điều khiển tốc độ động cơ ac servo với tải thay đổi sử dụng thuật toán điều khiển pid

Trần Công Phúc, Lê Hoàng Minh, Tống Dương Quang, Đinh Phạm Thiện Thanh Trong khoảng th i gian hờ ọc tậ ại trường Đạp t i H c Công Nghi p Thành Ph ọ ệ ốHồ Chí Minh, em đã nhận được nhiều

Trang 1

B CÔNGỘ THƯƠNG

KHÓALU NẬT TỐNGHIỆP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ AC

SERVO V I TỚẢI THAY ĐỔI S D NG Ử Ụ

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID

Trang 2

B CÔNGỘ THƯƠNG

KHÓALU NẬT TỐNGHIỆP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ AC

SERVO V I TỚẢI THAY ĐỔI S D NG Ử Ụ

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID

Trang 3

Trần Công Phúc, Lê Hoàng Minh, Tống Dương Quang, Đinh Phạm Thiện Thanh

Trong khoảng th i gian hờ ọc tậ ại trường Đạp t i H c Công Nghi p Thành Ph ọ ệ ốHồ Chí Minh, em đã nhận được nhiều s quan tâm, gi ng dự ả ạy và hướng dẫn nhiệt tình của Quý Thầy (Cô) đã giúp em có được những kiến thức cũng như kinh nghiệm sống và làm vi c ệ

Em xin gửi l i cờ ảm ơn trân trọng nhất đến th y Nguy n Ng c Anh Tu n và ầ ễ ọ ấThầy Phạm Công Duy đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành t t bài khóa ốluật tốt nghi p này ệ

Trong quá trình thực hi n khóa lu n, khó tránh nhệ ậ ững sai sót và đồng th i kinh ờnghiệm thực tiễn còn h n ch Em rạ ế ất mong được sự góp ý c a các thủ ầy cô để có thể học hỏi thêm được nhi u nghi m áp dề ệ ụng cho sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 4

Khóa lu n t t nghi p ậ ố ệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): TrầnCông Phúc –19515121 (2): LêHoàng Minh – 19478621 (3): Tống DươngQuang – 19478341 (4): ĐinhPh m Thi nạ ệ Thanh–19432971

2 Tên đề tài

Điều khiển tốc độ động cơ AC Servo với tải thay đổi sử d ng thuụ ật toán điều khiển PID

3 Nhiệm v ụ

- Tìm hiểu động cơ AC servo.

- Nghiên cứu c u trúc b ấ ộ điều khi n PI 2DOF ể

- Áp dụng mô ph ng bỏ ộ điều khi n PI 2DOF ể cho động cơ AC servo - So sánh các phương pháp điều khiển khác

4 Kết qu d ki n ả ự ế

- Hiểu rõ⁰mô hình toán⁰ ⁰ ⁰của⁰động⁰cơ⁰AC servo

- Mô ph⁰ ỏng được mô hình⁰động⁰cơ⁰AC servo trên Matlab - Thiết⁰kế⁰được⁰bộ⁰điều⁰khiển⁰PI DOF

- So sánh k t qu tế ả ốc độ và tính điều khi n ể

5 Cán bộ hướng dẫ Th.S Nguy n Ng c Anh Tu n n: ễ ọ ấ

your phone? Save

to read later onyour computer

Save to a Studylist

Trang 5

Sinh⁰viên

Trần Công Phúc Th.S Nguy n Ng c Anh Tu n ễ ọ ấ

Lê Hoàng Minh

Tống Dương Quang

Trang 6

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ h tên)ọ

Trang 7

Giảng viên hội đồng

(Ký và ghi rõ h tên) ọ

Trang 8

MỤC L C Ụ

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

I Giới thi u chung và lý do chệ ọn đề tài 1

1.Lý do chọn đề tài: 1

2 Giới thiệu động cơ AC Servo: 1

2.1.Sơ bộ về động cơ AC Servo: 1

3.3.Ứng dụng: 5

4.C2000 Delfino MCUs F28379D LaunchPad 6

4.1.Giới thi u chung: 6ệ4.2.Kit Contents 7

4.3.Cài đặt cho phần cứng 7

4.4.Code Composer Studio và ControlSUITE 7

4.5.Công c nhúng cho C2000 8ụCHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

