Digitalno regulisani pogoni jednosmerne struje Primena mikroprocesora u energetici predavanje 7 (Novembar 2009)
Sadržaj 1 Šta regulišemo u pogonima? 2 Prekidački izvori jednosmernog napona 3 Digitalno upravljanje jednosmernim motorima 3.1 Dizajn hardvera 3.2 Dizajn programa 3.3 Generisanje PWM signala 3.4 Merenje brzine 3.5 Merenje položaja i procena brzine 3.6 Merenje struje i napona 3.7 Digitalni zakon upravljanja 3.8 Blok dijagram programa za reg. brzine dc motora 3.9 C- program za reg. brzine dc motora Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 2/30
Šta regulišemo u pogonima?
Regulacione petlje u pogonu Kako se reguliše momenat, kako brzina a kako položaj? Petlja pozicije Petlja brzine Petlja momenta - - - PWM dω m e J + kfω+ m dt θ ωdt m ω θ m e m Js + k 1 s ω m f Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 4/30
Princip rada regulacione petlje- SAU! Regulacione petlje su način upravljanja pojedinim veličinama nekog dinamičkog sistema. A Referenca Greška Upravljačka veličina r - Gain(s) Sistem y Upravljana veličina Funkcija prenosa bez povratne sprege sa povratnom spregom y A * r y A/(1+A) * r Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 5/30
Princip rada motora jednosmerne struje četkica komutator Osnovne karakteristike 1) Prost za upravljanje 2) Skupa proizvodnja 3) Skupo održavanje r v r F I l B BIL Princip generisanja momenta 1) Flux (sa statora) i struja ( kroz rotor) uvek normalni 2) Struja uvek istog smeta (zasluga mehaničkog komutatora) Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 6/30
Regulaciona petlja momenta kod dc motora Magnetno polje (flux) Struja r m e k m r Elektromagnetni momenat r ( ) I Ψ a Cilj: da se obezbedi razvije željeni momenat na vratilu Komanda: dolazi iz petlje po brzini ili preko ulaza za ref. momenat. Povratna sprega: struja motora (obično proporcionalna momentu!) koja se meri na više načina: strujni transformator, LEM sonda, shunt. Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 7/30
Model motora jednosmerne struje -model rotorskog kola kako od napona dobijamo struju rotora -model nastajanja momenta kako od struje dobijamo momenat -model mehaničkog dela kako od momenta razvijamo brzinu u a rotor 1 1+ Ra pt - a i a Razvijanje momenta ψ f m e m - m vratilo 1 pj + k f ω emf ωψ f Detaljnije u pogonima i regulaciji Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 8/30
Regulacija brzina dc motora naponskim izvorom naponski upravljivi izvor u c u a M ω Statorsko kolo (uspostavljanje struje L a /R a ) Komanda (napon) A u a e a i a 1 R m a e / 1+ pt + m m 1 pt m ω ψ f O.K. ali nema neku dinamiku Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 9/30 Mehanička jednačina
Regulacija brzina dc motora strujnim izvorom strujni upravljivi izvor u c i a M ω Momenat se brže uspostavlja m e k m i a Ψ Komanda (struja) A i a m e + m m 1 pt m ω NE KORISTI SE MNOGO, Strujni izvor nije lako napraviti ψ f Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 10/30
Reg. brzine strujno regulisanim napon. izvorom i a ref Regulator struje u c u a i a + M ω Pravo rešenje za servo pogone! Regulator ω Regulator i a ω* + - ω PI i a * - i a PID u c Komanda napona ka pretvaraču (nap. izvor) Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 11/30
