điều khiển động cơ một chiều servo dùng ic lm629

MỤC LỤC I. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN. II. LỜI CẢM ƠN. III. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. IV. TÓM TẮT ĐỒ ÁN. V. CHƯƠNG TỔNG QUAN. VI. CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH LM659. VII. CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH. VIII. KẾT LUẬN. Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường ĐH Sư Phạm KT TP.HCM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử   NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ và tên: Lê Duy Phương MSSV: 05111075 Chuyên ngành: Cơ Điện Tử Mã ngành: 11 Hệ đào tạo: Đại học chính qui Mã hệ: 1 Niên khóa: 2005-2010 1.Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO BẰNG LM629 2. Nhiệm vụ của đồ án : - Tìm hiểu tổng quan về hệ thống mạch. - Khảo sát các đặc tính của IC LM629. - Thiết kế mạch (Sơ đồ nguyên lý). 3. Ngày giao nhiệm vụ: 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 4/1/2010 5. Giáo viên hướng dẫn: TH. SĨ: LÊ TẤN CƯỜNG Giáo viên hướng dẫn (kí tên) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Lê Tấn Cường (Ths.GV Bộ môn Cơ Điện Tử thuộc khoa Cơ Khí Máy, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM). Thầy đã giúp em chọn đề tài và hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu trong quá trình làm Đồ án này Em xin cảm ơn đến tất cả thầy cô ở Bộ môn Cơ Điện Tử đã cho em những kiến thức nền tảng giúp em hoàn thành Đồ án này. Em cũng xin cảm ơn đến bạn Lê Hoàng Anh đã tận tình giúp đỡ em trong lúc khó khăn để em có thể hoàn thành Đồ án này. Sinh viên thực hiện Lê Duy Phương Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường ĐH Sư Phạm KT TP.HCM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc Bộ mơn Cơ Điện Tử   NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Tp.Hồ Chí Minh, Ngày… tháng…. năm 2008 Giáo viên hướng dẫn TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án Điều Khiển Động Cơ DC SERVO Bằng LM629 nhằm xây dựng nên một Mô hình để khảo sát đặc tính động cơ DC SERVO hay các cơ cấu SERVO khác có tín hiệu hồi tiếp lệch pha 90 độ. Mô hình có thể dùng trong thí nghiệm hay là thiết bị dạy học. Mạch gồm : chíp vi xử lý Atmega32, IC chuyên dụng LM629 và Modul công suất (cầu H…). Qua Đồ án này,giúp em hiểu rõ hơn về đặc tính của động cơ Servo và đặc biệt là khảo sát được các đặc tính của IC chuyên dụng LM629. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề. Ngày nay thì động cơ Servo đã xuất hiện nhiều trong công nghiệp và trong sản xuất.Hầu như trong bất cứ dây chuyền sản xuất nào hay trong các xưởng, nhà máy, xí nghiệp.v.v…đều có sử dụng động cơ DC hay servo. Một số ứng dụng cơ bản của động cơ servo trong công nghiệp như là điều khiển vị trí, vận tốc ,gia tốc trong các cơ cấu servo, máy CNC, băng tải, cơ cấu Robot (điều khiển cánh tay Robot)… Do đó việc xây dựng nên một mô hình khảo sát chuyển động thu nhỏ của động cơ servo là cần thiết 1.2. Giới Thiệu : Mô hình chủ yếu gồm : + 1 con chủ (Master) là Chip vi xử lý Atmega32 của hãng ATMEL . Đây là dòng vi điêu khiển thuộc chủng CMOS 8 bit tiết kiệm năng lượng của hãng ATMEL. Vi điều khiển này có khả năng ghép nối ngoại vi rộng gồm các timer tốc độ cao , các I/Os tốc độ cao, A/D, UART, PWM …. + IC chuyên