Điều khiển động cơ DC với PID số trên DSPIC 33FJ64GP802

ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG Điều khiển động DC (DC Motor) ứng dụng ngành điều khiển nói chung điều khiển tự động nói riêng Động DC sinh viên ngành tự động trở nên thân quen thuộc từ thi trường FanLed 2009 (CLB Nghiên Cứu Khoa Học Khoa Điện-Điện tử) đến thi tiếng RoboCon Đến với Đồ Án lần xin giới thiệu với người đọc vấn đề tiếp cận với động DC.Đó “Điều khiển động DC với PID số DSPIC 33FJ64GP802”,ở tổng hợp nhiều vấn đề mà học trường từ môn học như: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động,Vi Xử Lý,Thiết Bị Hệ Thống Tự Động mơn thí nghiệm liên quan.Đồ án chúng tơi thực điều khiển động DC cách đọc từ encoder vi điều khiển,hiển thị LCD tốc độ(vị trí) động cơ,kết nối với máy tính qua giao tiếp UART (cổng RS 232)với chương trình giao tiếp máy tính GUI Matlab đặt vận tốc thơng số hình máy tính,trên hết giải thuật điều khiển động DC giải thuật PID mà học Để tiếp cận với Đồ án chúng tơi giới thiệu từ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP802 đến lý thuyết điều khiển PID,thiết kế phần cứng nhóm,và giải thuật PID phần mềm biên dịch C MPLAB Lời cuối cùng,chúng xin cảm ơn thầy hướng dẫn nhóm tơi: T.s HUỲNH THÁI HỒNG, bên cạnh chúng tơi cảm ơn bạn CLB Nghiên Cứu Khoa Học Khoa Điện –Điện tử tận tình giúp đỡ cho chúng tơi hồn thành tốt Đồ án SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang1 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Mục lục CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ DSPIC 33FJ64GP802 1.1 Giới Thiệu Họ Vi Điều Khiển DSPIC 33F & Sơ Đồ Chân & Cấu Trúc Bên Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.1.1 Giới thiệu họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP 1.1.2 Giới thiệu DSPIC 33FJ64GP802 1.1.3 Sơ đồ chân DSPIC 33FJ64GP802 1.1.4 Mô tả chân I/O DSPIC 33FJ64GP802 1.1.5 Cấu trúc bên DSPIC 33FJ64GP802 1.1.6 Cấu hình dao động cho chip 1.2 Tổ Chức Bộ Nhớ Và Vùng Địa Chỉ Bên Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.2.1 Tổ chức nhớ chương trình 11 1.2.2 Vùng địa liệu 12 1.2.3 Tổ chức liệu nhớ hàng 12 1.3 TIMER Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.3.1 Giới thiệu 13 1.3.2 Timer A 14 1.3.3 Timer B 14 1.3.4 Timer C 15 1.3.5 Các chế độ thực 16 1.3.6 Chế độ Timer cách đặt cấu hình 16 1.3.7 Đặt cấu hình Timer 32-bit 17 1.4 NGẮT Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.4.1 Giới thiệu khối ngắt DSPIC 33F 18 1.4.2 Ưu tiên ngắt 19 1.4.3 Tác vụ ngắt 19 1.4.4 Thanh ghi trạng thái điều khiển ngắt 20 1.4.5 Thủ tục tạo ngắt 20 1.4.6 Chương trình phục vụ ngắt (Interrupt Service Rountine) 20 1.5 UART Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.5.1 Giới thiệu UART 21 1.5.2 Những ghi điều khiển 22 1.5.3 Bộ phát tốc độ Baud 23 1.5.4 Đặt cấu hình UART 24 1.5.5 Bộ truyền liệu UART 25 1.5.6 Bộ ngắt truyền liệu UART 26 1.5.7 Khối nhận liệu UART 27 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang2 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG CHƯƠNG II: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN PID & ĐIỀU KHIỂN PID SỐ 2.1 Giải Thuật Điều Khiển PID 2.1.1 Lịch sử phát triển 29 2.1.2 Giới thiệu giải thuật PID 29 2.1.3 Phương pháp Zeigler-Nichols 32 2.2 Điều Khiển PID Số 2.2.1 Vì lại sử dụng điều khiển PID số 34 2.2.2 Số hóa