THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN DỰ ÁN LIÊN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA (PBL2) ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Giảng viên hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY Sinh viên thực hiện: HOÀNG QUỐC HUY NGUYỄN MINH CHUYÊN ĐỖ THANH NGUYÊN PHAN ĐÌNH VƯƠNG LÊ ANH TIẾN LÊ PHÚ NAM Nhóm HP / Lớp: 19N32A MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI Cơ cấu truyền động tải băng chuyền 2 Đồ thị tốc độ dự kiến tải động Xác định momen quán tính momen quán tính hệ quy đổi 3.1 Momen quán tính: 3.2 Momen quán tính quy đổi trục động cơ: 3.3 Momen tải: 3.4 Xác định Momen đẳng trị: 3.5 Xác định công suất yêu cầu hệ 3.6 Kết luận: .7 3.7 Chọn động cơ: CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Tìm hiểu cấu tạo hoạt động: 1.1 Cấu tạo động điện chiều kích từ độc lập: 1.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều kích từ độc lập: 1.6 Các trạng thái hoạt động: .9 CHƯƠNG 12 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 12 Mạch động lực .12 1.1 Khối biến áp: .13 1.2 Khối van chỉnh lưu: 13 1.3 Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu: 14 1.3 Khối lọc 15 Tính tốn mạch động lực: 16 2.1 Tính chọn Thyristor: 16 2.2 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu: .17 2.3 Thiết kế lọc: 18 CHƯƠNG 20 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 20 Khái quát mạch điều khiển 20 1.1 Khái quát chung: 20 1.2 Phương pháp điều khiển thẳng đứng Arcos: .20 Nguyên lý hoạt động khâu mạch điều khiển: 20 2.1 Khâu đồng .20 2.2 Khâu so sánh .21 2.3 Khâu tạo xung chùm 21 2.4 Khâu khuếch đại phát xung 22 CHƯƠNG 24 VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG 24 1.Cảm biến dòng: Sử dụng IC ACS712 .24 1.1 Khái quát cảm biến dòng IC ACS712 24 1.2 Nguyên lý hoạt động: 24 1.3 Code vi điều khiển: 24 Cảm biến tốc độ: Sử dụng Encorder .25 2.1 Khái quát Encoder Omron E6B2-CWZ6C 25 2.2 Nguyên lí hoạt động .25 2.3 Code điều khiển 26 Vi điều khiển: 28 CHƯƠNG 31 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK .31 Mơ hình tốn học 31 1.2 Tính tham số hàm truyền động 31 1.3 Tính tốn thơng số hàm truyền chỉnh lưu .32 1.4 Hàm truyền cảm biến 32 1.5 Tổng hợp mạch vòng dòng điện: 32 1.6 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ: .33  Mạch mơ hàm truyền tốn học : .33 Mơ hình hàm truyền tốn học 33  Kết mô phỏng: 34 Mô nguyên lý (Matlab Simulink) : .34 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển 34 3.2 Kết mô đáp ứng tốc độ: 35 3.3 Kết mơ đáp ứng dịng điện: 35 3.4 Kết mô đáp ứng Moment: 35 3.5 Kết mô đáp ứng điện áp phần ứng: 36 DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG SỐ LIỆU Hình 1 Mơ truyền động cho tải băng chuyền Hình Đồ thị tốc độ mong muốn động băng chuyền Hình Đồ thị momen điện từ động Hình Đồ thị công suất động Hình Hình ảnh thực tế đơng Hình Cấu tạo động điện chiều Hình Sơ đồ tổng quát điều khiển 12 Hình Sơ đồ mạch động lực 12 Hình 3 Khối biến áp 13 Hình Sơ đồ mạch lọc LC 19 Hình Sơ đồ điều khiển Thyristor 20 Hình Sơ dồ mạch khâu đồng 21 Hình Sơ đồ mạch khâu so sánh 21 Hình Sơ đồ mạch tạo xung chùm tín hiệu kích xung 22 Hình Sơ đồ sóng dạng 𝑈𝐸 22 Hình Sơ đồ mach khâu khuếch đại phát xung 22 Hình Cảm biến dịng IC ASC712 24 Hình Sơ đồ nối dây arduino với cảm biến 30 Hình Sơ đồ khối hàm truyền động 31 Hình Hàm truyền điều khiển dòng điện 33 Hình Mơ hình hàm truyền toán học 33 Hình Mơ hình toán học động matlab 33 Tài liệu tham khảo Ned Mohan, Tore M Undeland, William P Robbins Power Electronics Converters, Applications, and Design 2003 Electric drives - An integrative approach-NED-MOHAN LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển tự động hóa đạt nhiều tiến Tự động hóa q trình sản xuất phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp giới nói chúng Việt Nam nói riêng Tự động hóa khơng làm giảm nhẹ sức lao động người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm Trong thời buổi đất nước ta bước vào q trình cơng nghiệp hóa đại hóa, động điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực xã hội đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất đại, nhiều lĩnh vực đời sống khơng thể thiếu động điện, động điện chế tạo đa dạng chủng lại ngày đại hướng tới giảm tổn hao điện năng, tăng hiệu suất công suất làm việc Trong ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng động ba pha với ưu điểm công suất lớn, đáp ứng yêu cầu làm việc ngành nghiệp nặng Tuy nhiên việc điểu khiển điểu chỉnh tốc độ động ba pha khó đạt độ xác cần thiết người sử dụng động DC với nhiều ưu điểm hơn, động ba pha, động DC có nhược điểm phần cổ góp dễ hỏng Nhận thấy động DC có nhiều ứng dụng thực tiễn liên quan đến học lớp cúng với kiến thức điện tử công suất, truyền động điện, vi điều khiển, đo lường cơng tác kỹ thuật đại, Nhóm chúng em chọn đề tài: “Điều khiển giám sát động điện chiều sử dụng vi điều khiển” Em xin cảm ơn Tiến sĩ Giáp Quang Huy hướng dẫn chúng em Do việc xếp thời gian để tiến hành nghiên cứu đồ án chưa hợp lý kiến thức thiếu nhiều nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung thêm để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ án gồm chương: CHƯƠNG 1: Thiết kế chọn động CHƯƠNG 2: Phân tích lựa chọn phương án truyền động điện CHƯƠNG 3: Phân tích chọn mạch động lực CHƯƠNG 4: Phân tích chọn mạch điều khiển CHƯƠNG 5: Vi điều khiển cảm biến đo lường CHƯƠNG 6: