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電機(jī)驅(qū)動器如何通過I2C接口使用PID算法控制電機(jī)

電子工程師 ? 來源:未知 ? 2019-02-17 11:25 ? 次閱讀

電機(jī)驅(qū)動器能夠通過I2C接口使用PID算法控制電機(jī),精確控制電機(jī)從未如此簡單。

項(xiàng)目描述

這是一款智能電機(jī)驅(qū)動器(又稱SAMI),設(shè)計(jì)用于運(yùn)行微型齒輪電機(jī),該電路板的目標(biāo)是通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)速反饋對該電機(jī)實(shí)施PID控制。板子上包含了所有必需的組件,因此可以自行工作運(yùn)行。

供電和命令發(fā)送都是通過I2C接口。

主機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動器之間通過I2C進(jìn)行通信,發(fā)送包括電機(jī)速度、轉(zhuǎn)向在內(nèi)的命令。SAMI自動實(shí)現(xiàn)PID控制。SAMI上的電路板執(zhí)行具體的電機(jī)控制算法,從而減輕了主機(jī)控制器的負(fù)荷。您還可以通過I2C讀取電機(jī)的狀態(tài)并對它進(jìn)行配置。

SAMI能夠驅(qū)動電機(jī),使軸上負(fù)載走完所需的距離或達(dá)到一定的角度,然后在達(dá)到目標(biāo)值時自動停止。這是機(jī)器人技術(shù)的理想選擇,簡化了執(zhí)行精確運(yùn)動控制所需的許多艱苦工作。而且,可以把多個模塊連接到同一條I2C總線上,注意,這里的多個模塊是指很多電機(jī)!

對于任何人來說,制作先進(jìn)的機(jī)器人從來沒有這么簡單過!現(xiàn)在,只需要把SAMI這個模塊和你的電機(jī)連接到一起即可。

項(xiàng)目細(xì)節(jié)

這是一款設(shè)計(jì)用來控制微型齒輪電機(jī)的智能電機(jī)驅(qū)動器(也稱為SAMI),這塊電路板的目標(biāo)是使用霍爾效應(yīng)傳感器檢測到的轉(zhuǎn)速反饋,輕松地在SAMI上實(shí)現(xiàn)PID控制。SAMI有自己的微控制器和H橋,能夠自己完成電機(jī)控制和驅(qū)動操作。

主機(jī)上的微控制器(或者任何支持I2C端口的系統(tǒng))通過I2C和智能電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行通信,發(fā)送包括電機(jī)速度、轉(zhuǎn)向在內(nèi)的命令。SAMI自動實(shí)現(xiàn)PID控制算法,保持速度,并在電機(jī)的動態(tài)運(yùn)行中增加或減少功率以控制轉(zhuǎn)矩和速度。

此外,該控制器能夠驅(qū)動電機(jī)軸上負(fù)載走完所需的距離或角度,然后在達(dá)到目標(biāo)值時自動停止。因此,如果用來驅(qū)動一個輪子,你必須同時制定輪子的直徑和變速比等參數(shù)。

為了感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,我使用了磁編碼器盤,它沿著磁盤表面極化。因此霍爾效應(yīng)傳感器可以檢測磁盤磁場的變化并將信號發(fā)送到微控制器上。微控制器使用定時器和中斷計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速,微控制器利用轉(zhuǎn)速作為反饋,運(yùn)行PID控制算法,并處理和主機(jī)的通信。

這款智能電機(jī)驅(qū)動器的主要設(shè)計(jì)思想是用在機(jī)器人中,通過使用它來控制機(jī)器人的輪子,無論表面是否光滑,電池電量是否充足還是機(jī)器人負(fù)荷重量發(fā)生了變化,都可以進(jìn)行精確的運(yùn)動控制。

此外,它還可以防止因?yàn)橥蝗患铀倩蛘咧苿釉斐升X輪脫載,并避免電流沖擊,這樣可以保證您寶貴的電機(jī)的安全。

提供了一個Arduino庫,幫助你方便地使用該智能電機(jī)驅(qū)動器。你可以快速、方便地把它插入到大量電機(jī)上使用。

特征

安裝在微型直流電機(jī)的背面,安裝方便;

可以輕松控制電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向;

達(dá)到既定距離或角度時自動停止;

支持多種控制模式,包括帶有或者不帶自動停止功能的簡單PWM控制或PID控制;可添加安全的方向轉(zhuǎn)變功能;

通過I2C進(jìn)行通信,可以通過軟件更改地址;

可同時控制很多電機(jī),最多支持在同一條I2C總線上掛載128個模塊;

可以通過軟件啟動或禁用I2C的內(nèi)部上拉電阻;

可以把配置保存在EEPROM中;

讀取電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速,并檢查是否發(fā)生了故障;

完全可配置;

易于使用的高精度電機(jī)控制;

尺寸小;

提供可用的Arduino庫。

技術(shù)規(guī)格

電機(jī)電壓可達(dá)11v;

最大電機(jī)連續(xù)電流峰值高達(dá)1.7A和1.8A;

邏輯電壓范圍為3-5v;(稍后的版本經(jīng)測試后可支持到1.8v范圍)

默認(rèn)I2C地址為0x24;

過流保護(hù)和過熱保護(hù);

要復(fù)位默認(rèn)的I2C地址,請?jiān)谏想姇r將MCLR焊盤連接到地上;

標(biāo)準(zhǔn)1mm 5針JST連接器。

優(yōu)點(diǎn)

獨(dú)立進(jìn)行電機(jī)控制;

可實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)、更精確的動作控制;

具有電機(jī)保護(hù)功能;

解決方案方便易用;

內(nèi)置電機(jī)速度反饋;

高響應(yīng)速度的PID控制算法,保持電機(jī)速度恒定;

避免出現(xiàn)可能損壞電源或電池的瞬態(tài)電流峰值;

如果事先指定,可自動停在所需的距離或角度上;

與IMU等其他傳感器結(jié)合使用時,可實(shí)現(xiàn)性能強(qiáng)大的機(jī)器人導(dǎo)航解決方案;

開源設(shè)計(jì)。

安裝

要將SAMI安裝到電機(jī)上,只需要把它和電機(jī)的驅(qū)動線、反饋線焊接在一起,并如下視頻所示放置編碼器

重要提示:您的電機(jī)軸上必須留出足夠的位置,以便放置編碼器!

管腳

通過JST連接器和SAMI進(jìn)行通信;

ICSP管腳用于更新固件;

MCLR管腳用于復(fù)位模塊的默認(rèn)I2C地址。

PCB布局

PCB厚0.8mm,尺寸為10 mm x 20 mm,雙層板。

這是一個還在開發(fā)階段的項(xiàng)目,也是一個開源項(xiàng)目,如果您有任何能夠改進(jìn)它的想法,隨時歡迎修改。你還可以自行調(diào)整硬件和軟件設(shè)計(jì),以支持更大功率的電機(jī),你還可以增加第二個編碼器,甚至可以用它來運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:電機(jī)驅(qū)動器還能玩出什么花樣,這個工程師的小項(xiàng)目告訴你

文章出處:【微信號:wwygzxcpj,微信公眾號:電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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