DC-Motor-PWM-Steuerungstechnologie basierend auf 80C196KC und L298N

DC-Motor-PWM-Steuerungstechnologie basierend auf 80C196KC und L298N

Gleichstrommotoren werden aufgrund ihrer hervorragenden Drehzahlregelung, ihres großen Anlaufdrehmoments und ihrer starken Überlastfähigkeit in verschiedenen Bereichen eingesetzt. In den letzten Jahren haben sich Struktur und Steuerungsverfahren von Gleichstrommotoren stark verändert. Mit dem Einstieg des Computers in das Steuerfeld und dem Aufkommen neuer leistungselektronischer Leistungskomponenten hat sich die PWM-Geschwindigkeitsregelung (Pulsweitenmodulation) zu einem neuen Weg der Geschwindigkeitsregelung des Gleichstrommotors entwickelt. Aufgrund der hohen Schaltfrequenz, des stabilen Betriebs bei niedriger Geschwindigkeit, der hervorragenden dynamischen Leistung, des hohen Wirkungsgrades usw. wird es häufig zur Regelung der Gleichstrommotorgeschwindigkeit verwendet.

2, basierend auf dem Arbeitsprinzip des PWM-Geschwindigkeitsregelsystems

PWM- oder Pulsbreitenmodulation bezieht sich auf die Verwendung der Schalteigenschaften von Hochleistungstransistoren, um eine Gleichspannungsversorgung mit fester Spannung zu modulieren, bei einer festen Frequenz ein- und auszuschalten und die Länge der Ein- und Ausschaltzeiten in einem Zyklus zu ändern erforderlich. Die Drehzahl des Motors wird durch Ändern des Tastverhältnisses der Spannung am Anker des Gleichstrom-Servomotors gesteuert, um die Größe der Durchschnittsspannung zu ändern. Daher wird es oft als Schalterantriebsvorrichtung bezeichnet.

Das Ändern des Tastverhältnisses hat normalerweise zwei Modi: PWM und PFM (Pulsfrequenz-Modulation). PWM wird durch Ändern der Einschaltimpulsbreite, die als Festfrequenzanpassung bezeichnet wird, gemacht. PFM ist eine konstante Einimpulsbreite. Das Tastverhältnis wird durch Ändern der Schaltfrequenz geändert. Da die mechanische Resonanz bei einer bestimmten Frequenz häufig Vibration und Heulen des Systems verursacht, wird PWM zur Steuerung des Gleichstrommotors verwendet. Die Kontrollmethode ist hauptsächlich.

3. Hardwareentwurf des Steuersystems basierend auf 80C196KC und L298N

Das auf 80C196KC und L298N basierende Gleichstrommotordrehzahlsteuersystem besteht aus dem MCU-Minimalsystem, einem R / D-Wandler, einer PWM-Leistungsverstärkerschaltung, einer A / D- und D / A-Wandlerschaltung und einer Befehlsschnittstellenschaltung. Das Minimalsystem des Ein-Chip-Mikrocomputers verwendet die externe Erweiterungsschnittstellenschaltung mit 16-Bit-Einchip 80C196KC, die hauptsächlich zur Realisierung der Funktionen der Datenerfassung, der PWM-Signalerzeugung usw. verwendet wird.

3.1. Einführung in die integrierte Stromversorgungsschaltung L298N

Um die Systemeffizienz zu verbessern und den Energieverbrauch zu reduzieren, verwendet die Leistungsverstärker-Treiberschaltung eine integrierte Schaltung L298N, die auf einem bipolaren H-Brücken-Pulsbreitenmodulationsverfahren basiert. L298N ist ein leistungsstarker Pulsbreitenmodulations-Leistungsverstärker, der von SGS hergestellt wird und der die Eigenschaften geringer Größe und starker Treiberfähigkeit aufweist. Es enthält zwei H-Brücken-Hochspannungs- und Hochstrom-Brückentreiber. Es kann die gesamte Brücke des Motors in einem einzigen Chip und Motoren mit bis zu 46 V und weniger als 2 A antreiben.

3.2, Hardwareschaltung für DC-Motorsteuerungssystem

L298N kann zwei Gleichstrommotoren antreiben. Da das Geschwindigkeitsregelsystem aus einer einzigen Achse besteht, kann das System mit maximaler Beschleunigung starten und bremsen, um die Lastkapazität der Leistungsverstärkerschaltung vollständig zu nutzen. Der Ausgang wird parallel zum Steuer-Gleichstrommotor verwendet. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Eingangsanschlüsse IN1 und IN3 parallel geschaltet, IN2 und IN4 sind parallel geschaltet, die Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT3 sind parallel geschaltet, und OUT2 und OUT4 sind parallel zu den beiden Enden der beiden Motor jeweils. Das Freigabeterminal wird durch den Hochgeschwindigkeitsausgang HSO1 des Einchip-Mikrocomputers gesteuert.

