Diseño de soluciones y preparación de selección.
En el control industrial, los servocontroladores son cruciales para accionar motores en aplicaciones que requieren un posicionamiento y control precisos. Este enfoque es particularmente adecuado para aplicaciones que exigen un control preciso de la rotación del motor o el movimiento del equipo a posiciones específicas. Es esencial tener un conocimiento profundo de los principios del control de la transmisión antes de embarcarse en el proceso de selección.
Necesitamos generar una forma de onda PWM y emitir una señal DIR. Elegir un modelo de servocontrolador adecuado, como la serie T3a/T3L, ofrece una importante ventaja de costo-rendimiento. La forma de onda PWM se puede implementar mediante temporizadores avanzados (como TIM1/TIM8), que admiten salida complementaria y control de tiempo muerto-, lo que los hace ideales para controlar puentes H-. Además, la señal de retroalimentación del codificador se puede obtener utilizando TIM2/TIM3/TIM4/TIM5 para leer la señal ABZ del codificador incremental.
Implementación del algoritmo de servoaccionamiento y generación de formas de onda PWM
La frecuencia PWM normalmente se selecciona entre 10 y 20 kHz para evitar ruidos audibles y reducir las pérdidas de conmutación. Para la generación de formas de onda PWM, podemos inicializar fácilmente el temporizador TIM utilizando la herramienta cubemx. A continuación se muestra un ejemplo de un fragmento de código de inicialización de PWM, tomando como ejemplo el canal 1 de TIM1:
htim1.Instancia=TIM1;
htim1.Init.Prescaler=0;
htim1.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;
htim1.Init.Period=8399; // Establece la frecuencia PWM en 20 kHz.
htim1.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse=0; // El ciclo de trabajo inicial se establece en 0%
sConfigOC.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
Discutiremos la implementación del algoritmo de servocontrol. El servocontrol suele basarse en una estrategia de control de tres-bucles de posición, velocidad y corriente. Esta estrategia garantiza que el sistema pueda controlar con precisión el servomotor en función de la retroalimentación de la posición, la velocidad y la corriente.
El controlador PID realiza control proporcional, integral y derivativo mediante cálculo de errores para generar una señal PWM. En una interrupción del temporizador, leemos la posición del codificador, calculamos el error y llamamos a la función PID_Update para actualizar los controladores de posición y velocidad. Finalmente, según el comando actual, el ciclo de trabajo de la señal PWM se ajusta para lograr un control preciso del servomotor.
Al ajustar parámetros clave, es necesario considerar exhaustivamente las características dinámicas, la estabilidad y los requisitos de velocidad de respuesta del sistema:
- Ajuste de parámetros del bucle de posición: Primero, ajuste gradualmente Kp hasta que el sistema comience a exhibir ligeras oscilaciones, luego configúrelo al 60% del valor crítico para garantizar la estabilidad del sistema y la velocidad de respuesta.
- Consideraciones de diseño del bucle de velocidad: el ancho de banda del bucle de velocidad generalmente se establece entre 5 y 10 veces mayor que el del bucle de posición para garantizar un control de velocidad rápido y preciso.
- Procesamiento del bucle actual: el bucle actual suele tener la velocidad de respuesta más rápida y, en la mayoría de los casos, este procesamiento lo maneja automáticamente internamente el servocontrolador.
Durante el proceso de diseño de hardware y software, es esencial considerar e implementar medidas para abordar diversos factores de interferencia potenciales para garantizar la estabilidad y confiabilidad del sistema. En la fase de diseño de PCB, es crucial garantizar una separación efectiva de la fuente de alimentación del motor y la señal de tierra, empleando un método de conexión a tierra de un único-punto. Además, se deben utilizar cables de par trenzado-o blindados para las líneas de señal PWM para mejorar las capacidades anti-interferencias de la señal. Para la entrada de señal del codificador, se recomienda un circuito de filtro RC (como una combinación de una resistencia de 100 Ω y un condensador de 100 pF) para filtrar el ruido.
En el diseño de software, se debe prestar especial atención a la eliminación de ruido de las lecturas del codificador. Se recomienda un algoritmo de filtrado de media móvil para minimizar el impacto del ruido en el rendimiento del sistema.
Construyamos su servosistema