80C196KC ve L298N tabanlı DC motor PWM kontrol teknolojisi

80C196KC ve L298N tabanlı DC motor PWM kontrol teknolojisi

DC motorlar, mükemmel hız regülasyon performansı, büyük başlangıç torku ve güçlü aşırı yük kapasitesi nedeniyle çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, DC motorların yapı ve kontrol yöntemleri büyük değişikliklere uğramıştır. Kontrol alanına giren bilgisayar ve yeni güç elektroniği güç bileşenlerinin ortaya çıkmasıyla PWM (pulsewidthmodulaTIon) hız regülasyonu, DC motor hız regülasyonunun yeni bir yolu haline gelmiştir. Ve yüksek anahtarlama frekansı, düşük hızda kararlı çalışma, mükemmel dinamik performans, yüksek verimlilik vb. Nedeniyle DC motor hız regülasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.

2, PWM hız kontrol sisteminin çalışma prensibine dayalı

PWM veya darbe genişlik modülasyonu, sabit voltajlı bir DC güç kaynağını modüle etmek için yüksek güçlü transistörlerin anahtarlama özelliklerinin kullanılmasını, sabit bir frekansta açılıp kapatılmasını ve bir döngüde açık ve kapalı zamanların uzunluğunu değiştirmeyi ifade eder. gerekli. Motorun hızı, ortalama gerilimin büyüklüğünü değiştirmek için DC servo motorunun armatüründeki voltajın görev döngüsü değiştirilerek kontrol edilir. Bu nedenle, genellikle bir anahtar tahrik cihazı olarak adlandırılır.

Görev döngüsünü değiştirmek genellikle iki moda sahiptir: PWM ve PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM, sabit frekans ayarlaması olarak bilinen darbe frekansını değiştirerek. PFM, sabit bir açık darbe genişliğidir. Anahtarlama frekansı değiştirilerek görev döngüsü değiştirilir. Belirli bir frekanstaki mekanik rezonans çoğu zaman titreşime ve sistemin ılımlı olmasına neden olduğundan, DC motorun kontrolünde PWM kullanılır. Kontrol yöntemi esas olarak.

3. 80C196KC ve L298N tabanlı kontrol sisteminin donanım tasarımı

80C196KC ve L298N tabanlı DC motor hız kontrol sistemi, MCU minimum sistem, R / D dönüştürücü, PWM güç amplifikatörü devresi, A / D ve D / A dönüşüm devresi ve alıcı arabirim devresi alımından oluşur. Tek çipli mikrobilgisayarın minimum sistemi, esas olarak veri toplama, PWM sinyal üretimi, vb. İşlevlerini gerçekleştirmek için kullanılan 16 bit tek çipli 80C196KC harici genişleme arabirim devresini benimser.

3.1. Güç Entegre Devresi L298N'ye Giriş

Sistem verimliliğini artırmak ve güç tüketimini azaltmak için, güç amplifikatörü sürüş devresi iki kutuplu bir H-köprü darbe genişlik modülasyon yöntemine dayalı bir entegre devre L298N kullanır. L298N, küçük boyutlu ve güçlü sürüş özelliklerine sahip olan, SGS tarafından üretilen yüksek performanslı darbe genişlik modülasyonlu bir güç amplifikatörüdür. İki H köprüsü yüksek voltaj ve yüksek akım köprü sürücüleri içerir. Motorun tüm köprüsünü tek bir çipte çalıştırabilir ve 46V'a kadar olan ve 2A'nın altındaki motorları çalıştırabilir.

3.2, DC motor kontrol sistemi donanım devresi

L298N, iki DC motoru çalıştırabilir. Hız kontrol sistemi tek eksenli yapı olduğundan, güç amplifikatörü devresinin yük kapasitesini tam olarak kullanabilmek için, sistem maksimum hızlanma ve maksimum hızlanma ile fren ile başlayabilir. Çıkış, kontrol DC motoruna paralel olarak kullanılır. Şekil 4'de gösterildiği gibi, IN1 ve IN3 giriş terminalleri paralel bağlanmıştır, IN2 ve IN4 paralel bağlanmıştır, çıkış terminalleri OUT1 ve OUT3 paralel bağlanmıştır ve OUT2 ve OUT4 iki ucuna paralel olarak bağlanmıştır. sırasıyla motor. Etkinleştirme terminali, tek çipli mikrobilgisayarın yüksek hızlı çıkış portu HSO1 tarafından kontrol edilir.

Tek çipli mikro işlemci 80C196KC, PWM sinyalini konum döngüsüne ve hız çevrimi operasyon sonucuna göre verir. PWM sinyali doğrudan IN1 (IN3) terminaline verilir ve bir kanal 7406 aracılığıyla IN2'ye (IN4) çevrilir. PWM analog sinyalinin görev oranı% 50 olduğunda. Motorun her iki ucundaki pozitif ve negatif voltajlar aynı zamanda eklenir. Motor, bu konumda mikro sallanma durumundadır, yani "güçle yağlama" durumunda. Görev oranı% 50'den büyük olduğunda, OUTA sinyal voltajı OUTB'den daha büyüktür ve motor ters yönde, aksi halde Geriye doğru döner. Bu nedenle, negatif geri besleme ve tam kapalı devre kontrolü oluşturmak için her bir bağlantının çıkış polaritesini düzeltmek gerekir. Motor devrini kontrol etmek için PWM görev döngüsünü değiştirerek, motor direksiyon da değiştirilebilir ve kontrol yöntemi basit ve güvenilirdir. Buna ek olarak, motor elektrik bobin tipinde olduğundan, motor aniden durduğunda ve aniden ters döndüğünde, arka elektromotor kuvvet oluşur. L298N sürücü çipinin normal çalışmasını sağlamak için, çıkış terminalleri OUTA, OUTB ve DC motoru arasında iki çift devam durumu eklenir. Akış diyotu, geri elektromotor kuvvetinin L298N'ye zarar vermesini önlemek için akımı akımın pozitif veya şasiye bağlar.

3.3, anti-parazit ve elektromanyetik uyumluluk tasarımı

Motor çalıştırıldığında, güç ana şalter elemanının hızlı bir şekilde değiştirilmesi, sadece akım devresini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda güç kaynağından ve topraktan kontrol devresine de girer. Buna ek olarak, motor frenlemeye başladığında, yükte ani bir değişimde geçici bir gerilim oluşur ve bunun genliği güç kaynağı voltajından daha yüksektir ve ön kenar diktir ve frekans bandı geniştir ve kontrol devresi DC güç kaynağı üzerinden girilir. Bu nedenle, anti-parazit ve elektromanyetik uyumluluk tasarımı da çok önemlidir. Sistem mevcut düz dalga, çapak alma ve ekranlama gibi önlemleri alır.

Mevcut düz dalga: PWM anahtarının anlık enerjisi nispeten büyük olduğundan, RC filtresi PWM güç amplifikatörünün çıkış ucunda filtreleme için kullanılır. Uygun direnç ve kapasitans değerlerini seçerek, yüksek frekanslı harmonikler etkin bir şekilde bastırılır ve PWM güç amplifikatörünün tepe gerilimi emilir. Azaltılmış girişim;

Çapak alma: Sistem, güç kaynağı ucundaki filtre kapasitörünü arttırır. Büyük ve küçük kapasitörler paralel olarak kullanılır. Büyük kondansatör, düşük frekanslı alternatif sinyalin ayrıştırılması, filtrelenmesi ve düzgünleştirilmesini gerektirir. Küçük kondansatör, devre ağındaki orta ve yüksek frekanslı parazitleri ortadan kaldırır. Kaplin, çivit çapaklarını etkili bir şekilde azaltır;

Koruyucu: Motor sürücü kablosu çift korumalıdır ve kablolar mümkün olduğunca diğer kablolardan ayrılır.

4, kontrol sistemi yazılımı uygulaması

Kontrol sistemi, hız ve pozisyon kapalı döngüsünün kombinasyonunu benimser ve pozisyon kontrol yöntemi, yazılım uygulama yöntemini tanıtmak için bir örnek olarak alınır. Pozisyon kontrolü klasik PI kontrol algoritmasına dayanır, oransal ve integral parametreler basitleştirilir ve segmentasyon PI kontrolü devreye sokulur. Yani, hesaplanan hata bölümlere ayrılır ve ayar her bir hata aralığında farklı orantısal ve integral parametrelerle gerçekleştirilir. Sistemin daha düzgün ve istikrarlı bir şekilde çalıştığından emin olun.

Özel yazılım uygulama akış şeması Şekil 5'de gösterilmektedir, yani verilen açı komutunu aldıktan sonra, önce örneklenen konum bilgisini ve verilen açı farkını hesaplayın ve sonra farkı bir parametreler kümesine karşılık gelen n eşit parçalara bölün. her segmentte. Kp1 ve ki1 arabuluculuk kontrolüne katılır, PI kontrolünün çıkışını hesaplar ve ardından ilgili PWM değer çıkışına dönüştürür.

5, sonuç

80C196KC ve L298N DC motor PWM kontrol sistemine dayanarak, PWM sinyali tek çipli mikrobilgisayar tarafından güç entegre devresi L298N'ye üretilir. Klasik PI segmentasyon kontrolü, motorun kontrolünü gerçekleştirmek için kullanılır. Basit devre ve rahat kontrol özelliklerine sahiptir. Çalışan test sonuçları sistemin istikrarlı ve güvenilir bir şekilde çalıştığını, hız regülasyon fonksiyonunun gerekliliklerini karşıladığını ve birçok hava kaynaklı ürüne başarıyla uygulandığını göstermektedir.