Phụ lục TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP ====o0o==== VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÀI TẬP DÀI SỐ 2 Đề tài Thiết kế điều khiển tốc độ động cơ một chiều hai vòng điề.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÀI TẬP DÀI SỐ Đề tài: Thiết kế điều khiển tốc độ động chiều hai vòng điều khiển GVHD : PGS Nguyễn Hồng Quang SVTH : Nguyễn Đình Bảo Hưng 20173944 Bùi Đình Thiệu 20174237 Nhâm Việt Hưng 20181519 Nguyễn Thạch Hùng 20173928 Mục lục MỤC LỤC Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC STT Họ tên Nguyễn Đình Bảo Hưng Bùi Đình Thiệu Nhâm Việt Hưng Nguyễn Thạch Hùng Cơng việc + Tìm hiểu tổng quan Vi điều khiển STM32F103 + Lập trình đọc encoder quy đổi tốc độ + Lập trình đọc ADC quy đổi dịng điện + Lập trình hiển thị LCD 16x2 + Lập trình chương trình qt phím 4x4, chương trình chống dội phím + Mơ Proteus + Viết báo cáo chương 3, chương + Tìm hiểu mơ hình động điện chiều + Lập trình thiết lập tốc độ động + Lập trình chương trình PID + Viết báo cáo chương + Tìm hiểu phương pháp thiết kế điều khiển PID + Thiết kế điều khiển PID số + Mơ Matlab Simulink + Lập trình chương trình PID + Tìm hiểu phần cứng (L298, ACS712,…) + Lập trình xuất xung PWM + Lập trình chương trình hiển thị giá trị LCD + Viết báo cáo chương Chương Tổng quan Chương Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề Lĩnh vực điều khiển tự động ngày phát triển, đặc biệt điều khiển xác, trở thành phần khơng thể thiếu công nghiệp đại Phần lớn loại máy móc, thiết bị dân dụng hay công nghiệp sử dụng động điện, từ động điện máy công cụ, máy CNC , cánh tay robot,… đến thiết bị gia dụng máy giặt, điều hòa, máy hút bụi, máy vi tính Những thiết bị yêu cầu độ xác cao, tiết kiệm lượng, tuổi thọ chu kì bảo dưỡng dài Một yêu cầu cần đáp ứng để đạt tiêu điều khiển tốc độ động điện cách ổn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru xác lập xay đổi trạng thái Việc ứng dụng thuật toán kinh điển vào vấn đề điều khiển tốc độ động đạt nhiều kết khả quan Trong khuôn khổ tập lớn này, nhóm chúng em xin trình bày thuật tốn PID xây dựng vi điều khiển STM32F103C8T6 1.2 Lựa chọn giải pháp − Tìm hiểu động điện chiều (DC), sử dụng nam châm vĩnh cửu ; đặc tính, phương pháp điều khiển tốc độ động DC − Tìm hiểu phương pháp xây dựng điều khiển kinh điển PID − Thiết kế, lựa chọn mạch phần cứng điều khiển động DC − Xây dựng thuật tốn viết chương trình điều khiển 1.3 Giới thiệu chung động điện chiều Động điện chiều loại máy điện biến điện dòng chiều thành Ở động chiều từ trường từ trường không đổi Để tạo từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu nam châm điện cung cấp dòng điện chiều Động điện chiều phân loại theo kích từ thành loại sau: Kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp Hình 1.1.1.1.1 Phân loại động điện chiều Chương Tổng quan Cấu tạo động điện chiều Giống máy điện quay khác gồm phần đứng im (stato) phần quay (rô to) Về chức máy điện chiều chia thành phần cảm (kích từ) phần ứng (phần biến đổi lượng) Khác với máy điện đồng máy điện chiều phần cảm phần tĩnh phần ứng roto Trên Hình 1.1.1.1.2 biểu diễn cấu tạo động điện chiều gồm phận Hình 1.1.1.1.2 Cấu tạo động điện chiều Stator động điện chiều phần cảm, nơi tạo từ thơng máy Stator gồm chi tiết sau: Hình 1.1.1.1.3 Hình ảnh thực tế stator Rotor động điện chiều phần ứng Ngày người ta dùng chủ yếu loại rơto hình trống có ghép lại thép điện kỹ thuật Ở máy công suất lớn người ta làm rãnh làm mát theo bán kính (các thép ghép lại tệp, tệp cách rãnh làm mát) Hình 1.1.1.1.4 Hình ảnh thực tế rotor Chương Tổng quan Một cực từ gồm: Lõi cực làm thép điện kỹ thuật ghép lại, mặt cực có nhiệm vụ làm cho từ thơng dễ qua khe khí Cuộn dây kích từ đặt lõi cực cách điện với thân cực khuôn cuộn dây cách điện Cuộn dây kích từ làm dây đồng có tiết diện trịn, cuộn dây tẩm sơn cách điện nhằm chống thấm nước tăng độ dẫn nhiệt 1.4 Hệ truyền động điện chiều 1.4.1 Giới thiệu hệ truyền động điện a) Truyền động điện Là nhánh nhóm chun mơn điện tử cơng suất điều khiển tự động Có cách định nghĩa truyền động điện: − Hệ truyền động điện tổ hợp nhiều thiết bị phần tử điện- dùng để biến đổi điện thành (và ngược lại) cung cấp cho cấu công tác máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng tuỳ theo u cầu công nghệ máy sản xuất − Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi lượng điện-cơ gia công truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng b) Cấu trúc chung: − Phần lực + Là biến đổi động truyền động + Bộ biến đổi thường dùng biến đổi máy điện (máy phát chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hòa), biến đổi điện tử (chỉnh lưu tiristo, điều áp chiều, biến tần tranzito, tiristo) + Động điện: động chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng loại động điện đặc biệt khác…v.v… − Phần điều khiển Gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số cơng nghệ, ngồi cịn có thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ truyền động có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác dây chuyền sản xuất 1.4.2 Điều khiển tốc độ động điện chiều Về phương diện điều khiển chỉnh tốc độ, động điên chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng Chương Tổng quan Trên thực tế có phương pháp để điều chỉnh tốc độ động điện chiều : − Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động − Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Chương Thiết kế điều khiển Chương Thiết kế điều khiển 2.1 Đặc tính động điện chiều 2.1.1 Mơ hình tốn học động DC sử dụng nam châm vĩnh cửu Hình 1.1.1.1.5 Sơ đồ tương đương động DC sử dụng nam châm vĩnh cửu Trên hình sơ đồ thay động DC nam châm vĩnh cửu chế độ độ với : − − − − − − , : Điện áp dòng điện cung cấp cho động , : Điện trở điện cảm phần ứng J : Momen quán tính (N.m) B : Hằng số ma sát (N.m.s) e : Sức phản điện động (v) : tốc độ động (rpm) 2.1.2 Khảo sát hàm truyền động a) Khảo sát miền thời gian : − Điện áp phần ứng : 2.1 − Sức phản điện động : 2.2 − Momen điện từ ( momen sinh đầu trục động ) : 2.3 − Phương trình chuyển động học : 2.4 b) Khảo sát miền ảnh Laplace tìm mơ hình động − Khảo sát miền ảnh Laplace Thông qua việc khảo sát mô hình miền thời gian nêu mục trên, ta chuyển sang miền ảnh Laplace thu phương trình tương đương sau : Chương Thiết kế điều khiển 2.5 2.6 2.7 2.8 − Xác định mơ hình hàm truyền động : Thay PT 2.6 vào PT 2.5 ta : 2.9 Tiếp theo , ta thay PT 2.9 vào PT 2.7 : 2.10 Cuối thay PT 2.7 vào PT 2.8 ta suy : 2.11 Từ hai phương trình PT 2.10 PT 2.11 ta vừa tìm ta xây dựng mơ hình động nam châm vĩnh cửu sau : Hình 1.1.1.1.6 Mơ hình hàm truyền động DC Khi chế độ không tải ta có: 2.12 Đây hàm truyền động nam châm vĩnh cửu với đầu vào điện áp đầu tốc 2.2 Phương pháp điều khiển tốc độ động Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) phương pháp điều chỉnh điện áp tải, hay nói cách khác, phương pháp điều chế dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông, dẫn đến thay đổi điện áp trung bình.Các PWM biến đổi có tần số khác độ rộng sườn dương hay sườn âm 10 Phụ lục if ((HAL_GPIO_ReadPin (C2_GPIO_Port, C2_Pin))) // Neu C2 o muc cao { mp = 0; } if ((HAL_GPIO_ReadPin (C3_GPIO_Port, C3_Pin))) // Neu C3 o muc cao { mp = 15; } if ((HAL_GPIO_ReadPin (C4_GPIO_Port, C4_Pin))) // Neu C4 o muc cao { mp = 13; } } // chuong trinh chong nhieu void key_4x4() // chong doi , cho tha phim, neu co phim nhan se tra ve mp { key_scan(); // chuong trinh quet phim if (mp!=-1) // mp la ma phim { HAL_Delay(5); // chong doi key_scan(); // kiem tra lai lan nua co phim nhan khong if (mp!=-1) // chac chan co nhan { mp_tam = mp ; // mp_tam la ma phim tam SSthoi while (mp!=-1 ) // luc duoc nhan { key_scan(); } mp=mp_tam ; } } } void setup() // thiet lap toc { // key_4x4(); while (mp!=-1 && i