Mô hệ thống MATLAB SIMULINK CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI CHƯƠNG THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI Cơ cấu truyền động tải băng chuyền Hình 1 Mơ truyền động cho tải băng chuyền Đồ thị tốc độ dự kiến tải động Tốc độ dự kiến băng tải: V = 0.7(m/s), bán kính Rulo R = 0,08 (m).Suy ra: Tốc độ quay Rulo: 𝛚 = 𝑽 𝑹 = 𝟎,𝟕 𝟎,𝟎𝟖 = 𝟖, 𝟕𝟓 (rad/s) = 83,5 (vòng/phút) Chọn tốc độ động 3000(vịng/phút) tương đương với 314(rad/s) Nên ta có tỉ số truyền : 𝒊 = 𝟑𝟏𝟒 𝟖,𝟕𝟓 = 𝟑𝟔 Tốc độ dài băng tải : Hình Đồ thị tốc độ mong muốn động băng chuyền GVHD: TS.Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI Tốc độ quay Rulo Dựa vào đồ thị Hình 1.2, ta xác định trình hoạt động động sau : Quá trình động chuyển động theo chiều kim đồng hồ :  Từ đến giây: tốc độ quay động tăng từ ωM = rad/s đến ωM = 314 rad/s  Từ đến giây: động hoạt động ổn định với tốc độ quay ωM = 314 rad/s  Từ đến 10 giây: tốc độ quay động giảm ωM = rad/s Quá trình băng chyền đảo chiều :  Từ 10 đến 12 giây: động đảo chiều, độ lớn tốc độ quay tăng dần lên ωM = 314 rad/s  Từ 12 đến 18 giây: động hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay ωM = 314 rad/s  Từ giây 18 đến 20s tốc độ quay động giảm ωM = rad/s Xác định momen quán tính momen quán tính hệ quy đổi 3.1 Momen quán tính: Chọn kích thước dự kến cho cấu trúc hệ: - Rulo băng chuyền có kích thước R = (cm), h = (cm), băng chuyền có tất rulo - Bánh có kích thước h = (cm), Khối lượng vật m = 50 (kg) Momen quán tính Rulo J1 = m ⋅ R21 = π R21 h 7800 ⋅ R21 = π 0,082 ⋅ 0,02 × 7800.0,082 = 0,02 Vậy rulo có qn tính là: JRulo = × J1 = × 0,02 = 0,08 Momen qn tính bánh có 𝑅2 = 𝑅4 = 0,06(𝑚) = 6(𝑐𝑚) J2 = J4 = m ⋅ R22 = π R22 h 7800 ⋅ R22 = π 0,062 ⋅ 0,02 × 7800 0,0,062 = 6,3 × 10−3 Momen qn tính bánh có 𝑅3 = 𝑅5 = 0,01(𝑚) = 1(𝑐𝑚) J3 = J5 = m ⋅ R24 = π R24 h 7800 ⋅ R24 = π 0,012 ⋅ 0,02 × 7800 × 0,012 = 4,9.10−6 GVHD: TS.Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 3.2 Momen quán tính quy đổi trục động cơ: 1 J5qđ = J5 × = 4,9 × 10−6 × = 4,5 × 10−6 (kg m2 ) 2 1 J2qd = J2 × = 6,3 × 10−3 × = 4,8.10−6 (kg m2 ) 36 i2 1 J3qd = J3 × = 4,9.10−6 × = 1,36 × 10−7 (kg m2 ) i3 1 J4qd = J4 × = 6,3 × 10−3 × = 1,75 × 10−4 (kg m2 ) i4 v2 0,7 = 10 × = 4,96.10−5 (kg m2 ) 2 wM 314 1 = Jrulo × = 0,08 × = 6.17 × 10−5 (kg m2 ) 36 36 JM = mM × Jrulo1  Vậy ta tính được: 𝐉𝐭𝐨𝐧𝐠 = Jrulo1 + J2qd + J3qd + J4qd +J5qđ + JM = 3.10−4 (kg m2 ) 3.3 Momen tải: Momen tải chịu tác động lực ma sát, nên Momen tải tính toán giai đoạn sau:  Từ đến giây: dωdc dωrulo dωdc Mdt1 = MC1 + J = r m + J i dt dt i dt 8,75−0 −4 314−0 = 0,08 10 + 3.10 = 0,05 (N m) 2−0 36 2−0  Từ đến giây 8: dωdc dωrulo dωdc Mdt2 = MC2 + J = r m + J i dt dt i dt 8,75−8,75 −5 314−314 = 0,08 10 + 7,1.10 = 0(N m) 8−2 36 8−2  Từ 8s đến 10s: dωdc dωrulo dωdc Mdt3 = MC3 + J = r m + J i dt dt i dt − 8,75 − 314 −4 = 0,082 10 + 3.10 = −0,0548(N m) 10 − 36 10 −  Từ 10 đến giây 12: dωdc dωrulo dωdc Mdt4 = MC4 + J = r m + J i dt dt i dt 8,75−0 −4 −314−0 = 0,08 10 + 3.10 = −0,04(N m) 12−10 36  12−10 Từ 12 đến giây 18: GVHD: TS.Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI dωdc dωrulo dωdc Mdt5 = MC5 + J = r m + J i dt dt i dt 10−10 −4 314−314 = 0,08 10 + 3.10 = 0(N m) 18−12 36 18−12  Từ 18 đến giây 20: dωdc dωrulo dωdc Mdt6 = MC6 + J = r m + J i dt dt i dt 0−(−8,75) 0−(−314) −4 = 0,082 10 + 3.10 = 0,0548(N m) 20−18 36 20−18 3.4 Xác định Momen đẳng trị: Mdt =√ 2 2 2 ∑ Mdti Δt i Mdt1 Δt1 + Mdt2 Δt + Mdt3 Δt + Mdt4 Δt + Mdt5 Δt + Mdt6 Δt √ = ∑ Δt i ∑ Δt i 0,052 × + 02 × + (−0,0548)2 × + (−0,04)2 × + 02 × + 0,05482 × √ = 20 = 0,0318(𝑁 𝑚)  Từ momen điện từ ta tính momen định mức sau: Mđm = (1 ÷ 2) × Mđt = 0,0318 × = 0,0636(N m) Từ ta có đường đồ thị momen điện từ động sau tính tốn sơ bộ: Hình Đồ thị momen điện từ động 3.5  Xác định công suất yêu cầu hệ Công suất động điện chiều xác định qua biểu thức: Từ đến giây: 𝑃1 = 𝛥𝑡 314 − ∫ 𝑀𝑑𝑡1 𝜀𝑑𝑡 = ∫ , 05 𝑑𝑡 = 7,85(𝑊) 𝛥𝑡 2−0 2−0  Từ đến giây 8: P2 = Mdt2 ωM = × 314 = 0(W)  Từ 8s đến 10s: P3 = 10−8 Δt − 314 ∫ Mdt3 εdt = ∫ −0 , 0548 dt = 8,6(𝑊) Δt 10 − 10 −  Từ 10 đến giây 12: P4 = 12−10 Δt −314 − ∫ Mdt4 εdt = ∫ −0 , 04 dt = 6,28(𝑊) Δt 12 − 10 12 − 10 GVHD: TS.Giáp Quang Huy CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN cho thyristor Nguyên tắc phát xung chùm trước vào tầng khếch đại, ta đưa chèn thêm cổng AND với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh từ phát xung chùm hình vẽ Hình 4 Sơ đồ mạch tạo xung chùm tín hiệu kích xung Hình Sơ đồ sóng dạng 𝑈𝐸 2.4 Khâu khuếch đại phát xung Hình Sơ đồ mach khâu khuếch đại phát xung Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor nêu trên, tầng khuếch đại cuối thường thiết kế transistor cơng suất hình vẽ Để có xung dạng kim gửi đến thyristor, ta dùng biến áp xung (BAX), để khuếch đại cơng suất ta dùng transistor T2, diode D2 D3 bảo vệ T2 cuộn dây sơ cấp BAX T2 khóa đột ngột.3 Sơ đồ tổng quát mạch điều khiển GVHD: TS.Giáp Quang Huy 22 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN GVHD: TS.Giáp Quang Huy 23 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG CHƯƠNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG 1.Cảm biến dòng: Sử dụng IC ACS712 1.1 Khái quát cảm biến dòng IC ACS712 Hình Cảm biến dịng IC ASC712          Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp Thời gian tăng đầu để đáp ứng với đầu vào 5µs Điện trở dây dẫn 1.2mΩ Nguồn : 5VDC