Расчет системы управления электропривода

Расчет системы управления электропривода

Задание на курсовую работу

В данной курсовой работе необходимо выполнить расчет системы управления электропривода, разработать функциональную и принципиальную схемы, составить программу работы системы на Ассемблере, описать ее и реализовать на лабораторном стенде. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

Параметры выбранного шагового двигателя приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Каталожные данные двигателя FL42STH47-0406A²

Оглавление

1. Функциональная схема

. Выбор типа управляющего устройства

. Разработка и описание принципиальной схемы системы управления

.1 Выбор требуемых источников питания

.2 Выбор силовых ключей

.3 Выбор коммутационной аппаратуры, элементов управления и индикации

.4 Составление принципиальной схемы системы

. Расчет временных диаграмм работы элементов системы

. Разработка программы управляющего устройства (для контроллера atmega8535)

.1 Описание выбора и расчета элементов программы

.2 Листинг программы

Библиографический список

1. Функциональная схема

Рисунок 1 - Функциональная схема системы управления

.1 Описание функциональной схемы

Младшие четыре бита порта «A» микроконтроллера устанавливаем на ввод сигналов с тумблеров:

РA0 - «разрешение»;

РA1, РA2, РA3 - на задание скоростей.

Младшие четыре бита порта «B» микроконтроллера устанавливаем на управление обмотками ШД:

РB0 - А+;

РB1 - В+;

РB2 - А-;

РB3 - В-.

Весь порт «D» определим на вывод на сегменты индикаторов.

Младшие биты порта «С» микроконтроллера - на вывод на катоды индикаторов:С0 - HG1;С1 - HG2;- HG3.

2. Выбор типа управляющего устройства

В соответствие с функциональной схемой количество входов-выходов

равно 19. В качестве управляющего устройства был выбран микроконтроллер ATmega8535 фирмы Atmel. Его технические данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические данные ATmega8535

Рисунок 2 - Назначение выводов микросхемы

Назначение выводов:- сброс микроконтроллера;- напряжение питания;- общий провод;, XTAL2 - подключение кварцевого резонатора;- аналоговое питание для АЦП;- внешний источник опорного напряжения для АЦП;…PA7 - Выводы порта А;…PB7 - Выводы порта B;…PC7 - Выводы порта C;…PD7 - Выводы порта D.

Альтернативные функции выводов:СK - внешний тактовый вход интерфейса USART;, T1 - входы таймеров Т0, Т1;, OC1A, OC1B, OC2 - выходы таймеров Т0, Т1, Т2;- вход захвата таймера Т1;, INT1, INT2 - входы внешних прерываний;, AIN1 - входы аналогового компаратора;- сетевой режим по интерфейсу SPI;- выход интерфейса SPI;- вход интерфейса SPI;- тактовый вход интерфейса SPI;, TXD - вход и выход USART;, SDL - линии последовательной передачи данных и тактовых импульсов по шине I2C;, TOSC1 - выводы подключение часового резонатора 32768 Гц;…ADC7 - каналы АЦП.

3. Разработка и описание принципиальной схемы системы управления

.1 Выбор требуемых источников питания

Произведем расчет тока, потребляемого индикаторами. В данной работе используется 3 индикатора, в каждом по 7 светодиодов. Ток светодиода 10-12 мА, следовательно, ток, необходимый для полной индикации равен

_инд=3·7·(10..12)= 210… 252 мА.

Напряжение питания микроконтроллера +5 В. Следовательно, мощность, потребляемая индикаторами

_инд=U_пит·I_пит=5·(0,21…0,252)=1,05…1,26 Вт. (1)

По мощности, напряжению питания и току выбираем источник питания -5, приведем его технические параметры в таблице 4.

Таблица 4 - Технические параметры источника питания PS-05-5

Выберем источник питания для силовых ключей.

Для симметричного управления напряжение источника питания равно

_{ист.пит}≥I_ф·R_ф,                                                                                                                                             (2)

где I_ф - рабочий ток;_ф - активное сопротивление фазы выбранного шагового двигателя.

U_{ист.пит}=I_ф·R_ф=0,4·30=12 В;

_{ист. пит.}≥ U_{ист.пит}·I_ф;  (3)

_{ист.пит}·I_ф =12·0,4=4,8 Вт.

По найденным значениям напряжения и мощности выбираем источник питания PS-05-12. Его технические данные приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Технические параметры источника питания PS-30-12

3.2 Выбор силовых ключей

Произведем выбор исходя из условий

где k₃=2..10.