Regulacione petlje brzine i položaja dc motora Uobičajena primena strujno regulisanog naponskog izvora! Regulacija brzine ω ref - reg ω ref i a - reg i ref u a PWM u a - e Jednosmerni motor 1 1+ Ra pt a i a ψ fnom m e m m 1 pj + k f ω ψ fnom Regulacija položaja Jednosmerni motor m m m ω ω ref ref θ e ref ref i a u a u i a 1 R ω a a reg ω 1 1 θ reg θ reg i PWM ψ f 1+ pta p - - - e ψ fnom pj +k f Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 12/30
Regulacija brzine naponski reg. izvorom ω ref - reg ω ref u a PWM u a - e Jednosmerni motor 1 1+ Ra pt a i a ψ fnom m e m m 1 pj + k f ω ψ fnom - Sporija dinamika (uspostavljanje momenta, t.j. statorske struje koja ga definiše, zavisi od statorskog kola) - Ali, nećemo morati regulisati struju - Čitaćemo struju radi zaštite - Sada nam treba izvor regulisanog jednosmernog napona Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 13/30
Prekidački izvori jednosmernog napona - DC/DC konvertori (čoperi)
Jednokvadrantni čoper - Samo jedan prekidački element - Ali samo jedan kvadrant motorski režim i jedan smer! - Koja je šema praktičnija? Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 15/30
Dvokvadrantni čoper Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 16/30
Četverokvadrantni čoper (H - bridge) - Četiri prekidačka elementa - Četiri kvadranta motorski/gen. režim i dva smera! Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 17/30
Tipičan front end dc/dc konvertora Ispravljač nam daje od AC neregulisani DC Neregulisani DC dalje čoper reguliše i nameće motoru 1f 3f DC a Neregulisani ispravljač DC čoper Monofazni ispravljač DC nf 2 2 230 324[ ] Trofazni ispravljač DC 3 2 3 2 230 564[ nf ] Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 18/30
Princip rada prekidačkog dc/dc konvertora Jednokvadrantni čoper t on 1 1 1 ( ) + sr u t dt DC dt 0 dt T T T ton sr DC T 0 a t DC 0 a - faktor ispune (0,1) t T on DC a 0 T ON T OFF t T PWM Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 19/30
Princip rada prekidačkog dc/dc konvertora Četverokvadrantni čoper sr sr 1 T t 0 u 1 t on ( t) dt + DC dt T 0 1 T t T on DC dt 1 1 DC ton DC ON DC a T T DC a ( T t ) ( 2 1) 0 T ON T OFF t T PWM - DC Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 20/30
Izlazna struja prekidačkog dc/dc konvertora Od oblika struje zavisi i momenat! Osnovna ideja f 1 PWM T PWM << T a L R a a Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 21/30
Digitalno upravljanje motorom jednosmerne struje
Analogni i digitalni svet dig. regulisanog pogona + - komanda ka pretvaraču (µc upravljanju baš odgovaraju prekidači) Digitalni deo µc DC/DC dig. PWM output I a (A) Analogni svet JM dig./analog inputs Ser. I a (broj) kom. Signali sa pretvarača i motora Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 23/30
Digitalno regulisani pogoni jednosmerne struje 3.1. Hardware dizajn
3.1) Block dijagram hardware-a dc pogona Neregulisani ispravljač Četverokvadrantni DC čoper 3f R 1 Otpornički razdelnik C DCM LEM trafo ~380/~9 R 2 enkoder OSC eza ka PC računaru Serial driver Reg. napona SS DD OSC1 OSC2 dspic 4011 ATX ARX AN0 AN1 FLTA PWM QEA QEB Optičko odvajanje i pojačanje pojačanje komparator Optičko odvajanje Encoder receiver Odvajanje i prilagoñenje naponski nivoa Signal DC napona PWM signal Signal struje SKHI21H4 Invertovanje PWM signala Enkoder A Enkoder B Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 25/30 I MAX SKHI21H4 Driver za jednu granu
3.1) Block dijagram hardware-a dc pogona - Šema iz Protela - Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 26/30
