Thiet ke phan cung dieu khien dong co mot chieu 100160

Mục lục Chơng 1: Động Điện chiều phơng pháp điều khiển tốc độ 1.1 Động ®iƯn mét chiỊu trang 1.1.1 Kh¸i niƯm chung trang 1.1.2 Phơng trình động lực học động điện chiều PM trang 1.2 Điều khiển tốc độ động điện chiều .trang 1.2.1 Khái niÖm chung trang 1.2.2 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng trang 1.2.3 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động trang 1.2.4 Điều khiển động điện chiều PM điện tử .trang chơng 2: thiết kế phần cứng điều khiển động chiều 2.1 thiết kế nguồn cung cấp cho mạch chuẩn hoá vµ vi xư lý trang 2.2 ghÐp nèi card thu thập số liệu 12 kênh với máy tính trang 2.2.1 Cæng nèi tiÕp RS-232 trang 2.2.2 Vi m¹ch MAX 232 trang 2.3 Vi ®iỊu khiĨn hä mcs 51 trang 2.3.1 Sơ đồ khối vi xử lý 8051 trang 2.3.2 C¸ch tỉ chøc vµ truy cËp bé nhí cđa 8051 .trang 2.3.2.1 Bộ nhớ chơng trình (Program Memory) trang 2.3.2.2 Bé nhí d÷ liƯu trang 2.3.3 Các ghi chức đặc biÖt (Special Function Registers – SFRs SFRs) trang 2.3.4 Các chế độ địa 8051 trang 1 2.3.4.1 Chế độ địa chØ trùc tiÕp (Direct Addressing) trang 2.3.4.2 Chế độ địa gián tiếp (Indirect Addressing) trang 2.3.4.3 Chế độ địa ghi (Regiter Addressing) trang 2.3.4.4 ChÕ độ địa tức (Immediate Addressing) trang 2.3.4.5 Chế độ ghi đặc trng (Register – SFRs Specific Addressing) trang 2.3.4.6 ChÕ ®é ®Þa chØ ghi chØ sè (Register – SFRs Specific Addressing) trang 2.3.5 Cỉng vµo song song .trang 2.3.6 Timer/ Counter trang 2.3.6.1 Thanh ghi TMOD (Timer/ Counter Mode Control Register) trang 2.3.6.2 Thanh ghi TCON (Timer/ Counter Control Register) .trang 2.3.6.3 Các chế độ hoạt động cđa Timer/Counter trang 2.3.7 Giao diƯn nèi tiÕp trang 2.3.7.1 Thanh ghi SCON (Serial Part Control Register) trang 2.3.7.2 Thanh ghi PCON (Power Control Register) trang 2.3.8 C¸c nguån ngắt cách sử dụng ngắt trang 2.3.8.1 Thanh ghi IE (Interrupt Enable Register) .trang 2.3.8.2 Thanh ghi IP (Interrupt Register) trang 2.4 C¸c lƯnh 8051 trang 2.4.1 LÖnh MOV trang 2.4.2 Định nghĩa hằng, biến trang 2.4.3 C¸c lƯnh sè häc trang 2.4.4 C¸c lƯnh Logic trang 2.4.5 C¸c lƯnh thao t¸c trªn Bit trang 2.4.6 Các lệnh nhảy điều kiện trang 2.4.7 Các lệnh nhảy cã ®iỊu kiƯn trang 2.5 Chơng trình ASM .trang PhÇn I Động điện chiều vấn đề ®iỊu khiĨn tèc ®é cđa ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Chơng Động Điện chiều phơng pháp điều khiển tốc độ 1.1 Động điện chiều: 1.1.1 Khái niệm chung: Động chiều đựơc sư dơng víi mét sè lỵng lín kÜ tht thiết kế đặc trng tốc độ quay (tốc độ xoắn) khả thi với cấu hình điện khác Tốc độ động chiều kiểm soát cách êm đa số trờng hợp (thì) đảo ngợc chiều quay Từ động chiều có hiệu suất cao quán tính từ lực xoắn tới rô to, chúng trả lời (đáp ứng) nhanh chóng Đồng thời, phanh động lực nơi môtơ phát sinh lợng đợc cấp tới điện trở cảm biến, phanh phục hồi (phản hồi), nơi mô tơ phát sinh lợng đợc cấp (nuôi) trở lại nguồn cung cấp điện chiều, thực ứng dụng nơi mong muốn dừng nhanh hiệu cao Dựa vào cách từ trờng phần tĩnh ( stator) đợc tạo ra, bên động chiều đợc chia làm loại khác nhau: nam châm vĩnh cửu, vết khía mạch rẽ nhánh (mạch song song), vết khía mạch nối tiếp, vết khía mạch hỗn hợp Sơ đồ điện, đờng cong mô men xoắn- tốc độ, đờng cong dòng điện- mô men xoắn cho cấu hình đợc minh hoạ hình từ I-2 đến I-5 Hình I-1 minh họa đồ thị mômen xoắn-tốc độ động mà cho thấy mômen xoắn mà động cung cấp tốc độ khác điện áp đà định Với mô men xoắn đà cho đợc cung cấp động , đồ thị dòng điện-mô men xắn đợc sử dụng để đạo hàm định lợng dòng điện đà định điện áp quy định đà ®ỵc sư dơng Nh mét kinh nghiƯm (quy lt) chung, động chuyển giao (truyền) mô men xoắn lớn (tại) tốc độ thấp, mô men xoắn có nghĩa dòng điện động lớn Mô men khởi động hặc mô men cản Ts mô men lớn mà động sản tốc độ không tơng ứng với khởi động tải động tốc độ không tải max tốc độ trì lớn mà động đạt đợc; tốc độ đợc thực tải trọng mô men xoắn đà đợc ứng dụng tới động ( chạy không) Trong hình từ I-2 đến I-5, V điện áp chiều nguồn cung cấp, I A dòng điện cuộn rô to, IF dòng điện cuộn stato, IL toàn dòng tải đà phát nguồn cung cấp điện chiều Các trờng điện từ động nam châm vĩnh cửu (PM) (hình I-2) đợc cung cấp nam châm vĩnh cửu, mà không yêu cầu nguồn lớn bên sản sinh phía trớc công suất làm nóng lên I2R Sự lựa chọn động PM sáng suốt nhỏ gọn so với động chiều tơng đơng khác từ trờng kéo dài nam châm vĩnh cửu mạnh mẽ Bề rộng bán kính nam châm vĩnh cửu xấp xỉ 1/4 bề rộng bán kính cuộn từ tơng đơng Các động PM đợc đảo chiều quay cách đơn giản chuyển mạch mômen xoắn dòng điện mômen khởi động (Ts) tốc độ tốc độ không tải( ) mômen xoắn max Hình I-1 Đồ thị quan hệ mô men xoắn-tốc độ động Sự điều khiển điện áp ứng dụng từ dòng điện thay đổi chiều từ trờng rotor Động PM lý tởng ứng dụng điều khiển máy tính mối quan hệ tuyến tính đặc trng mômen xoắn-tốc độ Thiết kế điều khiển luôn đơn giản động tuyến tính từ phân tích hệ thống đợc đơn giản hoá nhiều.Khi động đợc sử dụng vị trí trình ứng dụng điều khiển với cảm biến phản hồi tới điều khiển, đợc xem (quy vào) nh động servo Các động PM đợc sử dụng ứng dụng công suất thấp mà định lợng công suất thờng đợc giới hạn đến mà lực (3728 W) nhỏ hơn, với phân loại theo sức ngựa nhỏ phổ biến Động chiều PM đợc quét chổi than, không chổi than, động bớc Các động mạch nhánh (mạch rẽ, hay mạch song song ) ( hình I-3 ) có lõi cuộn kích từ kết nối song song, chúng đợc khởi động nguồn cung cấp Toàn dòng điện tải tổng dòng lõi (cốt) dòng kích từ Các động mạch rẽ ( động kích từ song song ) cho thấy tốc độ gần nh số dải lớn tải trọng, có mô men xoắn khởi động ( mô men xoắn lớn tốc độ không ) khoảng 1,5 lần độ lớn mô men xoắn hoạt động, có mô men xoắn khởi động nhỏ động chiều khác, tiết kiệm đợc chuyển đổi phép điều chỉnh đợc tốc độ việc đặt vôn kế nối tiếp với cuộn kích từ IL dòng điện (I ) mômen xoắn nam châm L V tốc độ Hình I-2 mômen xoắn Sơ đồ động điện chiều nam châm vĩnh cửu đồ thị quan hệ mô men xoắn-tốc độ IA IL mômen xoắn dòng từ truờng nhỏ (1-5% ) IF dòng điện (I L) xấp xỉ số V biến trở tốc độ mômen xoắn Hình I-3 Sơ đồ động chiều mạch rẽ (động điện chiều kích từ song song) đồ thị mô men xoắn-tốc độ Các động kích từ nối tiếp (Hình I-4) có lõi cuộn kích từ mắc nối tiếp đồng thời dòng kích từ dòng lõi Các động kích từ nối tiếp cho mô men xoắn khởi động lớn, tốc độ quay biến đổi cao phụ thuộc tải trọng, tốc độ cao tải trọng nhỏ Trong