I Động cơ không đồng bộ: 11

1.Hệ phương trình cơ bản của động cơ KDB ba pha: 11

2.Hệ phương trình trong hệ tọa độ cố định trên stator αβ 12

a) Chuyển đổi hệ tọa độ: 12

Trang 9

b) Hệ phương trình trong hệ ọ t a độ c ố định trên stator 14c) Các thông số định m c: 15ứII Bộ điều khi n PID 16ểIII Bộ điều khi n PI 2DOF 17ể1 Biểu di n b ễ ộ điều khi n PI 2DOF theo thể ời gian liên t c 17ụ2 Cấu trúc bộ điều khi n PI 2DOF 18ể

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 19

I THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHI N PI 19Ể1 Khối điều khi n: 19ể2.Các tín hi u mô ph ng PI: 24ệ ỏ

CHƯƠNG IV: BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 2DOF 33

1 Khối điều khi n: 33ểII Thí nghi m nhúng 41ệChương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46

I Kết lu n: 46ậII Hướng phát triển: 46

TÀI LI U KHAM KH O 47Ệ Ả

Trang 10

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1.1: Giao diện MATLAB 3

Hình 1.1.2 Giao diện SIMULINK 4

Hình 1.1.3: TMS320F28379D LaunchPad 7

Hình 1.1.4: Giao diện thư viện ControlSUITE 8

Hình 1.1.5: Chức năng Add-On trên Matlab 9

Hình 1.1.6: Embedded Coder Support Package for Texas Instruments C2000 Processors 9

Hình 1.1.7: SoC Blockset Support Package for Texas Instruments C2000 Processors 10

Hình 1.1.8: Thư viện C2000 trên Simulink 10

Hình 2.2.1 Cấu trúc bộ điều khiển PID 16

Hình 2.3.1 Cấu trúc bộ điều khiển PI 2DOF tổng quan 17

Hình 2.3.2 Cấu trúc bộ điều khiển PI 2DOF cụ thể 18

Hình 3.1.1 Khối điều khiển PI 19

Hình 3.1.2 Bộ chuyển đổi abc → αβ 19

Hình 3.1.3 Tín hiệu mô phỏng bộ chuyển đổi abc → αβ 20

Hình 3.1.14 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI ở trường hợp a 25

Hình 3.1.15 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường hợp a 26

Hình 3.1.16 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI ở trường hợp a 26

Hình 3.1.17 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI ở trường hợp b 26 Hình 3.1.18 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở

Trang 11

trường hợp b 27

Hình 3.1.19 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI ở trường hợp b 27

Hình 3.1.20 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI ở trường hợp c 28

Hình 3.1.21 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường hợp c 28

Hình 3.1.22 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI ở trường hợp c 28

Hình 3.1.23 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI ở trường hợp d 29

Hình 3.1.24 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường hợp d 29

Hình 3.1.25 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI ở trường hợp d 29

Hình 3.1.26 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI ở trường hợp e 30

Hình 3.1.27 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường hợp e 30

Hình 3.1.28 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI ở trường hợp b 30

Hình 3.1.29 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI ở trường hợp f 31

Hình 3.1.30 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường hợp f 31

Hình 3.1.31 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI ở trường hợp f 31

Hình 4.1.1 Bộ điều khiển PI 2DOF 33

Hình 4.1.2 Khối điều khiển PI 2DOF 33

Hình 4.1.3 Tốc độ đặt so với tốc độ thực tế của bộ điều khiển PI2DOF 34

Hình 4.1.4 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp a 34

Hình 4.1.5 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp a 34

Hình 4.1.6 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp a 35

Hình 4.1.7 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp b 35

Hình 4.1.8 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp b 35

Hình 4.1.9 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp b 36

Hình 4.1.10 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp c 36

Hình 4.1.11 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp c 36

Hình 4.1.12 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp c 37

Trang 12

Hình 4.1.13 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp

d 37

Hình 4.1.14 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp d 37

Hình 4.1.15 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp d 38

Hình 4.1.16 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợpe 38

Hình 4.1.17 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp e 38

Hình 4.1.18 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp e 39

Hình 4.1.19 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp f 39

Hình 4.1.20 Tín hiệu dòng pha ia và ib của bộ điều khiển PI 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp f 39