3.1) Block dijagram hardware-a dc pogona - Izgled pločice - Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 27/30
3.1) Block dijagram hardware-a dc pogona Napajanje ~ ac 220ac Trafo 220/9 7805 DD 5 SS GND Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 28/30
3.1) Block dijagram hardware-a dc pogona Razvojni sistem dspic40xx Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 29/30
Digitalno regulisani pogoni jednosmerne struje 3.2. Dizajn programa software
3.2) Šta treba program da radi? 1) Akvizicija podataka sa energetskog pretvarača i motora - Merenje napona jednosmernog meñukola. Signal je analogan i neophodno je galvansko odvajanje, prilagoñenje nivoa, i A/D konverziju. - Merenje struje radi zaštite i moguće regulacije. - Merenje brzine motora, radi regulacije i zaštite -. 2) Izvršenje digitalnog zakona upravljanja Zavisi od odabrane strukture regulacije. Može da bude a) prosta generacija PWM signala, b) regulacija brzine i c) regulacije struje i brzine. d) regulacija struje i brzine i pozicije 3) Zadavanje impulsne komande prekidačkim elementima pretvarača 4) Zaštita pogona Rad pogona je neophodno zaustaviti u slučaju -prekomerne struje, -prekomerne brzine, -u slučaju greške u naponu jednosmernog kola, - prevelike temperature čopera ili motora. 5) Svetlosna signalizacija. Grupa LED, signalizacija rada, greške.. 6) Komunikacija sa spoljnim svetom. Serijska veza omogućuje prihvatanje komandnih signala, slanje izveštaja i prikupljenih podataka. Komandni signali mogu i lokalno, primenom tastera i/ili potenc.! Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 31/30
3.2) Šta treba naš program da radi? 1) Treba razumeti kako rade energetskog pretvarač i motor. To smo već obavili za dc pogon, znamo kako radi dc/dc pretvarač a znamo i kako se ponaša motor! Odlučili smo se za regulaciju brzine promenom napona na dc motoru. a) Treba prihvatiti zadatu brojnu vrednost brzine b) Treba meriti brzinu c) Treba korigovati napona na motoru u skladu sa razlikom ove dve brzine (regulisati brzinu na ref. vrednost) d) Generisati PWM signal koji daje željeni dc napon na izlazu dc/dc konvetora (jedan ili dva komplementarna para) e) Treba meriti struju barem radi zaštite (ovde radimo sa naponskim izvorom i dakle bez regulacije struje) 2) Napraviti hardware potreban za izvršenje tog programa i prilagoditi program postojećem hardware-u. I to smo već obavili. 3) Načiniti Blok dijagram algoritma za pojedine ili sve delove programa. Jasno objašnjava šta želimo da radimo, programski jezik u kome će nastaviti da radimo u ovoj fazi nije bitan. 4) Početi pisanje programa, asembler ili C, eventualno neki grafički interface i autocoding (na primer Matlab, dspace itd..) Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 32/30
Digitalno regulisani pogoni jednosmerne struje 3.3. Generisanje PWM signala sa i bez PWM jedinice (Motor Control Module)
Generisanje PWM signala bez PWM jedinice Blok dijagram alg. programa sa jednim timer-om Start glavnog prg. Prekid Timer 1 Inicijalizacija programski promenjivih Dozvoli i sledeći prekid Timer 1 Inicijalizacija GPIO pina 1) upis neaktivnog stanja (0 ili 1) 2) selekcija GPIO (ako je mux) 3) izbor smera (out) YES Novi_Period1 NO GPIO_PIN1 GPIO_PIN0 Inicijalizacija Timer 1 (clock div, upis početnog perioda, dozvola rada start) Novi_PeriodYES TIMER_PERIOD FAKTOR_ISPUNE TIMER_PERIOD PWM_PERIOD-FAKTOR_ISPUNE Dozvola prekida Timer 1 Novi_Period0 Novi_Period1 Čitanje novog FAKTOR_ISPUNE Return Ostale aktivnosti u toku osnovne petlje (main loop). Rad sa raznim IO (display, ser. comm, tasteri..) PMW_PERIOD Tpwm/ Tclk FAKTOR_ISPUNE { 0, PWM_PERIOD} Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 34/30
