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CONTROL DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC CON ENCODER
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CONTROL DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC CON ENCODER
1.
CONTROL DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC CON ENCODER FUNCIONAMIENTO: Primero se introduce las RPM deseadas utilizando un potenciómetro, cuya salida se ingresa al conversor análogo digital en la pata RA0. A través de la INTRB0 se cuentan los pulsos generados por el encoder (estos pulsos han sido duplicados previamente por un XOR). La interrupción por TMR1 nos permite tener un tiempo de muestreo de 100ms. Tomando en cuenta dicho tiempo y el número de pulsos, podemos calcular las RPM reales y el error. Los factores proporcionales de los u (k proporcional, k derivativo y k integrador) los hemos hallado experimentalmente, probando directamente en el motor y variándolos según se reduzca el error. Dado que u puede ser negativo, hemos visto necesario permitir un cambio en el sentido de giro para que el motor se estabilice más rápidamente; de lo contrario, o se demora mucho o nunca se estabiliza. También, hemos limitado tanto el u integrador como el total entre 0 y 255 para no llegar a errores infinitos y poder introducir el u en el PWM (MIKRO solo acepta un duty time entre 0 y 255). Finalmente, el proceso se repite indefinidamente haciendo el valor de RPM ingresado igual al valor de RPM del motor. Diagrama de bloques potencio metro (RPM) Control PID Generación de PWM Puente H Motor dc Int TIMER1 Int RBO PIC 16F877A XOR encoder
2.
DIFICULATADES Y ALTERNATIVAS DE SOLUCION Introducción de la referencia Inicialmente, quisimos introducir la referencia de RPM por teclado, se hizo el código y se simulo exitosamente en Proteus, pero la implementación de teclado en el entrenador de PIC’s falló. Intentamos modificar la librería del teclado para realizar un polling de 0’s, pero el MIKROC no permite modificar librerías. Luego, intentamos crear nuestro propio programa de exploración de teclado, el problema fue que este entraba en conflicto con los TMRs, por lo que desistimos de usar teclado. Nuestra segunda opción fue emplear la comunicación asíncrona (UART) del MIKROC. Al momento de probar el circuito real, la comunicación reseteaba en cada intento la computadora. Solo se podía probar por poco menos de un minuto, por lo que tuvimos que descartar esa opción. Para simplificar el código, esperando eliminar posibles problemas, decidimos introducir las RPM por un potenciómetro conectado al ADC. De esa manera pudimos introducir exitosamente la referencia e iniciar el programa. Control Los problemas principales fueron: La poca precisión de la lectura de las RPM, la falta de información técnica del motor para hallar los k, y el error elevado en estado estacionario. Para aumentar la precisión, utilizamos un XOR conectado a ambos canales del encoder para duplicar los pulsos. Las k, las tuvimos que encontrar por prueba y error. Utilizamos valores pequeños, alrededor de 1 y fuimos bajando hasta tener un error estable. A pesar de lo anterior, el error seguía siendo inaceptable. La solución a la que llegamos fue el de cambiar el control PD inicial por un control PID. De esta manera, llevamos el error estacionario a cero.
3.
CODIGO EN MIKROC unsigned short kp, RPMi1, RPMi2, RPMi3, RPMi4, ANencd; unsigned int RPMi=500; unsigned short cnd; unsigned short cnt; unsigned short x; unsigned short e=0; unsigned int AN; float errora=0; float derror=0; float u=0; float up=0; float ud=0; float ui=0; long int contador=0; int delay=0; //unsigned short kp = 2; //unsigned short kd = 3; float error=0; float ierror=0; char txte[14]; char txtu[14]; char txt[7]; unsigned int Pencd; unsigned long int fencd; float RPMr; float RPMm = 1600; // valor maximo de las revoluciones por minuto
4.
float RPM; float duty1; // recibe un valor decimal unsigned short duty; // lo convierte en entero // LCD module connections sbit LCD_RS at RD1_bit; sbit LCD_EN at RD3_bit; sbit LCD_D4 at RD4_bit; sbit LCD_D5 at RD5_bit; sbit LCD_D6 at RD6_bit; sbit LCD_D7 at RD7_bit; sbit LCD_RS_Direction at TRISD1_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISD3_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISD4_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISD5_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISD6_bit; sbit LCD_D7_Direction at TRISD7_bit; // End LCD module connections interrupt(){ if(INTCON.INTF==1){ // int por RB0 contador++; INTCON.INTF=0; } if(PIR1.TMR1IF==1){ T1CON.TMR1ON=0;
5.
TMR1H=0x0B; //100ms TMR1L=0xDB; T1CON.TMR1ON=1; fencd=contador/10; // frecuencia del encoder en kHz RPMr = 1.5*contador; // RPM reales segun encoder contador=0; AN=ADC_Read(0); RPMi=(AN*RPMm)/1023; errora=error; error= RPMi+‐1*RPMr; // calcula el error cada 10ms(tiempo de muestreo) derror=(error+‐1*errora)/0.1; ierror=ierror+0.05*(error+errora); up=0.2*error; ud=0.02*derror; ui=1*ierror; if(ui>=255) ui=255; u=up+ud+ui; if(u>=0){ PORTB.F1=1; PORTB.F2=0; } else{ PORTB.F1=0; PORTB.F2=1; u=‐u; } if(u>=255) u=255;
6.
PWM1_Start(); // enciende el PWM duty=u; PWM1_Set_Duty(duty); // establece el duty PIR1.TMR1IF=0; } } Port_init() { // inicializa puertos TRISC.F2=0; // Port C salida PORTC.F2=0; // PWM es inicialmente cero TRISA.F0=1; // Entrada ADC para la realimentación PORTB=0; TRISB=1; ADCON1 = 142; // Configure AN0 pin as analog PORTD=0x00; TRISD=0b00000101; } Inte_init(){ INTCON.GIE=1; INTCON.PEIE=1; OPTION_REG=0X87; TMR1H=0x0B; //100ms TMR1L=0xDB; T1CON=0b00100001; INTCON.INTE=1; //habilita la int por RB0
7.
PIE1.TMR1IE=1; } void main() { cnt = 0; // Reset counter cnd = 1; Port_init(); Lcd_Init(); // Initialize Lcd Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // Cursor off PWM1_Init(5000); // inicializa el PWM y establece una frecuencia de 5kHz ADC_Init(); Inte_init(); error=0; while(1) { Lcd_out(1, 1, "RPMref= "); IntToStr(RPMi, txt); Lcd_Out_Cp(txt); // introduce el valor de RPM en el uC Delay_ms(10); Lcd_Out(2, 1, "RPMreal= "); FloatToStr(RPMr, txte); Lcd_Out_Cp(txte); // imprime los millares // Muestra las RPM en el LCD Lcd_Out_Cp(" "); } }
8.
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