เทคโนโลยีการควบคุม PWM ของมอเตอร์กระแสตรงโดยอิงกับ 80C196KC และ L298N
มอเตอร์กระแสตรงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายด้านเนื่องจากประสิทธิภาพในการควบคุมความเร็วที่ดีเยี่ยมแรงบิดเริ่มต้นขนาดใหญ่และความสามารถในการโอเวอร์โหลดได้ดี ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาโครงสร้างและวิธีการควบคุมมอเตอร์ DC ได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ด้วยคอมพิวเตอร์ที่เข้าสู่สนามควบคุมและการเกิดขึ้นใหม่ของส่วนประกอบพลังงานไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์การควบคุมความเร็ว PWM (pulsewidthmodulaTIon) ได้กลายเป็นวิธีการใหม่ของการควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง และเนื่องจากความถี่การสลับสูงการทำงานที่มีเสถียรภาพที่ความเร็วต่ำประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยมแบบไดนามิกมีประสิทธิภาพสูง ฯลฯ จะใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้า
2 ตามหลักการทำงานของระบบควบคุมความเร็ว PWM
การปรับ PWM หรือ Pulse width modulation หมายถึงการใช้ลักษณะการเปลี่ยนของทรานซิสเตอร์กำลังสูงเพื่อปรับแรงดันไฟฟ้า DC แบบถาวรให้เปิดและปิดที่ความถี่คงที่และเปลี่ยนความยาวของเวลาเปิดและปิดในรอบตาม จำเป็น ความเร็วของมอเตอร์จะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนรอบการทำงานของแรงดันไฟฟ้าที่เต้าเสียบของมอเตอร์เซอร์โวเพื่อเปลี่ยนขนาดของแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย ดังนั้นจึงมักเรียกกันว่าอุปกรณ์สวิทซ์ไดรฟ์
การเปลี่ยนรอบหน้าที่มักจะมีสองโหมดคือ PWM และ PFM (pulsefrequencymodulaion) PWM คือการเปลี่ยนความกว้างของชีพจรซึ่งเรียกว่าการปรับความถี่คงที่ PFM เป็นความกว้างของชีพจรคงที่ รอบการทำงานจะเปลี่ยนไปโดยการเปลี่ยนความถี่สลับ เนื่องจากการสะท้อนด้วยกลไกที่ความถี่หนึ่ง ๆ มักทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและความว้าวุ่นใจของระบบ PWM ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ DC วิธีการควบคุมส่วนใหญ่
3. การออกแบบฮาร์ดแวร์ของระบบควบคุมตาม 80C196KC และ L298N
ระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงตามมาตรฐาน 80C196KC และ L298N ประกอบด้วยระบบต่ำสุดของ MCU, ตัวแปลง R / D, วงจรเครื่องขยายกำลัง PWM, วงจรแปลง A / D และ D / A และรับวงจรอินเตอร์เฟซคำสั่ง ระบบขั้นต่ำของไมโครคอมพิวเตอร์ตัวเดียวใช้วงจรอินเตอร์เฟซการขยายสัญญาณภายนอกแบบ single-chip 16 บิต 80C196KC ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ในการรับฟังก์ชั่นการเก็บข้อมูลการสร้างสัญญาณ PWM เป็นต้น
3.1 วงจรรวมวงจรไฟฟ้า L298N
