(Đồ án hcmute) thiết kế, chế tạo mô hình tạo tải thử nghiệm motor xe điện thu nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TẠO TẢI THỬ NGHIỆM MOTOR XE ĐIỆN THU NHỎ n GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: BÙI CÔNG THƯ PHAN ĐẶNG QUỐC KHÁNH SKL009428 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TẠO TẢI THỬ NGHIỆM MOTOR XE ĐIỆN THU NHỎ n SVTH: BÙI CÔNG THƯ MSSV: 18145465 SVTH: PHAN ĐẶNG QUỐC KHÁNH MSSV: 18145374 GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 n i n ii n iii n iv n v n vi LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn ba mẹ gia đình ni dưỡng, động viên hỗ trợ cho chúng em học tập Về phía nhà trường, nhóm thực xin chân thành cảm ơn BGH nhà trường, thầy, cô khoa Cơ Khí Động Lực, người dìu dắt truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho sinh viên chúng em suốt thời gian học tập trường Được giáo dục môi trường trang bị thiết bị nhất, truyền đạt kiến thức từ giáo trình đến thực tiễn, thứ mà nhóm thực có sau năm học tập Từ tảng kiến thức, hiểu biết vững chắc, va chạm lĩnh vực nghiên cứu kỹ thuật giúp nhóm thực hồn thành đồ án Hơn hết nhóm gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ths Nguyễn Trọng Thức người thầy tận tình hướng dẫn chúng em buổi thảo luận, đưa định hướng, nhận xét để chúng em khắc phục sửa chữa Đồng thời, thầy bảo kịp thời, tạo điều kiện thuận lợi, động viên nhiệt tình giúp đỡ nhóm nhiều mặt tinh thần kiến thức để vượt qua khoảng thời gian khó khăn q trình thực đồ án Bên cạnh nhóm thực xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè hết lịng ủng hộ, n giúp đỡ góp ý cho nhóm suốt q trình thực Mặc dù cố gắng nỗ lực, kiến thức hạn chế thời gian nghiên cứu có hạn thiếu sót điểu khơng thể tránh khỏi Do nhóm thực mong nhận đóng góp ý kiến quý báu q thầy để hồn thiện đồ án tốt Xin chúc thầy cơ, gia đình, bạn bè ln dồi sức khỏe, tràn đầy lượng, có thật nhiều niềm vui, hạnh phúc sống để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp mình, truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho hệ mai sau Nhóm thực xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày tháng 08 năm 2022 Nhóm sinh viên thực BÙI CƠNG THƯ PHAN ĐẶNG QUỐC KHÁNH vii TĨM TẮT Đồ án tập trung tìm hiểu nghiên cứu xe điện bao gồm cấu tạo, động không chổi than (BLDC), chế độ hoạt động, hệ thống điều khiển xe điện, … ứng dụng động BLDC thiết kế, chế tạo mơ hình tạo tải thử nghiệm motor xe điện thu nhỏ Đề tài ứng dụng kiến thức học lý thuyết ô tô tảng cho việc tính tốn, thiết kế mơ hình xây dựng liệu lập trình điều khiển động BLDC để tạo tải Ngoài ra, đề tài ứng dụng vi điều khiển module Aduino Mega Uno, module BTS7960 cảm biến Loacell để lập trình, điều khiển motor tải Nhóm thực tìm hiểu, áp dụng kỹ thuật lập trình xử lý trực tiếp vi điều khiển, Pin Change Interrupts, thiết lập hệ số PID để điều khiển giao tiếp UART code lập trình n viii n Hình 4.15: Code điều khiển Arduino Mega 2560 4.1.6 Hoàn thiện mơ hình Đối với đế để đặt chi tiết nhóm định sử dụng vật liệu gỗ, tạo cho mơ hình chắn chịu tải trọng chi tiết mơ hình đồng thời giúp cho trình vận hành tốt cịn để độ dày để khoan ốc Mơ hình hồn thiện kết nối với mơ hình khác hoạt động với chế độ xe điện để thử nghiệm 74 Hình 4.16: Mơ hình hồn chỉnh 4.2 Thử nghiệm mơ hình Mơ hình giả tải kết nối với mơ hình motor xe điện, motor xe điện quay điều khiển motor giả tải tính tốn tải theo cơng thức lập trình, từ điều n khiển điều khiển cấp điện phù hợp cho motor giả tải theo momen tải tính tốn Momen tải thực tế tạo cảm biến momen Loadcell đo đưa lại điều khiển để so sánh với momen tải cần tạo ra, sai lệch điều khiển PID tính tốn Ngoài ra, momen tải thực tế hiển thị led đoạn với tốc độ động 1850 RPM - 53 3100 RPM - 121 Hình 4.17: Thơng số thực tế thử nghiệm mơ hình 75 Kết thử nghiệm cho thấy tốc độ động tăng, momen tải tạo lực cản tác dụng lên xe tăng Nhờ vào điều khiển PID, motor tạo tải thay đổi ổn định xác theo tải cần tạo n Hình 4.18: Mơ hình hoạt động chế độ phanh tái sinh Khi xe vào chế độ thu hồi lượng (phanh tái sinh), motor tải tạo tải quán tính cho xe kéo motor xe điện tạo điện, điện sinh thu hồi làm sáng đèn tải điện xe chuyển chậm dần đến dừng hẳn 76 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Trong suốt thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực đồ án với hướng dẫn thầy Nguyễn Trọng Thức nhóm thực hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình tạo tải thử nghiệm motor xe điện thu nhỏ” Trong q trình thực đồ án, nhóm nghiên cứu tìm hiểu được: - Tìm hiểu động khơng chổi than (cấu tạo, ngun lí, cách điều khiển, ) Vận dụng tìm hiểu nhiều chức lập trình điều khiển cho Arduino mega 2560 - Tìm hiểu xe điện (cấu tạo, chế độ hoạt động điều khiển xe điện, ) - Vận dụng kiến thức học mơn lí thuyết tơ để tính tốn mơ hình - Tìm hiểu cách thức điều chế xung PWM điều khiển cho motor BLDC, xây dựng thuật toán PID cho vi điều khiển, sử dụng Timer, Pin Change Interrupts, giao tiếp UART, - Xây dựng mơ hình tạo tải thử nghiệm động BLDC n Tuy nhiên thời gian thực đề tài có hạn nên đề tài chưa hồn thành tốt có thể, chưa thể hiển thị lên giao diện cụ thể đồ thị biểu diễn momen cản, 5.2 Hướng phát triển Với hạn chế nêu đề tài nhiều nội dung cần cải thiện phát triển để mơ hình hồn chỉnh Sau nhóm thực xin đề số hướng phát triển cho đề tài: - Xây dựng hệ thống hiển thị thơng tin qua hình, đồ thị hiển thị momen tải, - Xây dựng hệ thống nhập đầu vào nhiều chế độ khác mặt đường, hướng gió, tốc độ gió, lên dốc, xuống dốc, độ dốc, - Nâng cao thử nghiệm với nhiều loại xe khác nhờ vào hệ thống nhập thông tin xe, motor điện, công suất, momen, tốc độ, để xử lý với nhiều mơ hình điều khiển xe điện khác 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Matulka, “The History of the Electric Car,” 15 09 2014 https://www.energy.gov/articles/history-electriccar#:~:text=First%20Crude%20Electric%20Vehicle%20Is,an%20English%20in ventor%20in%201884 [2] A T Abkenar, “BLDC Motor Drive Controller for Electric Vehicles,” Faculty of Science, Engineering and Technology Swinburne University of Technology, 2014 [3] Anonymous, “HISTORY OF BRUSHLESS DC MOTORS,” 26 06 2018 https://nanopdf.com/download/chapter-1-introduction-11-history-of-brushlessdc_pdf# [4] J N Ansari Sapna L, “Speed Control of BLDC motor for Electric Vehicle,” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), p Vol [5] n Issue 5, 05 2014 R Yanamshetti J N Ansari, “Microcontroller Controlled BLDC Drive for Electric