Der Einchip-Mikrocomputer 80C196KC liefert das PWM-Signal gemäß der Positionsschleife und dem Ergebnis der Geschwindigkeitsschleifenoperation. Das PWM-Signal wird direkt an den Anschluss IN1 (IN3) ausgegeben, und ein Kanal wird über 7406 an IN2 (IN4) invertiert. Wenn das Tastverhältnis des PWM-Analogsignals 50% beträgt. Die positiven und negativen Spannungen an beiden Enden des Motors werden gleichzeitig addiert. Der Motor befindet sich in dieser Position im Mikro-Shake-Zustand, dh im Zustand "Power-Schmierung". Wenn das Tastverhältnis größer als 50% ist, ist die Signalspannung OUTA größer als OUTB und der Motor dreht sich vorwärts, andernfalls rückwärts. Daher ist es erforderlich, die Ausgangspolarität jeder Verbindung zu begradigen, um eine negative Rückkopplung zu bilden und die Regelung abzuschließen. Durch Ändern des PWM-Arbeitszyklus zum Steuern der Motordrehzahl kann auch die Motorlenkung geändert werden, und das Steuerungsverfahren ist einfach und zuverlässig. Da es sich bei dem Motor um einen elektrischen Spulentyp handelt, wird zusätzlich die elektromotorische Gegenkraft gebildet, wenn der Motor plötzlich stoppt und sich plötzlich umkehrt. Um den normalen Betrieb des L298N-Treiberchips zu gewährleisten, werden zwei fortgesetzte Paare zwischen den Ausgangsklemmen OUTA, OUTB und dem Gleichstrommotor hinzugefügt. Die Flussdiode leitet den Strom zum Plus oder Masse der Stromversorgung, um zu verhindern, dass die gegenelektromotorische Kraft den L298N beschädigt.

3.3, Entstörungs- und elektromagnetische Verträglichkeit

Wenn der Motor angetrieben wird, bewirkt das schnelle Schalten des Leistungshauptschaltelements eine große Änderungsrate des Leistungsstroms und der Spannung, die nicht nur die Treiberschaltung beeinflussen, sondern auch durch die Stromquelle und Masse in die Steuerschaltung gelangen. Wenn der Motor zu bremsen beginnt, wird zusätzlich eine Übergangsspannung bei einer plötzlichen Änderung der Last erzeugt, und seine Amplitude ist auch höher als die Stromversorgungsspannung, und die vordere Flanke ist steil und das Frequenzband ist breit und die Steuerschaltung wird über die Gleichstromquelle eingegeben. Daher ist auch ein Entstörungsschutz und eine elektromagnetische Verträglichkeit wichtig. Das System übernimmt Maße wie die aktuelle flache Welle, das Entgraten und die Abschirmung.

Flat flat wave: Da die momentane Energie des PWM-Schalters relativ groß ist, wird der RC-Filter zur Filterung am Ausgang des PWM-Leistungsverstärkers verwendet. Durch Auswahl geeigneter Widerstands- und Kapazitätswerte werden die hochfrequenten Oberwellen wirksam unterdrückt und die Spitzenspannung des PWM-Leistungsverstärkers wird absorbiert. Reduzierte störungen;

Entgraten: Das System erhöht den Filterkondensator auf der Stromversorgungsseite. Die großen und kleinen Kondensatoren werden parallel verwendet. Der große Kondensator trägt zur Entkopplung, Filterung und Glättung des niederfrequenten Wechselsignals bei. Der kleine Kondensator eliminiert die mittel- und hochfrequenten Parasiten im Schaltungsnetz. Koppeln, effektiv Spike Grate reduzieren;

Schirmung: Das Motorantriebskabel ist doppelt geschirmt und die Drähte sind so weit wie möglich von anderen Kabeln getrennt.

4, Implementierung von Steuersystem-Software

Das Steuersystem übernimmt die Kombination aus Geschwindigkeits- und Positionsregelkreis, und das Positionssteuerungsverfahren wird als Beispiel genommen, um das Softwareimplementierungsverfahren einzuführen. Die Lageregelung basiert auf dem klassischen PI-Regelungsalgorithmus, die Proportional- und Integralparameter werden vereinfacht und die PI-Segmentierungsregelung wird eingeführt. Das heißt, der berechnete Fehler wird segmentiert und die Einstellung wird durch unterschiedliche Proportional- und Integralparameter innerhalb jedes Fehlerbereichs durchgeführt. Stellen Sie sicher, dass das System reibungsloser und stabiler läuft.

Das spezifische Software-Implementierungsflußdiagramm ist in Fig. 5 gezeigt, das heißt, nachdem der gegebene Winkelbefehl empfangen wurde, werden zunächst die abgetasteten Positionsinformationen und die gegebene Winkeldifferenz berechnet und dann die Differenz in n gleiche Teile entsprechend einem Satz von Parametern aufgeteilt in jedem Segment. Kp1 und ki1 nehmen an der Vermittlungssteuerung teil, berechnen die Ausgabe der PI-Steuerung und wandeln sie in die entsprechende PWM-Wertausgabe um.

5, die Schlussfolgerung

Basierend auf dem Gleichstrommotor-PWM-Steuersystem von 80C196KC und L298N wird das PWM-Signal von dem Ein-Chip-Mikrocomputer an die integrierte Leistungsschaltung L298N erzeugt. Die klassische PI-Segmentierungssteuerung wird verwendet, um die Steuerung des Motors zu realisieren. Es hat die Eigenschaften einer einfachen Schaltung und einer bequemen Steuerung. Die Ergebnisse der Laufversuche zeigen, dass das System stabil und zuverlässig arbeitet, die Anforderungen der Geschwindigkeitsregelungsfunktion erfüllt und in mehreren Produkten in der Luft erfolgreich eingesetzt wurde.