dụng LM629 của hãng National dùng để điều khiển chuyển động của các loại động cơ DC servo hay các cơ cấu servo khác có tín hiệu hồi tiếp lệch pha 90 độ. Hình 1. Sơ đồ kết nối giữa AVR và LM629 + Modul điều khiển công suất động cơ như mạch cầu H, hay IC chuyen dụng có tích hợp sẵn mạch cầu H như IC LMD18200… Hình 2. Khối công suất điều khiển động cơ dùng LMD18200 + Ngoài ra còn có Modul nguồn , modul encoder…. Như vậy thì LM629N sẽ làm nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ con chủ là Atmega32 đưa xuống, đồng thời nó cũng xử lý những thông số từ Encoder hồi tiếp về, thông qua bộ PID (được tích hợp sẵn trong LM629) thì nó sẽ xử lý và đáp ứng ra lại động cơ qua ngõ PWM. Trong bài báo cáo này chủ yếu đi sâu vào khảo sát đặc tính của IC LM629N. CHƯƠNG II. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA LM629N 2.1. Giới thiệu chung : IC LM629 là vi xử lý chuyên dụng của hãng điện tử National, nó dùng để điều khiển chuyển động của các loại động cơ DC servo và các cơ cấu servo khác có tín hiệu hồi tiếp trả về lệch pha 90 độ. Với khả năng tính toán 32 bit và tập lệnh hỗ trợ mạnh, LM629 có thể sử dụng trong các ứng dụng phức tạp mà vẫn đảm bảo thời gian thực và độ phân giải cao. LM629 với ngõ ra PWM 8 bit và chân điều khiển hướng quay động cơ để lái cầu H. Cả hai loại LM628 hay LM629 đều hoạt động ở tần số tối đa là 6 hay 8 MHz tùy loại có hậu tố - 6 hay - 8. Các đặc tính chính: • Khả năng xử lý vị trí, vận tốc, gia tốc 32 bit • Bộ lọc PID có các tham số 16 bit lập trình được • Thời gian vi phân lập trình được • Tín hiệu điều khiển dạng PWM 8 bit có dấu • Tự động tính toán quỹ đạo vận tốc • Cho phép cập nhật vận tốc, vị trí cuối và tham số bộ lọc trong lúc chuyển động • Hoạt động ở chế độ vị trí và vận tốc • Các ngắt tới vi xử lý chủ có thể lập trình được • Giao tiếp song song 8 bit với vi xử lý chủ • Giao tiếp với encoder 3 pha A, B, Z [...]... trong lúc chuyển động Muốn làm được điều này, trong lúc động cơ chuyển động ta dùng lệnh tắt động cơ bằng lệnh LTRJ Sau đó lại dùng lệnh LTRJ để nạp lại gia tốc mới rồi nạp lệnh STT để cập nhật gia tốc này Khi sử dụng phương pháp này, LM629 coi như động cơ đang đứng yên Nếu động cơ có quán tính lớn và vẫn còn di chuyển lúc thực hiện lệnh STT thì vòng điều khiển sẽ cố gắng đưa động cơ đạt quỹ đạo mới... của LM629 vẫn có thể được dùng để ghi lại vị trí Home của động cơ Trong trường hợp này, người ta bố trí sao cho khi động cơ đến điểm Home sẽ làm một công tắc xuống mức logic thấp và nối công tắc này vào chân Index Khi đó LM629 sẽ ghi lại vị trí động cơ vào thanh ghi Index và có thể gây ngắt vi xử lý chủ Nếu không sử dụng, chân Index nên nối lên mức logic cao c Khối tạo biên dạng vận tốc : LM629 điều. .. động ghi dữ liệu f Ngõ ra điều khiển động cơ : LM629 cung cấp ngõ ra PWM 8 bit và chân tín hiệu điều khiển chiều quay động cơ Tương ứng chiều dương PWM tối đa là 127/128, chiều âm là 128/128 Hình 12 Ngõ ra PWM của LM629 với tần số hoạt động là 8MHz Một số chú ý khi lập trình với LM629 Bắt tay truyền dữ liệu với vi xử lý chủ: Các ứng dụng của LM629 đều đòi hỏi việc bắt tay truyền nhận dữ... và kiểu vị trí Khi hoạt động, LM629 sẽ tính toán sai số vị trí bằng cách lấy vị trí mong muốn trừ đi vị trí thực (hiện tại), sai số này được đưa vào bộ lọc số để