Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego



Podobne dokumenty
Część 6. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania. Łukasz Starzak, Sterowanie przekształtników elektronicznych, zima 2011/12

Analogowy sterownik silnika krokowego oparty na układzie avt 1314

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

WIZUALIZACJA DANYCH SENSORYCZNYCH MINISTACJA METEOROLOGICZNA

SDD287 - wysokoprądowy, podwójny driver silnika DC

SDD287 - wysokoprądowy, podwójny driver silnika DC

Część 5. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania

Proste układy wykonawcze

Scalony analogowy sterownik przekształtników impulsowych MCP1630

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej

Płytka laboratoryjna do współpracy z mikrokontrolerem MC68332

Edukacyjny sterownik silnika krokowego z mikrokontrolerem AT90S1200 na płycie E100. Zestaw do samodzielnego montażu.

Regulator PID w sterownikach programowalnych GE Fanuc

Funkcje sterowania cyfrowego przekształtników (lista nie wyczerpująca)

SPECYFIKACJA PRZETWORNIK RÓŻNICY CIŚNIEŃ

Elektrolityczny kondensator filtrujący zasilanie stabilizatora U12 po stronie sterującej

STEROWANIE MASZYN I URZĄDZEŃ I. Laboratorium. 8. Układy ciągłe. Regulator PID

PL B1. AZO DIGITAL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Gdańsk, PL BUP 20/10. PIOTR ADAMOWICZ, Sopot, PL

POLITECHNIKA WARSZAWSKA. Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych. Mikrokontrolery ARM

SPECYFIKACJA PRZETWORNIK RÓŻNICY CIŚNIEŃ DPC250; DPC250-D; DPC4000; DPC4000-D


BADANIE PRZERZUTNIKÓW ASTABILNEGO, MONOSTABILNEGO I BISTABILNEGO

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI MATERIAŁY POMOCNICZE SERIA PIERWSZA

Struktury specjalizowane wykorzystywane w mikrokontrolerach

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

Systemy Wbudowane. Arduino - rozszerzanie. Podłączanie wyświetlacza LCD. Podłączanie wyświetlacza LCD. Podłączanie wyświetlacza LCD

Konstrukcja mostka mocy typu "H" opartego o układ HIP4081A Robert Szlawski

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Regulator PID w sterownikach programowalnych GE Fanuc

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

PL B1. INSTYTUT MECHANIKI GÓROTWORU POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Kraków, PL BUP 21/08. PAWEŁ LIGĘZA, Kraków, PL

Kod produktu: MP01105T

interfejs szeregowy wyświetlaczy do systemów PLC

E-TRONIX Sterownik Uniwersalny SU 1.2

AN ON OFF TEMPERATURE CONTROLLER WITH A MOBILE APPLICATION

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania KOMPUTEROWE SYSTEMY STEROWANIA (KSS)

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Technika Mikroprocesorowa

Ćwiczenie 22. Temat: Przerzutnik monostabilny. Cel ćwiczenia

Politechnika Wrocławska

falowniki JX - 9 Tabele danych strona - Wprowadzenie Parametry ustawiane za pomocą cyfrowego pulpitu sterowniczego falownika...

WIZUALIZACJA DANYCH SENSORYCZNYCH Sprawozdanie z wykonanego projektu. Jakub Stanisz

Laboratorium Analogowych Układów Elektronicznych Laboratorium 6

APLIKACJA COMMAND POSITIONING Z WYKORZYSTANIEM KOMUNIKACJI SIECIOWEJ Z PROTOKOŁEM USS W PRZETWORNICACH MDS/FDS 5000

Prostowniki. Prostownik jednopołówkowy

Przetwornica SEPIC. Single-Ended Primary Inductance Converter z przełączanym jednym końcem cewki pierwotnej Zalety. Wady

Kod produktu: MP01105

Sprawozdanie z projektu MARM. Część druga Specyfikacja końcowa. Prowadzący: dr. Mariusz Suchenek. Autor: Dawid Kołcz. Data: r.

