فن آوری کنترل PWM موتور DC بر اساس 80C196KC و L298N
موتورهای DC به علت عملکرد عالی تنظیم سرعت، گشتاور بالا و قابلیت اضافه بار در زمینه های مختلف به طور گسترده ای در زمینه های مختلف استفاده می شود. در سال های اخیر، ساختار و روش های کنترل موتور DC تغییرات زیادی کرده است. با استفاده از کامپیوتر وارد میدان کنترل و ظهور اجزای قدرت الکترونیک قدرت جدید، تنظیم سرعت PWM (pulsewidthmodulaTIon) تبدیل شده است به یک روش جدید تنظیم مقیاس سرعت موتور DC. و به دلیل فرکانس سوئیچینگ بالا، عملکرد پایدار در سرعت کم، عملکرد پویا عالی، راندمان بالا و غیره، به طور گسترده ای در تنظیم سرعت موتور DC استفاده می شود.
2، بر اساس اصل کار PWM سیستم کنترل سرعت
PWM یا مدولاسیون عرض پالس اشاره به استفاده از ویژگی های سوئیچینگ ترانزیستورهای با قدرت بالا برای تعدیل ولتاژ DC DC ثابت، روشن و خاموش با فرکانس ثابت، و تغییر طول زمان روشن و خاموش در یک چرخه به عنوان مورد نیاز است سرعت موتور با تغییر چرخه کار ولتاژ بر روی میلگرد موتور سروو موتور DC برای تغییر مقدار ولتاژ متوسط کنترل می شود. بنابراین، آن اغلب به عنوان یک دستگاه درایو سوئیچ شناخته می شود.
تغییر چرخه کار معمولا دو حالت دارد: PWM و PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM با تغییر پهنای پالس، که به عنوان تنظیم فرکانس ثابت شناخته می شود. PFM یک قطب ثابت در پالس است. چرخه کار با تغییر فرکانس سوئیچ تغییر می کند. از آنجایی که رزونانس مکانیکی در یک فرکانس خاص اغلب موجب ارتعاش و زوال سیستم می شود، PWM در کنترل موتور DC استفاده می شود. روش کنترل عمدتا است.
3. طراحی سخت افزار سیستم کنترل بر اساس 80C196KC و L298N
سیستم کنترل سرعت موتور DC بر اساس 80C196KC و L298N شامل حداقل سیستم MCU، مبدل R / D، مدار تقویت کننده PWM، مدار A / D و D / A تبدیل و دریافت مدار رابط فرمان است. حداقل سیستم میکرو رایانه تک تراشه 16 بیتی یک تراشه 80C196KC تک تراشه را در اختیار دارد که عمدتا برای تحقق بخشیدن به توابع کسب اطلاعات، تولید سیگنال PWM و غیره استفاده می شود.
3.1 مقدمه ای بر مدار یکپارچه برق L298N
به منظور بهبود کارایی سیستم و کاهش مصرف برق، مدار رانندگی تقویت کننده قدرت از یک مدار مجتمع L298N بر اساس روش مدولاسیون پهنای پالس دو قطبی H استفاده می کند. L298N یک تقویت کننده قدرت مدولاسیون پهنای باند بالا با عملکرد SGS است که دارای ویژگی های کوچک و قابلیت رانندگی قوی است. این شامل دو درایو پلاتر بالا و ولتاژ بالا H پل است. این می تواند کل پل موتور را در یک تراشه ی کامل رانندگی کند و می تواند موتورها را تا 46 ولت کمتر از 2A برساند.
3.2 مدار دینامیکی سیستم کنترل موتور DC
L298N می تواند دو موتور DC را بفروشد. از آنجا که سیستم کنترل سرعت یک ساختار یک محور است، برای استفاده کامل از ظرفیت بار مدار تقویت کننده قدرت، سیستم می تواند با حداکثر شتاب و ترمز با شتاب حداکثر شروع شود. خروجی به طور موازی با موتور DC کنترل می شود. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، پایانه های ورودی IN1 و IN3 به صورت موازی متصل می شوند، IN2 و IN4 به صورت موازی متصل می شوند، پایانه های خروجی OUT1 و OUT3 به صورت موازی متصل می شوند و OUT2 و OUT4 به صورت موازی به دو انتهای موتور به ترتیب. ترمینال فعال توسط پورت خروجی با سرعت بالا HSO1 از میکرو رایانه تک تراشه کنترل می شود.
