BÁO cáo bài số thực hiện mô phỏng bộ điều khiển mạch điều khiển arduino MEGA 2560 r3

  BỘ GIÁ O DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙ ∆⸙ - BÁO CÁO BÀI SỐ Thực Hiện Mô Phỏng Bộ Điều Khiển GVHD: TRẦN ĐỨC THIỆN SVTH: DƯƠNG CÔNG MINH MSSV: 19151256 Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 1   MỤC LỤC Giới thiệu thông số dụng cụ thực hành Các setting Điều khiển động không hồi tiếp Khảo sát điều khiển PID 4.1 Khảo sát đáp ứng ngõ hệ thống với Ki=0, Kd=0, thay đổi Kp 10 4.2 Khảo sát đáp ứng ngõ hệ thống với Kp=4, Kd=0 thay đổi Ki .10 4.3 Khảo sát đáp ứng ngõ hệ thống với Kp=4, Ki=0.2 thay đổi Kd 11 Thiết kết điều khiển PID 12   MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560 R3 Hình Sơ đồ chân mạch Arduino MEGA 2560 R3 Hình 3: IC điều khiển động L298N Hình 4: Động DC servo GM25-370 loại 12V 39RPM .6 Hình 5: Thiết lập thơng số Solver Hình 6: Thiết lập Port vào arduino Hình 7: Các khối chức Hình Các khối chức .9 Hình Các khổi chức .9 Hình 10: Ki=0, Kd=0, thay đổi Kp 10 Hình 11: Kp=4, Kd=0 thay đổi Ki 10 Hình 12: Kp=4, Ki=0.2 thay đổi Kd 11   Giới thiệu thông số dụng cụ thực hành *Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560 R3 Hình Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560 R3 Hình Sơ đồ chân mạch Arduino MEGA 2560 R3 Serial: (RX) (TX); serial 1: 19 (RX) 18 (TX); serial 2:17 (RX) va 16 (TX); serial 3: 15 (RX) 14(TX) Dùng để nhận (RX) truyền (TX) liệu TTL Serial Chân để kết nối với chân tương ứng ATmega2560 USB đến chip TTL serial   - External interrupts: chân (ngắt 0), chân 3(ngắt 1), chân 18(ngắt 5), chân 19(ngắt 4), chân 20(ngắt 3) chân 21 (ngắt 2) Những chân thiết lâp để kích hoạt ngắt giá trị thấp, ngắt cạnh xuống cạnh lên, ngắt mức logic chân thay đổi - PWM: từ – 13, cho phép banh xuất xung PWM với độ phân giải bit  bằng hàm analogWrite - Chân giao tiếp SPI: 50(MISO), 51(MOSI), 52 (SKC), 53(SS) Các chân hỗ trợ SPI giao tiếp cách sử dụng thư viện SPI Chân SPI chia ICSP header, hồn tồn tương thích với UNO, Duemilanove Diecimila - Led: 13 Có LED tích hợp kết nối với chân kỹ thuật số 13 Khi chân có giá trị cao, đèn LED sáng Khi chân có giá trị thấp, đèn tắt - Vin (Voltage Input): Điện áp đầu vào cho bảng Arduino sử dụng nguồn điện ngồi (trái ngược với Volt từ kết nối USB nguồn điện quy định khác) Bạn cấp điện áp qua chân này, cấp điện áp qua giắc cắm nguồn, truy cập thơng qua chân - AREF: Điện áp tham chiếu cho đầu vào tương tự Được sử dụng với hàm analogReference () - Reset: việc nhấn nút Reset board để đặt vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ - Thông số làm việc: - Điện áp hoạt động: 5V từ cổng USB từ nguồn ngồi cắm từu giác trịn DC - Điện áp vào giới hạn: 6-20V - Dòng điện DC I/0: 20mA - Dòng điện DC với chân 3.3V: 50mA - Xung nhịp: 16MHz IC điều khiển động L298N Sơ đồ mạch điều khiển:   Hình 3: IC điều khiển động L298N Cấu tạo chân: - Chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 nối với chân 5, 7, 10, 12 L298 Đây chân nhận tín hiệu điều khiển - Chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với chân INPUT) nối với chân 2, 3, 13, 14 L298 Các chân nối với động - Hai chân ENA ENB dùng để điều khiển mạch cầu H L298 Nếu mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, mức logic “0” mạch cầu H khơng hoạt động Điều khiển chiều quay với L298: - Khi ENA = 0: Động không quay với đầu vào - Khi ENA = 1: a INT1 = 1; INT2 = 0: động quay thuân  b INT1 = 0; INT2 = 1: động quay nghịch c INT1 = INT2: động dừng tức (tương tự với chân ENB, INT3, INT4) Thông