Thiết kế điều khiển ổ đĩa IR2110 và triển khai DSP của động cơ DC
Với sự phát triển của công nghệ điện tử công suất và vật liệu nam châm vĩnh cửu mới, động cơ DC được đặc trưng bởi tính tuyến tính tốt và hiệu suất điều khiển tuyệt vời trong hầu hết các hệ thống điều khiển chuyển động tốc độ thay đổi và hệ thống điều khiển servo vòng kín (như robot, công cụ máy chính xác, điện tử ô tô, đồ gia dụng). Được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết bị điện và các quy trình công nghiệp.
Hiện nay, số hóa điều khiển động cơ DC đã trở thành xu hướng chủ đạo và các thuật toán điều khiển động cơ hiệu suất cao chủ yếu được thực hiện bởi chip điều khiển chính. Với sự xuất hiện của bộ xử lý tín hiệu số đa chức năng (DSP) tốc độ cao, các động cơ phức tạp hơn được chế tạo. Chiến lược kiểm soát được thực hiện. Trong bài báo này, TMS320F28335 là chip điều khiển chính, IRF530 là chip lái xe và IR2110 là chip điều khiển lái xe. Thiết kế điều khiển lái cầu H được áp dụng cho động cơ DC. Kiểm soát này đã đạt được kết quả tốt và có giá trị sử dụng cao.
Nguyên lý 1, động cơ DC
2, thiết kế mạch phần cứng
Ý tưởng tổng thể của thiết kế mạch phần cứng là: sử dụng sóng PWM để điều khiển công tắc K1, K4 và K2, K3 trong Hình 1 để điều khiển tiến và lùi của động cơ, và thay đổi chu kỳ làm việc của sóng PWM để tạo ra động cơ nhận điện áp khác nhau. Qua đó kiểm soát tốc độ của động cơ.
2.1, sự lựa chọn của các thành phần chuyển đổi
Phần tử chuyển mạch có thể được chọn từ một bóng bán dẫn lưỡng cực hoặc bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Do FET công suất là thành phần được điều khiển bằng điện áp, nó có các đặc tính của trở kháng đầu vào lớn, tốc độ chuyển mạch nhanh, không bị hỏng thứ cấp và tương tự, và có thể đáp ứng các yêu cầu của hành động chuyển đổi tốc độ cao. Trong thiết kế này, cả bốn thiết bị chuyển mạch đều sử dụng ống MOSF công suất loại tăng cường kênh N của IRF530, có dòng xả 14A và có thể chịu được dòng xung 49A. Điện áp tối đa là 100V, và điện trở của nó không quá 0,16Ω. Đáp ứng yêu cầu ổ đĩa.
2.2, sự lựa chọn của thiết bị ổ đĩa cổng MOSFET
IR cung cấp nhiều loại IC điều khiển cầu, điển hình là IR2110. Con chip này là một mô-đun trình điều khiển tích hợp nguyên khối cho các thiết bị điện hai kênh, điều khiển cổng, điện áp cao, tốc độ cao. Công nghệ chuyển đổi mức tích hợp cao trong chip giúp đơn giản hóa rất nhiều yêu cầu điều khiển của thiết bị nguồn cho các mạch logic. Cải thiện độ tin cậy của mạch ổ đĩa. Đặc biệt, ống phía trên được cung cấp năng lượng bởi một tụ điện bootstrap bên ngoài, giúp giảm đáng kể số lượng nguồn năng lượng lái xe so với các trình điều khiển IC khác. Thiết kế này sử dụng IR2110 của IR làm chip điều khiển.
2.3, sự lựa chọn tần số chuyển đổi
Tần số của sóng PWM sẽ ảnh hưởng đến việc động cơ có thể tạo ra mô-men xoắn cực đại và độ trơn của mô-men xoắn hay không. Các mô-men xoắn tối đa chủ yếu được xem xét ở đây. Để có được mô-men đầu ra tối đa, cần phải biết hướng của cực rôto, nghĩa là xác định vị trí của rôto, có thể bỏ qua cho động cơ DC nhỏ của thiết kế này. Để tránh tiếng ồn tương đối lớn từ động cơ, tần số sóng PWM phải nằm ngoài phạm vi của sóng âm càng nhiều càng tốt. Mặt khác, do tính chất cảm ứng của cuộn dây động cơ, tần số càng cao, phản ứng cảm ứng càng lớn và tần số càng cao sẽ gây ra mô-men xoắn của động cơ. Trở nên nhỏ hơn [9]. Sau khi phân tích và so sánh, tần số động cơ cuối cùng được xác định trong bài báo này là 250Hz. Mặc dù có một tiếng ồn tần số thấp nhất định, hiệu ứng mô-men xoắn đầu ra là rất tốt.
2.4, sự lựa chọn của bộ điều khiển
Hiện tại, có nhiều cách để tạo ra sóng PWM, có thể được tạo ra bởi một chip tạo sóng đặc biệt hoặc bởi một bộ vi điều khiển (chẳng hạn như một máy vi tính chip đơn, ARM, DSP, FPGA, v.v.). Trong bài báo này, vi điều khiển sử dụng DSP loại TMS320F28335 của TI, là phần cốt lõi của toàn bộ hệ thống điều khiển. Hiệu suất của nó quyết định sự ổn định của toàn bộ hệ thống phần cứng. TMS320F28335 là DSP điểm nổi 32 bit với tần số làm việc 150 MHz và 12 đầu ra PWM. 6 trong số đó là các kênh PWM có độ chính xác cao, lý tưởng cho việc điều khiển động cơ.
2.5, thiết kế tổng thể của mạch điều khiển ổ đĩa
Theo sự lựa chọn của các thành phần chính ở trên, sơ đồ mạch của phần cứng điều khiển ổ đĩa được thể hiện trong hình. 3 được thiết kế.
Sóng PWM được tạo ra bởi PWM của DSP và sau đó được gửi đến bộ ghép quang TLP521 thông qua điện trở R5 180 ohm. Do tần số PWM của thiết kế này không cao, bộ ghép quang phổ biến TLP521 đã đáp ứng các yêu cầu.
3, kiểm tra mạch
Kết quả kiểm tra tổng thể cho thấy động cơ DC chạy trơn tru và điều khiển chính xác, đáp ứng các yêu cầu thiết kế.
Trong bài báo này, toàn bộ thiết kế quy trình điều khiển ổ đĩa cầu H được áp dụng cho động cơ DC. Chip MOSFET điện IRF530 được sử dụng làm thành phần chuyển mạch. IR2110 được sử dụng làm điều khiển ổ đĩa cổng MOS MOS. Tín hiệu PWM được tạo bởi DSP và được gửi đến IR2110 thông qua bộ điều khiển quang và điều khiển logic. Điều khiển nổi của điện áp lái trên cánh tay được thực hiện thành công, và điều khiển dừng khởi động và điều khiển lùi có thể được thực hiện thuận tiện, và động cơ chạy trơn tru và tốt, và mục đích thiết kế đã đạt được. Mạch điều khiển ổ đĩa được trình bày trong bài viết này cũng phù hợp cho các ứng dụng tương tự khác, và có giá trị tham khảo thực tế lớn.
