PWM-besturingstechnologie met DC-motor op basis van 80C196KC en L298N
DC-motoren worden veelvuldig gebruikt in verschillende gebieden vanwege hun uitstekende snelheidsregelingsprestaties, groot startkoppel en sterk overbelastingsvermogen. In de afgelopen jaren hebben de structuur en besturingsmethoden van DC-motoren grote veranderingen ondergaan. Met de computer die het besturingsveld binnenkomt en de opkomst van nieuwe vermogenselektronische vermogenscomponenten, is PWM (pulsewidthmodulaTION) snelheidsregeling een nieuwe manier geworden voor regeling van de motorsnelheid van de DC. En vanwege de hoge schakelfrequentie, stabiele werking bij lage snelheid, uitstekende dynamische prestaties, hoog rendement, enz., Wordt het veel gebruikt bij de regeling van de DC-motorsnelheid.
2, gebaseerd op het werkingsprincipe van PWM snelheidsregelsysteem
PWM- of pulsbreedtemodulatie verwijst naar het gebruik van de schakeleigenschappen van transistoren met hoog vermogen om een gelijkspanningsvoeding met vaste spanning te moduleren, in- en uit te schakelen op een vaste frequentie en de lengte van de aan- en uittijden in een cyclus te wijzigen als nodig zijn. De snelheid van de motor wordt geregeld door de duty-cycle van de spanning op het anker van de DC-servomotor te wijzigen om de grootte van de gemiddelde spanning te wijzigen. Daarom wordt het vaak een schakelaandrijving genoemd.
Het wijzigen van de duty cycle heeft meestal twee modi: PWM en PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM is door de on-pulsbreedte te wijzigen, die bekend staat als de aanpassing van de vaste frequentie. PFM is een constante on-pulsbreedte. De werkingscyclus wordt gewijzigd door de schakelfrequentie te wijzigen. Omdat de mechanische resonantie bij een bepaalde frequentie vaak trillingen en huilbuien van het systeem veroorzaakt, wordt PWM gebruikt voor de aansturing van de DC-motor. De besturingsmethode is hoofdzakelijk.
3. Hardwareontwerp van besturingssysteem op basis van 80C196KC en L298N
Het DC-motortoerentalregelsysteem op basis van 80C196KC en L298N bestaat uit het MCU-minimumsysteem, de R / D-omzetter, de PWM-vermogensversterkerschakeling, het A / D- en het D / A-conversieschakeling en het ontvangende opdrachtinterfaceschakeling. Het minimale systeem van de single-chip microcomputer gebruikt de 16-bit single-chip 80C196KC externe expansie interface-schakeling, die voornamelijk wordt gebruikt om de functies van data-acquisitie, PWM signaalgeneratie, etc. te realiseren.
3.1. Inleiding tot Power Integrated Circuit L298N
Om de systeemefficiëntie te verbeteren en het stroomverbruik te verminderen, maakt het aandrijfcircuit van de vermogensversterker gebruik van een geïntegreerde schakeling L298N op basis van een bipolaire H-brug pulsbreedtemodulatiemethode. L298N is een high-performance pulsbreedtemodulatie eindversterker geproduceerd door SGS, die de kenmerken heeft van een klein formaat en een sterk rijvermogen. Het bevat twee H-brug hoogspannings- en hoogstroombrugdrivers. Het kan de hele brug van de motor in één enkele chip aandrijven en motoren tot 46 V en onder 2A aandrijven.
3.2, DC-motorbesturingssysteem hardwareschakeling
L298N kan twee DC-motoren aandrijven. Omdat het snelheidsregelsysteem een enkele as-structuur is, kan het systeem met maximale versnelling en rem bij maximale acceleratie beginnen om volledig gebruik te maken van de belastingscapaciteit van het vermogensversterkercircuit. De uitgang wordt parallel met de DC-regelmotor gebruikt. Zoals weergegeven in afbeelding 4, zijn de ingangsklemmen IN1 en IN3 parallel verbonden, zijn IN2 en IN4 parallel verbonden, zijn de uitgangsklemmen OUT1 en OUT3 parallel verbonden en zijn OUT2 en OUT4 parallel verbonden met de twee uiteinden van de motor respectievelijk. De activeringsaansluiting wordt bestuurd door de hoge snelheid uitvoerpoort HSO1 van de enkele chip microcomputer.