Generisanje PWM signala bez PWM jedinice Blok dijagram alg. programa sa dva timer-a Start glavnog prg. Prekid Timer 1 Prekid Timer 2 Inicijalizacija programski promenjivih Dozvoli i sledeći prekid Timer 1 Dozvoli i sledeći prekid Timer 2 Inicijalizacija GPIO pina 1) upis neaktivnog stanja (0 ili 1) 2) selekcija GPIO (ako je mux) 3) izbor smera (out) TIMER2_PERIOD FAKTOR_ISPUNE Dozvola rada Timer 2 start GPIO_PIN0 Return Inicijalizacija Timer 1 (clock div, upis PWM perioda, dozvola rada start) GPIO_PIN1 Inicijalizacija Timer 2 (clock div, upis početnog perioda) TIMER1_PERIOD PWM _PERIOD Dozvola rada Timer 1 start Dozvola prekida Timer 1 i Timer 2 Return Čitanje novog FAKTOR_ISPUNE Ostale aktivnosti u toku osnovne petlje (main loop). Rad sa raznim IO (display, ser. comm, tasteri..) Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 35/30
Generisanje PWM signala sa PWM jedinicom PWM period moramo mi definisati, ali samo jednom tokom inicijalizacije Ovde se automatski 1 PWM interrupt 2 upisuje novi faktor ispune iz PDC1 3 PTPER PTMR Moramo mi (t.j. CPU program) Dešava se automatski PDC1 duty cycle registar prve grane PDC1 (faktor ispune) moramo bi definisati i menjati. Njime kontrolišemo napon. Problem zauzeća CPU može nastati samo usled računa faktora ispune koji treba obaviti u okviru jednog PWM perioda. PWM signal Testera se automatski generiše PWM signal se automat. generiše PWM faktor ispune PWM period 1 PWM period 2 Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 36/30
Generisanje PWM signala sa PWM jedinicom Start glavnog prg. Prekid Motor Control module Inicijalizacija programski promenjivih Dozvoli i sledeći prekid MCM Inicijalizacija Motor Control module 1) PTCON enable, set PWM clock. set mode 2) PTPER PWM_PERIOD 3) PWMCON2 updates enable 4) PDC1 0 ( počni sa 0 duty cycle) 5) PWMCON1 set PWMxH as PWM pin Račun novog FAKTOR_ISPUNE PDC1 FAKTOR_ISPUNE Dozvola prekida MCM Return Ostale aktivnosti u toku osnovne petlje (main loop). Rad sa raznim IO (display, ser. comm, tasteri..) Blok dijagram alg. programa ukoliko pustimo da PWM signal generiše PWM periferfija Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 37/30
Inicijalizacija Motor Control Module (1/2) PTPER T PWM /T clk -1 Period reg. PTPER? Primeri za f clk 8MHz PTPER 0 32767 1000 8000 T pwm [s] 0 0.004095.. 0.000125 0.001 f pwm [Hz] 244Hz 8KHz 1KHz PDC1 0 Ton reg. Početni duty cycle je nula u slučaju jednokvadrantnog čopera! Napon nula! PTCON PWM timer control i mod registar PTEN 1 AND PTOPS 00 (postscale1) AND PTCKPS 0 (prescale1 t.j. Tclk 1:1) AND PTMOD 00 (free run) Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 38/30
Inicijalizacija Motor Control Module (1/2) PWMCON1 PWM signal control i mod registar 1 PWCON1 PMOD4-1 0000 (svi komplementarni parovi) AND PEN4H-PEN1H 0011) AND PEN4L-PEN1L 0011(dozvoli ih po dva gore i dva dole za 4-kvadrantni čoper) PWMCON2 PWCON2 0 FLTACON FLTACON 0x000F Svi izlazni parovi se gase na Fault Input A Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 39/30