Przemysłowy odtwarzacz plików MP3

Zestaw czujników białej linii do robota klasy follow the line. Raport końcowy.

LABORATORIUM - ELEKTRONIKA Układy mikroprocesorowe cz.2

Opis czytnika TRD-80 CLASSIC ver Moduł czytnika transponderów UNIQUE z wbudowaną anteną

I. DANE TECHNICZNE II. INSTRUKCJA UśYTKOWANIA... 4

Uniwersalny sterownik silnika krokowego z portem szeregowym RS232 z procesorem AT90S2313 na płycie E200. Zestaw do samodzielnego montażu.

Zaznacz właściwą odpowiedź

Instrukcja Obsługi. Modułu wyjścia analogowego 4-20mA PRODUCENT WAG ELEKTRONICZNYCH

DTR PICIO v Przeznaczenie. 2. Gabaryty. 3. Układ złącz

DEMERO Automation Systems

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Nazwa kwalifikacji: Eksploatacja urządzeń elektronicznych Oznaczenie kwalifikacji: E.20 Numer zadania: 01

Przetwornik analogowo-cyfrowy

Nowy MULTIMETR z czujnikiem Halla

a) dolno przepustowa; b) górno przepustowa; c) pasmowo przepustowa; d) pasmowo - zaporowa.

Przetworniki pomiarowe obrotu i przesunięcia liniowego

Spis treści. Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Spis treœci. Co to jest mikrokontroler? Kody i liczby stosowane w systemach komputerowych. Podstawowe elementy logiczne

TEST KONKURSOWY CZAS TESTU 40 MIN ILOŚĆ MAKSYMALNA PUNKTÓW 20 INSTRUKCJA:

Modulatory PWM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Procedury obsługi monolitycznego przetwornika analogowo-cyfrowego AD 7865

MCAR Robot mobilny z procesorem AVR Atmega32

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

Raport z budowy robota Krzysio

Układy czasowo-licznikowe w systemach mikroprocesorowych

Enkoder magnetyczny AS5040.

Wzmacniacze operacyjne

Budowa. Metoda wytwarzania

Podstawy Elektroniki dla Teleinformatyki. Generator relaksacyjny

Generatory przebiegów niesinusoidalnych

Elektronika z wykorzystaniem Arduino i Raspberry Pi : receptury / Simon Monk. Gliwice, copyright Spis treści. Przedmowa 11

Badanie przerzutników astabilnych i monostabilnych

Opis czytnika TRD-FLAT CLASSIC ver Naścienny czytnik transponderów UNIQUE w płaskiej obudowie

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

2.1 Porównanie procesorów

Sterowniki Programowalne Sem. V, AiR

PRZEMYSŁOWY ODTWARZACZ MP3

WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY.

Cyfrowe sterowanie przekształtników impulsowych lato 2012/13

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

Płytka ewaluacyjna z ATmega16/ATmega32 ARE0021/ARE0024

KARTA POMIAROWA DO MOSTKA TENSOMETRYCZNEGO

ZL4PIC. Uniwersalny zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów PIC

Systemy Wbudowane. Arduino dołączanie urządzeń Wersja Arduino więcej portów I/O. Układy serii 74. Układy serii 74xx a seria 40xx

PL B1. POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL BUP 05/18. JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL WUP 09/18

Opis czytnika TRD-55 CLASSIC ver Moduł czytnika transponderów UNIQUE z zewnętrzną anteną

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Zbiór zadań z elektroniki - obwody prądu stałego.

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Transkrypt:

Politechnika Wrocławska Projekt Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego Autorzy: Paweł Bogner Marcin Dmochowski Prowadzący: mgr inż. Jan Kędzierski 30.04.2012 r.

