Control de Motores

Control de motores con microcontroladores

Adaptacin de Salidas: Control de Motores

ATE-Universidad de Oviedo

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Motores de Corriente Continua (CC) Movimiento continuo de desplazamiento Motores Paso a Paso (PAP) Posicionamiento Movimiento Servomotores Posicionamiento


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CONTROL DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Son motores de pequea potencia pero surge una limitacin importante por la corriente de salida de un microcontrolador, que en los PIC de la gama media es como mximo de 25 mA (insuficiente) Se precisan elementos que permitan amplificar la corriente de salida del microcontrolador, la solucin ms simple puede ser con transistores bipolares (vanse dos soluciones posibles).Los diodos de libre circulacin se pueden incluir para reducir sobretensiones a la hora de parar el motor (dejar de alimentarlo)

Al microcontrolador slo se le pide la corriente de base necesaria para colocar en conduccin al transistor no la corriente total que demanda el motorATE-Universidad de Oviedo

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CONTROL DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA El sentido de giro depende de la polaridad que se aplica a sus terminales. Para cambiar el sentido de giro es necesario intercambiar los terminales del motor o cambiar la polaridad de la alimentacin La configuracin de PUENTE en H que se muestra es la ms sencilla para controlar un motor de corriente continua de baja potencia

Q1

Q2

Q3

Q4

Son 4 transistores que trabajan en conmutacin, el transistor npn y el pnp de cada rama no pueden estar simultneamente en conduccin y el sentido de giro se puede modificarATE-Universidad de Oviedo

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CONTROL DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUASi E1=1 (tensin alta) y E2=0 (tensin baja) Conducen Q2 y Q3, circula una corriente i en la direccin indicada y el motor gira en un sentido dado

Q1 1 Q3

i

Q2 0

giro

Q4

Puente en H 5



CONTROL DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUASi E1=0 (tensin baja) y E2=1 (tensin alta) Conducen Q1 y Q4, circula una corriente i en la direccin sealada y el motor gira en un sentido contrario al indicado anteriormente

Q1 0 Q3

i

Q2 1

giro

Q4

Puente en H 6



CONTROL DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Existen Circuitos Integrados (CI) comerciales que pueden cumplir las funcionalidades anterioresy nos ahorran el empleo de los componentes discretos, as como el correspondiente conexionado. Ejemplo muy popular el driver L293 Es un driver de 4 canales, cada canal est controlado por seales de entrada (INm) compatibles TTL y cada pareja de canales dispone de una seal de habilitacin (p.e. EN1 para los canales 1 y 2) que puede desconectar las salidas (OUTm) de los correspondientes canales (al aire) Las seales de salida son amplificadas tanto en corriente (hasta 1A para L293B) como en tensin (hasta Vs) respecto a los niveles de entrada Salida canal 3 Diagrama de bloques del L293

Entrada canal 3 Vss: alimentacin de la lgica (hasta 36V) Vs: para alimentacin de la carga de salida (hasta 36 V)ATE-Universidad de Oviedo

Habilitacin canales 3 y 4 7


Control de motores de corriente continua con driver L293 Funcionamiento de un canal Niveles lgicos Niveles de tensin

IN

OUT

EN 1 1 0 0

IN 1 0 1 0

OUT 1 0 Z Z

VEN VIH 7V VIH 7V 0 VIL 0 VIL

VIN VIH 7V 0 VIL VIH 7V 0 VIL

VOUT Vs 0 Z Z ENVs y Vss podran ser iguales Aunque Vss (para alimentar la lgica) sea mayor de 7V, no se admiten tensiones de entrada superiores a 7V

En las entradas EN e IN se deben situar niveles compatibles TTL hasta mximo 7V En la salida OUT, en estado alto se obtiene una tensin de valor Vs La corriente demandada en las entradas es muy pequea (IIH = 0,1 mA es la mxima) La corriente que se puede obtener en la salida es de hasta 1A en L293B (2A pico)ATE-Universidad de Oviedo

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Control de motores de corriente continua con driver L293 CARACTERSTICAS ELCTRICAS L293B


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Aplicaciones L293: Giro de dos motores en un nico sentidoM2 gira con un 1 en B si el canal est hab.

M1 activado con 0 en A

VinH = 1 & A=0 => Gira el motor

CONTROL M1

VinH =1 & A=1 => A tensin cero: parada rpida VinH = 0 & A=X => Motor sin conexin, gira libremente ATE-Universidad de Oviedo

Seal de habilitacin de los canales 3 y 4 (Activos si seal a 1)

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Aplicaciones L293: Giro de un motor en dos sentidos utilizando dos canales C=1 C=0

D=0 D=1

Seal de habilitacin de los canales (Activos si a 1)

Si estn habilitados los dos canales, se necesita que en C y en D existan

CONTROL

niveles distintos para que haya giro: C a 1 y D a 0 gira en un sentido C a 0 y D a 1 gira en sentido contrario Si VinH=1 y C=D el motor est a tensin cero y no hay giro Si VinH=0 el motor est desconectado, el eje puede girar librementeATE-Universidad de Oviedo

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Control de motores de corriente continua con driver L293

Inclusin de diodos de libre circulacin para evitar sobretensiones en las conmutaciones

Si la corriente por el motor no es alta, se puede prescindir de esos diodosATE-Universidad de Oviedo

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Control de motores de corriente continua con driver L293

Aplicacin mixta L293: Con el mismo dispositivo se pueden controlar 3 motores, dos de ellos con un sentido posible de giro y otro con doble sentido giro