Generisanje PWM signala sa PWM jedinicom Šta je dobijeno korišćenjem PWM perifernog modula? - PWM signal je generisan u potpunosti u hardveru i blizak je idealnom. - Kašnjenje ulaska u PWM prekid ne remeti PWM signal! - CPU je osloboñena generisanja PWM signala i može se nečim drugim baviti - Programiranje je lako. Uobičajeno da proizvoñač µp objavi sw driver-e za svoje periferije (preko WEB, korisničko upustvo ili CD sa primerima). - Motor Control module poseduje dodatne funkcije koje je nemoguće realizovati programski, pri radu CPU. Na primer: - Trenutni prekid PWM signala u slučaju greške (Fault shut down). Prekid je trenutan, realizovan potpuno hardverski. Na slici pogona, logička nula na FLTA ulazu bi zaustavila generisanje PWM signala i postavila izlaz na neaktivan nivo. - Moguća je utiskivanje mrtvog vremena (deadtime) u radu dva komplementarna prekidača, funkcija od izuzetnog značaja za kontrolu naizmeničnih motora. - Moguće je PWM sinhronizacione impulse iskoristiti za trigger ADC konverzije. Šta je ovde loše? Mikroprocesor sa PWM jedinicom uobičajeno košta više od onog koji ne poseduje ovu periferiju ($0.5 skuplji). Za skoro sve primene to nije tako bitno! Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 40/30
Digitalno regulisani pogoni jednosmerne struje Merenja u pogonu
Merenja u dig. regulisanom dc pogonu 1) Merenje napona jednosmernog meñukola. Ukoliko želimo da ostvarimo tačan napon na motoru, moramo znati DC napon. Signal je analogan i neophodno je izvršiti njegovo galvansko odvajanje, prilagoñenje nivoa, i A/D konverziju. 2) Merenje struje motora. Osnovni razlog merenja struje je zaštita. Da bi zaštita bila brza i efikasna, uobičajeno je da se realizuje hardverski, primenom komparatora. Ukoliko je struja veća od maksimalne signal na izlazu komparatora menja vrednost i fault ulaz trenutno zaustavlja generisanje PWM signala. Struja se može i konvertovati na AD ulazu, i digitalno regulisati. Ovim je obezbeñena bolja kontrola momenta. 3) Merenje brzine. Potrebno za zatvaranje povratne sprege po brzini. Ukoliko se koristi dc tacho, analogni signal je neophodno odvojiti i naponski nivo prilagoditi ulaznu AD konvertora. Ukoliko se koristi inkrementalni enkoder, on generiše dva digitalna signala A i B koje treba brojati. Za obradu ovih signala postoji QE modul unutar uc, koji direktno izračunava brzinu i promenu položaja. Ove signale je takoñe neophodno odvojiti i prilagoditi im naponski nivo pre ulaska u dspic. Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 42/30
3.4. Merenja mehaničke brzine rotora 3.4. a) DC tachometar REF 5 ( ) K n( rpm) TG TG MAX TG Gain k ω TG k TG REF MAX TG TG ω MAX ω AD TG MAX ω TG ADC ADC result (mod 0) * TG ~ω REF 0 rpm 0 0 0 0 Gain ADC result (mod 3) *** ω MAX TGMAX 5 1023 0x7FE0 ω ω ADC dig _ rec dspic ADC result 15 0 ω ω MAX 2 N 1 00 mod0* 0000 00xx xxxx xxxx 10 mod2** xxxx xxxx xx00 0000 11 mod3** sxxx xxxx xxx0 0000 s- znak, ovde nula Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 43/30
3.4. Merenja mehaničke brzine rotora 4a.1. DC tachometar ω TG TG ~ω Gain REF 5 dspic ADC ADC result 15 0 ω TG ADC ADC result (mod 1) 0 rpm 0 0 0 0 ADC result (mod 2) mod1-0000 xxxx xxxx xxxx mod1-xxxx xxxx xxxx 0000 ω MAX TGMAX 5 1023 0x7FFF 2a.2. AC tachometar ω f TG (np TG /60) n r TG NF Filter + f TG ~ω T2CLK TMR2 - dspic 15 0 Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 44/30