1 Opis ogólny Celem projektu było skonstruowanie sterownika silnika prądu stałego z regulacją natężenia prądu. Urządzenie jest oparte na mikrokontrolerze serii HCS12, mostku H własnego projektu oraz układzie pomiarowym ze wzmacniaczem operacyjnym. Komunikacja z urządzeniem odbywa się poprzez interfejs RS232. Do testów wykorzystany został silnik prądu stałego marki Maxon. 2 Interfejs użytkownika Z urządzeniem można komunikować się poprzez interfejs RS232 przy następujących parametrach: baud rate: 38400, bity danych: 8, bit parzystości: brak, bit stopu: 1. Po włączeniu wyświetlany jest komunikat powitalny mający na celu przetestowanie komunikacji. Użytkownik może wpisać wartość zadaną prądu płynącego przez silnik w znormalizowanych jednostkach. Nie zdecydowano się na skalowanie do jednostek układu SI, ponieważ sterownik ma możliwość pracy z różnymi silnikami poprzez dobór wartości rezystora pomiarowego oraz regulację wzmocnienia napięcia odkładającego się na nim. Należy wprowadzić żądaną wartość i wysłać znak nowej linii. Liczba ta może być dodatnia (obroty silnika w jedną stronę) lub ujemna (obroty w przeciwną stronę). Wprowadzenie zera powoduje zahamowanie silnika przez otwarcie obydwu dolnych stron mostka. Po wprowadzeniu komendy odsyłany jest jeden z następujących komunikatów zwrotnych: OK: stopped. silnik jest hamowany; OK: [wartosc] wprowadzono poprawną wartość zadaną; Error: absolute value of the set point must be greater than 500. wprowadzono wartość zadaną o zbyt małym module. 3 Mikrokontroler W projekcie został użyty mikrokontroler MC9S12A64. Jest to szesnastobitowy układ z rodziny HCS12. Zegar skonfigurowano w następujący sposób: zegar zewnętrzny 8 MHz, tryb dużej prędkości: internal bus clock: 25 MHz, PLL clock: 50 MHz, Zostały wykorzystane następujące peryferia: ADC przetwornik analogowo-cyfrowy, służy do pomiaru napięcia na rezystorze pomiarowym. Parametry:

rozdzielczość: 10b, czas konwersji: 20 µs, czas próbkowania: 18 cykli zegara, SCI interfejs komunikacji szeregowej, umożliwia komunikację poprzez terminal. Parametry: rozmiar bufora wejściowego: 128, rozmiar bufora wyjściowego: 128, PWM modulacja szerokości impulsu, służy do sterowania napięciem podawanym na uzwojenie silnika. Parametry: okres: 1024 µs RTI cykliczne przerwanie. Parametry: okres: 4096 µs TC0 timer, cykliczne przerwanie. Parametry: okres: 20 ms 4 Opis wyprowadzeń Rysunek 1: Płytka drukowana widziana od góry Oto lista wszystkich wyprowadzeń dostępnych dla użytkownika: Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 2

