báo cáo đồ án liên môn 1 hệ quạt gió cánh phẳng

Giảng viên hướng dẫn : Trần Thị Kim Dung Sinh viên thực hiện :

Lớp : 21TDHCLC2 MSSV :

Đà Nẵng, 2023

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

STTCông việc Bắt đầusauNgày bắtđầuNgày kếtthúcNgười đảm nhiệm

1Lập nhóm Bắt đầungay 06-01-202313-01-2023 Trần Nguyên Khánh(nhóm trưởng)

2 Nghiên cứu tài

liệu tham khảo CV 1 03-02-2023 10-02-2023 5 thành viên

3 Mua nguyên vậtliệu CV 210-02-202320-02-2023Nghiên cứu tài liệu tham khảoMua nguyên vật liệuTiến hành lắp đặt và nối dây mô hình Nghiên cứu về Code ArduinoNghiên cứu về PID, MathlabNghiên cứu về mạch điện tửTiến hành đo và xử lí số liệuTiến hành làm báo cáo giữa kì

15-Nov5-Dec25-Dec14-Jan3-Feb23-Feb15-Mar4-Apr24-Apr

III. Thiết kế bộ điều khiển 17

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 1

Họ tên sinh viên: MSSV:

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TRẦN THỊ KIM DUNG

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt khoảng thời gian 2 năm học tập tại Trường Đại học Bách Khoa nói chung và thời gian từ khi được Thầy Cô hướng dẫn đồ án nói riêng thì nhóm em đã học đượcc rất nhiều điều quý báu không chỉ liên quan đến ngành học của mình mà còn nhiều kiến thức bổ ích bên ngoài cuộc sống Em rất cảm ơn Cô Trần Thị Minh Dung đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, tận tình giúp đỡ giải đáp tất cả mọi thắc mắc trong quá trình thực hiện đồ án để giờ đây nhóm em đã có thể hoàn thành được đồ án liên môn riêng của mình.

Có lẽ kiên thức là vô hạn mà sự tiếp nhận kiến thức của bản thân mỗi người luôn tồn tại những hạn chế nhất định Do đó trong quá trình hoàn thành dự án này chắc chắn không tránh khỏi những lỗi khiến mô hình không thể chạy một cách hoàn hảo nhất thì bản thân nhóm em rất mong nhận được những góp ý đến từ thầy cô để đồ án nhóm em có thể được hoàn thiện và phát triển hơn sau này.

Em kính chúc Cô sức khỏe, hạnh phúc trên con đường sự nghiệpgiảng dạy.

MỞ ĐẦU

Ngày nay do yêu cầu của thực tế sản suất có công nghệ hiện đại trên tất cả các lĩnh vực đòi hỏi phải có hệ điều khiển có thể thay đổi được cấu trúc và tham số của nó để đảm bảo chỉ tiêu chất lượng đã định Dựa trên cơ sở của nền kỹ thuật điện, điện tử, tin học và máy tính đã được phát triển ở mức độ cao, lý thuyết điều khiển thích nghi ra đời đáp ứng được yêu cầu trên Nội dung của điều khiển thích nghi là: tạo ra được hệ điều khiển mà cấu trúc và tham số của nó có thể thay đổi theo sự biến thiên thông số đối tượng điều khiển sao cho chất lượng của hệ được đảm bảo theo các chỉ tiêu đã định Do tính ưu việt của điều khiển thích nghi mà hiện nay các bộ điều khiển đang bắt đầu được ứng dụng vào điều khiển các hệ thống phức tạp, các hệ phi tuyến trong thực tế

Mô hình hệ thống Quạt gió – Cánh phẳng là một mô hình cho phép cài đặt các thuật bù điều khiển góc, với tính chất chịu ảnh hưởng rất nhiều của nhiễu và sự thay đổi tham số, do đó hệ thống Quạt gió – Cánh phẳng là hệ thống khó điều khiển để đạt được chất lượng tốt.

Xuất phát từ những lý do trên, nhóm đã nghiên cứu đề tài Nhận dạng và điều khiển thích nghi hệ thống quạt gió cánh phẳng, để từ đó thiết kế bộ điều khiển thích nghi tự động điều khiển góc với chất lượng tốt hơn, qua đó mở ra hướng ứng dụng trong các hệ thống thông gió, góc mở của van được điều khiển bằng khí nén trong các nhà máy xí nghiệp.

Đề tài tập trung vào mục tiêu chính là thiết kế và thực thi bộ điều khiển thích nghi cho hệ thống quạt gió cánh phẳng nhằm duy trì ổn định góc của cánh phẳng

Trong thời gian làm đề tài, những mục tiêu của đề tài được đặt ra như sau:  Nhận dạng hệ thống quạt gió cánh phẳng thông qua nhận dạng thực nghiệm  Xác định mô hình hóa.

 Xây dựng thuật toán điều khiển  Đánh giá và nhận xét.

III Phương pháp nghiên cứu

- Xây dựng mô hình lý thuyết QG-CP và tính toán các thông số PID - Xây dựng mô hình thực:

 Phần cơ khí : khung sườn của mô hình.

 Phần điện: ứng dụng các mạch điện tử, cảm biến, động cơ.

- Trong khuôn khổ của đề tài, mô hình Quạt gió – Cánh phẳng có thể tăng hoặc giảm tốc độ động cơ khi có nhiễu đưa vào để ổn định cánh phẳng.

- Phương pháp điều khiển: sử dụng phương pháp điều khiển PID với thông số cố định

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN

Tên dự án: Thiết kế hệ thống Quạt gió – Cánh phẳng được các thầy cô đặt ra nhằm giúp cho sinh viên bắt đầu làm quen, nắm bắt với khái niệm như thế nào là một Dự án Liên môn, bước đầu hình dung được việc xây dựng đề tài bằng cách áp dụng các kiến thức của nhiều môn học khác nhau.

Hệ thống quạt gió cánh phẳng là 1 hệ thống khí động học, hệ có tính phi tuyến mạnh và rất nhạy đối với tác động của nhiễu, vì vậy hệ quạt gió cánh phẳng là đối tượng rất tốt để nghiên cứu các phương pháp điều khiển tự động từ đơn giản đến phức tạp.

II Mô tả hệ thống

- Mục tiêu điều khiển của hệ thống QG-CP là ổn định góc đặt của cánh phẳng bằng luồng không khí thổi từ quạt gió.

- Cấu trúc chính của hệ thống Quạt gió – cánh phẳng bao gồm:  Động cơ quạt.

 Cánh phẳng.

 Cảm biến đo góc quay.

Khi bật nguồn, quạt sẽ chạy và thổi một luồng không khí vào cánh phẳng đang ở phương thẳng đứng, khiến cánh phẳng nâng lên một góc xác định Trục cánh phẳng được nối đồng trục với một cảm biến đo góc quay Người điều khiển dã thiết kế sẵn giá trị góc cánh phẳng cần đạt đến Gía trị này có thể cố định hoặc thay đổi theo quỹ đạo định trước Nhiệm vụ bộ điều khiển PID là điều khiển nguồn điện áp đặt lên động cơ để quạt thay đổi lưu lượng gió.

‐ Chiều cao giá đỡ: mm

‐ Khoảng cách giữa 2 giá đỡ: mm ‐ Vật liệu giá đỡ: Gỗ.

Giá đỡ động cơ quạt gió:

‐ Chiều cao giá đỡ động cơ: mm

‐ Vật liệu làm giá đỡ động cơ: kim loại.

- Dễ thiết kế, là vật liệu có trọng lượng nhẹ, cứng cáp và có độ bền cao nên có thể gia công nhiều chi tiết khó mà nhiều vật liệu khác như nhôm, xốp kỹ thuật,… không thể làm được.

- Có độ thẩm mỹ cao - Giá thành không quá cao.

- Có khối lượng vừa phải, không quá nặng hay không quá nhẹ giúp cho cánh phẳng dễ dàng ổn định khi quạt gió vận hành.

Lí do chọn vật liệu làm bằng gỗ:

- Gỗ là vật liệu được sử dụng rất phổ biến từ ngành công nghiệp xây dựng cho đến ngành công nghiệp sản xuất hàng hóa đồ tiêu dùng nên gỗ có giá thành rất rẻ và có thể kiếm được từ các cửa hàng hoặc các xưởng gỗ, có thể kiếm được những mảnh gỗ thừa ở các xưởng gỗ và tận dụng để gia công giá đỡ cánh phẳng mà không mất bất kỳ chi phí nào cho phần bộ phần nào làm từ gỗ.

Lí do chọn vật liệu làm bằng Mica:

- Giá thành rẻ và dễ gia công các chi tiết đơn giản nên chọn tấm Mica làm vật liệu để làm hộp bảo vệ.

HÌNH ẢNH MÔ HÌNH

MÔ HÌNH HỆ THỐNG QUẠT GIÓ – CÁNH PHẲNGII Thiết kế mạch điện

Thông số kỹ thuật:

- Vi điều khiển: ATmega328P- Điện áp hoạt động: 5 V

- Điện áp khuyên dùng: 7 – 12 V- Điện áp vào giới hạn: 6 – 20 V

- Digital I/O pin: 14 (6 pin có băm xung)- PWM Digital I/O Pins: 6

- Analog Input Pins: 6

- Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin: 20

- IC chính: L298 – Dual Full Bridge Driver- Điện áp đầu vào: 5 30 VDC⁓ 30 VDC

- Công suất tối đa: 25 W

- Dòng tối đa cho mỗi cầu H: 2 A

- Mức điện áp logic: Low: 0.3 V 1.5 V⁓ 30 VDCHigh: 2.3 V VSS⁓ 30 VDC- Kích thước: 43 × 43 × 27 mm.

3.Sensor Encoder 600 xung 2 pha AB/5 – 24V

Thông số kỹ thuật:

- Dây Red (đỏ) là dây: +(VCC).- Dây Black (đen) là dây: -(GND).

- Dây White (trắng) là dây: phase A(xung A).- Dây Green (xanh) là dây: phase B (xung B).

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp đầu vào: 3 – 40 VDC.- Điên áp đầu ra: 1.5 – 35 V.

7.Module I2C Arduino

9.Sơ đồ trực quan

SƠ ĐỒ NỐI DÂY TRỰC QUAN

Start/Stop

CHƯƠNG III

NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG & THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN I Lấy số liệu thực nghiệm của hệ thống Quạt gió cánh phẳng:

Lấy tín hiệu vào của đối tượng QGCP là tín hiệu từ encoder trả về được xác định

III.Thiết kế bộ điều khiển:

Ta có hàm truyền QGCP đã được nhận dạng bằng phần mềm Identification Tool

Dựa trên nền tảng của thuật toán điều khiển PID, giải thuật cân bằng và điều khiển bám theo vị trí ban đầu trên mô hình robot được xây dựng theo lưu đồ sau:

Code Arduino