3.4. Merenja mehaničke brzine rotora A f 3.4. a) AC tachometar nptg ( Hz) n( rpm) 60 TG ω TG 1 2 N NF Filter + f TG ~ω T2CLK TMR2-1 2 T CLK W TG dspic W NF 15 0 f (n-1)t 2 ftg nptg TMR n( ) f 60 f rpm merenja np TG 8 i T100 ms nt t merenja Brzina TMPR2 Greška brzine 100 rpm 1.33 75 rpm 3000 rpm 40 75 rpm T TMR2 T t T TG ~ 1/f TG TG f CLK f f CLK np 60 CLK TG TG np TG 8, T100 ms f clk 8MHz Brzina TMPR2 greška 100 rpm 4800000 2.08 e -7 3000 rpm 20000 0.00005 30000 rpm 2000 0.0005 1 n( rpm) Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 45/30
3.5. Merenja položaja i procena brzine rotora 3.5. a) Incremental encoder (1/3) Inkrementi položaja A dspic B index Quadrature Encoder Reset, definiše apsolutni položaj Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 46/30
3.5. Inkrement. enkoder -merenja položaja Inkrement ugla u radijanima n θm 2π N n θ m 2π 4N N broj impulsa po punom krugu (512, 1024, 5000) n broj prebrojanih impulsa u u odreñenom vremenskom intervalu. (ako je nn, napravljen je pun krug ) Uvećanja rezolucije enkodera za četiri puta θ ( rad) θ ( broj) 2π N n N A B UP A B+ A B + A B+A B DOWN A B+ A B + A B+A B B Ugao u radijanima i ugao kao broj N 2π θ rad) 2π ( 4x θ ( broj) 4N n 4N θ(rad) 2π π θ enc (broj) N N/2 UP slučaj 4N 2N θ DSP (broj) 0xFFFF 0x7FFF Praktičan trik: moduo brojaca N 0 t 0 0 Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 47/30 0
3.5. Inkrem. enkoder -procena brzine Procena srednje vrednosti i brzine u vremenskom periodu T dθ θ ( k) θ( k 1) ω ( rad / s) dt T θ n T n broj prebrojanih impulsa u T 2π 2π θ ili θ N 4N θk ( rad ) θ k 1 ( rad ) 2π θk ( broj ) θ k 1 ( broj) 2π ω ( rad / s) θk ( broj ) T 4N T 4NT ω 4NT 2π 4NT 4NT ( broj) ωref ( rad / s) nref ( rpm) nref ( rpm) 2π 60 2π 60 ref 2π 4NT ω( broj) N 512*4, T 100ms, za 1000 rpm, treba zadati 3413. N 512*4, T 10ms, za 1000 rpm, treba zadati 341. N 512*4, T 1ms, za 1000 rpm, treba zadati 34. i ova metoda loše radi ukoliko pristiže nedovoljan broj impulsa! Problem se može rešiti alternativnim metodama: Enkoder sa više impulsa, ali ovim se problem samo umanjuje, Merenje vremena izmeñu dva impulsa, Kombinovana metoda (najbolje rešenje), Observer brzine. Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 48/30
3.6. Merenja napona jednosmernog meñukola DC (t) 0, DC MAX dspic R 1 R 2 0, AD REF AD 0xFFC0 0x0000 Shift >> 1 0x7FE0 DC (kt) 0x0000 3.7k ADC _ IN DC ( ) 442k + 3.7k DC DC DC ( broj) ADC _ IN REF AD 0xFFC0 ( broj) ( broj) >> 1 ADC DC ( broj) 32736 MAX DC REF AD MAX DC 1 REF AD DC Maksimum napona? 340+10%? Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 49/30 ( ) REF AD MAX DC DC 0xFFC0 DC MAX DC 0xFFC0 napon ADC rez. DSP broj Format1.15 + MAX 0xFFC0 0x7FE0 približno +1 0 0 0 0
3.6. Merenja struje armature ± I MAX L E M AMP _ OFFSET 2. 2 ± LEM REF AD 5 Kako podesiti G AMP OFSET AMP _ GAIN AD 5.63 MAX 2 OP IN ADC _ NUMBER 0xFFC0 G REF AD I A[ A] ADC _ NUMBER 32736 + 32736 I MAX G LEM AMP REF LEM G 0, AD REF G AMP LEM dspic AD AD REF 0xFFC0 0x0000 0x7FE0 (OFSET) + - 0x7FE0 0x8020 Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 50/30 I A A [ A] LEM AD I [ A] [ A] + I REF AD 2 MAX MAX 2 65472 REF AD REF MAX LEM I I A I _ NUMBER Struja ADC rezultat Broj u DSP 1.15 format +I MAX 0xFFC0 0x7FE0 približno +1 -I MAX 0x0000 0x8020 približno -1 I [ A] MAX I I A A REF AD 2 + [ A] 32736 MAX REF AD 2 REF AD 2 I(kT) I I A [ A] MAX 65472 REF AD