Hình 4.1.21 Tín hiệu momen của bộ điều khiển PI 2DOF ở trường hợp f 40

Hình 4.2.1 Lưu đồ thí nghiệm nhúng 41

Hình 4.2.2 Thư viện C2000 trên simulink 42

Hình 4.2.3 Thư viện C2000 trên simulink 42

Hình 4.2.4 Chọn các thống số cấu hình 43

Hình 4.2.5 Build, Deploy & Start 43

Hình 4.2.6 Mô phỏng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ PMSM 44

Hình 4.2.7: Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ PMSM với PicoScope 44

Hình 4.2.8 Kết nối phần cứng thử nghiệm DAC 45

Trang 13

Bảng 2.2 Bảng đáp ứng điều chỉnh khi tăng thông số pid 17

Trang 14

Thứ nh t, mô ph ng cho phép nghiên cấ ỏ ứu và đánh giá hiệu su t cấ ủa hệ ố th ng trước khi triển khai thực tế

Thứ hai, s d ng thu t toán PID mang l i lử ụ ậ ạ ợi ích v m t chi phí, vì nó ph bi n ề ặ ổ ếvà s n có ẵ

Thứ ba, thu t toán PID d thậ ễ ực hiện và không đòi hỏi nhi u ki n th c chuyên ề ế ứsâu

Thứ tư, áp dụng thuật toán PID giúp tăng cường độ chính xác và đáp ứng c a ủhệ th ng ố

Cuối cùng, vi c nghiên c u và áp d ng thu t toán ệ ứ ụ ậ PID trong điều khi n tể ốc độ động cơ AC Servo mang lại giá trị nghiên cứu lớn trong lĩnh vực điều khiển tự động

2 Giới thiệu động cơ AC Servo: 2.1 Sơ bộ ề động cơ AC Servo v :

Động cơ Servo là một loại động cơ đặc biệt sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần độ hính xác cao và điề c u khi n t ng Nó gi v trí và tể ự độ ữ ị ốc độ ới độ chính vxác cao, cho phép điều khiển chính xác vị trí, tốc đ ộ

Động cơ Servo bao gồm bộ đếm vị trí và hệ thống điều khiển phản hồi, cung cấp thông tin v trí hiị ện tại cho bộ điều khiển Nó được sử ụ d ng r ng rãi trong máy ộmóc s n xu t, robot công nghi p, h th ng tả ấ ệ ệ ố ự động hóa và nhiều lĩnh vực khác

Bộ điều khi n Servo nh n tín hiể ậ ệu điều khi n t b ể ừ ộ điều khi n ể và điều khi n ểđộng cơ dựa trên lệnh đó, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi về tốc đ và vị trí từ ộencoder

Trang 15

2 2.2 Nguyên lý hoạt động:

Động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khi n ph n h i, s d ng so ể ả ồ ử ụsánh giữa trạng thái hi n t i và tr ng thái mong mu n Nó bao gệ ạ ạ ố ồm động cơ, mạch điều khiển và hệ thống phản hồi Mạch điều khi n liên tục giám sát phản hồi từ hệ ểthống và so sánh với v trí, tị ốc độ ho c mô-men xo n mong muặ ắ ốn Động cơ điều chỉnh đầu ra cho đến khi đạt được trạng thái mong muốn Điều khiển chính xác chuyển động là ưu điểm quan trọng của động cơ servo, được áp dụng rộng rãi trong robot học, tự ng hóa và các ng d ng ch t o chính xác độ ứ ụ ế ạ Ưu và nhược điểm khi s ửdụng AC Servo:

2.3 Ưu điểm:

Điều khiển tốc độ ổn định, mượt mà trên toàn d i tốả c đ , ít gộ ây dao động, hiệu suất trên 90%, t n nhi t th p, khả ệ ấ ả năng điều khi n tể ốc đ cao, và độ ạt được độ chính xác v trí cao (ph thuị ụ ộc vào độ chính xác c a b mã hóa) Mô-men xo n và quán tính ủ ộ ắthấp, ti ng n th p, không s d ng ch i than và không yêu c u b o trì (trong môi ế ồ ấ ử ụ ổ ầ ảtrường không có bụi và nguy cơ nổ)

Máy CNC: H thệ ống động cơ servo được sử ụng trong máy CNC để điề d u khiển chính xác vị trí, tốc độ và lực tác động của dao cắt, giúp gia công các chi tiết với độ chính xác cao

