电机驱动是一种用于控制电机运行的电子设备或模块。它们通常被用于各种应用中,从家用电器到工业自动化和机器人控制。
电机驱动是自动化和电动化应用中至关重要的组件,它们使电机能够按照要求进行精确的控制,从而实现各种运动、定位和转动任务。选择适当的电机驱动对于确保系统性能和可靠性至关重要。
电机驱动是一种用于控制电机运行的电子设备或模块。它们通常被用于各种应用中,从家用电器到工业自动化和机器人控制。
电机驱动是自动化和电动化应用中至关重要的组件,它们使电机能够按照要求进行精确的控制,从而实现各种运动、定位和转动任务。选择适当的电机驱动对于确保系统性能和可靠性至关重要。
Dialog最新可配置混合信号IC(CMIC)提供可配置逻辑,包含4个高驱动输出,非常适合12V电机应用
6月10日,Dialog半导体公司宣布,推出其首款电机驱动可配置混合信号IC(CMIC)SLG47105,该器件同时提供了可配置逻辑和可配置模拟的独特优势,具有高电压输出,采用小型2 x 3 mm QFN封装。
SLG47105是被广泛采用的Dialog GreenPAK产品系列的最新成员。该器件为设计工程师提供了更经济有效的一次非易失性存储器(NVM)可编程选项,有助于其在设计消费和工业电机应用时,同时集成数字和模拟系统功能,并大幅地减少外部元件的数量、减小电路板尺寸和降低功耗。
该最新器件能驱动两个有刷直流电机、单个步进电机、电磁阀或任何其他要求每个输出最高1.5A RMS电流的负载、以及最高13.2V的工作电压。除了过温、欠压、过流保护等标准的保护特性,SLG47105还包括可配置数字和模拟资源,有助于客户创建定制的保护和电机控制机制,如电流或电压调节、失速检测或电机软启动,以实现更高的系统可靠性和电池使用效率。
SLG47105提供的低功耗功能包括内部参考电压、上电复位、振荡器和更多先进的数字资源,如脉宽调制器。整颗芯片待机模式的电流消耗低至70nA,确保实现更长的电池续航能力。与今天行业中使用的分立方案相比,该器件可帮助降低整体解决方案的价格、减少物料清单(BOM)、缩小PCB尺寸,并实现更低的系统整体电流消耗。
Dialog半导体公司可配置混合信号业务部营销副总裁John McDonald表示:“为GreenPAK产品系列添加高电压功能打开了电机领域的巨大机遇。我们已累计出货近50亿颗CMIC芯片,该新产品将进一步加速GreenPAK在有刷和步进电机方面更广泛的应用,从工业应用到消费和智能家居应用。”
除了推出SLG47105,Dialog还推出了最新的GreenPAK Designer软件套件。之前的版本用GreenPAK Designer软件来配置、优化、仿真、测试和评估GreenPAK设计。现在GreenPAK Designer软件包含了更多仿真功能,包括外部元件:从分流电阻等被动元件到电机等更复杂的器件,使得全部GreenPAK产品系列的开发工作变得更快更简单。
SLG47105现已提供样品,并将于2020年下半年量产,针对SLG47105的包括有刷和步进电机的评估板现可通过Dialog’s GreenPAK线上商店订购。了解更多有关SLG47105信息,敬请浏览网页:www.dialog-semiconductor.com/products/slg47105 。
Dialog、Dialog标识和GreenPAK是Dialog半导体公司或其子公司的商标。所有其他产品或服务名称均为其相应拥有者的财产。Dialog半导体公司2020年版权拥有,保留所有权利。
关于Dialog半导体公司
Dialog半导体公司是推动物联网和工业4.0应用发展的领先集成电路(IC)供应商。Dialog的解决方案是今天众多领先移动设备和不断提升性能和生产力的推动技术中不可缺少的部分。使智能手机功率效率更高、缩短充电时间、实现对家电随时随地的控制、连接下一代可穿戴设备,Dialog数十年的技术经验和世界领先的创新实力将帮助设备制造商引领未来。
Dialog采用无晶圆厂运营模式,作为雇主积极承担社会责任,开展各项活动造福员工、社区、其他相关利益方和自然环境。Dialog 半导体公司总部位于伦敦附近,在全球设有销售、研发和营销办事处。2019年,Dialog实现了约14.2亿美元营业收入,并一直是发展最快的欧洲上市半导体公司之一。目前,公司在全球约有2100名员工。公司在德国法兰克福(FWB: DLG)证券交易所(Regulated Market, Prime Standard, ISIN GB0059822006)上市,其股票是德国TecDax技术股指数的成份股。
了解更多详情,敬请访问公司官网:www.dialog-semiconductor.com。
一些医疗检测仪器在检测时需要模拟人体温度环境以确保检测的精确性,本文以STM32为主控制器,电机驱动芯片DRV8834 为驱动器,驱动半导体致冷器(帕尔贴)给散热片加热或者制冷。但由于常规的温度控制存在惯性温度误差的问题,无法兼顾高精度和高速性的严格要求,所以采用模糊自适应PID控制方法在线实时调整PID参数,计算PID参数Kp、Ki、Kd调整控制脉冲来控制驱动器的使能。从simulink仿真的和实验结果来看模糊PID控制系统精度高、响应速度快,能达到预期效果。
温度参数是工业生产中常用的被控对象之一,在化工生产、冶金工业、电力工程和食品加工等领域广泛应用,在医疗检测设备中时常需要模拟人体温度进行成分检测。采用直流电机驱动芯片DRV8834驱动帕尔贴的制冷和加热过程。温度随时间的变化率和变化的方向不确定且可能大幅度的变化,要求系统的实际温度快速和精确地跟踪设定温度以满足加工工艺的要求。时间程序温度控制系统具有强烈的非线性、强耦合、大时滞和时变等特点,传统PID控制虽然算法简单易于实现且调整时间较快、精度较高,但是抗干扰能力不强,容易产生振荡;模糊PID不需要精确的数学模型,能较好的处理时变、非线性、滞后等问题,有很好的鲁棒性,响应速度快。
