Технологія управління PWM двигуна постійного струму на базі 80C196KC та L298N
Двигуни постійного струму широко використовуються в різних областях завдяки їх чудовій швидкості регулювання швидкості, великим пусковим моментом і сильним перевантаженням. В останні роки структура та методи управління двигунами постійного струму зазнали значних змін. Коли комп'ютер входить в поле управління та поява нових енергетичних електронних силових компонентів, регулювання швидкості ШІМ (імпульсна частота модуля) стає новим способом регулювання швидкості двигуна постійного струму. І з-за високої частоти перемикання, стабільної роботи на низькій швидкості, відмінної динамічної продуктивності, високої ефективності тощо, широко використовується в регулюванні швидкості двигуна постійного струму.
2, заснований на робочому принципі управління швидкістю ШІМ
Модуляція ширини ШІМ або імпульсу відноситься до використання характеристик перемикання потужних транзисторів для модуляції постійного струму живлення постійного струму, включення та виключення на фіксованій частоті та зміна довжини часу вмикання та вимикання в циклі, як необхідний Швидкість двигуна контролюється шляхом зміни робочого циклу напруги на арматурі серводвигача постійного струму для зміни величини середньої напруги. Тому його часто називають пристроєм комутатора.
Зміна робочого циклу зазвичай має два режими: PWM і PFM (pulsefrequencymodulaion). ШІМ - це зміна ширини по імпульсу, яка називається регулюванням фіксованої частоти. ПФМ - це постійна ширина імпульсу. Робочий цикл змінюється шляхом зміни частоти перемикання. Оскільки механічний резонанс на певній частоті часто викликає вібрацію та завивання системи, ШІМ використовується для керування двигуном постійного струму. Метод контролю в основному.
3. Апаратний дизайн системи управління на базі 80C196KC та L298N
Система управління швидкістю двигуна постійного струму, заснована на 80C196KC та L298N, складається з мінімальної системи MCU, R / D-перетворювача, схеми підсилювача потужності PWM, схеми перетворення A / D та D / A та прийому командного інтерфейсу. Мінімальна система одночипового мікрокомп'ютера приймає 16-розрядну одночіпну 80C196KC зовнішню інтерфейсну схему інтерфейсу, яка в основному використовується для реалізації функцій збору даних, генерації сигналів PWM тощо.
3.1. Введення в інтегральну мікросхему L298N
Для покращення ефективності системи та зменшення споживання електроенергії, схема керування підсилювачем потужності використовує інтегральну схему L298N на основі методу модуляції ширини імпульсу біполярного H-мосту. L298N - це високопродуктивний підсилювач потужності з модуляцією ширини імпульсу, вироблений компанією SGS, що має характеристики малого розміру та високої керованості. Він містить два H-моста високовольтних і високовольтних мостових водіїв. Він може керувати всім мостом двигуна в одному чіпі та може управляти двигунами до 46В і нижче 2А.
3.2, апаратна схема системи управління двигуном постійного струму
L298N може керувати двома постійними двигунами. Оскільки система управління швидкістю є одноосьовою структурою, для повного використання вантажопідйомності схеми підсилювача потужності, система може починатися з максимальної швидкості та гальма з максимальним прискоренням. Вихід використовується паралельно з регулятором постійного струму. Як показано на малюнку 4, вхідні термінали IN1 та IN3 підключені паралельно, IN2 та IN4 паралельно підключені, вихідні клем OUT1 та OUT3 підключені паралельно, а OUT2 та OUT4 з'єднані паралельно двом кінцям двигун відповідно. Термінал увімкнення контролюється високошвидкісним вихідним портом HSO1 мікрокомп'ютера з одночипом.
