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L’ANELLO DI VELOCITA’
Anello di velocità L’anello di velocità ha come retroazione di velocità i segnali dell’encoder, dalla quale ricava la velocità effettiva del rotore, ne ricava l’errore dalla velocità di riferimento, ed infine determina la corrente di riferimento attraverso un regolatore Proporzionale Integrativo.
L’encoder incrementale produce due canali di segnale, che hanno un andamento tipo onda quadra. Questi due canali hanno una frequenza pari a 500 volte la velocità del rotore e sono sfasati tra loro di 90° elettrici. Il “Canale 1” è portato al pin RA4/T0CKI del PIC, mentre il “Canale 2” è portato il pin RB0/INT. Il Timer0 è configurato come contatore dei fronti di salita del “Canale 1”. Con un periodo di 9ms, conteggiato dal Timer1, viene richiamata la subroutine SPEED che salva il registro contatore TMR0 nel registro VEL, resetta il Timer0 ed il Timer1 per la stima di velocità
successiva, ed infine abilita l’interrupt INTE sulla porta RB0. In questo modo il PIC ottiene una stima della velocità media dei 9ms secondi precedenti in formato già digitale. A 3000rpm il contatore Timer0 assume il valore in bit pari a 225.
Interrupt INT L’interrupt INT è configurato per richiamare la ISR quando si presenta, sul pin RB0, un fronte di salita del segnale “Canale 2” dell’encoder. Essendo i due segnali sfasati di 90° elettrici, il fronte di salita del “Canale 2” è contemporaneo allo stato “alto” del segnale “Canale 1” quando il verso di rotazione è orario.
Terminata la routine SPEED, il programma prosegue sul ciclo di IDLE fino a che non scatta l’interrupt INT.
La ISR, quando è stata attivata dall’interrupt INT, richiama la subroutine CURRENTRIF, che rileva il segno della velocità misurata e ricava il modulo ed il segno dell’errore di velocità. Per effettuare questa operazione è stata realizzata una routine che comprende tutta la casistica dei segni degli operandi, e controlla l’eventualità, non affatto remota vista la struttura ad 8bit, che si verifichi un overflow.
Il regolatore PI Il PIC ha una struttura di calcolo che non supporta le moltiplicazioni e divisioni, ne tanto meno una funzione integratrice. Come funzione integrale si adotta una sua approssimazione del terzo ordine, particolarmente adatta per essere usata nei controlli digitali, nota come Simpson-Cavalieri. La formula completa del regolatore PI è quindi la seguente, dove CRIF è la corrente di riferimento, Verr0:3 sono gli errori di velocità dall’ultimo al quart’ultimo:
CRIF = 64*Verr0 + Ki*3h/8*[Verr0 + 3*Verr1 + 3*Verr2 + Verr3]
La costante “h” è il passo di integrazione, nel nostro caso 9ms, quindi 3h/8 è pari a 3,375e-3. Operare una moltiplicazione per un numero intero richiede già molte istruzioni, per un numero inferiore ad uno, o comunque dividere per il suo inverso, comporta comunque un numero di operazioni incompatibile con la frequenza operativa dell’anello di corrente. Infatti durante queste operazioni la corrente sul motore non potrebbe essere tenuta nel range di isteresi. Quindi si ovvia a questo problema
integrazione Ki, in modo che Ki*3h/8 assuma valore unitario. Con questo valore della costante di integrazione si nota, tramite simulazione del modello Simulink, che il sistema risponde in modo ottimale, avendo una precisione molto buona ed una quasi totale di assenza di overshoot con il motore a vuoto meccanico.
Terminata la routine di calcolo del regolatore PI, il valore ottenuto CRIF viene saturato rispetto ai limiti di corrente, positivo e negativo, che si ritiene opportuno che il sistema non debba superare. La corrente massima positiva è stata fissata in 18A, corrente sufficientemente cautelativo rispetto al valore massimo di corrente media del modulo IGBT pari a 25A e della corrente massima sopportabile dal collettore del motore pari a 45A. Il valore massimo negativo della corrente dipende dalla corrente sopportabile dal ramo di frenatura, che non ventilato, sopporta una potenza inferiore al KW. Quindi in frenatura, una corrente media di 9A su una resistenza d frenatura da 10Ohm comporta una dissipazione termica pari a 800Watt.
Una volta ottenuto il valore della corrente di riferimento la routine CURRENTRIF termina e il programma torna ad eseguire il ciclo di idle.
