Busque un controlador de bicicleta eléctrica simulado proteus. . . El controlador es principalmente un motor CC sin escobillas... preferiblemente con programas y circuitos. ...
Zheng Wan (Escuela de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad de Jiaxing, Jiaxing, Zhejiang 314001)
Resumen: Basado en el entorno de simulación de Proteus y Plataforma de desarrollo Mplab, se desarrolla el diseño de un sistema de control de simulación de motor de CC sin escobillas que utiliza DSPIC33FJ12MC202 como controlador principal. El sistema adopta una estrategia de control PID de circuito cerrado doble de velocidad y corriente para lograr el control de velocidad del motor CC sin escobillas. Los resultados experimentales muestran que el sistema diseñado puede cumplir con los requisitos de diseño del control de velocidad del motor de CC sin escobillas, es estable y confiable y es de gran ayuda para el diseño de circuitos de hardware reales.
Palabras clave: Proteus; dspic 33 FJ 12mc 202; motor DC sin escobillas; sistema de control de simulación
Introducción
El motor DC sin escobillas tiene un rango de ajuste de velocidad. Tiene las ventajas de gran ancho, gran capacidad de sobrecarga, buenas características de bajo voltaje, gran par de arranque (características de rotor bloqueado) y pequeña corriente de arranque. Se ha utilizado ampliamente en diversos campos económicos y en la vida diaria de las personas. El estudio de la tecnología de control de accionamiento de motores CC sin escobillas tiene un valor práctico importante.
En comparación con herramientas de simulación como Matlab, Proteus puede completar el diseño de circuitos de hardware en un entorno virtual e implementar varios algoritmos de control mediante la programación de microprocesadores, de modo que los efectos de control se puedan observar de forma intuitiva. En el diseño y desarrollo de sistemas de aplicaciones prácticas, ayuda a reducir los costos y ciclos de desarrollo y mejorar la eficiencia del diseño. Con base en esto, este artículo utiliza la plataforma de simulación Proteus para diseñar un controlador de simulación de motor de CC sin escobillas con DSPIC33 como núcleo de control, completa el diseño del circuito de hardware y la depuración del programa, e implementa la estrategia de control PID de doble circuito cerrado de velocidad y corriente, proporcionando La información para el diseño de sistemas reales proporcionó una base teórica y práctica efectiva.
1 Modelo de simulación Proteus de motor CC sin escobillas
El modelo de motor CC sin escobillas del software Proteus se basa en el modelo de motor CC, la tensión nominal, la velocidad sin carga y la impedancia de carga. Se puede configurar según las necesidades de la aplicación, momento de inercia, impedancia del devanado, inductancia mutua entre devanados y otros parámetros. Este modelo cuenta con tres sensores de posición Hall con salida TTL para detección de posición del rotor.
En el diseño, hay dos modelos de motor CC sin escobillas en la biblioteca de motores de Proteus, conexión en estrella trifásica y conexión en ángulo trifásica, para que los usuarios elijan. Los pines de entrada y salida de los dos modelos son los mismos, la única diferencia es el método de conexión del devanado. Entre los pines del modelo, A, B y C son los terminales de entrada de la bobina, sa, sb y sc son los terminales de salida del sensor de posición Hall, carga es el terminal de entrada de la carga simulada y ω es el rotor en radianes/segundo de salida de velocidad angular.
2 Diseño del circuito de hardware
El diagrama de bloques de hardware del sistema se muestra en la Figura 1. Incluye principalmente el circuito de hardware del controlador principal, el circuito de accionamiento de potencia, el circuito de inversor de potencia, el circuito de detección de corriente, el circuito de detección de velocidad, etc.
