Быстрое прототипирование алгоритмов управления на КПМ РИТМ: шаговый двигатель¶

В этом примере показано, как использовать машину реального времени - КПМ РИТМ в задачах быстрого прототипирования алгоритмов управления. Объектом управления выступает маломощный шаговый двигатель, управляемый двухплечевым сдвоенным MOSFET-драйвером, приём-передача управляющих сигналов производится посредством модуля цифровых входов/выходов КПМ РИТМ GP-LC-45.

Введение¶

Быстрое прототипирование алгоритмов управления в реальном времени (Rapid control prototyping, RCP)- это метод моделирования, который позволяет быстро оценивать работу систем управления в процессе их проектирования. Такой подход позволяет проводить быстрые итерации при разработке алгоритмов управления в реальном окружении, не обладая профессиональными навыками программиста.

Принципы работы модели объекта управления, а также модели системы управления подробно описаны в примере полношагового управления биполярным шаговым двигателем.

Следующий после моделирования в Engee шаг разработки системы управления - этап быстрого прототипирования. Он может быть бесшовно реализован в Engee переключением среды моделирования на машину реального времени. Для успешной настройки и начала работы с КПМ РИТМ удобно будет воспользоваться примером Быстрый старт с КПМ РИТМ

При успешном прохождении этапа быстрого прототипирования и отладки системы управления на машине реального времени можно перейти к полноценному переносу системы управления на встраиваемые системы. Engee позволяет автоматически генерировать код Си для встраивания модели системы управления в пользовательские проекты для встраиваемых систем. Этому процессу посвящён пример генерации кода для STM32, который продолжает текущий пример.

Модель примера¶

Модель исходного примера разбита на данном этапе на две части:

1. Прототип системы управления (подсистема Control System)
2. Модель объекта управления (цепь от подсистемы Gate Driver до сигналов Speed и Position на выходе двигателя)

Входным воздействием для модели-прототипа системы управления служит сигнал "Start" запуска вращения шагового двигателя. Этот сигнал система управления получает от цифрового входа периферийного модуля общего назначения GP-LC-45 КПМ РИТМ.

Выходные воздействия модели системы управления - сигнал включения драйвера, а также сигналы управления ключами драйвера передаются на цифровые выходы того же периферийного модуля.

Кроме того, выходные сигналы из модели системы управления передаются в модель объекта управления - для этого цифровые выходы периферийного модуля соединены с его же цифровыми входами. Они в свою очередь и заводят полученные сигналы в модель объекта управления.

Результаты работы модели - записываемые сигналы частоты вращения и угла вращения вала шагового двигателя передаются на блоки C Function RITM-PLOT, которые в процессе выполнения модели на машине реального времени выводят графики в приложение RITM Monitor.

Периферия КПМ РИТМ в модели¶

Для работы с периферийным модулем общего назначения GP-LC-45 и его цифровыми входами-выходами в частности, в модели используются соответствующие блоки из раздела РИТМ библиотеки блоков Engee, с настройками

• GP-LC-4x DI: модуль 1, 6 каналов
• GP-LC-4x DO: модуль 1, 5 каналов

Таким образом, в модуле GP-LC-45 задействованы цифровые входы DI1-DI6 и цифровые выходы DO1-DO5

Шаг расчёта блоков соответствует шагу расчёта модели (100 мкс).

Блоки RITM-PLOT, как было сказано выше выводят графики сигналов: 1 блок - график частоты вращения вала, 2 блок - графики частоты вращения и угла поворота вала. Шаг расчёта блоков больше и составляет 10 мс.

Подключение объекта управления¶

Модуль GP-LC-45 подключен к 37-пиновому клеммному модулю GP-RT-Terminal-37 v1.0. Для расключения цепей в этом примере необходимо воспользоваться распиновкой - таблицей назначения пинов клеммного модуля.

Используемые в этом примере клеммы:

• 01 - DGND (цифровая земля)
• 02 - +3.3 V (питание 3.3 В)
• 35 - DI6 (сигнал "Start" от кнопочного контакта)
• 08 - DO5 (сигнал включения модуля драйвера)
• 10, 29, 09, 28 - DO1, DO2, DO3, DO4 (сигналы управления ключами драйвера)
• 16 - DI5 (сигнал включения модуля драйвера для модели объекта управления)
• 18, 37, 19, 36 - DI1, DI2, DI3, DI4 (сигналы управления ключами драйвера для модели объекта управления)

Ниже приведена схема подключений клеммного модуля и элементов объекта управления.

После подготовки модели и окружения, а также расключения всех цепей и подачи питания перейдём к выполнению модели на машине реального времени. Это позволит нам отладить управляющие алгоритмы в процессе быстрого прототипирования.

Выполнение модели¶

Запустим модель на КПМ РИТМ в режиме "Интерактивного выполнения". Сформируем сигнал "Start" нажатиями на кнопочный контакт. На графиках модели в Engee происходят следующие изменения сигналов:

Аналогичные графики будут наблюдаться и на экране монитора, подключенного к машине реального времени:

Параллельно с этим, вращение вала шагового двигателя наблюдается невооружённым глазом:

Заключение¶

В примере мы использовали подход быстрого прототипирования алгоритмов управления на комплексе полунатурного моделирования РИТМ. Исходная модель системы управления и объекта была разработана и отлажена в Engee. На текущем этапе мы связали систему управления с периферийными модулями машины реального времени, параллельно моделировали работу объекта управления на РИТМ. Прототип системы управления воспроизводит идентичные и заданные воздействия для управления двигателем. Далее можно переходить к переносу системы управления на встраиваемую систему.