số làm việc: - Điện áp điều khiển từ +5V ~ +12V - Dòng tối đa cho mạch cầu H 2A - Điện áp tín hiệu điều khiển +5V ~ +7V - Dịng tín hiệu điều khiển ~ 36mA - Công suất hao phí 20W (khi nhiệt độ T=75oC) Động DC Servo GM25-370 loại 12V 39RPM:   Hình 4: Động DC servo GM25-370 loại 12V 39RPM Thông số kỹ thuật: - Tỉ số truyền 217:1 (động quay 217 vịng trục hộp giảm tốc quay vịng) - Dịng khơng tải: 150mA - Dịng chịu đựng tối đa có tải: 750mA - Tốc độ khơng tải: 39RPM (39 vòng phút) - Tốc độ chịu đựng tối đa có tải: 32RPM (32 vịng phút) - Lực kéo Moment định mức: 8KG.CM - Lực léo Moment tối đa: 9KG.CM - Chiều dài hộp số L: 25mm - Số xung Encoder kênh vòng quay trục chính: 11 x 217 = 2387 xung Các setting Hình 5: Thiết lập thơng số Solver    Hình 6: Thiết lập Port vào arduino Hình 7: Các khối chức Code L298N: functon [ENA,INT1,INT2] = fcn(u) ENA=abs(u); if u0 INT1=0;INT2=1; else INT1=0;INT2=0; end Điều khiển động khơng hồi tiếp Hình Các khối chức Khảo sát điều khiển PID Hình Các khổi chức   4.1 Khảo sát đáp ứng ngõ hệ thống với Ki=0, Kd=0, thay đổi Kp Yêu cầu: - Vẽ đáp ứng ngõ động DC ứng với thông số điều khiển khác - Vẽ đáp ứng tín hiệu điều khiển ứng với thơng số điều khiển khác - Lập bảng xác định thông số chất lượng điều khiển ứng với thông số điều khiển khác 120 P=0.5 P=1 P=2 P=4 P=5 100 P=10 dap ung 80 60 40 20 0 10 Hình 10: Ki=0, Kd=0, thay đổi Kp Kp POT (%) Ess(Deg/s) Tr(s) Txl(s) 0.5 10 55 0.7 0.7 0.5 0.6 30 7.8 0.5 0.7 31 0.4 0.78 32 2.1 0.3 0.7 23 4.9 0.1 0.7  Nhận xét: Khi tăng Kp độ vọt lố tăng, Tr giảm, Tx không thay đổi 4.2 Khảo sát đáp ứng ngõ hệ thống với Kp=4, Kd=0 thay đổi Ki Yêu cầu: - Vẽ đáp ứng ngõ động DC ứng với thông số điều khiển khác - Vẽ đáp ứng tín hiệu điều khiển ứng với thơng số điều khiển khác - Lập bảng xác định thông số chất lượng điều khiển ứng với thông số 10   điều khiển khác I=2 I=1.5 I=1 I=0.2 I=0.1 I=0.5 data11 140 120 dap ung 100 80 60 40 20 0 10 Hình 11: Kp=4, Kd=0 thay đổi Ki Ki POT (%) Ess(Deg/s) Tr(s) Txl(s) 0.1 0.2 0.5 1.5 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7  Nhận xét: Độ vọt lố cao đáp ứng không thay đổi nhiêu tăng Ki 0.1 đến 4.3 Khảo sát đáp ứng ngõ hệ thống với Kp=4, Ki=0.2 thay đổi Kd Yêu cầu: - Vẽ đáp ứng ngõ động DC ứng với thông số điều khiển khác - Vẽ đáp ứng tín hiệu điều khiển ứng với thơng số điều khiển khác - Lập bảng xác định thông số chất lượng điều khiển ứng với thông số điều khiển khác 11   120 D=0.1 D=0.2 D=0.5 D=1 D=1.5 D=2 dap ung 100 80 60 40 20 0 10 Hình 12: Kp=4, Ki=0.2 thay đổi Kd Kd POT (%) Ess(Deg/s) Tr(s) Txl(s) 0.1 0.2 0.5 1.5 27.7 0 0 9 10 0.1 0.1 0.15 0.35 0.4 0.45 0.4 0.24 0.3 0.7 1.2 1.5  Nhận xét tăng Kd: Thì độ vọt lố giảm khơng cịn vọt lố, sai số xác lập thay đổi nhỏ thời gian xác lập tăng Thiết kết điều khiển PID Trường hợp 1:   12   13   Trường hợp 2: 14   POT = 0% exl = 0.23 Tr  = 1.71 – 1.08 = 0.63s Tss = 0.86s 15 ... 11   Giới thiệu thông số dụng cụ thực hành *Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560 R3 Hình Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560 R3 Hình Sơ đồ chân mạch Arduino MEGA 2560 R3 Serial: (RX) (TX); serial... 11 Thiết kết điều khiển PID 12   MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Mạch điều khiển Arduino MEGA 2560 R3 Hình Sơ đồ chân mạch Arduino MEGA 2560 R3 Hình 3: IC điều khiển động L298N... DC ứng với thông số điều khiển khác - Vẽ đáp ứng tín hiệu điều khiển ứng với thơng số điều khiển khác - Lập bảng xác định thông số chất lượng điều khiển ứng với thông số điều khiển khác 120 P=0.5