Teknologi kontrol PWM motor DC berdasarkan 80C196KC dan L298N
Motor DC banyak digunakan di berbagai bidang karena kinerja pengaturan kecepatannya yang sangat baik, torsi awal yang besar dan kemampuan overload yang kuat. Dalam beberapa tahun terakhir, struktur dan metode kontrol motor DC telah mengalami perubahan besar. Dengan komputer memasuki bidang kontrol dan munculnya komponen daya listrik elektronik baru, pengaturan kecepatan PWM (pulsewidthmododulation) telah menjadi cara baru pengaturan kecepatan motor DC. Dan karena frekuensi switching yang tinggi, operasi yang stabil pada kecepatan rendah, kinerja dinamis yang sangat baik, efisiensi tinggi, dll, itu banyak digunakan dalam pengaturan kecepatan motor DC.
2, berdasarkan prinsip kerja sistem kontrol kecepatan PWM
PWM atau modulasi lebar pulsa mengacu pada penggunaan karakteristik perpindahan transistor daya tinggi untuk memodulasi catu daya DC tegangan tetap, menghidupkan dan mematikan pada frekuensi tetap, dan mengubah panjang waktu hidup dan mati dalam siklus sebagai dibutuhkan. Kecepatan motor dikendalikan dengan mengubah siklus tugas tegangan pada dinamo servo motor DC untuk mengubah besarnya tegangan rata-rata. Oleh karena itu, sering disebut sebagai perangkat penggerak peralihan.
Mengubah siklus biasanya memiliki dua mode: PWM dan PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM adalah dengan mengubah lebar pulsa, yang dikenal sebagai penyesuaian frekuensi tetap. PFM adalah lebar pulsa konstan. Siklus tugas diubah dengan mengubah frekuensi switching. Karena resonansi mekanik pada frekuensi tertentu sering menyebabkan getaran dan melolong sistem, PWM digunakan dalam kontrol motor DC. Metode kontrol terutama.
3. Desain perangkat keras sistem kontrol berdasarkan 80C196KC dan L298N
Sistem kontrol kecepatan motor DC berdasarkan 80C196KC dan L298N terdiri dari sistem minimum MCU, R / D converter, rangkaian penguat daya PWM, A / D dan D / A sirkuit konversi, dan menerima rangkaian antarmuka perintah. Sistem minimum dari mikrokomputer chip tunggal mengadopsi 16-bit chip tunggal 80C196KC eksternal antarmuka ekspansi sirkuit, yang terutama digunakan untuk mewujudkan fungsi akuisisi data, generasi sinyal PWM, dll.
3.1. Pengantar Sirkuit Terpadu Daya L298N
Untuk meningkatkan efisiensi sistem dan mengurangi konsumsi daya, rangkaian penguat daya menggunakan sirkuit terpadu L298N berdasarkan metode modulasi lebar pulsa H-jembatan bipolar. L298N adalah penguat modulasi lebar pulsa berdaya tinggi yang diproduksi oleh SGS, yang memiliki karakteristik ukuran kecil dan kemampuan mengemudi yang kuat. Ini berisi dua driver jembatan H-jembatan tegangan tinggi dan arus tinggi. Ini dapat menggerakkan seluruh jembatan motor dalam satu chip dan dapat mendorong motor hingga 46V dan di bawah 2A.
3.2, rangkaian perangkat keras sistem kontrol motor DC
L298N dapat menggerakkan dua motor DC. Karena sistem kontrol kecepatan adalah struktur sumbu tunggal, untuk memanfaatkan sepenuhnya kapasitas beban rangkaian penguat daya, sistem dapat mulai dengan akselerasi dan rem maksimal dengan akselerasi maksimum. Output digunakan secara paralel dengan motor DC kontrol. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, terminal input IN1 dan IN3 terhubung secara paralel, IN2 dan IN4 terhubung secara paralel, terminal output OUT1 dan OUT3 terhubung secara paralel, dan OUT2 dan OUT4 terhubung secara paralel ke dua ujung motor masing-masing. Terminal aktif dikendalikan oleh port output kecepatan tinggi HSO1 dari mikrokomputer chip tunggal.