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบและลดการใช้พลังงานวงจรขับขี่ของเครื่องขยายเสียงกำลังใช้วงจรรวม L298N โดยใช้วิธีการมอดูเลตความกว้างของพัลส์แบบพัลส์แบบสองขั้ว L298N เป็นเครื่องขยายกำลังพัลส์ความกว้างของคลื่นความถี่สูงที่ผลิตโดย SGS ซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่มีขนาดเล็กและมีความสามารถในการขับขี่ที่แข็งแกร่ง มันมีสองสะพานสูงสะพานสูงและสูง - ปัจจุบันขับ h สะพาน สามารถขับเคลื่อนสะพานทั้งหมดของมอเตอร์ในชิปตัวเดียวและสามารถขับเคลื่อนมอเตอร์ได้ถึง 46V และต่ำกว่า 2A
3.2, DC วงจรควบคุมมอเตอร์ระบบฮาร์ดแวร์
L298N สามารถขับเคลื่อนมอเตอร์ DC สองชุดได้ เนื่องจากระบบควบคุมความเร็วเป็นโครงสร้างเดียวเพื่อให้สามารถใช้งานได้เต็มที่จากความสามารถในการโหลดของวงจรเครื่องขยายกำลังระบบสามารถเริ่มต้นด้วยการเร่งความเร็วและเบรคสูงสุดโดยการเร่งความเร็วสูงสุด เอาต์พุตใช้ควบคู่กับมอเตอร์ DC ควบคุม ดังแสดงในรูปที่ 4 ขั้วต่ออินพุต IN1 และ IN3 เชื่อมต่อแบบขนาน IN2 และ IN4 เชื่อมต่อแบบขนานเอาต์พุต OUT1 และ OUT3 แบบขนานและ OUT2 และ OUT4 เชื่อมต่อแบบขนานกับปลายทั้งสองด้าน มอเตอร์ตามลำดับ เทอร์มินัลที่ใช้งานได้รับการควบคุมโดยพอร์ตส่งออกความเร็วสูง HSO1 ของไมโครคอมพิวเตอร์ตัวเดียว
ไมโครคอมพิวเตอร์ตัวชิปเดี่ยว 80C196KC ให้สัญญาณ PWM ตามลูปตำแหน่งและผลการดำเนินงานของวงจรความเร็วสูง สัญญาณ PWM จะส่งตรงไปยังช่องต่อ IN1 (IN3) และช่องหนึ่งจะกลับเข้าที่ IN2 (IN4) ผ่านทาง 7406 เมื่ออัตราส่วนของสัญญาณ PWM เป็น 50% แรงดันไฟฟ้าบวกและลบที่ปลายทั้งสองของมอเตอร์จะถูกเพิ่มในเวลาเดียวกัน มอเตอร์อยู่ในสถานะของการเขย่าเบา ๆ ที่ตำแหน่งนี้นั่นคือในสถานะ "การหล่อลื่น" เมื่ออัตราส่วนของงานสูงกว่า 50% แรงดึงดูดของสัญญาณ OUTA จะมากกว่า OUTB และมอเตอร์หมุนไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่จะต้องปรับขั้วออกของแต่ละลิงค์เพื่อสร้างข้อเสนอแนะเชิงลบและการควบคุมลูปปิดท้าย ด้วยการเปลี่ยนรอบการทำงานของ PWM เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์คุณสามารถเปลี่ยนพวงมาลัยเพาเวอร์ได้และวิธีการควบคุมทำได้ง่ายและเชื่อถือได้ นอกจากนี้เนื่องจากมอเตอร์เป็นประเภทขดลวดไฟฟ้าแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจะเกิดขึ้นเมื่อมอเตอร์หยุดและพลันก็พลิกกลับ เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานปกติของชิปควบคุม L298N จะมีการเพิ่มความต่อเนื่องระหว่างขั้วเอาต์พุต OUTA, OUTB และมอเตอร์ DC สองคู่ ไดโอดไหลยับยั้งกระแสไฟฟ้าไปยังด้านบวกหรือด้านล่างของแหล่งจ่ายไฟเพื่อป้องกันไม่ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจากการทำลาย L298N
3.3, ป้องกันการแทรกแซงและการออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า
