DC-motor PWM-styrteknik baserad på 80C196KC och L298N

DC-motor PWM-styrteknik baserad på 80C196KC och L298N

DC-motorer används ofta i olika fält på grund av sin utmärkta hastighetsreglering, stort startmoment och stark överbelastningsförmåga. Under de senaste åren har konstruktionen och kontrollmetoderna hos likströmsmotorer genomgått stora förändringar. Med datorn som kommer in i kontrollfältet och framkomsten av nya kraftelektriska kraftkomponenter har PWM (pulsewidthmodulaTIon) hastighetsreglering blivit ett nytt sätt att reglera motorns motorhastighet. Och på grund av den höga omkopplingsfrekvensen, stabil drift vid låg hastighet, utmärkt dynamiskt prestanda, hög effektivitet, etc. används den i stor utsträckning vid reglering av motorreglering i motorn.

2, baserat på arbetsprincipen för PWM-hastighetsstyrningssystemet

PWM eller pulsbreddsmodulering hänvisar till användningen av omkopplingsegenskaperna hos högeffekttransistorer för att modulera en likspänningsförsörjning med fast spänning, slå på och av vid en bestämd frekvens och ändra längden på till och från tiderna i en cykel som behövs. Motorns varvtal styrs genom att man ändrar spänningscykeln för spänningen på DC servomotorns ankar för att ändra storleken på medelspänningen. Därför kallas det ofta som en switch-drivenhet.

Ändring av arbetscykeln har vanligtvis två lägen: PWM och PFM (pulsefrequencymodulaion). PWM är genom att ändra pulsbredden, som är känd som fastfrekvensjustering. PFM är en konstant pulsbredd. Tjänstcykeln ändras genom att byta frekvensomkoppling. Eftersom mekanisk resonans vid en viss frekvens ofta orsakar vibration och hylning av systemet används PWM vid styrning av likströmsmotorn. Kontrollmetoden är huvudsakligen.

3. Hårdvara design av styrsystem baserat på 80C196KC och L298N

DC-motorens hastighetsstyrsystem baserat på 80C196KC och L298N består av MCU-minsta systemet, R / D-omvandlare, PWM-förstärkarkrets, A / D- och D / A-omvandlingskrets och mottagningskommandokretskrets. Minsta systemet för mikroprocessorn med en enda chip adopterar 16-bitars 80C196KC-extern expansionskrets för interna expansionsgränssnitt, vilket i huvudsak används för att realisera funktionerna för datainsamling, PWM-signalgenerering etc.

3,1. Introduktion till Power Integrated Circuit L298N

För att förbättra systemeffektiviteten och minska strömförbrukningen använder kraftförstärkarkretsen en integrerad krets L298N baserat på en bipolär H-bropulsbreddsmoduleringsmetod. L298N är en högpresterande pulsbreddsmodulationsförstärkare som tillverkas av SGS, som har egenskaper med liten storlek och stark körförmåga. Den innehåller två H-bridge högspännings- och högströmsbryggare. Den kan köra hela broen av motorn i ett enda chip och kan köra motorer upp till 46V och under 2A.

3,2, DC-motorstyrsystemets hårdvarukrets

L298N kan köra två likströmsmotorer. Eftersom hastighetsstyrningssystemet är enaxelsstruktur, för att fullt utnyttja belastningsförmågan hos effektförstärkarkretsen, kan systemet starta med maximal acceleration och broms med maximal acceleration. Utgången används parallellt med styr DC-motorn. Som visas i figur 4 är ingångarna IN1 och IN3 parallellt anslutna, IN2 och IN4 är parallella kopplade, utgångsanslutningarna OUT1 och OUT3 är parallella anslutna och OUT2 och OUT4 är parallella anslutna till de båda ändarna på motor respektive. Aktiveringsterminalen styrs av höghastighetsutgångsporten HSO1 i mikroprocessorn med enstaka chip.

