80C196KCおよびL298Nに基づくDCモータPWM制御技術

DCモータは、優れた速度調整性能、大きな始動トルク、強力な過負荷能力により、様々な分野で広く使用されています。近年、DCモータの構造と制御方法は大きく変化している。コンピュータが制御フィールドに入り、新たな電力電子コンポーネントが出現すると、PWM（パルス幅変調）速度調整がDCモータ速度調整の新しい方法になりました。また、スイッチング周波数が高く、低速での安定動作、優れたダイナミック性能、高効率などのため、DCモータの速度制御に広く使用されています。

2、PWM速度制御システムの動作原理に基づいて

PWMまたはパルス幅変調とは、高電圧トランジスタのスイッチング特性を使用して固定電圧DC電源を変調し、固定周波数でオン/オフし、オン/オフ時間の長さを必要です。モータの速度は、DCサーボモータの電機子の電圧のデューティサイクルを変化させることによって制御され、平均電圧の大きさを変化させる。したがって、それはしばしばスイッチ駆動装置と呼ばれる。

デューティ・サイクルを変更するには、通常、PWMとPFM（pulsefrequencymodulaion）の2つのモードがあります。 PWMは、固定周波数調整として知られているオンパルス幅を変更することによって行われます。 PFMは一定のオンパルス幅です。デューティサイクルは、スイッチング周波数を変更することによって変更されます。特定の周波数での機械的共振がしばしばシステムの振動およびハウリングを引き起こすので、PWMはDCモータの制御に使用されます。主に制御方法です。

3. 80C196KCとL298Nに基づく制御システムのハードウェア設計

80C196KCとL298Nに基づくDCモータ速度制御システムは、MCU最小システム、R / Dコンバータ、PWM電力増幅回路、A / DおよびD / A変換回路、および受信コマンドインタフェース回路で構成されています。シングルチップマイクロコンピュータの最小システムは、データ収集、PWM信号生成などの機能を実現するために主に使用される16ビットシングルチップ80C196KC外部拡張インタフェース回路を採用しています。

3.1。パワー集積回路L298Nの紹介

パワーアンプ駆動回路は、システム効率を向上させ、消費電力を低減するために、バイポーラHブリッジパルス幅変調方式の集積回路L298Nを用いている。 L298Nは、小型で強力な駆動能力を持つSGS製の高性能パルス幅変調パワーアンプです。これには2つのHブリッジ高電圧および大電流ブリッジドライバが含まれています。モーターのブリッジ全体を1チップで駆動することができ、モータを最大46Vと2A未満で駆動することができます。

3.2、DCモータ制御システムハードウェア回路

L298Nは2台のDCモーターを駆動できます。速度制御システムは単軸構造であるため、パワーアンプ回路の負荷容量を最大限に活用するために、システムは最大加速と最大加速で起動することができます。出力は制御DCモータと並列に使用されます。図4に示すように、入力端子IN1とIN3は並列に接続され、IN2とIN4は並列に接続され、出力端子OUT1とOUT3は並列に接続され、OUT2とOUT4は、モータにそれぞれ供給される。イネーブル端子は、シングルチップマイクロコンピュータの高速出力ポートHSO1によって制御される。

シングルチップマイコン80C196KCは、位置ループと速度ループ演算結果に応じたPWM信号を出力します。 PWM信号は、IN1（IN3）端子に直接出力され、7406を介してIN2（IN4）に反転されます。PWMアナログ信号のデューティ比が50％のとき。モータの両端の正および負の電圧は、同じ時間に加算されます。この位置では、モータは微動の状態、すなわち「動力給油」状態にある。デューティ比が50％より大きい場合、信号電圧OUTAはOUTBよりも大きく、モータは正転し、そうでなければ逆転する。したがって、負帰還と完全閉ループ制御を形成するためには、各リンクの出力極性を整流する必要があります。 PWMデューティサイクルを変更してモータ速度を制御することにより、モータの操舵も変更することができ、制御方法は簡単で信頼性があります。また、モータが電気コイル式であるため、モータが突然停止し突然逆転すると逆起電力が発生する。 L298Nドライバチップの正常動作を保証するために、出力端子OUTA、OUTBとDCモータとの間の2対の継続が追加されている。フローダイオードは電流を電源の正またはグランドに分路し、逆起電力がL298Nに損傷を与えないようにします。

3.3、干渉防止および電磁気適合設計

モータが駆動されると、電源主スイッチング素子が急速にスイッチングされることにより、電源電流および電圧の変化率が大きくなり、駆動回路に影響を与えるだけでなく、電源およびグランドを介して制御回路にも入力される。また、モータが制動を開始すると、急激な負荷変動時に過渡電圧が発生し、その振幅も電源電圧よりも高く、先端が急峻で周波数帯域が広いため、制御回路DC電源を介して入力される。したがって、妨害防止と電磁適合性の設計も重要です。現在のフラットウェーブ、バリ取り、シールドなどの対策を採用しています。

現在のフラット波：PWMスイッチの瞬時エネルギーが比較的大きいため、RCフィルタはPWMパワーアンプの出力端でフィルタリングに使用されます。適切な抵抗および容量値を選択することにより、高周波高調波が効果的に抑制され、PWM電力増幅器のピーク電圧が吸収される。低減された干渉;

バリ取り：電源装置の終端でフィルタコンデンサが増加します。大容量コンデンサと小容量コンデンサは並列に使用されます。大容量コンデンサは、低周波交流信号のデカップリング、フィルタリング、および平滑化を肩代わりします。小さなコンデンサは、回路網内の中周波および高周波の寄生成分を除去します。効果的にスパイクバリを低減するカップリング。

シールド：モータ駆動ケーブルは二重シールドされており、できるだけ他のケーブルとは分離されています。

4、制御システムのソフトウェア実装

制御システムは、速度と位置閉ループの組み合わせを採用しており、ソフトウェアの実装方法を紹介するための位置制御方法を例にとっています。位置制御は古典的なPI制御アルゴリズムに基づいており、比例および積分パラメータは単純化され、分割PI制御が導入されている。すなわち、計算された誤差はセグメント化され、各誤差範囲内の異なる比例および積分パラメータによって調整が実行される。システムがよりスムーズかつ安定して動作することを確認してください。

特定のソフトウェア実施のフローチャートは、図5に示されている。すなわち、所与の角度コマンドを受信した後、サンプリングされた位置情報および所与の角度差を最初に計算し、次にその差をパラメータのセットに対応するn個の等しい部分に分割する各セグメントに Kp1とki1は調停制御に参加し、PI制御の出力を計算し、それを対応するPWM値出力に変換します。

5、結論

80C196KCとL298NのDCモータPWM制御システムに基づいて、PWM信号がシングルチップマイクロコンピュータによって電力集積回路L298Nに生成される。古典的なPIセグメンテーション制御は、モータの制御を実現するために使用されます。それは簡単な回路と便利な制御の特性を持っています。走行試験結果は、システムが安定して確実に動作し、速度調整機能の要件を満たし、複数の航空機用製品にうまく適用されていることを示しています。