В качестве силовых ключей был выбран полевой транзистор с изолированным затвором и n-каналом IRLML2402, технические параметры которого приведены в таблице 6, а схема - на рисунке 3.

Таблица 6 - Технические параметры полевого транзистора IRLML2402

Рисунок 3 - Схема полевого транзистора с изолированным затвором

3.3 Выбор коммутационной аппаратуры, элементов управления и индикации

В данной работе для задания скоростей и сигнала разрешения используются тумблеры. Выбираем тумблер МТ1. Технические параметры данного тумблера представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Технические параметры тумблера МТ1

Для индикации выходных сигналов был выбран семисегментный индикатор фирмы Kingbright BC56-11HWA. Его схема приведена на рисунке 4, а технические параметры представлены в таблице 8.

Рисунок 4 - Схема семисегментных индикаторов BC56-11HWA

Таблица 8 - Технические параметры семисегментного индикатора BC56-11HWA

3.4 Составление принципиальной схемы системы

Выбор резисторов

Выберем резисторы для ограничения тока, протекающего через семисегментный индикатор. Выбор произведем, исходя из выражения:

Р = (U - U_свд)·I;

Р = (5 - 2)·10·10^-3 = 0,03 Вт.

Тогда сопротивление выбираемого резистора равно:

Ом.

Выбираем резистор 0201 - 300 J фирмы Faithful Link Industrial, технические параметры которого приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Технические характеристики постоянного резистора 0201 - 300 J

Выбор конденсаторов

На выходе источника питания устанавливаем фильтр, состоящий из параллельно соединенных электролитического и керамического конденсаторов.

Выбираем электролитический конденсатор TREC с диэлектриком SR на выход источника питания в 5 В для питания семисегментного индикатора. Технические данные приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Технические данные электролитического конденсатора

управление электропривод

Выбираем керамический конденсатор с диэлектриком X7R фирмы SYFER на выход источника питания в 5В. Также выбранный керамический конденсатор будем использовать в активном фильтре первого прядка, установленном на входе микроконтроллера, для устранения паразитных емкостей, но только меньшей емкости (15 пФ).

Технические данные занесены в таблицу 11.

Таблица 11 - Технические данные керамического конденсатора

4. Расчет временных диаграмм работы элементов системы

В данном случае схема - униполярная, режим - симметричный, а это значит, что в каждый момент времени включено одно управляющее устройство. Временные диаграммы работы элементов исходной системы представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Временные диаграммы напряжений на обмотках шагового двигателя

5. Разработка программы управляющего устройства (для контроллера ATmega8535)

.1 Описание выбора и расчета элементов программы

В данной работе производится управление шаговым двигателем с дискретным изменением скоростей n=1/2/4/8/100/200/400 об/мин.

Младшие четыре бита порта «A» микроконтроллера устанавливаем на ввод сигналов с тумблеров:

РA0 - «разрешение»

РA1, РA2, РA3 - на задание скоростей:

- 1 об/мин

- 2 об/мин

- 4 об/мин

- 8 об/мин

- 200 об/мин

- 400 об/мин

Младшие четыре бита порта «B» микроконтроллера устанавливаем на управление обмотками ШД:

РB0 - А+

РB1 - В+

РB2 - А-

РB3 - В-

Порт «D» определим на вывод на сегменты индикаторов:

PD0 - сегмент «А»- сегмент «В»- сегмент «С»- сегмент «D»- сегмент «E»- сегмент «F»- сегмент «G»- сегмент «H»

Младшие биты порта «С» микроконтроллера - на вывод на катоды индикаторов:

С0 - HG1С1 - HG2- HG3

В данной работе было использовано два таймера по переполнению Т1 и Т2. Таймер Т1 используется для задания скоростей, а таймер Т2 для динамической индикации.

Произведем расчет начальных значений таймеров и коэффициента предделителя.

Остальные соотношения сведены в таблицу 12.

Таблица 12 - Соотношения скоростей и частот

Для задания скоростей в данной работе был выбран таймер по переполнению Т1.

) 1 об/мин

 (4)

Принимаем К_дел=1024 (TCCR1B=0x05)

Тогда

 (5)

или TCNT1L=0xBF, TCNT1H=0xF6.

) 2 об/мин

По формуле (4) TCNT1=64350 или TCT1L=0x5E, TCNT1H=0xFB.

) 4 об/мин

По (5) TCNT1=64943 или TCT1L=0xAF, TCNT1H=0xFD.