1 过程分析及常规控制方法
恒温控制系统具有制冷、加热等功能,箱体内的温度传感器DS18B20通过不断地检测温度,与设置的很定温度作比较,当室内温度低于设置温度值时,加热模块工作,使DRV 8834输出正向直流,驱动帕尔贴元器件,使其加热;当温度高于设置温度值时,使DRV8834输出反向直流,驱动帕尔贴元器件,使其工作在制冷功能。使室内温度在设定值范围内震荡,最终趋向于稳定。同时,控制系统将协调控制制冷和加热系统,以达到箱温波动值最小、高精度控温的目标。所以温度控制成为恒温控制系统的核心问题。
2 模糊PID温度控制系统的硬件电路设计
如图1,系统主要包括以下几个部分:
1)数字温度传感器:DS18B20是一种“一线总线”接口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比,它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器,实现温度的采集。
2)控制器:采用STM32模块和存储器构成,以其丰富的外部资源和高达72 MHz的主频完成大量的PID运算。
3)加热模块:采用驱动芯片DRV8834,是一款双路桥式步进器或者直流电机驱动器。由于加热器帕尔贴是由直流控制发热或者制冷,所以用DRV8834用作直流电机驱动器来驱动帕尔贴。
DRV8834能够驱动两个直流电机或者一个步进电机,每个H桥的电流输出为1.5 A,2.2 A峰值电流,所以用1.5 A电流驱动帕尔贴加热元器件。该器件提供了带有一个故障输出引脚的内部关断功能,此功能用于过流保护、短路保护、欠压闭锁和过热。另外,还提供了一种低功耗睡眠模式以节约电能和增加元器件使用寿命。
如图2,nSLEEP引脚控制驱动芯片的睡眠模式,低电平进入睡眠模式,由STM32的I/O控制;AOUT1和AOUT2为桥A的两个输出端,(这里接帕尔贴的两个输入端),并且在AOUT端串联一个0.1欧姆的电阻和1uH的电感来模拟直流电机负载;VREFO为参考电压的输出;AVREF和 BVREF通过滑动变阻器改变输入的电压,结合AISEN端的电阻设置斩波电流的输出,斩波电流计算公式:
斩波电流计算公式
3 模糊PID温度控制系统的软件设计
3. 1 模糊控制基本原理
模糊控制是以模糊集合理论、模糊语言及模糊逻辑为基础的控制,它是模糊数学在控制系统中的应用,是一种非线性智能控制。
本文在常规PID基础上,以温度反馈值与目标值的误差e和误差变化率ec作为输入,一方面送入模糊控制器用模糊推理的方法计算PID参数的调整系数,进行在线自整定,以满足不同e和ec对控制器参数的不同要求。
温度控制的软件设计主要包含3个部分:系统的初始化,模糊PID的计算,驱动电路的控制。其控制流程如图4所示。
3.2 模糊划分及模糊化
设温度偏差e的基本论域为[-30℃,+30℃],温度偏差变化率ec的基本论域为[-12,+12],输出u的基本论域为 [-0.4,+0.4],e、ec和u的语言变量E、EC和U,均划分为7个变量等级(NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB),各个变量的模糊论域范围为:
{E)={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6};
{Ec}={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6};
{U}={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}。
对于模糊控制器而言,温度偏差及其变化率都是精确输入量,为了对确定的精确量进行模糊化,必须把它们转换成模糊集合的隶属函数。由于三角形函数计算较简单、性能较好,输入/输出变量的隶属度函数都采用三角形分布。
3.3 模糊控制规则
确定模糊控制规则的原则必须是系统输出响应的动、静态特性达到最佳。当误差大或较大时,选择控制量以尽快消除误差为主;而当误差较小时,选择控制量要注意防止超调,以系统的稳定性为主要出发点。
本研究根据实际运行经验进行了试验、分析、归纳,并得出一系列控制规则为:
3.4 simulink的仿真对比
采用模糊自适应PID控制与常规PID控制作对比,体现出模糊自适应在温度控制方面的优越性。帕尔贴加热散热片可以看成是一个具有时滞特性的一阶惯性环节,其传递函数为:
其中k取4,τ取500,延时部分在simulink中串联一个Transport Delay模块,延时时间取3 s。
如图5,上半部分为模糊自适应PID控制,输入的信号通过迷糊控制器算出Kp、Ki、Kd的修正值,然后加上Kp、Ki、Kd的经验值来对传递函数起作用。下面半部分就为普通的PID控制。通过虚拟的示波器观察两种控制方法的控制效果。
红色曲线为普通PID控制的输出曲线,黄色曲线为模糊自适应PID控制的输出曲线,通过对比可以发现,传统的PID控制存在严重的超调,并在预期值上下震荡,调整时间长。模糊自适应PID控制很好的解决了这个问题,以最快的时间最小的超调达到系统稳定。
4 结束语
本次实验采用了常用的直流电机驱动器通过适当调整电路运用到半导体制冷器件上,电路简单成本也较低。软件设计上运用PID模糊控制有效的解决了温度控制的惯性和延迟问题,实验基于STM32控制器充分利用其固件库函数大大减少了开发周期,提高了效率。此系统可以运用在医疗设备、家用小电器等一些用到温度控制的场合中,具有一定代表性。
来源: 电子工程世界