[STM32] Asservissement

Automatique : Rappels

L’ automatique est une technique proposant des méthodes pour asservir un système.
Dans tout système asservi, il y a :

• Une Consigne : La vitesse à laquelle je souhaite rouler / la température que je souhaite avoir dans ma pièce.
• Une Mesure : Ce que renvoie le capteur de vitesse / la température observée par la sonde
• Une Erreur : La différence entre ce que je souhaite et ce que j’ai réellement
• Une Commande : Signal envoyé au convertisseur pour réaliser une action afin que l’erreur soit minimale.

Afin d’optimiser les performances du système ( stabilité, rapidité, précision ), le commande peut être corrigée.

Périphériques du Microcontrôleur mis en jeu dans un asservissement

Fonctionnement d’un Timer

Un Timer est un compteur qui s’incrémente à chaque front montant d’une horloge.
Cette horloge peut éventuellement être ralentie avec un diviseur de fréquence (Prescaler).
Le Compteur est remis périodiquement à zéro lorsque sa valeur courante de comptage atteint celle d’un registre de comparaison.

T=[(Presc_buff+1) * (Comp_Reg+1)]*T_CLK

Timer PWM (Pulse Width Modulation)

Pour générer un signal MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion), il suffit de comparer la valeur courant de comptage à celle d’un registre (Duty), et de forcer à 0 ou à 1 une broche de sortie du microcontrôleur en fonction du résultat de cette comparaison.

Commande des Moteurs ( motoCommand.c )

• void motorCommand_Init(void)
• void motorLeft_SetDuty(int duty)
• void motorRight_SetDuty(int duty)
  • duty rapport cyclique
  • 0 < duty < 200
  • moteurs au repos pour duty=100

code motorCommand

Timer Interface Codeur

Afin d’asservir les moteurs en vitesse ou en position, il faut déjà connaître les mesures correspondantes.

Le Codeur incrémental

Mesure le la Position

Le comptage des fronts montants des signaux A et B issus du codeur incrémental permet de connaître la position du rotor du moteur.
La précision des codeurs étant de 1250 impulsions/tours, le OU EXCLUSIF entre A et B permet d’obtenir une précision de 2500 impulsions par tours.
le signal index ( mis à 1 à chaque tour ) déclenche une interruption de type EXTI permettant d’incrémenter une variable ( nombre de tours ) et de remettre à zéro le compteur dans le cas d’une mesure de position.

Mesure de la Vitesse

• La vitesse est la dérivée de la position.
• Numériquement cela se traduit par SPEED=(POS_act-POS_prec)/Te
• Ce résultat est faux au moment de la remise à zéro du timer.
• L’algorithme suivant est donc nécessaire :

SENS DIRECT

• Speed=10000-5000=5000 –> Speed>0 –> Speed<16384 –> Speed=5000
• Speed=25000-20000=5000 –> Speed>0 –> Speed<16384 –> Speed=5000
• Speed=2232-30000=-27768 –> Speed<0 –> Speed<-16384 –> Speed=-27768+32768=5000 –> Speed=5000

SENS INVERSE

• Speed=5000-10000=-5000 –> Speed<0 –> Speed>-16384 –> Speed=-5000
• Speed=20000-25000=-5000 –> Speed<0 –> Speed>-16384 –> Speed=-5000

• Speed=30000-2232=27768 –> Speed>0 –> Speed>16384 –> Speed=27768-32768=-5000 –> Speed=-5000

• void quadEncoder_Init(void)
• int16_t quadEncoder_GetPos16L(void)
  • Retourne une position sur 16 bits (moins d’un tour)
• int16_t quadEncoder_GetPos16R(void)
• int32_t quadEncoder_GetPos32L(void)
  • Retourne une position sur 32 bits ; à utiliser en cas d’asservissement de position
• int32_t quadEncoder_GetPos32R(void)
• int16_t quadEncoder_GetSpeedL(void)
  • Retourne l’image de la vitesse ; à appeler périodiquement
• int16_t quadEncoder_GetSpeedR(void)
• void quadEncoder_CallbackIndexL(void)
  • Fonction de Callback appelée depuis l’interruption EXTI générée par l’index
  • mise à jour de la variable indexL
• void quadEncoder_CallbackIndexR(void)

Pour une période d’échantillonage de 5ms, la vitesse mesurée est en tr/min ( rpm ).

code quadEncoder

Mise en Oeuvre d’un Correcteur PI

• Comment commander ? –> motoCommand.c :
  • motorLeft_SetDuty(int duty)
  • motorRight_SetDuty(int duty)
• Comment Mesurer ? –> quadEncoder.c :
  • int16_t quadEncoder_GetSpeedL(void)
  • int16_t quadEncoder_GetSpeedR(void)

La mise en oeuvre d’un correcteur pour le robot est présenté dans : Réglage (rapide) d’un correcteur PI