuje zbytočné prechodné podmienky, ktoré môžu mať za následok ďalšie hodnoty a hodnoty odpadu.
Lo-priechodový filter potom výstup cez kondenzátor na vstupný digitálny kolík mikropodoltora STM.
Druhou časťou je motor riadený PWM poskytovaným mikropodolkou STM.
Toto nastavenie bolo vybavené elektrickou izoláciou pomocou optickej väzby IC.
Optický spriahadlo obsahuje LED LED, ktorá vyžaruje svetlo v balení IC, a keď je vysoký impulz uvedený na vstupnom termináli, skratí výstupný terminál.
Vstupný terminál poskytuje PWM prostredníctvom odporu, ktorý obmedzuje prúd LED pripojeného k optickému spojke.
Rozbaľovací odpor je pripojený na výstup, takže keď je terminál skratovaný, napätie sa generuje pri rozbaľovacom odporu a kolík pripojený k terminálu na odporu dostane vysoký stav.
Výstup fotoelektrického spojky je pripojený k IN1 ovládača motora IC, ktorý udržiava výšku Povoleného kolíka.
Keď sa pracovný cyklus PWM zmení pri optickom vstupu spojky, vodič motora prepína motor a riadi rýchlosť motora.
Po PWM poskytnutom motoru vodič motora zvyčajne poskytuje napätie 12 voltov.
Vodič motora potom umožňuje prevádzku motora.
Nechajte zaviesť algoritmus, ktorý sme použili pri implementácii tohto projektu regulácie motorovej rýchlosti.
PWM motora je poskytovaný jediným časovačom.
Konfigurácia časovača je vyrobená a nastavená tak, aby poskytovala PWM.
Keď motor začne, otáča štrbinu pripevnenú k hriadele motora.
Štrbina prechádza dutinou senzorov a vytvára nízky impulz.
Pri nízkych impulzoch začína kód a čaká, kým sa štrbina pohne.
Akonáhle štrbina zmizne, senzor poskytuje vysoký stav a časovač sa začne počítať.
Časovač nám dáva čas medzi dvoma štrbinou.
Teraz, keď sa objaví ďalší nízky impulz, príkaz IF sa znova vykoná, čaká na ďalšiu stúpajúcu hranu a zastavuje pult.
Po výpočte rýchlosti vypočítajte rozdiel medzi rýchlosťou a skutočnou referenčnou hodnotou a poskytnite PID.
PID vypočíta hodnotu pracovného cyklu, ktorá v danom okamihu dosiahne referenčnú hodnotu.
Táto hodnota sa poskytuje CCR (
porovnávací register)
V závislosti od chyby sa rýchlosť časovača zníži alebo zvýši.
Bol implementovaný atolický kód Truestudio.
Možno bude potrebné nainštalovať STM Studio na ladenie.
Importujte projekt v STM Studio a importujte premenné, ktoré chcete zobraziť.
Mierna zmena je na 2017-11-4xx.
Zmeňte frekvenciu hodín presne na súbor H pri 168 MHz.
Úradový útržok je uvedený vyššie.
Záver je, že rýchlosť motora je riadená pomocou PID.
Krivka však nie je presne hladká.
Existuje mnoho dôvodov: Aj keď senzor pripojený k dolnopriepustným filtrom stále poskytuje určité defekty, je to z dôvodu nevyhnutných dôvodov nelineárnych odporov a analógových elektronických zariadení, motor sa nemôže hladko otáčať pri malým napätí alebo PWM.
Poskytuje kretény, ktoré môžu spôsobiť, že systém zadá určitú nesprávnu hodnotu.
Vďaka jitter môže senzor vynechať nejakú štrbinu, ktorá poskytuje vyššiu hodnotu, a hlavným dôvodom inej chyby môže byť základná frekvencia hodín STM.
Hlavné hodiny STM sú 168 MHz.
Aj keď sa tento problém riešil v tomto projekte, existuje holistický koncept tohto modelu, ktorý neposkytuje takú vysokú frekvenciu.
Rýchlosť otvorenej slučky poskytuje veľmi hladkú čiaru s iba niekoľkými neočakávanými hodnotami.
PID tiež funguje a poskytuje veľmi nízky čas stability motora.
Motorový PID sa testoval pri rôznych napätiach, ktoré udržiavali konštantu referenčnej rýchlosti.
Zmena napätia nemení rýchlosť motora, čo naznačuje, že PID funguje.
Tu je niekoľko segmentov konečného výstupu PID. a)
uzavretá slučka @ 110 rpmb)
uzavretá slučka @ 120 rpm. Tento projekt sa nemohol dokončiť bez pomoci členov mojej skupiny.
Chcem im poďakovať.
Ďakujeme, že ste sledovali tento projekt.
Dúfam, že vám pomôžem.
Tešíme sa na ďalšie.
Pred tým si nechajte požehnať :)