cơng thức tính điều khiển PID số 34 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Đối Tượng Điều Khiển 3.1.1 Động DC 38 3.1.2 Bộ encoder tương đối (incremental optical encoder) 39 3.1.3 Đọc encoder ngắt 41 3.2 Mô Tả Phần Cứng 3.2.1 Khối Main 41 3.2.2 Khối Công Suất 43 3.2.3 Khối Nguồn 43 3.2.4 Khối cổng nạp 44 3.2.5 Khối UART 44 3.2.6 Khối LCD 45 3.2.7 Khối Nút nhấn 45 3.2.8 Khối giao tiếp máy tính (GUI) 46 3.2.9 Tóm tắt 49 CHƯƠNG IV : LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT,KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM & KẾT LUẬN 4.1 Lưu Đồ Giải Thuật 4.1.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát 53 4.1.2 Lưu đồ giải thuật hàm Main 54 4.1.3 Lưu đồ giải thuật Mappin 55 4.1.4 Lưu đồ giải thuật ngắt 56 4.1.5 Lưu đồ giải thuật ngắt Timer 57 4.1.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển PID vị trí 58 4.1.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển PID vận tốc 59 4.1.8 Lưu đồ giải thuật UART 60 4.2 Kêt Quả Thực Nghiệm 4.2.1 Hiệu chỉnh PID vị trí 61 4.2.2 Hiệu chỉnh PID vận tốc 64 4.3 Kết Luận 4.3.1 Kết luận DSPIC 33FJ64GP802 67 4.3.2 Kết luận giải thuật PID điều khiển PID số 67 4.3.3 Kết luận phần cứng thiết kế mạch 68 PHỤ LỤC 69 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang3 ĐỒ ÁN Chương I: GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG GIỚI THIỆU VỀ DSPIC 33FJ64GP802 1.1 GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC 33FJ64GP SƠ ĐỒ CHÂN & CẤU TRÚC BÊN TRONG DSPIC 33FJ64GP802 1.1.1 Giới thiệu họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP Họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP họ vi điều khiển chuẩn CMOS 16 bit (high performance, 16- Bit digital signal controllers),với CPU chế tạo theo cấu trúc Harvard (có vùng nhớ riêng cho chương trình (mã) liệu).Họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP mang đầy đủ đặc tính dịng vi điều khiển thơng thường (I/O port,timer,interrupt,UART…).Nhưng đặc biệt so với dòng vi điều khiển khác 8051,hay AVR DSPIC 33FJ64GP có mạnh sau:  Bộ dao động DSPIC thông qua chia (nhân tần số) PLL, sau dùng chu kỳ để thực lệnh,ở DSPIC cho phép tần số dao động tối đa 80Mhz chạy tối đa 40MIPS nên tốc độ xử lý (1 chu kỳ máy 0.05µs) nhanh nhiều so với PIC 16F887 8051,cũng khả nhân tần số thông qua chia giúp ta thay đổi tần số dao động  Tập lệnh rút gọn,với trình biên dịch C làm tối ưu hóa giải thuật,ngồi DSPIC mạnh khả xử lý số với module lớn DAC (audio digital to analog converter) DCI (data converter interface)  Ngoài họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP cho phép nhiều module giao tiếp (communication Modules) SPI (hỗ trợ 8-bit 16-bit với giao diện I/O đơn giản),I2C,UART,truyền thông CAN(ECANTM module) 1.1.2 Giới thiệu DSPIC 33FJ64GP802 Là vi điều khiển thuộc họ DSPIC 33F,

ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG Điều khiển động DC (DC Motor) ứng dụng ngành điều khiển nói chung điều khiển tự động nói riêng Động DC sinh viên ngành tự động trở nên thân quen thuộc từ thi trường FanLed 2009 (CLB Nghiên Cứu Khoa Học Khoa Điện-Điện tử) đến thi tiếng RoboCon Đến với Đồ Án lần xin giới thiệu với người đọc vấn đề tiếp cận với động DC.Đó “Điều khiển động DC với PID số DSPIC 33FJ64GP802”,ở tổng hợp nhiều vấn đề mà học trường từ môn học như: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động,Vi Xử Lý,Thiết Bị Hệ Thống Tự Động mơn thí nghiệm liên quan.