SVL1, SVP1 gniazdo na moduł z mikrokontrolerem; J1 gniazdo interfejsu RS232; R13 potencjometr regulujący wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego; R9 potencjometr regulujący potencjał odniesienia dla wzmacniacza operacyjnego; S1, S2, P2, P3 zworki ustawiające konfigurację rezystorów pomiarowych; P4 złącze silnika; P1 złącze zasilania; 5 Zastosowane rozwiązania 5.1 Pomiar prądu Pomiar prądu zrealizowano metodą pośrednią przez pomiar napięcia na rezystorze. Dostępne są 4 rezystory po 0, 47 Ω. Za pomocą zworek można łączyć je w różne konfiguracje, aby dopasować układ do potrzeb użytkownika, mianowicie możliwe są połączenia szeregowe po 1, 2, 3 oraz 4 i równoległe po 1, 2, 3 oraz 4 rezystory, uzyskując zakres rezystancji od ok. 0, 1 Ω do ok. 2 Ω. Napięcie, które odkłada się na rezystorach jest wstępnie filtrowane przez dolnoprzepustowy filtr RC drugiego rzędu, a następnie podawane jest na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego. Porównywane jest ono z napięciem odniesienia, które, tak jak wzmocnienie, można dostroić za pomocą potencjometru. 5.2 Mostek H Zastosowany mostek H został zaprojektowany samodzielnie. Do jego konstrukcji wykorzystano tranzystory MOSFET z kanałem typu N IRF530 oraz drivery IR2110. Mostek sterowany jest poprzez selektywne otwieranie tranzystorów, mianowicie na jedną górną stronę podawany jest sygnał PWM, a na przeciwległą dolną stronę logiczny stan wysoki. Tranzystory w drugiej przekątnej mostka są zamknięte. Użyte drivery przeznaczone są do pracy impulsowej, dlatego mikroprocesor w cyklicznym przerwaniu na bardzo krótki okres czasu zamyka obydwie górne strony oraz otwiera obydwie dolne strony, aby możliwe było naładowanie kondensatorów przez obecne w driverach przetwornice, które to mogą być aktywne tylko podczas otwarcia tranzystora po dolnej stronie. Następnie mikroprocesor wznawia normalną pracę kanałów PWM, otwierając uprzednio otwartą górną stronę. Ładunek zgromadzony w kondensatorach używany jest do zasilania bramki tranzystora po otwartej górnej stronie. 5.3 Regulator PID Do sterowania prądem płynącym przez uzwojenie silnika zastosowano algorytm PID. Implementacja pozwala także w łatwy sposób zmieniać nastawy regulatora. Oto zmienne użyte w programie: 1 v o l a t i l e word meas ; // pomiar 2 byte kp, ki, Td ; // nastawy (PID IND) 3 i n t 3 2 t i n t e g r a l =0; // c a l k a 4 i n t 3 2 t e r r o r ; // uchyb 5 i n t 3 2 t e r r o r p r e v =0; // poprzedni uchyb 6 v o l a t i l e i n t 3 2 t c o n t r o l v a l u e ; // w y j s c i e r e g u l a t o r a Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 3

7 v o l a t i l e long s e t p o i n t ; // wartosc zadana 8 i n t 3 2 t s a t =20000; // o g r a n i c z e n i e i n t e g r a t o r a 9 long time ; // podstawa czasu Jednostki nastaw są jednostkami znormalizowanymi. Oto fragment kodu, który odpowiada za regulację: 1 ( void ) AD1 Measure (TRUE) ; 2 ( void ) AD1 GetValue16(&meas ) ; 3 meas=56000 meas ; 4 e r r o r=s e t p o i n t meas ; 5 i n t e g r a l+=e r r o r time ; 6 i f ( i n t e g r a l >s a t ) i n t e g r a l=s a t ; 7 else i f ( i n t e g r a l <( s a t ) ) i n t e g r a l= s a t ; 8 c o n t r o l v a l u e=e r r o r kp+i n t e g r a l k i+td ( e r r o r e r r o r p r e v )/ time ; 9 c o n t r o l v a l u e /=100; 10 e r r o r p r e v=e r r o r ; 11 12 i f ( c o n t r o l v a l u e >40000) c o n t r o l v a l u e =40000; 13 else i f ( c o n t r o l v a l u e <0) c o n t r o l v a l u e =0; Instrukcje te wykonują się w pętli głównej programu. Na początku wykonywany jest pomiar prądu, którego wartość jest normalizowana, ponieważ układ pomiarowy jest w konfiguracji odwracającej. Następnie wyliczany jest uchyb. Kolejnym krokiem jest całkowanie wraz z saturacją. Na końcu wyliczana jest zmienna sterująca (wraz z ograniczeniem) i zapamiętywana jest wartość bieżącego uchybu. Podstawa czasu jest uzyskiwana poprzez inkrementowanie zmiennej time w przerwaniu cyklicznym. 6 Schemat układu Rysunek 2: Gniazdo mikrokontrolera Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 4

Rysunek 3: Lewa strona mostka H Rysunek 4: Prawa strona mostka H Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 5

Rysunek 5: Układ konwersji poziomów napięć z SCI do RS232 Rysunek 6: Rezystory pomiarowe Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 6

Rysunek 7: Układ pomiaru napięcia Rysunek 8: Układ zasilania Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 7

Rysunek 9: Pozostałe połączenia Sterownik momentu obrotowego silnika prądu stałego 8