Mikrokomputer chip tunggal 80C196KC memberikan sinyal PWM sesuai dengan loop posisi dan hasil operasi loop kecepatan. Sinyal PWM langsung output ke IN1 (IN3) terminal, dan satu saluran terbalik ke IN2 (IN4) melalui 7406. Ketika rasio tugas sinyal analog PWM adalah 50%. Tegangan positif dan negatif di kedua ujung motor ditambahkan untuk waktu yang sama. Motor dalam keadaan goyangan mikro pada posisi ini, yaitu dalam keadaan "pelumasan daya". Ketika rasio tugas lebih besar dari 50%, tegangan sinyal OUTA lebih besar dari OUTB, dan motor berputar ke depan, sebaliknya Terbalik. Oleh karena itu, perlu untuk meluruskan polaritas keluaran dari setiap tautan untuk membentuk umpan balik negatif dan menyelesaikan kontrol loop tertutup. Dengan mengubah duty cycle PWM untuk mengendalikan kecepatan motor, kemudi motor juga dapat diubah, dan metode kontrolnya sederhana dan dapat diandalkan. Selain itu, karena motor adalah tipe kumparan listrik, gaya elektromotif belakang terbentuk ketika motor tiba-tiba berhenti dan tiba-tiba berbalik arah. Untuk memastikan pengoperasian normal dari chip driver L298N, dua pasang sambungan antara terminal output OUTA, OUTB dan motor DC ditambahkan. Dioda aliran shunts arus ke positif atau dasar catu daya untuk mencegah kekuatan elektromotif kembali dari merusak L298N.
3.3, anti-interferensi dan desain kompatibilitas elektromagnetik
Ketika motor digerakkan, peralihan cepat dari elemen switching utama daya menyebabkan tingkat perubahan besar pada arus dan tegangan listrik, yang tidak hanya mempengaruhi sirkuit penggerak tetapi juga memasuki sirkuit kontrol melalui sumber daya dan tanah. Selain itu, ketika motor mulai mengerem, tegangan transien dihasilkan pada perubahan beban yang tiba-tiba, dan amplitudonya juga lebih tinggi daripada tegangan catu daya, dan tepi depan curam dan pita frekuensi lebar, dan rangkaian kontrol adalah input melalui sumber daya DC. Oleh karena itu, desain kompatibilitas anti-jamming dan elektromagnetik juga sangat penting. Sistem ini mengadopsi langkah-langkah seperti gelombang datar saat ini, deburring, dan perisai.
Gelombang datar saat ini: Karena energi sesaat dari saklar PWM relatif besar, filter RC digunakan untuk menyaring pada ujung keluaran penguat daya PWM. Dengan memilih nilai resistansi dan kapasitansi yang tepat, harmonik frekuensi tinggi ditekan secara efektif, dan tegangan puncak penguat daya PWM diserap. Gangguan berkurang;
Deburring: Sistem meningkatkan kapasitor filter pada ujung catu daya. Kapasitor besar dan kecil digunakan secara paralel. Kapasitor besar menahan decoupling, penyaringan dan penghalusan sinyal bolak frekuensi rendah. Kapasitor kecil menghilangkan parasitics frekuensi menengah dan tinggi di jaringan sirkuit. Coupling, secara efektif mengurangi bilah lonjakan;
Perisai: Kabel penggerak motor terlindung ganda dan kabel dipisahkan dari kabel lain sebanyak mungkin.
4, kontrol implementasi perangkat lunak sistem
Sistem kontrol mengadopsi kombinasi kecepatan dan posisi loop tertutup, dan metode kontrol posisi diambil sebagai contoh untuk memperkenalkan metode implementasi perangkat lunak. Kontrol posisi didasarkan pada algoritma kontrol PI klasik, parameter proporsional dan integral disederhanakan, dan kontrol PI segmentasi diperkenalkan. Yaitu, kesalahan terhitung disegmentasi, dan penyesuaian dilakukan dengan parameter proporsional dan integral yang berbeda dalam setiap rentang kesalahan. Pastikan sistem berjalan lebih lancar dan stabil.
Bagan alur implementasi perangkat lunak spesifik ditunjukkan pada Gambar 5, yaitu, setelah menerima perintah sudut yang diberikan, pertama-tama hitung informasi posisi sampel dan perbedaan sudut yang diberikan, dan kemudian bagilah perbedaan menjadi n bagian yang sama, sesuai dengan seperangkat parameter di setiap segmen. Kp1 dan ki1 berpartisipasi dalam kontrol mediasi, menghitung output dari kontrol PI dan kemudian mengkonversinya ke output nilai PWM yang sesuai.
5, kesimpulannya
Berdasarkan sistem kontrol PWM motor DC 80C196KC dan L298N, sinyal PWM dihasilkan oleh mikrokomputer chip tunggal ke sirkuit terintegrasi daya L298N. Kontrol segmentasi PI klasik digunakan untuk mewujudkan kontrol motor. Ia memiliki karakteristik sirkuit sederhana dan kontrol yang mudah. Hasil uji coba menunjukkan bahwa sistem bekerja secara stabil dan andal, memenuhi persyaratan fungsi pengaturan kecepatan, dan telah berhasil diterapkan dalam berbagai produk udara.