میکرو کامپيوتر تک تراشه 80C196KC سيگنال PWM را با توجه به حلقه موقعیت و نتیجه عملیات حلقه سرعت می دهد. سیگنال PWM به طور مستقیم به ترمینال IN1 (IN3) خروجی می شود و یک کانال به IN2 (IN4) از طریق 7406 متوقف می شود. هنگامی که نسبت وظیفه سیگنال آنالوگ PWM 50٪ است. ولتاژ مثبت و منفی در هر دو انتهای موتور برای یک زمان اضافه می شود. این موتور در این موقعیت، یعنی در حالت "روغن روانکاری"، در وضعیت لرزش میکرو قرار دارد. هنگامی که نسبت وظیفه بیش از 50٪ است، ولتاژ سیگنال OUTA بیشتر از OUTB است و موتور به جلو چرخانده می شود، در غیر این صورت معکوس است. بنابراین، لازم است که قطر خروجی هر لینک را به منظور ایجاد بازخورد منفی و کنترل کامل حلقه بسته، درست کنیم. با تغییر چرخه کار PWM برای کنترل سرعت موتور، فرمان موتور نیز می تواند تغییر کند و روش کنترل ساده و قابل اعتماد است. علاوه بر این، به دلیل اینکه موتور از نوع سیم پیچ است، نیروی الکترومغناطیسی عقب شکل می گیرد وقتی که موتور ناگهان متوقف می شود و به طور ناگهانی چرخش می یابد. برای اطمینان از عملکرد نرمال تراشه راننده L298N، دو جفت پیوندی بین ترمینال خروجی OUTA، OUTB و موتور DC اضافه می شود. دیود جریان جریان را به مثبت یا زمین برق متصل می کند تا از نیروی الکترومغناطیسی عقب از آسیب رساندن به L298N جلوگیری کند.
3.3، ضد تداخل و طراحی سازگاری الکترومغناطیسی
هنگامیکه موتور رانده می شود، تعویض سریع عنصر سوئیچینگ اصلی موجب تغییرات زیادی در جریان و ولتاژ قدرت می شود که نه تنها بر مدار رانندگی تاثیر می گذارد بلکه به مدار کنترل از طریق منبع برق و زمین وارد می شود. علاوه بر این، هنگامی که موتور شروع به ترمز، ولتاژ گذرا در تغییر ناگهانی بار ایجاد می شود، دامنه آن نیز از ولتاژ منبع تغذیه بالاتر است و لبه ی جلو شیب دار است و باند فرکانسی گسترده است و مدار کنترل ورودی از طریق منبع تغذیه DC است. بنابراین، طراحی سازگاری ضد الگوریتم و الکترومغناطیسی نیز بسیار مهم است. این سیستم اقدامات نظیر موج صاف کنونی، خرابکاری و محافظت را تصویب می کند.
جریان مسطح کنونی: از آنجایی که انرژی لحظه ای سوئیچ PWM نسبتا بزرگ است، فیلتر RC برای فیلتر کردن در انتهای خروجی تقویت کننده قدرت PWM استفاده می شود. با انتخاب مناسب مقاومت و مقدار خازن، هارمونیک های فرکانس بالا به طور موثری سرکوب می شوند و ولتاژ پیک از تقویت کننده قدرت PWM جذب می شود. تداخل کاهش یافته؛
خرابی: سیستم خازن فیلتر را در پایان منبع تغذیه افزایش می دهد. خازن های بزرگ و کوچک به صورت موازی استفاده می شوند. خازن بزرگ جدا شده، فیلتر کردن و صاف کردن سیگنال متناوب با فرکانس پایین را شانه می کند. خازن کوچک، پارازیتهای متوسط و فرکانس بالا را در شبکه مدار حذف می کند. اتصال، به طور موثر کاهش burrs سنبله؛
محافظ: کابل درایو موتور دو برابر محافظت شده و سیم ها از کابل های دیگر تا حد امکان از هم جدا می شوند.
4، پیاده سازی نرم افزار کنترل سیستم
سیستم کنترل ترکیبی از سرعت و موقعیت حلقه بسته را اتخاذ می کند و روش کنترل موقعیت به عنوان مثال برای معرفی روش پیاده سازی نرم افزار مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل موقعیت براساس الگوریتم کنترل کلاسیک PI است، پارامترهای متناسب و انتگرال ساده شده است و کنترل PI تقسیم بندی معرفی شده است. یعنی، خطای محاسبه شده تقسیم شده است و تنظیمات با پارامترهای متناسب و انتگرال مختلف در هر محدوده خطا انجام می شود. اطمینان حاصل کنید که سیستم به طور صاف و پایدارتر عمل می کند.
نمودار جریان پیاده سازی خاص در شکل 5 نشان داده شده است، یعنی پس از دریافت دستور زاویه داده شده، ابتدا محاسبه اطلاعات موقعیت نمونه گرفته شده و تفاوت زاویه داده شده، و سپس تقسیم اختلاف به n مقادیر برابر، مربوط به مجموعه ای از پارامترها در هر بخش. Kp1 و ki1 در کنترل میانجی شرکت می کنند، خروجی کنترل PI را محاسبه می کنند و سپس آن را به خروجی ارزش PWM مربوطه تبدیل می کنند.
5، نتیجه گیری
بر اساس سیستم کنترل PWM موتور DC از 80C196KC و L298N، سیگنال PWM توسط میکرو رایانه تک تراشه به مدار یکپارچه قدرت L298N تولید می شود. کنترل کننده تقسیم بندی کلاسیک PI برای تحقق بخشیدن به کنترل موتور استفاده می شود. این دارای ویژگی مدار ساده و کنترل راحت است. نتایج آزمایش های انجام شده نشان می دهد که این سیستم به طور مؤثر و پایدار کار می کند، مطابق با الزامات عملکرد تنظیم مقررات است و با موفقیت در محصولات مختلف هواپیما مورد استفاده قرار گرفته است.