Thiết b y t : H thị ế ệ ống động cơ servo được s d ng trong các thi t b y t ử ụ ế ị ếnhư máy chụp cắt, máy điều trị bệnh tim và các thiết bị y tế khác

Trang 16

Máy in 3D: H thệ ống động cơ servo được sử ụng trong máy in 3D để điề d u khiển chính xác vị trí và tốc độ của đầu in, giúp t o ra các s n ph m in 3D ạ ả ẩvớ ội đ chính xác cao

3 Ứng dụng Matlab/Simulink 3.1 Tổng quan, gi i thi u ớ ệ

Matlab và Simulink là hai ph n m m m nh m ầ ề ạ ẽ được sử ụ d ng r ng rãi trong ộnghiên c u và ng d ng công nghiứ ứ ụ ệp Matlab là môi trường tính toán s ố dùng để phân tích d li u, l p trình và gi i quy t các vữ ệ ậ ả ế ấn đề toán h c và kọ ỹ thu t Simulink là công ậcụ mô hình hóa và mô ph ng tích h p trong Matlab, cho phép t o mô hình và h th ng ỏ ợ ạ ệ ốđiều khiển số Với Matlab và Simulink, người dùng có thể thực hiện đa nhiệm, phân tích d li u, x lý tín hi u, mô ph ng h th ng, tữ ệ ử ệ ỏ ệ ố ối ưu hóa và giải quyết các phương trình toán h c phọ ức tạp.Matlab và Simulink là hai ph n m m m nh m ầ ề ạ ẽ được sử ụ d ng rộng rãi trong nghiên c u và ng d ng công nghiứ ứ ụ ệp Matlab là môi trường tính toán s ốdùng để phân tích dữ liệu, lập trình và giải quyết các vấn đề toán học và kỹ thuật

Hình 1.1.1 Giao diện MATLAB

Trang 17

4

Simulink là công c mô hình hóa và mô ph ng tích h p trong Matlab, cho phép ụ ỏ ợtạo mô hình và h thệ ống điều khi n sể ố Nó được sử ụ d ng rộng rãi trong điệ ử, cơ n tkhí, hàng không vũ trụ và ô tô để mô hình hóa, mô phỏng và phát triển chương trình điều khiển Với Matlab và Simulink, người dùng có thể thực hiện đa nhiệm, phân tích dữ li u, x lý tín hi u, mô ph ng h thệ ử ệ ỏ ệ ống, tối ưu hóa và giải quyết các phương trình toán h c phọ ức tạp.

Hình 1.1.2 Giao diện SIMULINK

3.2 Tính năng, mục đích

Mô ph ng và ki m tra h thỏ ể ệ ống: Simulink cho phép người dùng mô ph ng h ỏ ệthống c a mình trong không gian thủ ời gian hoặc tần s ố để ki m tra hoể ạt động của hệ th ng và tìm ra các vố ấn đề ề ẩn trước khi triển khai ti m

Thiết k và phát tri n h th ng: Simulink cung c p m t giao diế ể ệ ố ấ ộ ện đồ ọa để hthiết k và phát tri n các h thế ể ệ ống điều khi n, bao g m các kh i chể ồ ố ức năng như bộ x lý tín hi u, bử ệ ộ điều khi n PID, b l c, và nhiể ộ ọ ều hơn nữa

Tối ưu và tinh chỉnh hệ thống: Simulink cung cấp các công cụ tối ưu hóa và tinh ch nh h thỉ ệ ống để ả c i thi n hi u su t c a h th ng ệ ệ ấ ủ ệ ố

Trang 18

5

Thiết k và phát tri n h th ng th i gian th c: Simulink h tr vi c thi t k và ế ể ệ ố ờ ự ỗ ợ ệ ế ếphát tri n các h th ng th i gian thể ệ ố ờ ực, cho phép các ứng dụng được tri n khai ểtrên các h th ng nhúng hoệ ố ặc vi xử lý th i gian th c ờ ự

Điều khi n và giám sát h thể ệ ống: Simulink cho phép người dùng thi t k các h ế ế ệthống điều khiển và giám sát các thông số hoạt động của hệ thống để giữ cho nó hoạt động ổn định và chính xác.