Đồ án chúng tơi thực điều khiển động DC cách đọc từ encoder vi điều khiển,hiển thị LCD tốc độ(vị trí) động cơ,kết nối với máy tính qua giao tiếp UART (cổng RS 232)với chương trình giao tiếp máy tính GUI Matlab đặt vận tốc thơng số hình máy tính,trên hết giải thuật điều khiển động DC giải thuật PID mà học Để tiếp cận với Đồ án chúng tơi giới thiệu từ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP802 đến lý thuyết điều khiển PID,thiết kế phần cứng nhóm,và giải thuật PID phần mềm biên dịch C MPLAB Lời cuối cùng,chúng xin cảm ơn thầy hướng dẫn nhóm tơi: T.s HUỲNH THÁI HỒNG, bên cạnh chúng tơi cảm ơn bạn CLB Nghiên Cứu Khoa Học Khoa Điện –Điện tử tận tình giúp đỡ cho chúng tơi hồn thành tốt Đồ án SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang1 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Mục lục CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ DSPIC 33FJ64GP802 1.1 Giới Thiệu Họ Vi Điều Khiển DSPIC 33F & Sơ Đồ Chân & Cấu Trúc Bên Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.1.1 Giới thiệu họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP 1.1.2 Giới thiệu DSPIC 33FJ64GP802 1.1.3 Sơ đồ chân DSPIC 33FJ64GP802 1.1.4 Mô tả chân I/O DSPIC 33FJ64GP802 1.1.5 Cấu trúc bên DSPIC 33FJ64GP802 1.1.6 Cấu hình dao động cho chip 1.2 Tổ Chức Bộ Nhớ Và Vùng Địa Chỉ Bên Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.2.1 Tổ chức nhớ chương trình 11 1.2.2 Vùng địa liệu 12 1.2.3 Tổ chức liệu nhớ hàng 12 1.3 TIMER Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.3.1 Giới thiệu 13 1.3.2 Timer A 14 1.3.3 Timer B 14 1.3.4 Timer C 15 1.3.5 Các chế độ thực 16 1.3.6 Chế độ Timer cách đặt cấu hình 16 1.3.7 Đặt cấu hình Timer 32-bit 17 1.4 NGẮT Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.4.1 Giới thiệu khối ngắt DSPIC 33F 18 1.4.2 Ưu tiên ngắt 19 1.4.3 Tác vụ ngắt 19 1.4.4 Thanh ghi trạng thái điều khiển ngắt 20 1.4.5 Thủ tục tạo ngắt 20 1.4.6 Chương trình phục vụ ngắt (Interrupt Service Rountine) 20 1.5 UART Trong DSPIC 33FJ64GP802 1.5.1 Giới thiệu UART 21 1.5.2 Những ghi điều khiển 22 1.5.3 Bộ phát tốc độ Baud 23 1.5.4 Đặt cấu hình UART 24 1.5.5 Bộ truyền liệu UART 25 1.5.6 Bộ ngắt truyền liệu UART 26 1.5.7 Khối nhận liệu UART 27 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang2 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG CHƯƠNG II: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN PID & ĐIỀU KHIỂN PID SỐ 2.1 Giải Thuật Điều Khiển PID 2.1.1 Lịch sử phát triển 29 2.1.2 Giới thiệu giải thuật PID 29 2.1.3 Phương pháp Zeigler-Nichols 32 2.2 Điều Khiển PID Số 2.2.1 Vì lại sử dụng điều khiển PID số 34 2.2.2 Số hóa cơng thức tính điều khiển PID số 34 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Đối Tượng Điều Khiển 3.1.1 Động DC 38 3.1.2 Bộ encoder tương đối (incremental optical encoder) 39 3.1.3 Đọc encoder ngắt 41 3.2 Mô Tả Phần Cứng 3.2.1 Khối Main 41 3.2.2 Khối Công Suất 43 3.2.3 Khối Nguồn 43 3.2.4 Khối cổng nạp 44 3.2.5 Khối UART 44 3.2.6 Khối LCD 45 3.2.7 Khối Nút nhấn 45 3.2.8 Khối giao tiếp máy tính (GUI) 46 3.2.9 Tóm tắt 49 CHƯƠNG IV : LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT,KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM & KẾT LUẬN 4.1 Lưu Đồ Giải Thuật 4.1.