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

MỞ ĐẦUNgày nay do yêu cầu của thực tế sản suất có công nghệ hiện đại trên tất cả cáclĩnh vực đòi hỏi phải có hệ điều khiển có thể thay đổi được cấu trúc và tham số của nó để đảm bảo chỉ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

STT Công việc Bắt đầu sau Ngày bắt đầu Ngày kết thúc Người đảm nhiệm

1 Lập nhóm Bắt đầungay 06-01-2023 13-01-2023 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 2 10-02-2023 20-02-2023

Trần Nguyên Khánh Nguyễn Đức Khôi Tôn Thất Dương

4 Tiến hành lắp đặtvà nối dây mô

9 báo cáo giữa kỳTiến hành làm CV 5, 6, 8 20-03-2023 05-04-2023

Mạnh Đức Anh

Lê Đình Hoàng Nguyễn Đức Khôi

Lập nhóm Nghiên cứu tài liệu tham khảo

Mua nguyên vật liệu Tiến hành lắp đặt và nối dây mô hình

Nghiên cứu về Code Arduino

Nghiên cứu về PID, Mathlab

Nghiên cứu về mạch điện tử

Tiến hành đo và xử lí số liệu

Tiến hành làm báo cáo giữa kì

15-Nov 5-Dec 25-Dec 14-Jan 3-Feb 23-Feb 15-Mar 4-Apr 24-Apr

6-Jan 3-Feb 10-Feb 20-Feb 27-Feb 6-Mar 17-Mar 28-Mar 20-Mar

7

7 10 7 1

25 14 8 16Bảng phân bố công việc

III. Thiết kế bộ điều khiển 17

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 1

Họ tên sinh viên: MSSV:

Khóa: Lớp:

I TÊN ĐỀ TÀI: Hệ thống cánh phẳng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

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 nghiệp giảng dạy.

MỞ ĐẦU

Ngày nay do yêu cầu của thực tế sản suất có công nghệ hiện đại trên tất cả cáclĩnh 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 thíchnghi ra đời đáp ứng được yêu cầu trên Nội dung của điều khiển thích nghi là: tạo rađược hệ điều khiển mà cấu trúc và tham số của nó có thể thay đổi theo sự biến thiênthông số đối tượng điều khiển sao cho chất lượng của hệ được đảm bảo theo các chỉtiêu đã định Do tính ưu việt của điều khiển thích nghi mà hiện nay các bộ điều khiểnđang bắt đầu được ứng dụng vào điều khiển các hệ thống phức tạp, các hệ phi tuyếntrong thực tế

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

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

Đề tài tập trung vào mục tiêu chính là thiết kế và thực thi bộ điều khiển thíchnghi 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 cốđịnh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN

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 làđiều khiển nguồn điện áp đặt lên động cơ để quạt thay đổi lưu lượng gió

Cánh phẳng

Cánh quạtĐộng cơ

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ QUẠT GIÓ – CÁNH PHẲNG

‐ 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.

- 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 Mica:

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

HÌNH ẢNH MÔ HÌNH

MÔ HÌNH HỆ THỐNG QUẠT GIÓ – CÁNH PHẲNG

II 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 mA

- Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin: 50 mA

- Flash Memory: 32KB (Atmega328P)

- 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 VDC

High: 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

Thông số kỹ thuật:

- LCD16×2 có 16 chân, trong đó 8 chân dữ liệu (D0–D7) & 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).

- 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16 × 2.

- Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế

độ dữ liệu.

- Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc, ghi.

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp hoạt động: 2.5 – 6V DC.

- Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 1604, 2004 (Driver HD44780).

- Giao tiếp: I2C.

- Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).

-Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.

- Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.

9 Sơ đồ trực quan

SƠ ĐỒ NỐI DÂY TRỰC QUAN

III.Kết nối phần cứng

BOARD ARDUINO

Start/Stop

CHƯƠNG IIINHẬN 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 như sau

III Thiết kế bộ điều khiển:

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

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