Độ nhạy đầu từ 63-190mV/A Điện áp ổn định ACS 712 5A (x05B): Ip: 5A đền -5A Độ nhạy: 180 - 190 mV/A 1.2 Nguyên lý hoạt động: Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ Ip- chiều, dòng điện từ Ip+ đến IpVout mức điện áp tương ứng 2.5~5VDC tương ứng dòng 0~Max, mắc ngược Vout điện 2.5~0VDC tương ứng với 0~(-Max) Khi cấp nguồn 5VDC cho module chưa có dịng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp) Vout = 2.5VDC, dịng Ip( dịng tải) Max Vout=5DC, Vout tuyến tính với dịng Ip khoản 2.5~5VDC tương ứng với dịng 0~Max, để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo DC để đo Vout 1.3 Code xử lí tín hiệu cảm biến dịng điện: GVHD: TS.Giáp Quang Huy 24 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG Cảm biến tốc độ: Sử dụng Encorder 2.1 Khái quát Encoder Omron E6B2-CWZ6C Đường kính trục: 6mm Các Model xung khác từ 10,20 1800,2000 Ngõ ra: A, B, Z (NPN transistor cực thu hở) 30VDC, 35mA max Nguồn cấp: ~ 24VDC Tần số đáp ứng: 100kHz max Tốc độ cho phép tối đa: 6000 vòng/phút Bảo vệ cấp nguồn ngược cực ngắn mạch ngõ Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 70C 2.2 Nguyên lí hoạt động Nguyên lý encoder, đĩa trịn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xun qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng GVHD: TS.Giáp Quang Huy 25 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng Số xung đếm tăng lên tính số lần ánh sáng bị cắt Như encoder tạo tín hiệu xung vng tín hiệu xung vuông cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số xung đầu phụ thuộc vào tốc độ quay trịn 2.3 Code xử lí tín hiệu tốc độ GVHD: TS.Giáp Quang Huy 26 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG  Code điều khiển tốc độ phương pháp PID : #include "PinChangeInt.h" #include #define encodPinA1 // Quadrature // Quadrature // PWM outputs encoder A pin #define encodPinB1 encoder B pin #define M1 to L298N H-Bridge motor driver module #define M2 10 double kp = 0,00418 , ki = 11,8 ,input = 0, output = 0, setpoint = 0; // modify kp, ki and kd for optimal performance long temp; volatile long encoderPos = 0; PID myPID(&input, &output, &setpoint, kp, ki, kd, DIRECT); // if motor will only run at full speed try 'REVERSE' instead of 'DIRECT' void setup() { pinMode(encodPinA1, INPUT_PULLUP); // quadrature encoder input A pinMode(encodPinB1, INPUT_PULLUP); // quadrature encoder input B attachInterrupt(0, encoder, FALLING); // update encoder position TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000 | 1; // set 31KHz PWM to prevent motor noise myPID.SetMode(AUTOMATIC); myPID.SetSampleTime(1); myPID.SetOutputLimits(-314, 314); } void loop() { temp += analogRead(0); // increment position