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát 53 4.1.2 Lưu đồ giải thuật hàm Main 54 4.1.3 Lưu đồ giải thuật Mappin 55 4.1.4 Lưu đồ giải thuật ngắt 56 4.1.5 Lưu đồ giải thuật ngắt Timer 57 4.1.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển PID vị trí 58 4.1.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển PID vận tốc 59 4.1.8 Lưu đồ giải thuật UART 60 4.2 Kêt Quả Thực Nghiệm 4.2.1 Hiệu chỉnh PID vị trí 61 4.2.2 Hiệu chỉnh PID vận tốc 64 4.3 Kết Luận 4.3.1 Kết luận DSPIC 33FJ64GP802 67 4.3.2 Kết luận giải thuật PID điều khiển PID số 67 4.3.3 Kết luận phần cứng thiết kế mạch 68 PHỤ LỤC 69 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang3 ĐỒ ÁN Chương I: GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG GIỚI THIỆU VỀ DSPIC 33FJ64GP802 1.1 GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC 33FJ64GP SƠ ĐỒ CHÂN & CẤU TRÚC BÊN TRONG DSPIC 33FJ64GP802 1.1.1 Giới thiệu họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP Họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP họ vi điều khiển chuẩn CMOS 16 bit (high performance, 16- Bit digital signal controllers),với CPU chế tạo theo cấu trúc Harvard (có vùng nhớ riêng cho chương trình (mã) liệu).Họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP mang đầy đủ đặc tính dịng vi điều khiển thơng thường (I/O port,timer,interrupt,UART…).Nhưng đặc biệt so với dòng vi điều khiển khác 8051,hay AVR DSPIC 33FJ64GP có mạnh sau:  Bộ dao động DSPIC thông qua chia (nhân tần số) PLL, sau dùng chu kỳ để thực lệnh,ở DSPIC cho phép tần số dao động tối đa 80Mhz chạy tối đa 40MIPS nên tốc độ xử lý (1 chu kỳ máy 0.05µs) nhanh nhiều so với PIC 16F887 8051,cũng khả nhân tần số thông qua chia giúp ta thay đổi tần số dao động  Tập lệnh rút gọn,với trình biên dịch C làm tối ưu hóa giải thuật,ngồi DSPIC mạnh khả xử lý số với module lớn DAC (audio digital to analog converter) DCI (data converter interface)  Ngoài họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP cho phép nhiều module giao tiếp (communication Modules) SPI (hỗ trợ 8-bit 16-bit với giao diện I/O đơn giản),I2C,UART,truyền thông CAN(ECANTM module) 1.1.2 Giới thiệu DSPIC 33FJ64GP802 Là vi điều khiển thuộc họ DSPIC 33F,nên ngồi đặc tính có nêu 33FJ64GP802 cịn có đặc điểm sau: + Số chân: 28 + Bộ nhớ chương trình (program flash memory): 64Kbyte + Ram: 16Kbyte + Số chân remap (remappable pins): 16 + UART : + Ngắt (external Interrupts) :3 + ADC (10-bit/12-bit) :10 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang4 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG + I/O pins : 21 + Timer : (16 bit) Để thấy tính trội hẳn DSPIC 33FJ64GP802 ta có bảng so sanh sau với số vi điều khiển học Device Program Memory Data Memory PIC 16F690 4Kbyte SRAM /RAM (byte) 128 256 DSPIC 33FJ64 GP802 64Kbyte 16K Flash 8051 EEP ROM / ROM 4Kbyte 256byte P Communication W Modules M I/O A/D Operating Range Timer Interrrupt 32 18 1MIPS 10 40MIPS 49 21 12 (10bit/12bit 5MIPS 1UART,1SPI, I2C 2UART,2SPI, 1ECAN,1 I2CTM 1.1.3 Sơ đồ chân DSPIC 33FJ64GP802 Hình 1.1  Từ sơ đồ chân ta thấy : + DSPIC 33FJ64GP802 có tất 28 chân,có loại loại linh kiện dán chân + DSPIC 33FJ64GP802 có PORT I/O : PORT A,PORT B,PORT C.Trong PORTA gồm chân : RA0÷RA4,trong PORT B gồm chân : RB0÷RB15.Ngồi cịn có thêm 15 chân remapable