TEMPOMAT - Sterownik Silnika DC na STM32

O Projekcie

Projekt realizuje układ tempomatu (stabilizacji prędkości obrotowej) dla silnika prądu stałego (DC) z wykorzystaniem mikrokontrolera STM32L4A6ZG. System oparty jest na pętli sprzężenia zwrotnego z regulatorem PID, który dopasowuje napięcie zasilania silnika (PWM) w celu utrzymania zadanej prędkości, niezależnie od obciążenia.

Funkcjonalności

• Precyzyjny pomiar prędkości: Wykorzystanie enkodera inkrementalnego oraz sprzętowego licznika Timer 2 do zliczania impulsów.
• Regulator PID: Zaimplementowany cyfrowy algorytm PID z ochroną przed nasyceniem integratora (anti-windup) i filtracją dolnoprzepustową pomiarów.
• Zdalne Sterowanie (YK04): Obsługa 4-kanałowego pilota radiowego do szybkiej zmiany nastaw.
• Interfejs UART:
  • Wysyłanie telemetrii na żywo (prędkość, uchyb, wysterowanie).
  • Możliwość ręcznego wpisania zadanej prędkości z terminala.
• Wyświetlacz LCD: Prezentacja aktualnej prędkości i uchybu regulacji w czasie rzeczywistym.

Schemat Połączeń (Hardware)

1. Elementy Wykonawcze (Silnik)

• Mostek H (Sterownik silnika):
  • PWM (Prędkość): TIM5_CH2 (Sygnał sterujący napięciem).
  • Kierunek (IN1): PF8.
  • Kierunek (IN2): PF9.

2. Pomiary (Enkoder)

• Enkoder Inkrementalny:
  • Podłączony do wejść Timera 2 (TIM2) w trybie Encoder Mode.

3. Sterowanie Radiowe (Odbiornik YK04)

Moduł podłączony do portu GPIOD:

• Przycisk A (PD0): Zwiększ prędkość o +10 rad/s.
• Przycisk B (PD1): Zmniejsz prędkość o -10 rad/s.
• Przycisk C (PD2): STOP (Reset prędkości i błędu całkującego).
• Przycisk D (PD3): Ustaw prędkość preset 100 rad/s.

4. Interfejs Użytkownika

• Wyświetlacz LCD (2x16): Magistrala I2C1.
• UART (USB): LPUART1 (przez ST-Link) - prędkość 115200 bps.

Parametry Techniczne

Parametr	Wartość
Mikrokontroler	STM32L4A6ZG
Napięcie zasilania silnika	12 V
Częstotliwość próbkowania	50 Hz (20 ms)
Rozdzielczość enkodera	48 impulsów/obrót
Maks. wypełnienie PWM	2399 (ARR)

Konfiguracja Regulatora PID

Aktualne nastawy regulatora dobrane za pomocą algorytmu DLQR (discrete linear quadratic regulator):

• Kp (Człon proporcjonalny): 3.13
• Ki (Człon całkujący): 8.01
• Kd (Człon różniczkujący): 0.001

Instrukcja Uruchomienia

1. Połączenie: Podłącz płytkę Nucleo do komputera przez USB. Upewnij się, że zasilanie silnika (12V) jest włączone.
2. Kompilacja: Otwórz projekt w STM32CubeIDE i wgraj oprogramowanie.
3. Start:
   • Po uruchomieniu na LCD pojawi się napis "Start".
   • Domyślna prędkość początkowa to 5.0 rad/s.
4. Kontrola:
   • Użyj pilota YK04 do zmiany prędkości.
   • Lub otwórz terminal szeregowy (np. PuTTY, RealTerm) na porcie COM ST-Linka (Baud: 115200) aby podglądać wykresy lub wpisać nową prędkość ręcznie (np. 50.5 + Enter).

Struktura Katalogów

• Core/Src/main.c: Główna pętla sterowania, obsługa przerwań Timera i logika YK04.
• scripts/matlab/: Skrypty pomocnicze do wyznaczania nastaw PID metodą LQR.
• Core/Inc/main.h: Definicje pinów i stałych.'
• scripts/python/: Skrypty do komunikacji z mikrokontrolerem i wizualizacji danych telemetrycznych.