Università degli studi di Roma "Tor Vergata"
Facoltà di Ingegneria dell’Automazione
AZIONAMENTO DI MOTORI IN CORRENTE CONTINUA TRAMITE MICROCONTROLLORI
di Roberto de Simone
Data di Laurea: 08/02/2005
Figura
1: Implementazione
circuitale dello stadio di potenza basato su LMD18200 e connesso al motore DC.
L’automazione identifica la tecnologia usata per realizzare operazioni ripetitive, o complesse, o impossibili all’uomo. Il concetto d’automazione è oggi legato in gran parte a sistemi realizzati con tecnologie elettroniche e informatiche, dedicati all’industria o ai servizi quale per esempio il controllo di motori.
Fino agli anni ‘60 i motori più utilizzati erano quelli a corrente continua (comunemente detti DC), opportunamente pilotati da convertitori AC-DC. La causa del dominio, sul mercato dell’elettronica industriale, da parte dei motori DC fu dovuta alla loro maggiore facilità di pilotaggio rispetto a quelli a corrente alternata (motori AC). Dopo gli anni ’60, con l’avvento dei tiristori veloci, l’attenzione fu spostata in parte verso i motori AC. Ciò nonostante, i motori in corrente continua continuavano ad essere i più utilizzati nell’ambito dell’automazione e della robotica.
In virtù dell’importanza precedentemente rilevata nell’attuale mercato dell’elettronica industriale si desidera progettare un sistema di controllo, detto azionamento, per un motore DC che permetta di comandarne la coppia motrice.
Un azionamento è un dispositivo composto da uno Stadio di Controllo e da uno Stadio di Potenza (con annesso il carico) in grado di controllare il moto dell’asse del motore. Di seguito è presentato uno schema semplificato del sistema nella sua interezza (Fig. 2):
Figura
2: Schema semplificato di un
azionamento comprensivo di motore.
Questi tipi di azionamenti già esistono sul mercato: sono molto compatti ed hanno caratteristiche molto performanti che perciò li rendono molto costosi. Questa tesi si prefigge come scopo la progettazione e la realizzazione di un prototipo di azionamento (ovvero la costruzione di un circuito e l’implementazione di una legge di controllo) che sia sufficientemente performante ed economico, per un utilizzo in larga scala nel mondo della robotica.
L’azionamento è comandato da un segnale di riferimento che viene opportunamente manipolato dallo stadio di controllo che genera un segnale che pilota il motore. Poiché tale segnale di comando è a bassa potenza, occorre, prima di mandarlo ingresso al motore, amplificarlo opportunamente (stadio di potenza).
Lo
Stadio di Controllo è quindi composto da un microcontrollore della MicroChip
PIC 18F242 nel quale sono stati implementati la legge di controllo P.I. e le
funzioni per l’adattamento del segnale (filtro digitale, generatore di PWM…)
nel linguaggio C18 tramite l’ambiente di sviluppo Microchip MPLAB
IDE v.6.30.
Lo Stadio di Potenza è invece stato implementato basandosi sul H-Bridge LMD18200.
Di seguito è riportato uno schema di principio dell’azionamento.
Figura 3: Schema di principio dell’azionamento:
diagramma dei collegamenti.
Una
volta realizzato il prototipo si proceduto alla caratterizzazione del motore, misurando
l’uscita in corrispondenza di ingressi sinusoidali a differente frequenza per
mezzo del software DSPT SigLab - Version 3.2.4. I
segnali sono stati opportunamente manipolati in ambiente MatLab, ricavando il
seguente diagramma della risposta in frequenza.
Figura 4: Diagramma dei moduli di Bode del sistema a
ciclo chiuso.
Un sistema di controllo in coppia come il precedente trova largo impiego in robotica, nello specifico applicato ai giunti del robot. Esso difatti permette in zona lineare, in modo automatico, di generare una coppia costante proporzionale al riferimento, indipendente dal carico applicato.
Per approfondire l'argomento si rimanda al testo della tesi (in formato .pdf) ed ai riferimenti bibliografici in essa contenuti. Per ulteriori chiarimenti è disponibile l'indirizzo di posta elettronica.
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