Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển động cơ BLDC công suất nhỏ (dưới 1kw)

TĨM TẮT Với phát triển nhanh chóng cơng nghệ, ô tô dần trở thành máy tính đại phức tạp khơng cịn đơn phương tiện di chuyển Cùng với lên đó, linh kiện, phụ kiện phận bên ô tô dần cải thiện theo Trong số đó, phải kể đến motor điện Chúng có mặt hệ thống xe có tầm quan trọng khơng nhỏ Khi cải tiến loại motor không chổi than chiều đời, thay đổi hồn tồn diện mạo động điện Các tính điều khiển, bảo vệ, tiện ích nâng lên rõ rệt sử dụng động không chổi than Chính phát triển mạnh mẽ dịng động điện khơng chổi than chiều, phải học hỏi tiếp thu kiến thức lĩnh vực Đầu tiên, nghiên cứu, mơ lý thuyết đề tài để chuẩn bị tốt cho việc hồn thiện mơ hình vật lý cho chế tạo công việc sau Cùng với đó, ta cần thiết kế, viết thuật tốn để điều khiển đơng cơ, kiểm tra thông số, đánh giá kết để rút kết luận nhằm cải thiện vấn đề Với vấn đề đặt trên, nhóm chúng tơi định nghiên cứu phát triển đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển động BLDC cỡ nhỏ ( ADC, lựa chọn vào ô vuông IN0 IN1 để kích hoạt chức chuyển đổi kênh Hình Chọn kênh chuyển đổi cho chuyển đổi Analog – Digital 133 Tương tự thiết lập định thời Timer, sau chọn kênh IN0 IN1, hai chân PA0 PA1 vi điều khiển xanh, đồng thời khung Configuration thông số làm việc chuyển đổi Analog – Digital Hình Thiết lập thành công chuyển đổi Analog - Digital Vì đặc tính làm việc chuyển đổi, ta sử dụng thêm tính truy cập nhớ trực tiếp để đơn giản hóa q trình truyền nhận liệu chuyển đổi Analog – Digital nhớ vi điều khiển Tiến hành thiết lập theo bước sau đây: Ở mục Parameter Settings:  Continuous Conversion Mode: Enable  Overrun behaviour: Overrun data overwritten  Sampling Time: 239.5 Cycles 134 Ở mục DMA Settings:  Chọn Add  Ở cột DMA Request, chọn ADC  Ở mục Mode, chọn Circular  Data Width, chọn Word cho cột Peripheral Memory 135  Sau đó, quay trở lại mục Parameter Settings, chọn DMA Continuous Request: Enable Sau hoàn thành hiệu chỉnh trên, trình thiết lập cho vi điều khiển hồn tất, bấm tổ hợp phím Ctrl + S chọn File > Save để lưu lại thiết lập tiến hành tạo mã nguồn  Lập trình với giao diện biên soạn STM32CubeIDE: 136 Sau mã nguồn khởi tạo hoàn chỉnh, giao diện làm việc STM32CubeIDE tự động chuyển qua giao diện biên soạn mã nguồn, lúc người dùng viết thêm, lược bớt chỉnh sửa mã nguồn tạo chương trình Hình 10 Giao diện biên soạn mã nguồn STM32CubeIDE Giao diện biên soạn phần mềm chia làm phần gồm: điều hướng cơng cụ cùng, khu vực truy xuất tập tin bên phải, cửa sổ biên soạn mục lục mã nguồn trung tâm hình cuối khu vực thông báo hệ thống Trong mã nguồn tạo chương trình, STM32CubeIDE đánh dấu mã nguồn comment, cho người dùng biết khu vực chỉnh sửa viết thêm vào khu vực gồm đoạn mã tạo hệ thống bị hệ thống thay mã nguồn người dùng có nhu cầu thay đổi thông số hoạt động vi điều khiển Về bản, tồn khơng gian bên khu vực giới hạn hai dòng comment /*USER CODE BEGIN…*/ /*USER CODE END…*/ khu vực an toàn, người dùng thoải mái thêm bớt chỉnh sửa mã nguồn khu vực mà không bị ảnh hưởng trình tạo mã nguồn hệ thống Những 137 khơng gian ngồi khu vực viết lại chương trình người dùng khởi động lại trình tạo mã nên chỉnh sửa người dùng khơng lưu lại Hình 11 Thiết lập khu vực lập trình STM32CubeIDE Để hồn thiện chương trình, ta cần thêm vài dòng mã đơn giản, phần lớn công việc thực mã nguồn tạo phần mềm Công việc lấy giá trị từ kênh chuyển đổi, tính tốn gán hai gia trị cho hai thông số tần số chu kỳ làm việc tạo xung PWM, thực qua dòng lệnh sau đây:  Ở phần Private Variables, tạo biến mảng phần tử với độ lớn 32 bit để lưu giá trị chuyển đổi ADC 138  Trong phần USER CODE BEGIN chương trình main, khởi động hai ngoại vi thiết lập bước trước tạo xung PWM chuyển đổi ADC với DMA  Trong chương trình while, gán hai giá trị ADC cho hai thông số tần số chu kỳ làm việc tạo xung PWM Sau hoàn tất, ta hướng đến cơng cụ phía bấm vào nút Build để biên dịch chương trình kiểm tra lỗi, cửa sổ thơng báo phía hình thơng báo hồn tất khơng phát lỗi, chương trình lúc sẵn