thực tế động kích từ nối tiếp loại lớn gây trợt khốc liệt chúng tải trọng (ví dụ nh việc sử dụng dây đai, đai trợt) lực động lực tốc độ cao Điều gọi chạy phá hỏng Tuy nhiên động nạp lại tải, điều không không đặt vấn đề Đờng đồ thị mô men xoắn-tốc độ cho động kích từ nối tiếp đờng có dạng hyperbolic, cho thấy mối liên hệ ngợc mô men xoắn tốc độ công suất gần nh số dải rộng Các động hỗn hợp (hình I-5) bao gồm cuộn kích từ nối tiếp song song, kết tổ hợp đặc trng động kích từ nối tiếp động kích từ song song Một phần toàn dòng tải truyền qua lõi cuộn nối tiếp, giữ nguyên dòng tải truyền qua cuộn mạch rẽ Tốc độ lớn động hỗn hợp bị giới hạn, không giống nh động kích từ nối tiếp, điều khiển tốc độ không tốt so với động mạch rẽ ( động kích từ song song ) Mô men xoắn sinh động hỗn hợp có phần nhỏ động kích từ nối tiếp có kích thớc IA IL mômen xoắn dòng điện (I L) cuộn kích V tốc độ chạy phá hỏng tốc độ mômen xoắn Hình I-4 Sơ đồ động kích từ nối tiếp đờng đặc trng mô men xoắn- tốc độ IA IL mômen xoắn dòng điện (I L) mạch nối tiếp V IF mạch song song tốc độ mômen xoắn Hình I-5 Sơ đồ động hỗn hợp chiều đờng đặc trng mô men xoắn-tốc độ Lu ý không giống nh động nam châm vĩnh cửu, cực tính điện áp cho động mạch rẽ nhánh (động kích từ song song ), động kích từ nối tiếp, động chiều hỗn hợp bị thay đổi, chiều quay không đổi Lý cho điều cực tính stator rotor thay đổi theo từ trờng cuộn lõi đà bị kích hoạt nguồn 1.1.2 Phơng trình động lực học động điện chiều PM Khi lõi động đợc kiểm tra với đồng hồ đo trở kháng với lõi đợc định vị vào vị trí, Trở kháng ®éng c¬ xt hiƯn t¬ng ®¬ng víi mét ®iƯn trë R mạch nối tiếp với tổ hợp song song cảm kháng L điện trở thứ hai RL Trong lõi bắt đầu quay điện áp đợc tự cảm cuộn lõi gọi suất điện động phản hồi chống lại điện áp đà sử dụng Trớc đó, mạch điện tơng đơng cho lõi đợc thể hình I-6 RL, tổn thất điện trở mạch từ, gần nh loại với điện trở có độ lớn lớn R, điện trở cuộn, thờng đơn giản Nếu cho điện áp đà sử dụng cho lõi Vin dòng điện chạy qua lõi Iin, phơng trình điện cho động là: RL I in Vin R L Vemf Hình I-6 Mạch tơng ®¬ng cho lâi ®éng c¬ d I in V in =L + RI in + k e w dt (I-2-1) w tốc độ quay vòng mô tơ (rad/s) ke số điện mô tơ định nghĩa nh sau: ke= V emf w (I-2-2) Động nam châm vĩnh cửu (PM) dễ điều khiển phân tích, ta thấy phơng trình điều khiển chi tiết nhiều Vì tơng tác trờng stator dòng điện phần ứng,momen xoắn phát sinh động điện chiều PM tỷ lệ thuận với dòng điện phần ứng: T=kt.Iin (I-3-1) kt đợc định nghĩa nh số momen xoắn động Hằng số điện ke số momen xoắn kt động điện PM tham số quan trọng, chúng thờng đợc thông báo đặc điểm kỹ thuật nhà sản xuất Khi động lực học hệ thống đợc xem xét, momen xoắn T động đợc cho T =( J a + J L ) dw +T in +T L dt (I-3-2) Ja JL momen độc cực quán tính phần ứng gắn liền tải trọng, Tin momen cản chống lại quay phần ứng, T L chống lại momen xoắn tải Khi động đợc nối với nguồn điện, phần ứmg tăng tốc đạt tới trạng thái ổn định Tại trạng thái ổn định, phơng trình I-2-1 trở thành Vin = R.Iin + ke.w (I-3-3) Chú ý trạng thái ổn định, từ phơng trình I-3-2, momen xoắn động cân với momen tải trọng giả định Tìm Iin phơng trình I-3-1 thay vào phơng trình I-3-3 ta cã