pin từ RP0(1) ÷ RP15(1) SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang5 UART ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG + DSPIC 33FJ64GP802 sử dụng thạch anh (Crystal) gắn bên ngồi có tầm từ 3Mhz đến 10Mhz,cịn dùng thạch anh tốc độ cao (high speed crystal) có tầm từ 10Mhz-40Mhz + Kết nối phần cứng bên DSPIC 33FJ64GP802 mạch thực hiên sau (theo datasheet) Hình 1.2 Dựa vào hình vẽ (hình 1.2) ta thiết kế phần cứng cho mạch,nhưng trước hết ta cần xác định giá trị R1,R tụ C,các giá trị tụ nối AVDD – AVSS Theo datasheet ta có - Tụ nối VCAP /VDDCORE Ground có tác dụng ổn định điện áp ngõ chân (VCAP / VDDCORE) không nối vi VDD v cú giỏ tr t 4.7àF ữ 10àF - Các tụ nối cặp chân cung cấp nguồn VDD,VSS,AVDD AVSS có giá trị thích hợp 0.1µF, 1020V.Các tụ nên mắc gần chân tốt trình lọc - Đối với cách kết nối ngõ vào chân RESET (MCLR) SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang6 ĐỒ ÁN - GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG Hình 1.3 Với giá trị R ≤ 10 kΩ (R = 10kΩ) thích hợp vơi giá trị R1,theo datasheet ta thấy R1 ≤ 470Ω (R = 470Ω) có tác dụng hạn dịng,cịn lại tụ C vơi giá trị thích hợp 0.1µF (tụ 104) thích hợp 1.1.4 Mơ tả chân I/O DSPIC 33FJ64GP802 Tên Chân (Pin Name) AN0-AN12 CLKI CLKO Loại chân (Pin Type) I I O INT0-INT2 RA0-RA4 RB0-RB15 T1CK-T5CK I I/O I/O I MCLR AVDD I/P P U1CTS U1RTS I O U1RX U1TX CVREF C1RX C1TX I O O I O Loại đệm Mô tả (Buffer type) Analog Những kênh ngõ vào analog ST/CMOS Ngõ vào dao động ngồi,ln kết nối với chân ST/CMOS OSC1-2 ST Ngắt ngồi 0-2 ST PORTA ST PORTB Ngõ vào timer 1-timer 5(với external clock) ST Ngõ Reset P Nối V+ nguồn cung cấp (3.3V) ST Ngõ vào UART1 xóa để nhận ST Ngõ UART1 sẵn sàng nhận ST Ngõ vào UART1 nhận ST Ngõ UART1 truyền ANA Ngõ so sánh điện áp ST Ngõ vào nhận ECAN1 ST Ngõ truyền ECAN1 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang7 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 1.1.5 Cấu trúc bên DSPIC 33FJ64GP802 Từ cấu trúc bên họ vi điều khiển 33FJ64GPX02 ta thấy rằng: + Các chân lấy từ vi điều khiển có loại là: Một chân dạng remappable pins,và PORT (A,B,C) thực chức I/O khác + Sử dụng đường Bus liệu : X data bus,Y data bus.Trong X data bus nối với PORT ngõ interrupt controller đồng thời kết nối với đếm chương trình Programmer counter, data latch.Cịn Y data bus nối với DMA RAM từ DMA RAM nối với DMA Controller nối kết với PORT Remappable Pins vi điều khiển Hình 1.4 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang8 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG 1.1.6 Cấu hình Bộ dao động cho chip - Có lựa chọn cho định thời chíp (nguồn xung nhịp) dao động nội dao động ngoại - Bộ PLL ( Phase-Locked Loop) chip dùng để định tầm cho tần số thực thi định tần số xung nhịp cần thiết cho hệ thống - Bộ dao động FRC dùng với PLL chip cho phép chip thực thi lệnh với tốc độ tối đa mà không cần nguồn xung nhịp bên - Thanh ghi điều khiển nguồn xung nhịp OSCON Hình 1.5 DSPIC 33FJ64GP802 cung cấp cho ta chế độ lựa chọn xung nhịp: - Bộ dao động nhanh RC (FRC) - Bộ dao động FRC kết hợp với Phase Locked Loop (PLL) - Bộ dao động (XT,HS EC) - Bộ dao động với PLL - Bộ dao động phụ (LP) - Bộ dao động nguồn thấp RC (LPRC) SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang9 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG - Bộ dao động FRC với postscaler  Việc lựa chọn định thời cho hệ thống: Thiết lập cấu hình bit cho dao động đặt ghi cấu hình nhớ chương trình.Trong đó: +Những bits cấu hình lựa chọn dao động tức thời FNOSC + Những bits lập nên chế độ dao động POSCMD + Những bits cho phép người dùng lựa chọn 12 xung nhịp  Ngõ dao động (hoặc ngõ PLL ngõ chọn) FOSC chia cho để tạo dẫn thiết bị xung nhịp (FCY) xung nhịp biên (FP).FCY xác định tốc độ thực thi lệnh thiết bị tốc độ tăng lên 40MHz  Một điều cần lưu ý việc viết chương trình cho DSPIC 33FJ64GP802 việc CONFIG tính hay hàm header,trong có việc CONFIG cấu hình PLL.Chúng ta cần biết là:Bộ PLL chip cấp khả linh hoạt cao việc lựa chọn tốc độ thực lệnh.Có thể tham khảo theo sơ đồ (Hình 1.6) o Ngõ dao động FRC,bao hàm “FIN”,được chia cho cho số định tầm N1 có giá trị từ 2,3…33 trước cung cấp điện áp điều khiển dao động PLL(VCOvoltage controlled Oscillator).Ngõ vào VCO phải lựa chọn tầm 0.8Mhz đến 8Mhz o Bộ chia hồi tiếp cung cấp số ‘M’.Chỉ tiêu lựa chọn tần số VCO ngõ nằm tần số 100Mhz -200Mhz o Ngõ VCO sau chia cho số N2.’N2’ 2,4,8 phải chọn cho ngõ tần số PLL nằm tầm 12.5Mhz đến 80Mhz,để tạo tốc độ thực thi lệnh từ 6.25-40MIPS Vd: Như cho tần số thạch anh 10Mhz dùng để chọn chế độ dao động XT với PLL Nếu PLLPRE = N1 = lúc ngõ vào VCO 10/2 = Mhz thuộc khoảng 0.8 – 8Mhz (thỏa) Nếu PLLDIV = 0x1E M = 32 lúc ngõ VCO x 32 = 160 Mhz thuộc khoảng 100-200 Mhz SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang10 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.1.3 Lưu đồ giải thuật Mappin SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang55 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG 4.1.4 Lưu đồ giải thuật ngắt ngồi SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang56 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.1.5 Lưu đồ giải thuật ngắt Timer SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang57 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.1.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển PID vị trí SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang58 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.1.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển PID vận tốc SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang59 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.1.8 Lưu đồ giải thuật UART SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang60 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.2KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.2.1 Hiệu chỉnh PID vị trí Như biết từ Chương II để chọn thơng số KP,KI,KD thích hợp với giá trị đặt (vị trí/vận tốc) chúng tơi phải thử nhiều lần tham khảo kinh nghiệm từ người trước.Từ chúng tơi rút kết luận,ứng với giá trị đặt (vị trí/vận tốc) có quy tắc chung để tìm thơng số KP,KI,KD Trong phần lấy trường hợp điều khiển vị trí động DC để nói cách lựa chọn thông số K P,KI,KDtheo kinh nghiệm : - Chọn KP trước: Đầu tiên ta gán thông số KI,K D 0,rồi set giá trị vận tốc (hay vị trí) mong muốn,từ từ tăng thơng số KP lên đến thấy thời gian đáp ứng động đủ nhanh (từ hình máy tính qua giao tiếp RS232 với đồ họa Matlab) , chấp nhận vọt lố nhỏ - Chọn KD :Sau chọn giá trị K P thích hợp ,ta giữ nguyên giá trị KP tiến hành làm giảm vọt lố cách them khâu D vào ( hay khâu hãm ) Ta tiến hành tăng KD để thỏa mãn độ vọt lố yêu cầu , suất sai số tĩnh - Chọn KI: Khi chọn khâu P khâu D thỏa mãn yêu cầu đáp ứng độ , ta tiến hành them khâu I để làm giảm sai số xác lập lưu ý để không xuất vọt lố trở lại Dưới hình ảnh từ kết thực nghiệm Hình 8.2 Bắt đầu chỉnh thơng số KP SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang61 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG Hình 8.3 Tiếp tục tăng thơng số K P Hình 8.4 Khi tăng KP ta thấy vọt lố tăng , thời gian độ giảm xuống đồng thời sai số xác lập giảm SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang62 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG Hình 8.5 Tăng thơng số KD ta thấy độ vọt lố giảm xuống (giữ nguyên K P) Hình 8.6 Tiếp tục tăng KD ta thấy độ vọt lố khơng cịn nữa,sau độ vọt lố bắt đầu tăng KI để giảm sai số xác lập SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang63 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG Hình 8.7 Tiếp tục tăng KI,ta thấy sai số xác lập giảm Hình 8.8 Tinh chỉnh lần thông số,ta đáp ứng hệ thống mong muốn (Không vọt lố,sai số xác lập nhỏ,thời gian xác lập,thời gian lên nhanh) 4.2.2 Hiệu chỉnh PID vận tốc a Hiệu chỉnh khâu tỷ lệ P (KP) Như đề cập để chọn thơng số KP,K I,KDthích hợp ta hiệu chỉnh khâu tỷ lệ trước.Ta tăng giá trị KP với mục đích SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang64 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG cải thiện đáp ứng hệ thống,KP tăng cao dẫn đến vọt lố hệ thống.Dưới số hình ảnh nhóm qua trình thực nghiệm Hình 8.9 Tăng từ từ KP ta thấy độ sai số xác lập giảm Hình 9.0 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang65 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG Hình 9.1 Tăng KP đến giá trị định hệ ổn định (dao động)  Nhận xét: - KP lớn sai số xác lập giảm,tuy nhiên tăng KP đến giá trị định hệ thống rơi vào trạng thái dao động - Tăng KP độ vọt lố hệ cao,thời gian độ hệ giảm.KP lớn dẫn đến hệ thống không ổn định b Hiệu chỉnh khâu PID Để khắc phục nhược điểm mà khâu KP điều khiển vận tốc (như độ vọt lố,sai số xác lập,thời gian xác lập…) ta sử dụng khâu PID cách thực tương tự phần 4.2.1 ta có hình ảnh thực nghiệm đáp ứng hệ thống Hình 9.2 SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang66 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG 4.3 KẾT LUẬN 4.3.1 Kết luận DSPIC 33FJ64GP802  Họ vi điều khiển DSPIC 33FJ64GP nói chung vi điều khiển 33FJ64GP802 nói riêng thuộc dịng CMOS 16 bit,với CPU chế tạo theo cấu trúc Harvard,so với dòng vi điều khiển mà ta học 8051,AVR hay PIC 16F890 DSPIC 33FJ64GP802 hoàn toàn trội tốc độ xử lý (tốc độ xử lý tối đa 40MIPS tương ứng với tần số dao động tối đa 80Mhz) khả tính tốn Ngồi DSPIC 33FJ64GP802 cịn hỗ trợ nhiều module giao tiếp khác như SPI (hỗ trợ 8-bit 16-bit với giao diện I/O đơn giản),I2C,UART,truyền thông CAN(ECANTM module) mà dòng vi điều khiển khác ta học (8051) khơng có  Một đặc điểm khác DSPIC 33FJ64GP802 modul quen thuộc Timer,Interrupt,UART… hỗ trợ với nhiều kênh (có Timer 16bit , số timer 32 bit có cách kết hợp timer 16 bit ,3 ngắt ngồi,2 UART ) cịn có 16 chân remappins giúp người dùng chủ động việc thiết đặt chế độ hoạt động cho chân đó.Bộ nhớ chương trình lớn (64Kbyte, Ram: 16Kbyte) kèm theo tập lệnh rút gọn Trình dịch hướng dẫn viết