об/мин

По (5) имеем TCNT1=65239 или TCT1L=0xD7, TCNT1H=0xFE.

) 100 об/мин

По (5) имеем TCNT1=65511 или TCT1L=0xE7, TCNT1H=0xFF.

) 200 об/мин

По (5) имеем TCNT1=65523 или TCT1L=0xF3, TCNT1H=0xFF.

) 400 об/мин

По (5) имеем TCNT1=65529 или TCT1L=0xF9, TCNT1H=0xFF.

Рассчитаем значение частоты для таймера Т2 по формуле

Выберем значение К_дел=64 (ТССR2=0х04), а ТСNТ2=0. Тогда частота таймера Т2:

5.2 Листинг программы

.include"m8535def.inc"

.cseg

.org 0 reset

.org 4;вектор прерывания Т2 T2

.org $008 ;вектор прерывания Т1T1;по переполнению

.org $20

.def vhod=r19

.def star=r20

.def ml=r21

.def obmotka=r22

.def hg=r23

.def smesh=r24

reset:r16,$5F;инициализация стекаspl,r16r16,$2sph,r16

ldi r16, $FF r17 DDRA, r17;порт В на вход     PORTA, r16; подтягиваем резисторыDDRС, r16                                  DDRB, r16DDRD, r16; порты B,С и D на выход

; инициализация таймера T2r16,0;остановка Т2TCCR2,r16TCNT2,r16;f=490 Гцr16, $04; К_дел=64 TCCR2,r16r16,$40;разрешение прерываний по переполнению Т1 и Т2TIMSK,r16

;инициализация Т1 r16,0 r17,$FFTCCR1A,r16; остановка таймера Т1TCCR1B,r16TCNT1L, r16TCNT1H, r17r16,0x05TCCR1B,r16r16,0x44; разрешение прерываний по переполнению Т1 и Т2TIMSK,r16

ldi r31,2obmotka, $01hg, $01 smesh;глобальное разрешение

main: vhod, PINA; в зависимости от состояния входа задаем скоростьvhod,$0F

cpi vhod,3skor1vhod,$05skor2vhod,$07skor3vhod,$09skor4vhod,$0Bskor5vhod,$0Dskor6vhod,$0Fskor7:star,$FFr30,0

rjmp main

skor1:r30,3star, $F6ml,$BFmain :r30, $06star, $FBml,$5Emain :r30, $09star, $FDml,$AFmain :r30, $0Cstar, $FEml, $D7main :r30, $0Fstar, $FFml, $E7main :r30, $12star, $FFml, $F3main :r30, $15star, $FFml, $F9main

T1:

out TCNT1L, ml

out TCNT1H, star

clcPINA,0; если нет «разрешения» (0-ой бит порта А) прыгай на меткуm2vhod,1;если скорость не задана прыгаем на меткуm2obmotkaobmotka, $10met1obmotka,1:PORTB, obmotka:r26PORTB,r26:hg, $08;перейти, если не равноmet2hg,$01smesh;очистка смещения:

add r30, smesh;задаем адрес цифры во FLASHPORTD, r0;выводим код цифры на индикаторыPORTC, hg;задаем нужный катод индикатора

clcsmesh;инкрементируем смещениеhg;сдвигаем влево номер индикатора

.org $100                                             ;значение адреса

.db 0x3F,0,0,0x06,0,0,0x5B,0,0,0x66,0,0,0x7F,0,0,0x3F, 0x3F, 0x06,0x3F, 0x3F, 0x5B, 0x3F, 0x3F, 0x66; запись кодов цифр во ФЛЕШ

;«0» - 0,0,0x3F

; «1» - 0,0,0x06

; «2» - 0,0,0x5B

; «4» - 0,0,0x66

; «8» - 0,0,0x7F

; «100» - 0x06,0x3F,0x3F

; «200» - 0x5B,0x3F,0x3F     

; «400» - 0x66,0x3F,0x3F      

Библиографический список

1 Хусаинов, Р.З. Программирование микроконтроллеров ATmega8535: методические указания к выполнению лабораторных работ/ Р.З. Хусаинов, В.Б. Садов. - Челябинск: Учебная техника - Профи, 2009 - 125 с.

2 <http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlml2402.pdf>

<http://samou4ka.net/tag/ATmega8535>

<http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/atmega8.htm>

<http://www.symmetron.ru/suppliers/resistors1/passive09-resistors-smd.pdf>

<http://www.efind.ru/icsearch/?search=0603%2010>

<http://www.syfer.apls.ru/about_syfer.html>