Báo cáo thực tập kỹ thuật Nghiên cứu, thiết kế và lập trình điều khiển cho động cơ BLDC ứng dụng cho hệ thống lưu trữ thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THỰC TẬP KỸ THUẬT ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC Họ tên SV: Trịnh Minh Hiệp MSSV: 20181468 Lớp: Tự động hóa 04 – k63 Bộ mơn: Tự động hóa Trường: Điện – Điện tử Email: hiep.tm181468@sis.hust.edu.vn Giảng viên hướng dẫn: Khoa Trường TS Giáp Văn Nam Tự động hóa Điện – Điện tử HÀ NỘI, 9/2022 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN Tên đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế lập trình điều khiển cho động BLDC ứng dụng cho hệ thống lưu trữ thông minh ” Đề tài đồ án thiết kế thực sinh viên Trịnh Minh Hiệp hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Địch Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ PGS TS Nguyễn Quang Địch Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy hướng dẫn em tận tình q trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung, thầy Bộ mơn Tự động hóa Cơng nghiệp nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin chân thành cảm ơn TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, yêu cầu tất yếu cách mạng 4.0, lưu trữ tài liệu, văn ngày doanh nghiệp, công ty, nhà nước, … trọng quan tâm, đặc biệt số lượng tài liệu cần lưu trữ lớn Điều dẫn tới nhu cầu tất yếu hệ thống thơng minh có khả lưu trữ, bảo quản truy xuất tài liệu hoạt động dễ dàng,chính xác, ổn định Chính vậy, việc xây dựng, phát triển hệ thống lưu trữ thông minh thành hệ thống nhúng bước phù hợp với xu Mục tiêu đồ án lập trình điều khiển tốc độ cho động BLDC hệ thống lưu trữ thơng minh Từ tiếp tục phát triển để xây dựng hệ thống chuyển động an tồn, xác tối ưu hệ thống lưu trữ thông minh Nội dung đề tài “nghiên cứu, thiết kế lập trình điều khiển cho động BLDC ứng dụng cho hệ thống tủ thông minh” trình bày chi tiết chương: - Chương 1: Tổng quan hệ thống lưu trữ thông minh Chương 2: Tổng quan động BLDC mạch điều khiển Chương 3: Mơ hình tốn học thiết kế điều khiển tốc độ - Chương 4: Kết thực nghiệm - Chương 5: Kết luận hướng nghiên cứu Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên Trịnh Minh Hiệp MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU TRỮ THÔNG MINH 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan hệ thống lưu trữ tài liệu Tổng quan hệ thống lưu trữ tài liệu truyền thống Tổng quan hệ thống lưu trữ tài liệu thông minh Đánh giá 1.3 Tổng quan cấu trúc xây dựng hệ thống lưu trữ thông minh Tổng quan tính hệ thống lưu trữ thơng minh Cấu trúc thiết kế cho hệ thống lưu trữ thông minh 1.4 Kết luận chọn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 10 2.1 Đặt vấn đề 10 2.2 Động sử dụng hệ thống 10 Tổng quan động chiều không chổi than (BLDC) 10 Cấu tạo động chiều khơng chổi than (BLDC) 11 Ngun lí hoạt động động BLDC 14 Phương pháp điều khiển động BLDC 14 Động BLDC sử dụng hệ thống 15 2.3 Driver điều khiển động BLDC 16 2.4 Mạch điều khiển động BLDC 17 Vi điều khiển sử dụng mạch điều khiển động 17 Thiết kế khối nguồn 20 Thiết kế khối kết nối với Driver động 22 Thiết kế khối đo dòng qua động 23 Thiết kế khối truyền thông RS485 với mạch điều khiển trung tâm 26 2.5 Tổng kết chương 29 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ BLDC VÀ THIẾT KẾ MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ 30 3.1 Mơ hình tốn học 30 3.2 Mô hình hàm truyền động BLDC 32 3.3 Thiết kế điều khiển 33 3.4 Tổng kết chương 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 35 4.1 Đặt vấn đề 35 4.2 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho động BLDC 35 4.3 Kết thực nghiệm 35 Thực nghiệm với động không tải 35 Thực nghiệm động lắp vào hệ thống tủ 36 4.4 Tổng kết chương 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 37 5.1 Kết luận 37 5.2 Hướng nghiên cứu 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 39 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống lưu trữ tài liệu truyền thống Hình 1.2 Hệ thống lưu trữ tài liệu thơng minh Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống lưu trữ thông minh Hình 2.1 Động chiều không chổi than BLDC 11 Hình 2.2 Các thành phần động BLDC 11 Hình 2.3 Các dạng sức điện động động BLDC 12 Hình 2.4 Rotor động BLDC 12 Hình 2.5 Điện áp phản hồi cảm biến Hall lệch pha 600 1200 13 Hình 2.6 Hiệu ứng Hall 13 Hình 2.7 Ngun lí hoạt động động BLDC 14 Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển tốc độ động BLDC 14 Hình 2.9 Điều khiển tốc độ động BLDC sử dụng cảm biến Hall 15 Hình 2.10 Động khơng chổi than 90ZWN24-120P 15 Hình 2.11 Driver điều khiển động BLDC 16 Hình 2.12 Vi điều khiển STM32F030F4P6 17 Hình 2.13 Vi điều khiển STM32F030F4 20 chân 19 Hình 2.14 Sơ đồ kết nối chân vi điều khiển 19 Hình 2.15 Khối nguồn cấp cho vi điều khiển driver 20 Hình 2.16 IC Traco TBA2-0511 21 Hình 2.17 IC AMS1117-3,3 21 Hình 2.18 Sơ đồ kết nối chi tiết mạch điều khiển động driver 22 Hình 2.19 IC TXS0108E 23 Hình 2.20 IC 74AHC1G14SE-7 23 Hình 2.21 Sơ đồ mạch ngun lí khối đo dịng động 24 Hình 2.22 IC cảm biến ACS712 24 Hình 2.23 Bảng giá trị Viout tương ứng với dịng đầu vào Ip 25 Hình 2.24 IC HCPL-7800 sơ đồ nối chân 25 Hình 2.25 Sơ đồ kết nối khối giao tiếp UART 27 Hình 2.26 IC 6N137 sơ đồ nối chân 27 Hình 2.27 Hình ảnh sơ đồ chân IC MAX3485 28 i DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng so sánh hệ thống lưu trữ truyền thống với hệ thống lưu trữ thông minh Bảng 2.1 Đặc tính động BLDC 90ZWN24-120P 16 Bảng 2.2 Chức cổng driver 16 Bảng 2.3 Chức chân IC Traco TBA2-0511 21 Bảng 2.4 Chức chân IC AMS1117-3,3 21 Bảng 2.5 Chức chân IC 74AHC1G14SE-7 23 Bảng 2.6 Chức chân IC ACS712 24 Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật HCPL 7800 25 Bảng 2.8 Chức chân IC 6N137 27 Bảng 2.9 Chức chân IC MAX3485 28 ii float outpid; int Output =0; float Timechange= 0.1; int PID( int Output, float frequency_ref,float frequency_thuc) { // e=(float)set-(float)real; // P=kp*e; // I+=ki*e*dt_; // D= kd*(e-e0)*inv_dt; // U+=P+I+D; // e0=e; // duty=U; error = frequency_ref - frequency_thuc; errorSum += error*Timechange; outpid = 0.005*error + 0.04*errorSum; if(Output+ outpid >=99) { Output = 99; } else if(Output +outpid