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viernes, 7 de febrero de 2014

Control de Motor 24VDC con PWM - Part I

Después de realizar varios tipos de controladores (difuso, pid con Pic, pid con PC, VHDL, etc) para motores DC  en el transcurso de la carrera para laboratorios de algunas materias o simplemente para vagar, es hora de compartir algo de esto, aunque nadie lo pidió creo que les servirá a muchos.

Motor:

Por el poco acceso a motores DC muchos acuden a comprar uno de un chatarrero, estos motores generalmente son de 24V, y vi que muchos estudiantes los utilizan con 5 volts perdiendo toda la potencialidad del motor, por tal motivo diseñe controladores para motores de 24 volts, por tal motivo es necesario controlar este tipo de motores que son muy económicos.

Como se observa este es el diagrama general para controlar un motor DC. Se puede observar los siguientes elementos:
  • Referencia: Se utilizara una fuente de voltaje de referencia de 0 a 18v. 
  • Pre-compensador: que sera para adaptar la señal de voltaje que es muy alta para que esta alimente directamente al PIC. Este reducirá la amplitud de 18v a 5 voltios máximo. esta pensado para 18v referencia por que se considera grandes picos (24v) en la señal de control que llega al motor.
  • Micro-controlador: utilice en toda la carrera el 16f876a  asi que con ese trabaje, aunque puede ser mejor trabajar con el 18f4550.
  • Puente H: que es la etapa de potencia. En esta parte se utiliza transistores o algun integrado que realiza esta acción.
  • Motor: de 24V. 3800 RPM
  • Disco: ranurado acoplado al motor.
  • Opto-interruptores: 2 sensores A-B desfasados 90º.
  • C F-V: conversor frecuencia voltaje.
  • Sentido de giro: Un arreglo con FF-D para detectar el sentido de giro. 
  • 2 lineas de realimentacion.
A continuación se detallara los elementos de mayor relevancia, y simulaciones si así las tuviera.
Pre-Compensador
Para reducir la amplitud del voltaje de referencia a un nivel logico 0v - 5v 
descarga esta simulación aqui y el programa aqui

Micro-Controlador
Esquema utilizado con el 16F876A, considerar que la alimentación VDD debe de ser un voltaje estable, que que ese sera el voltaje de referencia del conversor A/D.
Considerar la adaptación de señales, con la frecuencia del PWM generado por el PIC es de 1250Hz y que la lectura A/D es de 10bits. ademas que el voltaje producido por el conversor analogo digital tiene offset y un voltaje máximo de 4.45v de salida, según el esquema que utilizo para medir frecuencias (bloque que se lo presentara mas adelante) . 
Descargar el documento donde se aprecia el criterio que se utilizo para adaptar las señales aqui

Puente H
Primer Layout

Segundo Layout
Tercer Layout

Cuarto Layout


Como se Aprecia hay varias maneras de realizar la etapa de Potencia, se escogerá el que sea adecuado a nuestro motor, esta etapa es la mas importante al momento de controlar motores de mayor potencia.
Para mayores potencias se debe de rediseñar el puente H según lo requiera el motor y la aplicación.
Observece que el control con PWM en el puente H se lo puede realizar de varias maneras (enable, habilitadores, entradas, etc).

En nuestra siguiente entrega analizaremos las otras secciones del sistema, ademas del codigo para el control PID con PIC.

Gratos saludos

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