Mikroprocessorn med enstaka chip 80C196KC ger PWM-signalen i enlighet med positionsslingan och hastighetsslingoperationen. PWM-signalen matas direkt till IN1-kontakten (IN3) och en kanal är inverterad till IN2 (IN4) genom 7406. När pulsförhållandet för PWM-analoga signalen är 50%. De positiva och negativa spänningarna vid båda ändarna av motorn tillsätts samtidigt. Motorn befinner sig i ett mikroskakningsläge vid denna position, det vill säga i "smörjning" -tillståndet. När arbetsförhållandet är större än 50% är signalspänningen OUTA större än OUTB, och motorn roterar framåt, annars Reverse. Därför är det nödvändigt att räkna ut polariteten för varje länk för att bilda negativ återkoppling och slutföra sluten loop-kontroll. Genom att ändra PWM-arbetscykeln för att styra motorvarvtalet kan motorstyrningen också ändras, och kontrollmetoden är enkel och pålitlig. Dessutom, eftersom motorn är av den elektriska spolen, bildas den bakre elektromotoriska kraften när motorn plötsligt stannar och plötsligt vänder. För att säkerställa den normala driften av L298N-drivkretsen, läggs två par fortsättning mellan utgångarna OUTA, OUTB och DC-motorn. Flödessioden skenar strömmen till den positiva eller jordade strömförsörjningen för att förhindra att den bakre elektromotoriska kraften skadar L298N.

3.3, konstruktion mot interferens och elektromagnetisk kompatibilitet

När motorn drivs, orsakar snabbkoppling av strömbrytareelementet en stor förändring av strömströmmen och spänningen, vilket inte bara påverkar körkretsen, utan kommer också in i styrkretsen genom strömkällan och marken. Dessutom, när motorn startar bromsas, genereras en övergående spänning vid en plötslig förändring av belastningen, och dess amplitud är också högre än strömförsörjningsspänningen och framkanten är brant och frekvensbandet är brett och styrkretsen matas in via likströmskällan. Därför är designen mot jamming och elektromagnetisk kompatibilitet också avgörande. Systemet antar åtgärder som nuvarande plattvåg, avbrott och avskärmning.

Nuvarande plattvåg: Eftersom PWM-omkopplarens momentana energi är relativt stor används RC-filtret för filtrering vid utgången av PWM-effektförstärkaren. Genom att välja lämpliga resistans- och kapacitansvärden undertrycks högfrekventa övertoner effektivt och toppspänningen hos PWM-effektförstärkaren absorberas. Minskad störning;

Avbrott: Systemet ökar filterkondensatorn vid strömförsörjningsänden. De stora och små kondensatorerna används parallellt. Den stora kondensatorn axlar avkoppling, filtrering och utjämning av den lågfrekventa växelsignalen. Den lilla kondensatorn eliminerar mediet och högfrekventa parasiter i kretsnätverket. Koppling, vilket effektivt minskar spikbrickor;

Skärmning: Motorens drivkabel är dubbelskärmad och kablarna är så separata som möjligt från andra kablar.

4, implementering av kontrollsystemprogram

Styrsystemet adopterar kombinationen av hastighet och position sluten slinga och positionskontrollmetoden är tagen som ett exempel för att introducera programmets implementeringsmetod. Positionskontrollen är baserad på den klassiska PI-kontrollalgoritmen, de proportionala och integrerade parametrarna förenklas och segmenterings-PI-styrningen införs. Det beräknade felet segmenteras, och justeringen utförs av olika proportionella och integrerade parametrar inom varje felområde. Se till att systemet går smidigare och stabilt.

Det specifika mjukvaruimplementeringsflödesdiagrammet visas i Figur 5, det vill säga efter att ha mottagit det givna vinkelkommandot, beräknar du först den samplade positionsinformationen och den givna vinkeldifferensen och delar sedan skillnaden i n lika delar som motsvarar en uppsättning parametrar i varje segment. Kp1 och ki1 deltar i medlingskontrollen, beräkna utmatningen från PI-kontrollen och konvertera sedan den till motsvarande PWM-värdeutgång.

5, slutsatsen

Baserat på DC-motor PWM-styrsystemet 80C196KC och L298N genereras PWM-signalen av mikroprocessorn med en enda chip till den strömintegrerade kretsen L298N. Den klassiska PI-segmenteringskontrollen används för att förverkliga styrningen av motorn. Den har karaktären av enkel krets och bekväm kontroll. Testresultaten visar att systemet fungerar stabilt och tillförlitligt, uppfyller kraven för hastighetsreglering och har framgångsrikt använts i flera luftburna produkter.