3.6. Brojni opsezi struja i napona I _ NUM I I A [ A] 32736 MAX Struja Broj u DSP 1.15 format +I MAX 0x7FE0 približno +1 -I MAX 0x8020 približno -1 [ ] 32736 Napon Broj u DSP 1.15 format DC _ NUM + MAX 0x7FE0 približno +1 MAX Pored maksimalne moguće preciznosti, šta je ovde još dobro? 0 0x0000 0 [ A] DC [ ] P 32736 DC [ W ] 32736 I P _ NUM I _ NUM * _ NUM A I MAX uz (( 32736*32736) < 1) >> 16 32736 MAX P MAX Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 51/30
3.7. Regulator brzine diskretni PI regulator out K BRZINA_REF BRZINA Ki err + 1 z p 1 err + - out err K A p PI reg Poziciona forma diskretnog PI regulatora A K p K p, Ki out 1 K A i T z out [ 1 + K (1 z ) K ]err p + i + Diferencne jednačina K A i s out err Inkrementalna forma diskretnog PI regulatora upamćena pozicija novi inkrement Diferencne jednačina a PWM Gde god vidiš s ti 1 T z 1 posadi. I( kt ) I( kt T ) + K err( kt ) out( kt ) I( kt ) + K err( kt ) Inc( kt ) K Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 52/30 p p i [ err( kt ) err( kt T )] out( kt ) out( kt ) + Inc( kt ) out( kt ) out( kt ) + Inc( kt ) if out( kt ) > LIMIT if out( kt ) < LIMIT HIGH LOW + K err( kt ) out( kt ) LIMIT out( kt ) LIMIT i HIGH LOW
3.7. Regulator brzine diskretni PI regulator Matlab Inc ω R REF ω R + - z -1 + - K pω K iω + + + + PDC1(kT-T) _MAX _MIN PDC1 C-code err( kt) Inc K PDC1 PDC1 + Inc; if PDC1 > PWM if PDC1< 0 err( kt pω Novi inkrement upravljačke promenjive BRZINA _ REF [ err( kt) err( kt T) ] T) err( kt); BRZINA; + K iω err( kt); _ PERIOD PDC1 PWM PDC1 0; _ PERIOD; z -1 upamćena pozicija Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 53/30
3.8. Ukupan blok dijagram alg. programa Start glavnog prg. Prekid Timer 1 Inicijalizacija programski promenjivih Nakon ove init. MCM će početi sam da generiše PWM signal. Dozvoli i sledeći prekid Timer1 Timer1 definiše periodu digitalnog reg. brzine, 1ms Inicijalizacija Motor Control module 1) PTCON enable, set PWM clock. set mode 2) PTPER PWM_PERIOD 3) PWMCON2 updates enable 4) PDC1 0 ( počni sa 0 duty cycle) 5) PWMCON1 set PWMxH as PWM pin Čitanje ADC DC napon, struja armature Čitanje brzine sa DC tachometra Čitamo brzinu, 1ms Inicijalizacija Timer 1 (clock div, upis PWM perioda, dozvola rada start) Dozvola prekida Timer 1 Timer za PI reg brzine Kontrola rampe referentne brzine PI regulator brzine Računamo PI reg., 1ms Ostale aktivnosti u toku osnovne petlje (main loop). Rad sa raznim IO (display, ser. comm, tasteri..) main radi ostale stvari U pozadini, MCM pravi PWM!!! Upis novog faktora ispune PDC1FAKTOR_ISPUNE Return Ovde punimo PDC1, 1ms Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 54/30
3.9. C code za dc pogon upravljan po brzini Opis C koda (1) kod za inicijalizaciju µc (startup code). inicijalizaciju (podešavanje) sistemskih modula (clock div., FLASH memory, watchdog... ) inicijalizaciju perifernih modula (ADC, PWM module, UART, Encoder interface, Timer...), inicijalizaciju globalnih programskih promenjivih, Kada je sve podešeno, dozvoljavaju se potrebni prekidi i ulazi u mainloop. (2) Podešavanje rutina za inicijalizaciju pojedinih periferija (3) osnovna petlja (mainloop) dobija novu referencu brzine sa serijske veze, od PC računara (4) Prekidna rutina Timer 1 (period od 1 ms) čitanje brzine izvršenje dig. Zakona upravljanja upis novog faktora ispune Sam C kod treba direktno objasniti iz pdf datateke Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 55/30