3.3 Ứng dụng:

Matlab là m t công c tính toán có khộ ụ ả năng ứng d ng r ng rãi trong nhiụ ộ ều lĩnh vực khoa học và k thuỹ ật như hóa học, toán học, vật lý, công ngh ệ

Matlab được sử ụ d ng trong h u h t các công vi c ầ ế ệ như:

Điện tử: Matlab Simulink được sử ụ d ng trong việc phát triển và ki m tra các ểmô hình điệ ử, điện t n từ và mạch đi n tử ệ

Động cơ: Nó cũng được sử dụng để thiết kế và kiểm tra các hệ thống điều khiển động cơ, bao gồm các ứng dụng trong công nghiệp, vận tải, hàng hải và hàng không vũ trụ

Hệ thống điều khiển: Matlab Simulink đượ ử ụng đểc s d mô ph ng và thi t k ỏ ế ếcác hệ thống điều khi n, bao g m các ng d ng trong ngành công nghi p, y t ể ồ ứ ụ ệ ếvà năng lượng

Tự động hóa: Nó được sử dụng trong việc thiết k các h th ng t ng hóa, ế ệ ố ự độbao g m các ng d ng trong s n xuồ ứ ụ ả ất, đóng tàu và hệ ố th ng kiểm soát năng lượng

Khoa h c và k thuọ ỹ ật: Nó được sử ụng để d phân tích và gi i quy t các vả ế ấn đềtrong nhiều lĩnh vực khoa h c và k thu t khác nhau, bao gọ ỹ ậ ồm cơ học, điệ ửn t , vật lý, và sinh h c ọ

Trang 19

6 4 C2000 Delfino MCUs F28379D LaunchPad

4.1 Giới thi u chung: ệ

LaunchPad C2000 LAUNCHXL-F28379D là m t b ng phát tri n hoàn ch nh, ộ ả ể ỉchi phí thấp cho vi điều khi n Texas Instruments Delfino F2837xD Nó bao g m t t c ể ồ ấ ảphần c ng và ph n m m c n thiứ ầ ề ầ ết để phát tri n các ng d ng dể ứ ụ ựa trên vi điều khi n ểF2837xD B ng LaunchPad này d a trên thi t b F28379D superset và cho phép d ả ự ế ị ễdàng chuyển sang các tính năng thấp hơn hoặ ố lược s ng chân thấp hơn của các thi t b ế ịF2837x khi có nhu c u thi t k Nó cung c p công c g l i JTAG tích h p trên bo ầ ế ế ấ ụ ỡ ỗ ợmạch, cho phép giao ti p trế ực tiếp với PC để ễ d dàng l p trình, gậ ỡ lỗi và đánh giá Ngoài ra, giao diện USB cung c p k t n i n i ti p UART t thi t bấ ế ố ố ế ừ ế ị F28379D đến máy tính ch , bên c nh JTAG gi l p ủ ạ ả ậ

Các tính năng của LaunchPad LAUNCHXL-F28379D bao gồm:

- Giao di n g l i và lệ ỡ ỗ ập trình USB thông qua đầu dò g l i XDS100v2 ỡ ỗđược cách ly bằng điện tốc đ cao có kết n i USB / UART ộ ố

- Thiết b Superset TMS320F28379D ị- Hai đèn LED cho người dùng - Nút đặt l i thi t b ạ ế ị

- Dễ dàng truy c p các chân thi t b cho mậ ế ị ục đích gỡ l i ho c làm ỗ ặ ổ cắm để thêm b ng m r ng tùy ch nh ả ở ộ ỉ

- Giao diện b mã hóa cộ ầu phương 5 V kép- Giao diện CAN v i b thu phát tích h p ớ ộ ợ- Công t t lắ ựa chọn khởi động

- Bộ khuếch đại vi sai để cung c p tín hiấ ệu đệm t i ADCD cho chớ ế độ 16 bit

- Các điểm kết nối SMA tùy chọn P / N: SMA-J-P-H-ST-EM1 - Bốn đầu vào bộ giải đi u chế Sigma Delta đượ đưa đến các tiêu đềề c BP

Trang 20

4.4 Code Composer Studio và ControlSUITE

Code Composer Studio (CCS) là m t IDE (Integrated Development ộEnvironment - Môi trường Phát tri n Tích h p) h tr ể ợ ỗ ợ vi điều khi n TI và b x lý ể ộ ửnhúng CCS cung c p bấ ộ công cụ để phát tri n và g l i các ng d ng nhúng Nó bao ể ỡ ỗ ứ ụgồm trình biên d ch C/C++ tị ối ưu, trình soạn th o mã nguả ồn, môi trường xây d ng d ự ựán, trình g lỡ ỗi và các tính năng khác Với giao diện người dùng tr c quan, CCS ựhướng dẫn người dùng qua quy trình phát triển ứng dụng một cách dễ dàng CCS kết