sàng để tải xuống vi điều khiển Hình 12 Biên dịch chương trình kiểm tra lỗi 139 Để tải chương trình xuống vi điều khiển, bấm vào công cụ Run công cụ, sổ để người dùng tùy chỉnh cài đặt vận hành chương trình cơng cụ gỡ lỗi ST-Link, bấm qua mục Debugger, chọn ST-Link bấm Scan để chương trình nhận diện trình gỡ lỗi ST-Link mạch STM32 Nucleo Hình 13 Thiết lập cài đặt vận hành chương trình Sau xác thực kết nối với ST-Link, ta bấm OK để bắt đầu tải chương trình xuống vi điều khiển, khung thơng báo hiển thị q trình tải xuống hồn tất, chương trình hồn tồn nạp vào vi điều khiển Các chức hoạt động chân tương ứng Hình 14 Thơng báo tải xuống hoàn tất 140 PHỤ LỤC SỬ DỤNG PHẦN MỀM TELEMETRY VIEWER ĐỂ ĐỌC DỮ LIỆU TỪ VI ĐIỀU KHIỂN QUA GIAO THỨC UART Phần mềm Telemetry Viewer phần mềm mã nguồn mở viết Farrell Farahbod Phần mềm viết ngôn ngữ Java chạy tảng JRE (Java Runtime Environment), phần mềm cung cấp khả giao tiếp truyền nhận tín hiệu qua giao thức truyền thông nối tiếp, có USB (Universal Serial Bus) dạng cổng COM máy tính Phần lớn mạch phát triển STM32 có tích hợp chức chuyển đổi tín hiệu từ UART sang USB, nên ta sử dụng phần mềm để đọc liệu gửi từ vi điều khiển Phần mềm mã nguồn chương trình tải từ trang web: http://farrellf.com/TelemetryViewer/ trang github: https://github.com/farrellf/TelemetryViewer Sau khởi động, giao diện làm việc phần mềm xuất Mạch phát triển phải kết nối từ trước để phần mềm nhận diện hiên lên phần kết nối phía bên phải hình Hình Các cài đặt kết nối cổng COM phần mềm 141 Lựa chọn tần số lấy mẫu 1000Hz, định dạng liệu CSV, baudrate: 115200 (tần số baudrate mặc định giao thức UART mạch STM32 Nucleo), sau bấm nút Connect để bắt đầu kết nối Sau thiết lập kết nối thành công, phần mềm xuất giao diện thiết lập liệu cho phép người dùng đặt tên cho liệu đọc được, màu sắc hiển thị đồ thị, đơn vị liệu hệ số nhân liệu Hình Giao diện thiết lập liệu Trong ứng dụng điều khiển động không chổi than, ta theo dõi loại liệu: tốc độ thực tế động cơ, tốc độ mong muốn điều khiển biến trở, nhiệt độ MOSFET, giá trị điện áp giá trị dịng điện Các thơng tin thiết lập nhập vào phần hình nhấn nút Add để thêm liệu vào chương trình Sau hoàn thành thêm loại liệu, bấm nút Done để hoàn thành bước Tiếp theo ta tiến hành thiết lập đồ thị theo dõi Giao diện phần mềm lúc phân thành cột dịng, số cột dịng hình thay đổi phần Settings phía bên trái hình, số cột dịng tối đa 15x15 142 Hình Giao diện theo dõi phần mềm Để tiến hành thêm đồ thị hình, ta bấm chuột trái vào hình, giữ chuột kéo đến đến đạt kích thước đồ thị mong muốn 143 Sau thả chuột, khung cài đặt bên trái hình, khung cài đặt ta lựa chọn loại đồ thị, liệu hiển thị đồ thị, giới hạn giá trị đồ thị,… Sau thiết lập xong, bấm nút Done để hồn thành q trình thiết lập đồ thị Lúc Đồ thị hiển thị liệu truyền lên từ vi điều khiển Tiếp tục thêm đồ thị theo hướng dẫn Ở ta sử dụng đồ thị dạng Time domains, đồ thị cho Tốc độ thực tế Tốc độ mong muốn, đồ thị lại cho giá trị nhiệt độ, điện áp dịng điện Ngồi cịn có thêm đồ thị dạng Dial để tiện theo dõi giá trị nhiệt độ, điện áp dịng điện Ở có thêm Timelines để theo dõi kiểm soát thời gian 144 Hình Giao diện hồn chỉnh phần mềm sau thiết lập đồ thị Để lưu lại thiết lập, ta nhấn nút Export phía bên phải hình, phần mềm tạo tập tin dạng txt để lưu trữ thiết lập Những lần khởi động phần mềm, ta cần nhấn nút Import chọn tập tin txt tạo mà không cần phải thực trình thiết lập lại từ đầu 145 ... vực điều khiển điện tử ô tô Cùng với dẫn, định hướng từ GVHD Nguyễn Trung Hiếu, nhóm chúng tơi cân nhắc lựa chọn đề tài tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển động BLDC công suất. .. trọng động không chổi than chiều Nếu động có chổi than, điều khiển sử dụng ta muốn thay đổi tốc độ quay với động BLDC, bắt buộc Hình 2.10 Board mạch điều khiển động BLDC Cấu tạo phận điều khiển. .. động BLDC công suất nhỏ (dưới kW)” 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Nhờ tiến công nghệ vật liệu kỹ thuật điều khiển, đề tài điều khiển động nói riêng ngành điều khiển tự động hóa nói chung có