El controlador principal emite PWM a través del circuito de accionamiento de potencia, controla el inversor de potencia y acciona el motor. Para lograr un doble control de circuito cerrado de velocidad y corriente, la velocidad del motor se obtiene mediante el sensor de posición del rotor del motor y la corriente del bus se mide mediante el sensor de corriente Hall. El circuito controlador principal
El controlador principal adopta el chip DSPIC DSPIC33FJ12MC202 de American Microchip Company. Este chip es un controlador de señal digital de alto rendimiento de 16 bits con 8 canales de salida PWM para control de motor y 1 interfaz de codificación de cuadratura QEI, que es muy adecuado para el control de motores de CC sin escobillas. El circuito controlador principal se muestra en la Figura 2.
El controlador DSPIC33FJ12MC202 tiene la función de notificar cambios de nivel de entrada. Cuando se detecta un cambio de estado de nivel en un pin de entrada digital específico, se genera una interrupción. En el diseño del sistema, los sensores Hall A, B y C están conectados a los pines rb0, RB1, RB2 o CN4, CN5 y CN6 respectivamente. Cuando ocurre CNxInterrupt, se leerán los tres pines de entrada Hall y luego la información que actualmente requiere conmutación se obtiene consultando la tabla, logrando así el control de conmutación del motor BLDC. Al mismo tiempo, la función de captura de entrada del controlador se puede utilizar para medir con precisión la velocidad del motor.
2.2 Circuito de accionamiento de potencia El accionamiento de potencia adopta un accionamiento de puente completo trifásico [2]. Los tres brazos del puente son accionados por tres IR2101 y seis tubos MOSFET de potencia de canal N SMP60N06 forman un circuito trifásico. inversor de puente. Adopte modos de conducción de dos, dos y seis estados. La Figura 3 muestra el circuito de potencia del brazo del puente. PWMH1 y PWML1 son las ondas cuadradas de pulso PWM emitidas por el controlador principal, y el chip controlador de potencia IR2101 acciona el interruptor del tubo MOSFET de potencia correspondiente. D1 es el diodo de recuperación rápida BYT30, C2 es el condensador de arranque, se selecciona un circuito de muestreo de corriente con una capacitancia C2 de 2.2u, la corriente de funcionamiento nominal del modelo de motor de CC sin escobillas se establece en 10 A y el sensor de corriente Hall ACS755 está conectado en serie al terminal común de puente completo que detecta la corriente de fase. Dado que la corriente de entrada nominal del ACS755 es de 0 a 50 A y el rango de voltaje de salida es de 0,6 V a 3,6 V, y el voltaje de referencia de conversión AD del DSPIC33FJ12MC202 está configurado en 3,3 V y tierra, el voltaje obtenido por el sensor Hall debe ser equilibrado. Por lo tanto, se usa un LM358 para generar un voltaje de referencia de 2,4 V y luego se usa una resistencia de película de carbono de alta precisión al 1% para dividir el voltaje y obtener un voltaje de referencia de 0,6 V. Luego, el voltaje de salida del sensor de corriente Hall y el voltaje de referencia de 0,6 V pasan a través del circuito de resta para obtener un rango de voltaje de 0 V ~ 3 V. Luego, el voltaje ajustado se envía al terminal de entrada de adquisición A/D del controlador y el muestreo de corriente se completa mediante la conversión A/D. El circuito de muestreo actual se muestra en la Figura 4. Para proteger el puerto AD del controlador, se integra un regulador de voltaje de 3,3 V en la entrada AD. 2.4 Circuito de detección de posición