Puede girar en ambos sentidos

Slo pueden girar en un sentido


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CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA La velocidad de un motor de corriente continua depende del valor medio de la tensin aplicada entre sus extremos. El sistema ms empleado para controlar la velocidad de un motor de CC es mediante la modulacin por ancho de pulso (PWM = Pulse Width Modulation) de una seal peridica. Lo habitual es mantener la frecuencia constante y variando el tiempo que la seal permanece en estado alto se modifica el valor medio de la tensin aplicada al motor. Vm = (ton/T)Vs D= ton/T se denomina ciclo til (duty cycle) Los circuitos de control mostrados anteriormente se pueden utilizar para hacer control PWM. La seal de control correspondiente debe evolucionar segn la forma mostrada Motor parado

Motor a vel. mxima


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CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Muchos microcontroladores disponen de mdulos hardware que permiten generar una seal PWM de una manera simple, configurando tanto el tiempo en estado alto como el periodo total. En el caso de los microcontroladores PIC, esta misin la cumplen los mdulos CCP. Estos mdulos son configurables para trabajar en alguno de los siguientes modos: Captura/Comparacin/PWM . Hay microcontroladores que disponen de ms de un mdulo CCP con lo que se pueden generar varias seales PWM simultneamente. La frecuencia de las seales debe ser la misma pero los respectivos tiempos en estado alto resultan ser totalmente independientes. Asociado a cada mdulo CCP en modo PWM, existe un pin de salida del microcontrolador en el que aparece cada seal peridica modulada. El pin asociado a cada mdulo no resulta configurable El modo PWM est asociado con un temporizador (el TMR2), este contador se compara con un par de registros por mdulo CCP, con uno de ellos se fija el instante en el que la seal de salida se pone a uno (PR2) y con el otro (CCPRxL junto con 2bits de CCPxCON hasta completar 10 bits) el instante en el que se pone a cero dicha seal. T D TMR2 = 0 TMR2 = TMR2 = D PR2 15



DIAGRAMA DE BLOQUES PARA MODO PWM EN MICROCONTROLADORES PIC

Registros de Duty Cycle

CCPRxLCCPxCON

CCPRxH

(esclavo)

Comparador TMR2 Comparador PR2(*)

R S

Q

fOSC/4 Reloj interno

Prescaler 1 , 4 , 162T2CKPS1:T2CKPS0

TRISC TMR2 0 CCPx 1 (si D0) CCPRxH CCPRxL

Mdulo TMR2Clculo del Periodo: Clculo del TON:

T = (PR2 + 1) 4 TOSC PRESCALERTMR2 T ON = (CCPRxL:CCPxCON) TOSC PRESCALERTMR2ATE-Universidad de Oviedo

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RCy / CCPx

Mdulo CCP en PWM


MDULO CCP EN MODO PWM La generacin de seales PWM tambin es aplicable al control de servomotores (como veremos) y a la generacin de seales peridicas para el control de motores paso a paso. Si por cualquier motivo no fuera posible conectar los drivers de control de los motores a los pines de salida asociados a los mdulos CCP, la generacin de las seales PWM debera de realizarse por software: Se debe situar en estado alto un pin determinado y establecer una temporizacin que corresponda a la duracin del pulso (TON), para pasar a continuacin a estado bajo el mismo pin durante un tiempo TOFF = T-TON) y completar el tiempo total correspondiente al periodo de la seal a gobernar. T

TON Poner a 1

TOFF Poner a 0 Poner a 1

TON


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CONTROL DE MOTORES PASO A PASO -PAP- (Stepper motors) Son motores cuyo giro se realiza a intervalos regulares en lugar de manera prolongada como en el caso de los motores de continua. Pueden usarse para posicionamientos precisos Un motor PAP gira en funcin de una secuencia de pulsos aplicados a sus devanados. El eje del motor gira un determinado ngulo por cada impulso de entrada. Cada pulso provoca la rotacin del rotor del motor en un incremento de ngulo preciso, que se denomina paso (de ah paso a paso) Los incrementos de rotacin o pasos se miden en grados y es el parmetro fundamental de un motor PAP, comercialmente los hay desde 0,75 hasta 22,5, siendo el ms comercializado el de 7,5 Tambin se puede expresar en nmero de pasos por revolucin de 360 (= 360/paso en ) La principal limitacin de estos motores reside en su potencia, que es reducida. Los motores paso a paso tienen varios hilos (normalmente 4 6) correspondientes a los devanados de las bobinas


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TIPOS DE MOTORES PASO A PASO: BIPOLARES Bipolares: la corriente por las bobinas de los devanados debe circular en ambos sentidos para poder completar la secuencia del motorVisin simplificada: Rotor = Imn que puede girar Estator = Bobinas con ncleo de hierro Posiciones: En funcin del sentido de las corrientes por L1 y L2 se genera un sentido para el campo magntico resultante que hace que el rotor adopte 4 posiciones distintas provocando el giro de 90 con cada cambio Inconveniente: El control necesita invertir la polaridad en cada bobinaATE-Universidad de Oviedo

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CONTROL DE MOTORES PAP BIPOLARESSe necesita un circuito de control que permita variar la polaridad de la tensin en las bobinas Hay que activar y desactivar los interruptores segn una secuencia dada para conseguir giro en un sentido u otroI1 0

Ejemplo de circuito con dos puentes en H

Secuencia para giro en un sentido 20



CONTROL DE MOTORES PAP BIPOLARES: PASO COMPLETO (Full Step)I1 >0 I1 >0 Terminal 1 I1 I2 Terminal 1 Terminal 2 Terminal 2 I2 0 I2 >0 I2

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