Один мікрокомп'ютер мікрокомп'ютер 80C196KC дає ШІМ-сигнал відповідно до положення циклу та результату роботи циклу швидкості. Сигнал PWM безпосередньо виводиться на термінал IN1 (IN3), а один канал інвертований до IN2 (IN4) через 7406. Коли співвідношення напруги аналогового сигналу PWM становить 50%. Позитивні та негативні напруги на обох кінцях двигуна додаються за один і той же час. Двигун знаходиться у стані мікроструму в такому положенні, тобто в "силовому змащуванні" стану. Коли коефіцієнт навантаження більше 50%, напруга сигналу OUTA перевищує OUTB, а двигун обертається вперед, в іншому випадку - Reverse. Тому необхідно вирівняти вихідну полярність кожної ланки, щоб сформувати негативний відгук і повний контроль замкнутого контура. Змінюючи робочий цикл ШІМ, щоб керувати швидкістю двигуна, рульове управління двигуна також може бути змінено, а спосіб управління простий та надійний. Крім того, оскільки двигун має тип електричної котушки, задній електродвигуна формується, коли двигун раптово зупиняється і раптом повертається назад. Для забезпечення нормальної роботи чіпа драйвера L298N додано дві пари продовження між вихідними клеммами OUTA, OUTB та мотором постійного струму. Поточний діод шунтирует струм до позитивного або заземленого джерела живлення, щоб запобігти пошкодженню задньої електрорушійної сили L298N.
3.3, дизайн проти помеху та електромагнітної сумісності
Коли двигун запускається, швидке перемикання елемента живлення основного перемикання призводить до великої швидкості зміни струму та напруги живлення, що не тільки впливає на контур керування, але й потрапляє в ланцюг управління через джерело живлення та землю. Крім того, коли двигун починає гальмувати, при раптовій зміні навантаження утворюється перехідна напруга, а її амплітуда також вища, ніж напруга живлення, а передній край крутий, а смуга частот широка, а ланцюг управління вводяться через джерело живлення постійного струму. Тому конструкція проти стискання та електромагнітної сумісності також має вирішальне значення. Система приймає такі заходи, як поточна плоска хвиля, зняття знімків та захист.
Поточна рівна хвиля: Оскільки миттєва енергія перемикача PWM є відносно великою, фільтр RC використовується для фільтрації на вихідному кінці підсилювача потужності ШІМ. Вибравши відповідні значення опору та ємності, високочастотні гармоніки ефективно пригнічуються, а посилюється пікова напруга підсилювача потужності ШІМ. Зменшена перешкода;
Скасування: система збільшує конденсатор фільтра на кінці живлення. Великі та малі конденсатори використовуються паралельно. Великий конденсатор змушує розв'язувати, фільтрувати та згладжувати низькочастотний змінний сигнал. Маленький конденсатор усуває середню та високочастотну паразити в мережі. Зчеплення, ефективно зменшуючи зуби шип;
Захист: Кабель двигуна є подвійним екраном, і кабелі максимально відокремлені від інших кабелів.
4, реалізація програмного забезпечення системи управління
Система управління приймає комбінацію замкнутої циклі швидкості та позиції, і в якості прикладу вводиться метод контролю позицій, який вводить метод впровадження програмного забезпечення. Контроль позиції заснований на класичному алгоритмі управління PI, пропорційні та інтегральні параметри спрощені, і вводиться контроль ПІ сегментації. Тобто розрахункова похибка сегментована, і корекція виконується різними пропорційними та інтегральними параметрами в межах кожного діапазону помилок. Переконайтеся, що система працює гладко і стабільно.
Конкретна схема реалізації програмного забезпечення наведена на малюнку 5, тобто після отримання заданої кутової команди спочатку обчислюють інформацію про вибірку позиції та дану різницю кута, а потім розділяють різницю на рівні рівних частин, що відповідає набору параметрів в кожному сегменті. Kp1 та ki1 беруть участь у контролі посередництва, обчислюють вихідний контроль PI, а потім перетворюють його в відповідний вихідний результат PWM.
5, висновок
Базований на системі керування PWM двигуна постійного струму 80C196KC та L298N, сигнал PWM генерується одноколірним мікрокомп'ютером для інтегральної схеми L298N. Класичний контроль сегментації PI використовується для реалізації керування двигуном. Він має характеристики простої схеми та зручного керування. Результати експериментальних випробувань показують, що система працює стабільно та надійно, відповідає вимогам функції регулювання швидкості, і успішно застосовується в кількох продуктах, що містять повітря.