El modelo de motor CC sin escobillas de Proteus tiene tres sensores Hall y las señales de salida de los sensores Hall difieren en 120 grados. En consecuencia, cada vez que gira el rotor del motor, el sensor Hall puede generar seis estados de codificación, como se muestra en la Figura 5. Como puede verse en la figura, una vez que cambia el estado de salida del sensor Hall, significa que el rotor del motor gira 60 grados. Por lo tanto, la velocidad del motor V=60n/T se puede calcular basándose en el número n de cambios de salida del sensor Hall capturados dentro de la unidad de tiempo T. De acuerdo con este principio, se puede obtener Hall monofásico a través de la función de captura de entrada IC de El controlador El período de la señal de salida del sensor se puede medir con precisión. El sistema de estrategia de control del controlador adopta la estrategia de control PID incremental de doble circuito cerrado de velocidad y corriente [3]. El bucle y el bucle exterior de velocidad utilizan control PI. Teniendo en cuenta que se espera que el error estático y el exceso sean pequeños al ajustar la corriente y la velocidad en aplicaciones de ingeniería reales, el bucle de corriente se puede corregir a un sistema típico de tipo I y el bucle de velocidad se puede corregir a un sistema típico de tipo II en ingeniería. En el diseño real, el bucle actual se configura primero de acuerdo con el sistema óptimo de segundo orden, y luego el bucle de velocidad se establece de acuerdo con el método de diseño de configuración óptima [4]. 4 Resultados y análisis de la simulación de Proteus
Programado en lenguaje C bajo el entorno de desarrollo integrado Mplab. Mplab admite la depuración conjunta con Proteus. Después de instalar el archivo vdmmplab.exe, Proteus VSM aparecerá en la herramienta de depuración Mplab. De esta manera, una vez compilado el programa, se puede simular y depurar conjuntamente con el circuito de hardware diseñado en Proteus. proceso de diseño de hardware.
En la simulación, la velocidad objetivo se establece en 170 rpm, girando en sentido antihorario. Los resultados de la simulación se muestran en la figura. Se puede ver en los resultados de la simulación que después de un breve proceso de arranque, la velocidad del motor se puede estabilizar en 170 r/min. La forma de onda de la izquierda en la figura es la señal de salida de los tres sensores Hall cuando funcionan de manera estable, y la forma de onda de la derecha es la forma de onda de voltaje trifásico. Cuando la velocidad establecida es 1000 rpm, la velocidad del motor se puede estabilizar a 999 rpm. Existe un cierto error entre la velocidad del motor y la velocidad establecida en la simulación. Esto se debe a que en el entorno del software de simulación PROTEUS, el rendimiento en tiempo real del sistema se reduce, lo que genera retrasos y errores. Este artículo utiliza el software de simulación Proteus para diseñar un sistema de control de simulación para un motor de CC sin escobillas y diseña el circuito de hardware, el circuito de accionamiento de potencia, el circuito de inversor de potencia, el circuito de detección de corriente y el circuito de detección de velocidad del controlador principal. A través de la programación en lenguaje C, el control PID incremental de doble circuito cerrado de velocidad y corriente se implementa en el controlador para lograr la velocidad establecida. Los resultados experimentales muestran que el sistema diseñado puede cumplir con los requisitos de diseño del control de velocidad del motor de CC sin escobillas, logra buenos resultados y es de gran ayuda para el diseño de circuitos de hardware reales.
Referencias [1] Li Xiaobin, Zhang Hui, Liu Jianping.
Implementación del control de posición de motores CC sin escobillas utilizando DSP [J]. Ingeniería mecánica y eléctrica, 2005, (03) [2] Diseño de un sistema electrónico de control de velocidad para motores CC sin escobillas basado en DSP [J]. Información, 2009, (16)
Ye, Xu,. Simulación de control de circuito cerrado doble de un motor de corriente continua sin escobillas [J]. Science and Technology Entrepreneurship Monthly, 2010, (12)
Zheng, Ren Yongde, Xie. Sistema de control de motor CC sin escobillas basado en DSP [J]. Micromotor, 2001, (02)
Proyecto del fondo: Financiado por el Plan de actividades de innovación científica y tecnológica para estudiantes de la Universidad de Zhejiang (Plan de talentos Miao Xin), número de proyecto: 20117004. Sobre el autor: Zheng Wan (1990-), hombre, nacionalidad Han, de Lujiang, Anhui, se graduó en 2008 con una licenciatura en ingeniería de información electrónica.