Библиографическое описание:

Емельянов А. А., Бесклеткин В. В., Прокопьев К. В., Мальцев Н. В., Бурхацкий В. В., Ситенков А. А., Авдеев А. С., Габзалилов Э. Ф. Программирование отдельных элементов САР скорости в Arduino // Молодой ученый. — 2016. — №9. — С. 32-38.



Эта работа необходима для методических указаний к выполнению студентами лабораторных и практических работ по дисциплине «Системы управления электроприводов» в разделе «Векторное управление асинхронными двигателями». В основе этой статьи лежит работа [1]. Целью данной работы является загрузка математической модели, собранной в Matlab-Simulink, в микроконтроллер ATmega2560 (Arduino).

Развернутая схема отдельных элементов САР скорости [1] дана на рис. 1.

Под каждым элементом развернутой схемы САР скорости указаны его номер и название.

Рис. 1. Развернутая математическая модель части САР скорости при программировании в Matlab-Simulink – Arduino

Задание на скорость формируется в Signal Builder (рис. 2).

Рис. 2. Задание на скорость

Математическая модель регулятора скорости (номер 1) дана на рис. 3.

Рис. 3. Регулятор скорости

Регуляторы тока по проекциям x и y даны на рис. 4 и 5.

Рис. 4. Регулятор статорного тока по проекции х: ПИ-РТх

Рис. 5. Регулятор тока по проекции y: ПИ-РТy

Преобразователи координат на развернутой схеме САР скорости даны под номерами 4 и 5 и и приведены на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Преобразователь координат: x, yα, β

Рис. 7. Преобразователь координат: α, β a, b, c

Математическая модель нуль-органа (номер 7) вместе с генератором пилообразного напряжения GPN (номер 6) даны на рис. 8 и 9.

Рис. 8. Математическая модель нуль-органа

Рис. 9. Генератор пилообразного напряжения (GPN)

Блок Analog Input (рис. 10) измеряет напряжение аналогового входа относительно опорного напряжения на Arduino. Включение данного блока в схему позволяет регулировать частоту задающих сигналов напряжения внешним резистором, расположенным на монтажной плате.

Pinnumber в параметрах блока обозначает номер аналогового входного контакта.

Sample time – указывает, как часто будут происходить измерения аналогово входа, в секундах. По умолчанию это значение принимает 0. В данной модели установлено минимальное значение 0.000001 секунды.

Рис. 10. Блок Analog Input

Блоки PWM (ШИМ) подают сигналы с нуль-органов на соответствующие выходы Arduino. Вид блока в библиотеке представлен на рис. 11.

Рис. 11. Блок PWM

Для того чтобы были доступны блоки PWM, необходимо иметь Matlab версий R2012, R2013 или R2014.

Процесс установки библиотеки Arduino в Matlab-Simulink требует активного подключения к интернету. Для установки нужно выполнить следующие шаги:

  1. Скачать пакет SimulinkSupportPackageforArduinoHardware с официального сайта MathWorks (требуется регистрация) [7].
  2. Запустить файл arduino.mlpkginstall в Matlab (перетащить файл в CommandWindow) и выбрать путь для установки. Желательно, чтобы имя пути было без пробелов.
  3. Ввести данные своей учетной записи MathWorks. Нажать LogIn, после чего ввести адрес своей электронной почты и пароль.
  4. Принять лицензионное соглашение и нажимать Next пока не начнется установка.

После окончания установки библиотек необходимо установить драйверы Arduino:

  1. Подключить плату Arduino к компьютеру.
  2. В папке drivers установленного пакета SupportPackage (например, C:\MATLAB\SupportPackages\R2012b\arduino-1.0.5\drivers) запустить файл dpinst-amd64, либо dpinst-x86, в зависимости от разрядности операционной системы (64- или 32-бит).