De enkele chip-microcomputer 80C196KC geeft het PWM-signaal volgens de positielus en het resultaat van de snelheidslus. Het PWM-signaal wordt direct uitgevoerd naar de IN1 (IN3) -aansluiting en één kanaal wordt omgekeerd naar de IN2 (IN4) via de 7406. Wanneer de inschakelverhouding van het PWM-analoog signaal 50% is. De positieve en negatieve spanningen aan beide uiteinden van de motor worden voor dezelfde tijd toegevoegd. De motor bevindt zich op deze positie in een staat van microschudden, dat wil zeggen in de toestand "stroomsmering". Wanneer de duty-ratio groter is dan 50%, is de signaalspanning OUTA groter dan OUTB en draait de motor vooruit, anders omgekeerd. Daarom is het noodzakelijk om de uitgangspolariteit van elke link recht te trekken om negatieve feedback te vormen en de gesloten-lusregeling te voltooien. Door de PWM-werkcyclus te wijzigen om het motortoerental te regelen, kan de motorbesturing ook worden gewijzigd en is de bedieningsmethode eenvoudig en betrouwbaar. Omdat de motor van het type elektrische spoel is, wordt bovendien de elektromotorische kracht terug gevormd wanneer de motor plotseling stopt en plotseling omkeert. Om de normale werking van de L298N-driverchip te garanderen, worden twee paar voortzetting tussen de uitgangsterminals OUTA, OUTB en de DC-motor toegevoegd. De stromingsdiode shunt de stroom naar de positieve of aarde van de voeding om te voorkomen dat de elektromotorische kracht de L298N beschadigt.
3.3 ontwerp tegen interferentie en elektromagnetische compatibiliteit
Wanneer de motor wordt aangedreven, veroorzaakt het snel schakelen van het hoofdschakelaarelement een grote mate van verandering van de stroomstroom en spanning, die niet alleen het aandrijfcircuit beïnvloedt maar ook het regelcircuit binnentreedt via de krachtbron en de aarde. Wanneer de motor begint te remmen, wordt bovendien een transiënte spanning gegenereerd bij een plotselinge verandering in belasting, en de amplitude is ook hoger dan de voedingsspanning, en de voorste rand is steil en de frequentieband is breed en de besturingsschakeling wordt ingevoerd via de gelijkstroomvoedingsbron. Daarom is ook het ontwerpen van anti-jamming en elektromagnetische compatibiliteit cruciaal. Het systeem neemt maatregelen aan zoals huidige vlakke golven, ontbraming en afscherming.
Huidige vlakke golf: aangezien de momentane energie van de PWM-schakelaar relatief groot is, wordt het RC-filter gebruikt voor het filteren aan het uitgangseinde van de PWM-vermogensversterker. Door geschikte weerstands- en capaciteitswaarden te selecteren, worden de hoogfrequente harmonischen effectief onderdrukt en wordt de piekspanning van de PWM-vermogensversterker geabsorbeerd. Verminderde interferentie;
Ontbramen: het systeem verhoogt de filtercondensator aan het uiteinde van de voeding. De grote en kleine condensatoren worden parallel gebruikt. De grote condensator neemt het ontkoppelen, filteren en afvlakken van het laagfrequente wisselsignaal voor zijn rekening. De kleine condensator elimineert de medium- en hoogfrequente parasieten in het circuitnetwerk. Koppeling, effectief verminderen van spikes;
Afscherming: de motoraandrijfkabel is dubbel afgeschermd en de draden zijn zoveel mogelijk van andere kabels gescheiden.
4, besturingssysteemsoftware-implementatie
Het controlesysteem neemt de combinatie van snelheids- en positie-gesloten lus over en de positiecontrolemethode wordt als voorbeeld genomen om de implementatiemethode voor de software te introduceren. De positieregeling is gebaseerd op het klassieke PI-regelalgoritme, de proportionele en integraalparameters zijn vereenvoudigd en de segmentatie PI-regeling is geïntroduceerd. Dat wil zeggen, de berekende fout is gesegmenteerd en de aanpassing wordt uitgevoerd door verschillende proportionele en integraalparameters binnen elk foutbereik. Zorg ervoor dat het systeem soepeler en stabieler werkt.
Het specifieke stroomschema van de software-implementatie wordt getoond in Figuur 5, dat wil zeggen, na ontvangst van het gegeven hoekcommando, bereken eerst de gesamplede positie-informatie en het gegeven hoekverschil, en verdeel dan het verschil in n gelijke delen, corresponderend met een reeks parameters in elk segment. Kp1 en ki1 nemen deel aan de bemiddelingscontrole, berekenen de uitvoer van de PI-besturing en zetten deze vervolgens om naar de overeenkomstige PWM-waardeoutput.
5, de conclusie
Op basis van het PWM-regelsysteem van de DC-motor van 80C196KC en L298N, wordt het PWM-signaal gegenereerd door de enkelkernige microcomputer naar het geïntegreerde vermogenscircuit L298N. De klassieke PI-segmentatiebesturing wordt gebruikt om de besturing van de motor te realiseren. Het heeft de kenmerken van eenvoudige schakeling en gemakkelijke bediening. De lopende testresultaten tonen aan dat het systeem stabiel en betrouwbaar werkt, voldoet aan de eisen van de snelheidsregulatiefunctie en met succes is toegepast in meerdere luchtgedragen producten.