Vehicle,” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), p Vol Issue 10, 12 2012 [6] P v Cường, “Hệ thống hãm máy phát xe điện truyền động động BLDC,” 2018 https://lib.hpu.edu.vn/xmlui/bitstream/handle/123456789/31152/Pham-VanCuong-DC1802.pdf?sequence=1 [7] V G o America, “Basics of Electric Vehicles Design and Function,” Self Study Program 820233, 2013 78 [8] S H Karthik, “Types of Motors used in Electric Vehicles,” 03 05 2019 https://circuitdigest.com/article/different-types-of-motors-used-in-electricvehicles-ev [9] K Daware, “Brushless DC (BLDC) Motor - Construction And Working,” https://www.electricaleasy.com/2015/05/brushless-dc-bldc-motor.html [10] P Yedamale, “Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals,” 2003 http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00885a.pdf [11] L Q Tuyến, 2015 https://lib.hpu.edu.vn/bitstream/handle/123456789/20551/2_LeQuangTuyen_D C1501.pdf?sequence=1 [12] Dejan, “How Brushless Motor and ESC Work,” https://howtomechatronics.com/how-it-works/how-brushless-motor-and-escwork/ https://advancecad.edu.vn/dieu-khien-dong-co-bldc-bang-arduino-kiem-soat- n [13] toc-do-voi-bien-ap/ [14] H Wang, T Sun, X Zhou Q Fan, “Research on the Electric Vehicle Control System,” International Journal of u- and e- Service, Science and Technology, pp Vol.8, No (2015), pp.103-110, 2015 [15] “EV design – vehicle control modes,” https://x-engineer.org/ev-design-vehiclecontrol-modes/ [16] https://www.vietnic.vn/arduino-mega2560 [17] http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi [18] https://icdayroi.com/module-dieu-khien-dong-co-bts7960-43a [19] https://hshop.vn/products/mach-chuyen-doi-adc-24bit-loadcell-hx711 79 [20] https://dientuviet.com/huong-dan-lam-mach-nguon-on-ap-su-dung-ic-lm2596/ [21] https://icdayroi.com/module-hien-thi-4-led-7-doan [22] http://arduino.vn/tutorial/1357-dieu-khien-pin-bang-ngon-ngu-chinh-thong [23] https://dronebotworkshop.com/interrupts/#:~:text=Pin%20Change%20Ports&te xt=On%20the%20Arduino%20Uno%2C%2020,7%20are%20on%20Port%20D [24] https://dientutuonglai.com/giao-tiep-uart-giua-2-arduino.html [25] https://www.evspecifications.com/en/model/95aa34 [26] N H Cẩn cộng sự, Lý thuyết ô tô máy kéo, 2005 n 80 PHỤ LỤC Code lập trình cho Arduino UNO #include Led4digit74HC595 myLedDisplay(3, 4, 5);//(SCLK, RCLK, DIO) //#include //DigitLedDisplay ld = DigitLedDisplay(5, 4, 3);//(DIN, CS, CLK) #include HX711_ADC LoadCell(6, 7);//(DT, SCK) int a = 0, pwm = 0, pwm_c = 0; volatile int xung = 0, demgiay = 0; float vanToc = 0, lucMomenTai, giaToc = 0,vanTocTruoc = 0,tocDo = 0; byte lo10, doc; float set_momen = 0; float pv_momen = 0; float e_momen = 0; float e_momen_pre1 = 0; float e_momen_sum = 0; float lastpwm_pulse = 0; float Ki= 0.05, Kp = 0.7, Kd = ; float alpha = 0; float beta = 0; float gama = 0; float dentaT = 0; float T = 0.1; void setup() { n pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); cli(); //INPUT_PULLUP_HALL DDRB=B00000000; PORTB=B00000111;// PB0,1,2 (8,9,10) PCICR |= 0b00000001; // ngat pinchance cho cb hall PCMSK0 |= 0b00000111; // PCINT 0,1,2 /* Reset Timer/Counter1 */ TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TIMSK1 = 0; /* Setup Timer/Counter1 */ TCCR1B |= (1