Загрузка модели на плату Arduino:

  1. В окне Simulink с собранной моделью открыть меню Tools → Run on Target Hardware → Options.
  2. Вопцияхвыбрать Target Hardware, т.е. тип Arduino: Mega 2560.
  3. Установить COM-портвручную (Set host COM port: Manually) ивписатьномерпорта (COM port number). Номер порта можно узнать в диспетчере устройств Windows.
  4. Значение опорного напряжения (Analog input reference voltage: Default) и все остальные параметры оставляем без изменений. Нажать ОК.
  5. В Run on Target Hardware нажать Run (в Matlab R2012), либовокне Simulink нажатькнопку Deploy to Hardware (в R2013, R2014). После этого начнется загрузка модели в Arduino.

Примечание:

Для того чтобы избежать ошибок во время загрузки модели, потребуется среда разработки Arduino IDE 1.0.5. Если в установленном Support Package находится папка с другой версией IDE (например, arduino-1.0 или arduino-1.6), то необходимо очистить её и скопировать туда все файлы из версии 1.0.5, которую можно скачать с сайта Arduino [6].

Если возникает ошибка, показанная на рис. 12, то необходимо в окне Current Folder выбрать любую другую папку, кроме той, в которую установлен Matlab, и заново загрузить модель.

Рис. 12. Ошибка при загрузке модели

Внешнее проявление правильности загрузки выражается в мигании светодиодов. Их мигание говорит о начале загрузки, а затухание о завершении загрузки программы с компьютера в Arduino.

Результаты загрузки нуль-органа на выходы каналов 8, 11 и 12 при Kc=200, Tm=0.005, Ki=1, Ti=0.24 приведены в виде осциллограмм на рис. 13, 14 и 15.

C:\Users\administrator\Desktop\0_Мальцев\ДП Мальцев Н\понятые нами\нуль орган двух фаз\DS0094.BMP

Рис. 13. Сравнение сигналов с нуль-органов двух фаз A и В при низкой частоте сигналов задания

C:\Users\administrator\Desktop\0_Мальцев\ДП Мальцев Н\понятые нами\драйверы\DS0144.BMP

Рис. 14. Сравнение выходных сигналов драйверов с двух фаз A и В при средней частоте сигналов задания

C:\Users\administrator\Desktop\0_Мальцев\ДП Мальцев Н\понятые нами\драйверы\DS0163.BMP

Рис. 15. Сравнение выходных сигналов драйверов с двух фаз A и В при высокой частоте сигналов задания

Литература:

  1. Емельянов А. А., Бесклеткин В. В., Авдеев А. С., Чернов М. В., Киряков Г. А., Габзалилов Э. Ф., Прокопьев К. В. Математическое моделирование САР скорости системы «АИН ШИМ – АД» с переменными на основе интегрирующих звеньев // Молодой ученый. — 2015. — № 24. — С. 12-31.
  2. Петин В. А. Проекты с использованием контроллера Arduino. – СПб.: БХВ-Петербург, 2015. – 464 с.
  3. Монк С. Программируем Arduino: Основы работы со скетчами. – СПб.: Питер, 2016. – 176 с.
  4. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL, 5-е изд. — М.: ДМК Пресс, 2015. — 558 с.
  5. МакРобертс М. Начала Arduino / М. МакРобертс – London: CUP, 2010. – 459 с.
  6. Официальный русскоязычный сайт платформы Arduino [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://arduino.ru/
  7. Официальный сайт среды разработки Arduino IDE [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.arduino.cc/
  8. Официальный сайт компании MathWorks [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mathworks.com/
Основные термины (генерируются автоматически): САР скорости, частоте сигналов задания, элементов САР скорости, Target Hardware, отдельных элементов САР, Математическая модель, разработки arduino ide, Сравнение выходных сигналов, Математическая модель нуль-органа, выходных сигналов драйверов, Режим доступа, электронный ресурс, опорного напряжения, схемы САР скорости, схеме САР скорости, части САР скорости, Преобразователь координат, analog input, пилообразного напряжения, моделирование САР скорости.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос