ĐIỀU KHIỂN TÓC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ HIẾN THỊ THÔNG SỐ CHẮT LƯỢNG HỆ THỐNG TRÊN PC

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRÊN PC GVHD : Th.S PHẠM THIÊN DUY SVTH : NGUYỄN LÊ MẠNH HÙNG Lớp : 06D3N Khoá : 03 TP Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2009 LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên,em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Phạm Thiên Duy, cương vị người hướng dẫn đề tài, tận tình giúp đỡ em suốt q trình hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn đến q thầy khoa Điện_Điện tử trường đại học Tôn Đức Thắng tận tình dạy dỗ truyền thụ cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian vừa qua Cuối cùng, xin chân thành cám ơn ý kiến đóng góp bạn sinh viên suốt trình thực luận văn Sinh viên thực Nguyễn Lê Mạnh Hùng NGUYỄN LÊ MẠNH HÙNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực Lớp Mã số sinh viên Ngành : Nguyễn Lê Mạnh Hùng : 06D3N : 310050T : Tự động điều khiển ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRÊN PC Tên đề tài : Nhận xét giảng viên hướng dẫn : Ngày…… tháng…… năm 2009 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực Lớp Mã số sinh viên Ngành : Nguyễn Lê Mạnh Hùng : 06D3N : 310050T : Tự động điều khiển ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRÊN PC Tên đề tài : Nhận xét giảng viên phản biện : Ngày…… tháng…… năm 2009 MỤC LỤC CHƯƠNG I: CƠ SỞ CHUNG 1—KHÁI NIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2—PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .3 3—PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4—PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MỘT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.1 Hệ thống chuyển động tịnh tiến: 4.2 Hệ thống chuyển động quay: .7 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1—CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .9 1.1 Sơ đồ nối dây máy phát kích từ song song: .9 1.2 Mạch từ máy điện hai cực: .9 1.3 Cuộn dây kích từ cực từ: .10 1.4 Phần ứng: .10 1.5 Cấu trúc cổ góp: 11 1.6.Mạch điện phần ứng: .11 1.7 Cấu trúc chổi than: 12 2—ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 13 2.1.Động điện chiều kích từ độc lập kích từ song song: 14 2.2 Động điện chiều kích từ nối tiếp: 21 3—NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 24 4—ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC 28 4.1 Giới thiệu: 28 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ VISUAL BASIC 31 CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN 8951 35 GIỚI THIỆU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN : 35 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 8951, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN : 38 CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA 8951 : SƠ ĐỒ KHỐI BÊN TRONG CỦA 8951 : 40 KHỐI NHỚ BÊN TRONG 8951 : .41 4.1.Tổ chức nhớ : 41 Caùc ghi có chức đặc biệt: 43 Bộ nhớ (external memory) : 51 HOAÏT ĐỘNG TIMER CỦA 8951: .51 5.2.1 Thanh ghi điều khiển chế độ timer TMOD (timer mode register) : 51 5.2.2 Thanh ghi điều khiển timer TCON (timer control register): .52 5.2.3 Các nguồn xung nhịp cho timer (clock sources): .63 5.2.4 Sự bắt đầu, kết thúc điều khiển timer (starting, stopping and controlling the timer) : 54 5.2.5 Sự khởi động truy xuất ghi timer: 55 CÁC CHẾ ĐỘ TIMER VÀ CỜ TRÀN (TIMER MODES AND OVERFLOW): .56 HOẠT ĐỘNG PORT NỐI TIẾP 58 7.1 Giới thiệu : 58 7.2 Các ghi chế độ hoạt động port nối tiếp: .59 7.2.1 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp: 59 7.2.2 Chế độ (Thanh ghi dịch đơn bit): 60 7.2.3 Chế độ (UART bit với tốc độ baud thay đổi được): .61 7.2.4 UART bit với tốc độ baud cố định (chế độ 2): 62 7.2.5 UART bit với tốc độ baud thay đổi (chế độ 3): 62 7.2.6 Khởi động truy xuất ghi cổng nối tiếp: 62 7.2.7 Tốc độ baud port nối tiếp 63 7.3 Tổ chức ngắt 8051 64 7.3.1 Cho Phép Không Cho Phép Ngắt 64 7.3.2 VécTơ Ngắt 64 7.3.3 Ngắt Port nối Tiếp 65 CHƯƠNG TRÌNH VISUAL BASIC 71 CHƯƠNG TRÌNH VI XỬ LÝ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nước ta chuyển theo phát triển chung giới khu vực Châu Á kinh tế phát triển mạnh mẽ Các ngành nghề kinh tế ngày đòi hỏi lượng lao động khổng lồ với yêu cầu cao tay nghề,trình độ kỹ thuật trang thiết bị đại Trên đà phát triển đó, vấn đề tự động hóa q trình sản xuất trở thành nhu cầu cần thiết Ngày nay, với xuất chip vi xử lý máy tính với việc sử dụng rộng rãi đẩy ngành tự động lên bước cao với yêu cầu khắt khe hơn… Việc ứng dụng máy tính, vi xử lý vào phục vụ kinh tế đem lại kết đầy ưu việt Với ưu tốc độ xử lý liệu độ xác cao với giao diện đầy thuận tiện cho người sử dụng, máy tính len lỏi vào khắp lĩnh vực sản xuất đời sống người Để góp phần nhỏ vào xu hướng phát triển ngành công nghiệp tự động hóa ngày để tìm hiểu thêm kỹ thuật kết nối máy tính vi xử lý, em xin đề nghị thực đề tài : “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ HIỂN THỊ THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRÊN PC” Trong suốt trình thực đề tài này, em cố gắng với hạn chế thời gian kiến thức chắn khơng tránh khỏi sai sót Rất mong góp ý, phê bình dẫn q thầy bạn đọc Sinh viên thực NGUYỄN LÊ MẠNH HÙNG Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy CHƯƠNG I: CƠ SỞ CHUNG 1—KHÁI NIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Một hệ truyền động hệ thống công nghiệp thực biến đổi lượng điện sang lượng (ở chế độ động cơ) hay ngược lại chế độ hãm máy phát phục vụ việc chạy quy trình sản xuất khác là: nhà máy sản xuất, vận chuyển người hàng hóa, đồ dùng nhà, máy bơm, máy nén khí, truyền động cho ổ đĩa máy tính, rơbốt, máy nghe nhạc, xem phim v.v… Ngày nay, truyền động điện tiêu thụ khoảng 50% lượng điện sản xuất Các hệ truyền động chạy t Một hệ truyền động hệ thống công nghiệp thực biến đổi lượng điện sang lượng (ở chế độ động cơ) hay ngược lại chế độ hãm máy phát phục vụ việc chạy quy trình sản xuất khác là: nhà máy sản xuất, vận chuyển hay đổi tốc độ chạy với tốc độ không đổi SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy Truyền động điện tốc độ thay đổi có động điện (dịng điện xoay chiều), ghép nối đàn hồi, tải khí (máy sản xuất) hệ thống bảo vệ đóng / mở điện hay điện tử Ngày gần (75-80)% truyền động điện loại truyền động tốc độ khơng đổi khơng có nhiều ứng dụng yêu cầu đến điều khiển tốc độ ngoại trừ trường hợp lúc khởi động, ngừng hoạt động bảo vệ Tuy nhiên khoảng (20-25)% cần đến điều khiển tốc độ mơ men cho thích hợp với phụ tải khí Các biến đổi điện tử tỏ có nhiều đặc trưng mạnh việc thay đổi trì mức lượng cung cấp thích hợp với loại phụ tải cần đến điều khiển tốc độ hay mômen : má công cụ, rôbốt, truyền động cho đĩa máy tính, phương tiện chuyên chở, v.v… Về cấu trúc, hệ thống truyền động điện nói chung, bao gồm khâu: 1.1 Bộ biến đổi: dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số,v.v… Các biến đổi thường dùng máy phát điện, hệ SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy máy phát—động (hệ F-Đ), chỉnh lưu có điều khiển không điều khiển, biến tần,v.v… 1.2 Động điện: dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng là: − Động điện xoay chiều ba pha không đồng rotor lồng sóc hay dây quấn; − Động điện chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp hay kích từ nam châm vĩnh cửu; − Động điện xoay chiều ba pha có cổ góp; − Động đồng bộ… 1.3 Khâu truyền lực: dùng để truyền lực từ trục động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, mô men, lực Để truyền lực dùng bánh răng, trục vít, xích, đai truyền, ghép nối đàn hồi… 1.4 Cơ cấu sản xuất hay máy sản xuất: thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng—hạ tải trọng, dịch chuyển…) 1.5 Khối điều khiển: thiết bị dùng để điều khiển biến đổi, động điện, cấu truyền lực Sử dụng khối khí cụ đóng cắt mạch có tiếp điểm (các relay, contactor) hay khơng có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn), khuyếch đại, điều chỉnh (regulator), máy tính, vi xử lí (microprocessor), điều chỉnh theo chương trình, CPU, PLC, CNC… Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang… Một hệ thống truyền động điện khơng thiết phải có đầy đủ khâu nêu Tuy nhiên, hệ truyền động điện ln bao gồm hai phần chính: − Phần lực: bao gồm biến đổi động điện − Phần điều khiển Một hệ truyền động điện gọi hệ hở khơng có phản hồi, gọi hệ kín có phản hồi nghĩa đại lượng đầu đưa trở lại đầu vào dạng tín hiệu để điều chỉnh lại việc điều khiển cho đại lượng đầu đạt giá trị mong muốn 2—PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Một sơ đồ tóm tắt ứng dụng chủ yếu giới hạn công suất SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy Weight = 700 Underline = 'False Italic = 'False Strikethrough = 'False EndProperty Height = 735 Left = 7080 Style = 'Graphical TabIndex = 13 Top = 2400 Width = 3495 End Begin VB.TextBox txtDerisedSpeed Alignment = 'Center BackColor = &H00000000& BeginProperty Font Name = "MS Sans Serif" Size = 96 Charset = Weight = 700 Underline = 'False Italic = 'False Strikethrough = 'False EndProperty ForeColor = &H000000FF& Height = 1935 Left = 6240 TabIndex = 12 Text = "2250" Top = 240 Width = 4815 End Begin VB.CommandButton cmdStop BackColor = &H00FFC0C0& Caption = "STOP" BeginProperty Font Name = "VNI-Arial Rounded" Size = 14.25 Charset = SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 77 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy Weight = 700 Underline = 'False Italic = 'False Strikethrough = 'False EndProperty Height = 735 Left = 720 Style = 'Graphical TabIndex = 10 Top = 2400 Width = 3495 End Begin VB.TextBox txtActualSpeed Alignment = 'Center BackColor = &H00000000& BeginProperty Font Name = "MS Sans Serif" Size = 96 Charset = Weight = 700 Underline = 'False Italic = 'False Strikethrough = 'False EndProperty ForeColor = &H000000FF& Height = 1935 Left = 120 TabIndex = Text = "0000" Top = 240 Width = 4815 End End Begin VB.Frame Frame3 Height = 1095 Left = 240 TabIndex = SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 78 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy Top = 1560 Width = 5295 Begin VB.Label Label2 Alignment = 'Center Caption = "(Số vòng/phút)" BeginProperty Font Name = "VNI-Times" Size = 12 Charset = Weight = 700 Underline = 'False Italic = 'False Strikethrough = 'False EndProperty ForeColor = &H00C00000& Height = 375 Left = 1680 TabIndex = Top = 600 Width = 1815 End Begin VB.Label Label1 Alignment = 'Center Caption = "HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ" BeginProperty Font Name = "VNI-Times" Size = 15.75 Charset = Weight = 700 Underline = 'False Italic = 'False Strikethrough = 'False EndProperty