điều khiển Bảng dưới là một vài thông số cơ bản của LM629 Hình 5 Bảng thông số cơ bản của LM629 b Hồi tiếp vị trí : LM629 có thể giao tiếp với encoder tương đối loại 3 pha A, B, Z để kiểm soát vị trí động cơ Mỗi khi có tín hiệu chuyển... trí của LM629 sẽ tăng giảm tương ứng Điều này giúp nâng cao độ phân giải encoder lên 4 lần Tín hiệu từ encoder được đồng bộ với xung clock của LM629 Hình 6 Tín hiệu hồi tiếp từ Encoder Tín hiệu từ xung Index dùng để nhận biết động cơ đã quay được một vòng Khi được lập trình, LM629 sẽ ghi lại vị trí tuyệt đối của động cơ vào thanh ghi Index mỗi khi 3 tín hiệu của encoder xuống mức logic thấp... hình 3 biểu thị một hệ servo sử dụng LM629 Vi xử lý chủ giao tiếp với LM629 qua một port I/O để lập trình quỹ đạo vận tốc hình thang và bộ lọc bù số Ngõ ra PWM 8 bit giao tiếp với mạch cầu H để cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động và tín hiệu hồi tiếp cho vọng điều khiển vị trí lấy từ encoder loại tương đối Khối tạo biên dạng vận tốc hình thang sẽ tính toán quỹ đạo cần thiết khi hoạt động ở kiểu vận... hồi tiếp Nó sẽ hoạt động kiểu vòng hở cho tới khi sai số ngõ vào nằm trong khoảng điều khiển được và vòng hồi tiếp đóng lại Điều khiển theo cách này có đáp ứng khó lường trước và LM629 không được thiết kế cho kiểu điều khiển này Tần số cập nhật lệnh: Nếu LM629 được cập nhật quá thường xuyên bởi vi xử lý chủ, nó sẽ không đảm bảo thực hiện đúng lệnh yêu cầu Khi nhận được lệnh STT, LM629 mới dừng việc... đến khi có lệnh dừng Nếu có nhiễu trong lúc hoạt động thì vận tốc trung bình vẫn không đổi do LM629 sẽ tính toán bù trừ cần thiết Nếu động cơ không đạt được vận tốc đặt (ví dụ động cơ bị kẹt hoặc công suất không đảm bảo) thì vị trí yêu cầu từ LM629 vẫn tiếp tục tăng dẫn đến sai lệch vị trí ngày càng lớn Nếu ngẫu nhiên lỗi này được khắc phục thì động cơ sẽ nhanh chóng đạt vận tốc rất cao để đạt vị trí... trạng thái là cơ sở để giải mã encoder + Chân 4 đến chân 11 Port tiếp nhận I/O D0-D7: port dữ liệu 2 hướng tiếp nhận xử lý Dùng để viết lệnh hay dữ liệu vào LM629 và đọc byte trạng thái hay dữ liệu từ nó, được điều khiển bởi CS\ (chân 12), PS\ (chân 16), RD\ (chân 13), WR\ (chân 15) + Chân 12 ngõ vào chân chọn chip CS\: dùng để chọn LM629 cho hoạt động đọc và viết + Chân 13 ngõ vào đọc RD\: dùng để đọc... động Độ phân giải vị trí động cơ là giá trị tích lũy Sau mỗi chu kỳ, thuật toán tính toán quỹ đạo cần thiết, cộng vận tốc vào vị trí yêu cầu và tính toán vị trí tiếp theo Muốn điều khiển động cơ ở vận tốc thấp thì vận tốc tính theo xung encoder/chu kì lấy mẫu phải ở dạng số thập phân LM629 hỗ trợ việc này bằng cách cung cấp 16 bit thấp trong thanh ghi vận tốc 32 bit để chứa phần giá trị thập phân Một . động cơ : LM629 cung cấp ngõ ra PWM 8 bit và chân tín hiệu điều khiển chiều quay động cơ. Tương ứng chiều dương PWM tối đa là 127/128, chiều âm là 128/128. Hình 12. Ngõ ra PWM của LM629. Index dùng để nhận biết động cơ đã quay được một vòng. Khi được lập trình, LM629 sẽ ghi lại vị trí tuyệt đối của động cơ vào thanh ghi Index mỗi khi 3 tín hiệu của encoder xuống mức logic thấp Index của LM629 vẫn có thể được dùng để ghi lại vị trí Home của động cơ. Trong trường hợp này, người ta bố trí sao cho khi động cơ đến điểm Home sẽ làm một công tắc xuống mức logic thấp và