Mejoras: Software DSP – HAL Corriente

La función de hardware de este módulo es recoger las lecturas de corriente desde los puentes H, sin embargo, también implementa un lazo de control de corriente que pone a disposición del módulo de control para accionar el vehículo por medio de referencias de torque en los motores.

Desde el punto de vista de hardware, este módulo configura y utiliza los periféricos de captura del DSP, los cuales registran internamente los instantes en que la señal de entrada experimenta flancos de bajada o de subida. De esta manera, se puede obtener directamente el período de la señal de entrada (un tren de pulsos generado en la tarjeta de los puentes H, cuya frecuencia es proporcional a la corriente en cada motor), con un alto nivel de precisión, facilitando el cálculo de la corriente en los motores.

Gracias a la linealidad del VCO que genera el tren de pulsos (ver Sección 4.2.1), únicamente fue necesario un proceso de calibración para determinar la pendiente de la recta que relaciona la frecuencia en Hertz con la corriente en Ampères. Para obtener la constante de desplazamiento y así caracterizar completamente esta función, el módulo toma muestras de corriente durante un segundo en la inicialización con los motores apagados, utilizando ese valor como los 0A, consiguiendo así lecturas sin corrimientos.

Al igual que en el módulo HAL Instrumentos, se realizan dos tipos de filtrado de la señal de corriente, uno por el promedio de un número determinado de muestras y otro limitando la velocidad con que la lectura de corriente puede cambiar, suponiendo que la dinámica del sistema es lo suficientemente lenta. Esto último no es necesariamente cierto puesto que no se trata de una variable mecánica sino eléctrica. Sin embargo, se comprobó empíricamente que este filtrado mejora el desempeño del control de corriente al omitir transientes eléctricos que no dicen relación con el comportamiento mecánico del sistema, haciéndolo más suave y estable.

Figura 4.16: Esquema de control de corriente.

Puesto que la corriente en los motores no sólo depende del ciclo de trabajo, se implementó un controlador de corriente proporcional, cuya salida es la variación del ciclo de trabajo respecto al anterior, tal como se observa en la Figura 4.16.

Inicialmente se planteó la posibilidad de utilizar un control proporcional integrativo, sin embargo, esto generó algunos problemas de inestabilidad ya que la referencia entregada a este controlador por el módulo de control de inclinación varía rápidamente, dificultando que el error acumulado se mantenga acotado.

Adicionalmente se observó, durante el proceso de puesta en marcha, que cuando el vehículo desarrollaba una velocidad tal que llevara la corriente a su límite de 25A en los motores (dado por el rango de medición de los sensores de corriente), el controlador era incapaz de compensar, haciendo que el usuario se inclinara hacia adelante, forzando su bajada y la detención del vehículo.

Por esta razón, se aplicó una modificación a la respuesta del controlador de corriente, de manera que la compensación sea más vigorosa antes que se alcance el límite de 25A, forzando la reducción de la inclinación del usuario antes de que se requieran torques mayores a los límites para mantener la estabilidad. En la Figura 4.17 se muestra la relación entre la corriente solicitada por el controlador de inclinación y la referencia efectiva que utiliza el controlador de corriente. Dicha referencia es castigada al pasar de ±20A, con una pendiente de 2 en la recta. Para los valores de corriente inferiores, no se aplica escalamiento alguno a la referencia (pendiente 1).

Figura 4.17: Referencia efectiva del controlador de corriente.

La medida resultó ser efectiva, permitiendo la operación del vehículo a velocidades constantes por tramos largos, sin sobrepasar los límites sobre los cuales no es capaz de compensar.

Producto de la incorporación interna del lazo de control de corriente en este módulo, su interfaz resulta de estructura similar a la del módulo HAL PWM, es decir, posee una función cuya entrada es la corriente positiva deseada en Amperes, el motor que se desea accionar y la dirección de giro esperada del motor.

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