เมื่อมอเตอร์ถูกขับเคลื่อนการเปลี่ยนสวิทช์หลักของสวิตช์หลักจะทำให้อัตราการเปลี่ยนกระแสไฟและแรงดันไฟฟ้าเป็นไปอย่างมากซึ่งไม่เพียง แต่ส่งผลต่อวงจรขับขี่ แต่ยังเข้าสู่วงจรควบคุมผ่านแหล่งจ่ายไฟและพื้นดิน นอกจากนี้เมื่อมอเตอร์เริ่มเบรคแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะจะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างกะทันหันและแอมพลิจูดยังสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าและขอบด้านหน้ามีความสูงชันและมีแถบความถี่กว้างและวงจรควบคุม ถูกป้อนผ่านทางแหล่งจ่ายไฟ DC ดังนั้นการออกแบบการป้องกันการกระทบกระเทือนและการทำงานร่วมกันทางแม่เหล็กไฟฟ้าจึงมีความสำคัญ ระบบนี้ใช้มาตรการต่างๆเช่นคลื่นแบน, การขัดสีและป้องกัน
คลื่นแบนในปัจจุบัน: ตั้งแต่พลังงานสวิตช์ PWM ของฉับพลันมีขนาดค่อนข้างใหญ่ตัวกรอง RC จะใช้สำหรับการกรองที่ปลายเอาต์พุตของเครื่องขยายสัญญาณ PWM โดยการเลือกค่าความต้านทานและค่าความจุที่เหมาะสมวงจรเสียงความถี่สูงจะถูกยับยั้งได้อย่างมีประสิทธิภาพและแรงดันไฟฟ้าที่จุดสูงสุดของเครื่องขยายกำลัง PWM ถูกดูดซับ ลดการรบกวน;
Deburring: ระบบจะเพิ่มตัวเก็บประจุตัวกรองที่ปลายสายไฟ ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่และเล็กถูกใช้เป็นแบบขนาน ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ไหล่แยกการฟิลเตอร์และการปรับให้เรียบของสัญญาณสลับความถี่ต่ำ ตัวเก็บประจุขนาดเล็กช่วยขจัดสัญญาณรบกวนในย่านความถี่และความถี่สูงในวงจรเครือข่าย การจับคู่ช่วยลดรอยขรุขระได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ป้องกัน: สายมอเตอร์ไดรฟ์หุ้มเกราะป้องกันคู่และสายไฟถูกแยกออกจากสายเคเบิลอื่น ๆ ให้มากที่สุด
4, การดำเนินงานระบบซอฟต์แวร์ควบคุม
ระบบควบคุมใช้การรวมกันของความเร็วรอบและตำแหน่งปิดและวิธีการควบคุมตำแหน่งเป็นตัวอย่างเพื่อแนะนำวิธีการใช้งานซอฟต์แวร์ การควบคุมตำแหน่งจะขึ้นอยู่กับขั้นตอนวิธีการควบคุม PI แบบดั้งเดิมพารามิเตอร์สัดส่วนและส่วนประกอบจะง่ายขึ้นและมีการควบคุม PI การแบ่งส่วน นั่นคือข้อผิดพลาดที่คำนวณได้ถูกแบ่งและการปรับค่าจะดำเนินการโดยพารามิเตอร์สัดส่วนและพารามิเตอร์ที่ต่างกันในแต่ละช่วงข้อผิดพลาด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบทำงานได้อย่างราบรื่นและเสถียร
แผนภูมิการไหลของการใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะจะแสดงในรูปที่ 5 นั่นคือหลังจากที่ได้รับคำสั่งมุมที่กำหนดแล้วให้คำนวณข้อมูลตำแหน่งตัวอย่างและความแตกต่างของมุมที่กำหนดจากนั้นแบ่งส่วนต่างออกเป็น n ส่วนเท่า ๆ กันซึ่งตรงกับชุดของพารามิเตอร์ ในแต่ละส่วน Kp1 และ ki1 มีส่วนร่วมในการควบคุมการไกล่เกลี่ยคำนวณผลลัพธ์ของตัวควบคุม PI แล้วแปลงเป็นค่าเอาท์พุท PWM ที่สอดคล้องกัน
5 ข้อสรุป
จากระบบควบคุม PWM ของมอเตอร์กระแสตรงที่ 80C196KC และ L298N สัญญาณ PWM จะถูกสร้างขึ้นโดยไมโครคอมพิวเตอร์ตัวเดียวไปยังวงจรไฟเลี้ยง L298N การควบคุมการแบ่งส่วน PI แบบคลาสสิกจะใช้ในการควบคุมการทำงานของมอเตอร์ มีลักษณะของวงจรง่ายๆและการควบคุมที่สะดวก ผลการทดสอบที่ได้จากการทดสอบแสดงให้เห็นว่าระบบทำงานได้อย่างเสถียรและเชื่อถือได้ตรงตามข้อกำหนดของฟังก์ชั่นการควบคุมความเร็วและได้รับการนำไปประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์ในอากาศหลายชนิด