ForeColor = &H00000000& Height = 495 Left = 480 TabIndex = Top = 120 Width = 4575 SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 79 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy End End Begin VB.Frame Frame2 Height = 1215 Left = 240 TabIndex = Top = 240 Width = 11175 End Begin VB.Label Label6 Caption = "Sinh vien thuc hien:NGUYỄN LÊ MẠNH HÙNG" Height = 615 Left = 7800 TabIndex = 17 Top = 6960 Width = 3615 End Begin VB.Label Label5 Caption = "Thay huong dan:Th.S PHẠM THIÊN DUY" Height = 615 Left = 7800 TabIndex = 16 Top = 6240 Width = 3615 End End End SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 80 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy CHƯƠNG TRÌNH VI XỬ LÝ #include #include #define PWM #define PWM_LED #define RIGHT_LED #define LEFT_LED P2_3 #define RELAY #define DATA #define CLK #define STR P2_7 P2_0 P2_2 P2_4 P3_7 P3_6 P3_5 //========================================================== ==================================== code unsigned char val_to_7_seg[]={0x02,0x9e,0x24,0x0c,0x98,0x48,0x40,0x1e,0x00,0x08}; bit f_period=0; unsigned int cnt_encoder=0; unsigned char duty_cycle=0; unsigned char count_duty_cycle=0; unsigned char rx[10]; unsigned char len_rx=0; unsigned char tx[10]; unsigned char len_tx=0; unsigned char cnt_tx=0; unsigned char led[4]; int Kp=30; int Ki=2; int Kd=0; SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 81 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy int DesiredSpeed=0; int ActualSpeed=0; long limit_control_value=40; long control_value=0,ek=0,ek_1=0,ek_2=0,uk=0,uk_1=0,proportional=0,integral=0,diffe rential=0; //========================================================== ==================================== bit kbhit(void); void uart_transmit(char chr); char uart_rcv(void); void delay(unsigned long cnt); void DisplayLed(int val); void pid(void); //========================================================== ==================================== void main(void) { unsigned int times=0; // init led PWM_LED=0; RIGHT_LED=0; LEFT_LED=1; // timer mode (autoreload bit)tao pwm, chu ky ngat khoang 39us, tao pwm 10KHZ TMOD=TMOD|0x02; TH0=256 - 50; TR0=1; ET0=1; // timer tao uart SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 82 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy SCON = 0x52; //UART in bit mode TMOD = TMOD|0x20; //Timer configured for 8-bit auto-reload timer mode, Timer unchanged TH1 = 0xfd; //TH1 value for a baud rate 9600bps TR1 = 1; //Timer is turned ON TI=0; ES=1; // timer tao vong quet 10ms CP_RL2=0; C_T2=0; RCAP2L=0x00; RCAP2H=0xdc; TR2=1; ET2=1; // interrupt read encoder IT0=1; EX0=1; EA=1; // enable interrupt global while(1) { if(f_period) { f_period=0; // receive data from PC if(len_rx>2) { if(rx[len_rx-2]==0x0a && rx[len_rx-1]==0x0d) { if(len_rx==5) // pid { Kp=rx[0]; Ki=rx[1]; Kd=rx[2]; } SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 83 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy if(len_rx==4) // speed { DesiredSpeed=((int)rx[0]>8; tx[1]=ActualSpeed; tx[2]=duty_cycle; tx[3]=0x0a; tx[4]=0x0d; len_tx=5; TI=1; DisplayLed(ActualSpeed); } } SVTH: Nguyễn Lê Mạnh Hùng Trang 84 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Phạm Thiên Duy } } // void pid(void) { //cancul_error(); ek=(int)(((long)(DesiredSpeed-ActualSpeed)*200)/3000); proportional=(ek-ek_1)*Kp; integral=ek*Ki; differential=(ek-2*ek_1+ek_2)*Kd; if(integral>1000) integral=1000; if(integrallimit_control_value) control_value=limit_control_value; if(control_value0) { if(uk