ngôn ngữ C cáp đầy đủ giúp người dùng thuận tiên việc lập trình  Cuối DSPIC 33FJ64GP hay 33FJ64GP802 có khả xử lý số lớn,đây dòng vi điều khiển nâng cấp lên từ PIC hãng Microchip.Bên cạnh 10 Modul ADC (10bit/12bit) cịn có thêm Modul lớn khác : DAC (audio digital to analog converter) DCI (data converter interface) giúp tăng khả xử lý âm tín hiệu số tốt 4.3.2 Kết luận giải thuật PID điều khiển PID số  Giải thuật điều khiển PID giải thuật kinh điển ngành điều khiển tự động,tuy đời lâu ứng dụng lớn công nghiệp.Trong giải thuật điều khiển đại (Adaptive control, Fuzzy Control…) phát triển tảng giải thuật PID.Ngày người ta trọng với điều khiển PID mờ hay thích nghi ,PID autotuning hơn.Đến với Đồ án này,tuy giải thuật PID thơng số cịn phụ thuộc vào người nhập bên ngồi nên có điều khiện thời gian nhóm phát triển điều khiển PID tự chỉnh định (PID autotuning)  Nói điều khiển PID số: Các điều khiển thịnh hành thị trường PID số có giao tiếp trực quan cho người dùng SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang67 ĐỒ ÁN  GVHD:TS.HUỲNH THÁI HỒNG hiển thị,ngồi cịn có phần bảo vệ chống nhiễu để thích hợp mơi trường công nghiệp Ở Đồ án này,bộ điều khiển PID số đưa dựa biến đổi Z-1 từ công thức: GPID (z) = ( ) ( ) = + + Đây hàm truyềnta thường thấy từ học qua môn “Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động” – TS Huỳnh Thái Hồng,vì qua Đồ án dịp kiểm nghiệm lại học trường 4.3.3 Kết luận phần cứng thiết kế mạch  Ưu điểm: + Tất khổi Module thiết kế board mạch tất khổi thiết kế tỉ mỉ layout đặt mạch lớp.Cách bố trí linh kiện hợp lý tiện cho việc kết nối sử dụng + Các phận dễ hư hỏng (như cầu H,Opto,LCD…) thay dễ dàng + Chip DSPIC 33FJ64GP802 có tần số lớn (40MIPS) đáp ứng tốt nhu cầu công việc ( điều khiển động DC) + Board chip trung tâm thiết kế rời nên thay chip khác cách dễ dàng,phòng trường hợp hư chip muốn sử dụng chip khác thay  Khuyết điểm: + Do hạn chế số chân vi điều khiển nên Module giao tiếp với phím nhấn chưa thực sụ thuận tiện cho người dùng.Cụ thể chung sử dụng phím: Mode (menu) ,tăng (increase),giảm (decrease), nhập (enter) + Lúc thiết kế việc đặt thạch anh tương đối xa so với chip nên nhiều xảy tượng nhiễu + Khối mạch nguồn thiết kế chưa tốt nên cồng kềnh SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang68 ĐỒ ÁN GVHD:TS.HUỲNH THÁI HOÀNG PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Lý thuyết điểu khiển tự động” – NGUYỄN PHƯƠNG HÀ – HUỲNH THÁI HOÀNG [2] Datasheet 33FJ64GP802 từ Microchip – http://www.microchip.com – [3] Đường link “Điều khiển động DC servo” từ trang web http://www.hocavr.com/index.php/app/dcservo#5-PID – SVTH: LÊ VĂN QUÝ - ĐINH QUANG TRƯỜNG – TRẦN VĂN VINH Trang69 ... đối (incremental optical encoder).Trong đa số Motor DC, encoder tương đối (incremental optical encoder) dùng Đồ Án nhóm chúng tơi sử dụng motor DC có sử dụng encoder (incremental optical encoder)... giới thiệu Đối tượng mà nhóm chúng tơi nghiên cứu tức Động DC có gắn encoder 3.1 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 3.1.1 Động DC Ở Đồ Án chọn động DC làm đối tượng điều khiển,đây đối tượng điều khiển thông... C2 10U R1 330 + NGUON 5V DC NGOAI 3V3 VIN GND D2 0 012V NGUON 12V NGOAI LED 0 MODUL NGUON Hình 6.9 Ở khối nguồn nhiệm vụ biến đổi điện áp DC bên mạch nguồn thành nguồn DC 3.3V để cấp cho IC DSPIC