target with potentiometer value (speed), potmeter connected to A0 if (temp < 0) { // in case of overflow encoderPos = 0; GVHD: TS.Giáp Quang Huy 27 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG temp = 0; } setpoint = temp / 500; // modify division to fit motor and encoder characteristics input = encoderPos ; // data from encoder myPID.Compute(); // calculate new output pwmOut(output); // drive L298N H-Bridge module } void pwmOut(int out) { // to H-Bridge board if (out > 0) { analogWrite(M1, out); // drive motor CW analogWrite(M2, 0); } else { analogWrite(M1, 0); analogWrite(M2, abs(out)); drive mot// or CCW } } void encoder() { // pulse and direction, direct port reading to save cycles if (PINB & 0b00000001) encoderPos++; (digitalRead(encodPinB1)==HIGH) else count ++; encoderPos ; (digitalRead(encodPinB1)==LOW) // if // if count ; } Vi điều khiển: Chọn arduino làm vi điều khiển: GVHD: TS.Giáp Quang Huy 28 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 tiêu chuẩn, biến thể gần có thơng số tương đương Arduino Uno xây dựng với phần nhân vi điều khiển ATmega328P, sử dụng thạch anh có chu kì dao động 16 MHz Với vi điều khiển này, tổng cộng có 14 pin (ngõ) / vào đánh số từ tới 13 (trong có pin PWM, đánh dấu ~ trước mã số pin) Song song đó, có thêm pin nhận tín hiệu analog đánh kí hiệu từ A0 - A5, pin sử dụng pin / vào bình thường (như pin - 13) Ở pin đề cập, pin 13 pin đặc biệt nối trực tiếp với LED trạng thái board Trên board có nút reset, ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc-quy nguồn Khi làm việc với Arduino board, số thuật ngữ sau cần lưu ý:   Flash Memory: nhớ ghi được, liệu không bị tắt điện Về vai trị, hình dung nhớ ổ cứng để chứa liệu board Chương trình viết cho Arduino lưu Kích thước vùng nhớ dựa vào vi điều khiển sử dụng, ví dụ ATmega8 có 8KB flash memory Loại nhớ chịu khoảng 10.000 lần ghi / xoá RAM: tương tự RAM máy tính, liệu ngắt điện, bù lại tốc độ đọc ghi xố nhanh Kích thước nhỏ Flash Memory nhiều lần GVHD: TS.Giáp Quang Huy 29 CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG  EEPROM: dạng nhớ tương tự Flash Memory có chu kì ghi / xố cao - khoảng 100.000 lần có kích thước nhỏ Để đọc / ghi liệu dùng thư viện EEPROM Arduino Ngoài ra, Arduino board cung cấp cho pin khác pin cấp nguồn 3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND, Hình Sơ đồ nối dây arduino với cảm biến GVHD: TS.Giáp Quang Huy 30 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK Mơ hình tốn học 1.2 Tính tham số hàm truyền động Hình Sơ đồ khối hàm truyền động - Hàm truyền phần trước Rotor:  𝐁+𝐉𝐬 (𝐋𝐚 𝐬+𝐑 𝐚 )(𝐁+𝐉𝐬)+𝐊 𝐛 𝟐 1.2.1 Tính hệ số Ra R a = 0,5 × (1 − ηđm ) × Uđm 12 = 0,5 × (1 − 0,9) × = 1,2 (Ω) Iđm 0,5  Trong đó: - 𝛈đ𝐦 : 𝐻𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 đị𝑛ℎ 𝑚ứ𝑐 𝑐ủ𝑎 độ𝑛𝑔 𝑐ơ - 𝐔đ𝐦 : Đ𝑖ệ𝑛 á𝑝 đị𝑛ℎ 𝑚ứ𝑐 𝑐ủ𝑎 độ𝑛𝑔 𝑐ơ - 𝐈đ𝐦 : 𝐷ò𝑛𝑔 đ𝑖ệ𝑛 đị𝑛ℎ 𝑚ứ𝑐 𝑐ủ𝑎 độ𝑛𝑔 𝑐ơ - 𝐋𝐚 = 0,028 𝐻 1.2.2 Tính hệ số Kb:  Thay vào phương trình dặc tính điện: V Ra  a  Me Ke Ke K M   Ta áp dụng thông số động làm việc định mức:  Trong đó: 𝜔 = 314 𝑟𝑎𝑑/𝑠, Va= 12V, Ra = 1,2 𝛺 , Me=0,09  Từ giải phương trình ta có: 𝐾𝑏 = 𝐾𝑒 𝜙 = 𝐾𝑚 𝜙 = 0,09 GVHD: TS.Giáp Quang Huy 31 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK 1.2.3 Giải thích chi tiết hàm truyền động cơ:  Các thông số hàm truyền: B= 0,85; La= 0,028 H; Ra=1,2 (); J= × 10−4 ; Kb= 0,09 1.3 Tính tốn thông số hàm truyền chỉnh lưu 𝑲𝒓 - Hàm truyền chỉnh lưu: 𝑮𝒓 = - Do nhóm chúng em sử dụng nguyên tắc thẳng đứng Arccos, chúng em xác định được: 𝑲𝒓 = 𝑽𝒅𝟎 𝑽𝒄𝒎 = 𝟏𝟐 𝟔 = 𝟐 𝑻𝒓 = 𝑻𝒓 𝒔+𝟏 𝟏 𝟏𝟐 × 𝟏 𝒇𝒔 = 𝟏 𝟏𝟐 × 𝟏 𝟓𝟎 = 𝟎 𝟎𝟎𝟏𝟔𝟕 1.4 Hàm truyền cảm biến 𝟏 - Cảm biến đo tốc độ Encoder: Gw(s) = 𝑻𝒔+𝟏 với T = 1ms - Cảm biến đo dòng điện H(s) = 1.5 Tổng hợp mạch vòng dòng điện: 1.5.1 Sử dụng phương pháp tối ưu Module: Cho chu kì lấy mẫu T=0,5s nên tần số lấy mẫu: 1  𝑓= = = 10𝐻𝑧 𝑇 0.01  𝑓𝑐𝑐 =  𝑊𝑐𝑐 = 2𝜋 × 𝑓𝑐𝑐 = 2𝜋 × 0,4 = 2,51 (  𝑊𝑐𝑠 =  𝐾𝑝𝑐 =  𝐾𝑖𝑐 = 25 × 𝑓𝑙𝑚 = 𝑊𝑐𝑐 = 2,51 5 𝐿𝑎 ×𝑊𝑐𝑐 𝐾𝑟 𝑅𝑎 ×𝑊𝑐𝑐 GVHD: TS.Giáp Quang Huy 𝐾𝑟 = = 25 × 10 = 0.4𝐻𝑧 𝑟𝑎𝑑 𝑠 ) = 0,502 0,028×2,51 1,2×2,51 = 0,035 = 1,506 32 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK  Ta có hàm truyền điều khiển dòng điện là:  GPI = K pc + Kic = 0,035 + s 1,506 s Hình Hàm truyền điều khiển dòng điện 1.6 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ: -  𝐾𝑝𝑠 =  𝐾𝑖𝑠 = 𝐾𝑡 𝐵×𝑊𝑐𝑠 𝐾𝑡 3×104 ×0,502 = = 0,036 0,85×0,502 0,036 = 0,00418 = 11,8 Hàm truyền điều khiển tốc độ:   𝐽𝑒𝑞 ×𝑊𝑐𝑠 𝐺𝑃𝐼(𝑠) = 𝐾𝑝𝑠 + 𝐾𝑖𝑠 𝑠 = 0,00418 + 11,85 𝑠 Mạch mơ hàm truyền tốn học : Hình Mơ hình hàm truyền tốn học Mơ hình hàm truyền tốn học Hình Mơ hình tốn học động matlab GVHD: TS.Giáp Quang Huy 33 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK  Kết mô phỏng: - Đồ thị tốc độ đáp ứng : - Đồ thị đáp ứng  Nhận xét: Độ xác cao, độ ổn định tốt Tốc độ đầu động bám sát với tốc độ đặt có biên độ dao động nhỏ nên bảo đảm tính ổn định động làm việc Mô nguyên lý (Matlab Simulink) : 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển GVHD: TS.Giáp Quang Huy 34 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK 3.2 Kết mô đáp ứng tốc độ: 3.3 Kết mơ đáp ứng dịng điện: 3.4 Kết mơ đáp ứng Moment: GVHD: TS.Giáp Quang Huy 35 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK 3.5 Kết mô đáp ứng điện áp phần ứng:  Nhận xét: Sơ đồ mô hoạt động ổn định, đảo chiều động cơ, động đạt tốc độ mong muốn Cần hạn chế biên độ dao động dòng điện, moment điện áp GVHD: TS.Giáp Quang Huy 36