Trang 21

Hình 1.1.4: Giao diện thư viện ControlSUITE

4.5 Công c nhúng cho C2000 ụ

Gói h tr công cỗ ợ ụ nhúng C2000 được MathWorks h tr tr c ti p trên ph n ỗ ợ ự ế ầmềm Matlab trong chức năng Add-On Explorer:

Trang 22

9

Hình 1.1.5: Chức năng Add-On trên Matlab

Để sử dụng được thư viện C2000 trên Simulink, ta cài đặt 2 gói hỗ tr C2000 ợcủa TI trong Add-On thu c Matlab 2 gói h tr bao g m: Embedded Coder ộ ỗ ợ ồSupport Package for Texas Instruments C2000 Processors và SoC Blockset Support Package for Texas Instruments C2000 Processors, hình :

Hình 1.1.6: Embedded Coder Support Package for Texas Instruments C2000 Processors

Trang 23

10

Embedded Coder Support Package for Texas Instruments C2000 Processors cho phép t o t p th c thi th i gian th c và t i tạ ệ ự ờ ự ả ệp đó xuống b ng phát ảtriển TI Gói h tr bao g m mỗ ợ ồ ột thư viện các khối Simulink để ấ c u hình và truy cập các thi t b ngoế ị ại vi và giao diện truy n thông Texas Instruments C2000 ề

Hình 1.1.7: SoC Blockset Support Package for Texas Instruments C2000 Processors

SoC Blockset Support Package for Texas Instruments C2000 Processors cho

phép b n s d ng hi u qu các b xạ ử ụ ệ ả ộ ử lý C2000 đa lõi phứ ạp, như các học tF2837xD và F2838xD

Khi đã cài hai gói trên, tại thư viện Simulink ta được thư viện hỗ trợ cho C2000 của TI như Hình 3.6

Hình 1.1.8: Thư viện C2000 trên Simulink

Trang 24

sbsbs sb

scscs sc

dψ (t)u (t)=R i (t)+

dtdψ (t)u (t)=R i (t)+

Động cơ không đồng bộ ba pha có ba cuộn dây stator đặt lệch nhau 120⁰, ta chọn tọa độ phức với tr c thụ ực đi qua bộ dây pha a của động cơ Ta có các vector không gian sau:

dψ(t)U (t)=R I (t)+

rrr r

dψ(t)U (t)=R I (t)+ =0

Trang 25

12 Các vector không gian t ừ thông stator và rotor như sau:

Trong đó:

Me: momen điện từ của động cơ p: s c p cố ặ ực của động cơ ML: moment t i ảJ: moment cơ

u =u sinωtu =u (sinωt+120)u =u (sinωt+240)

(2.8) Vector u trong không gian:

Trang 26

13

βc

Trang 27

14 Vector t thông t ng pha: ừ ừ

1ψ = ψ

rα sβrβ sαr

2 J LSuy ra:

Lrα sβrβ sα

erα sβrβ sαr

Trang 28

15

L L là h s tiêu tán t ng ệ ố ổ

R là h ng s th i gian rotor ằ ố ờ

.1 1

.

L R L RT T L L

m ms rLK

1.Ls

2.3 Các thông số định m c ứTốc đ trên trộ ục động cơ: n 60 f

f: là t n s ngu n (hz) ầ ố ồp: số đôi cực

Moment định mức: dm dmdm

Moment điện từ tỉ lệ với công suất điện từ: dtdt

n ꞷdt: tốc đ góc điện từ ộPdt: công suất điệ ừn t

Trang 29

16

II.Bộ điều khi n PID ể

Bộ điều khi n PID là m t thuể ộ ật toán điều khi n ph bi n trong lý thuyể ổ ế ết điều khiển và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử, tự động hóa và điều khiển các h th ng ệ ố

Hình 2.2.1 C u trúc b ấ ộ điều khi n PID ể

PID là vi t t t c a Proportional-Integral-ế ắ ủ Derivative (tương ứng v i các thành ớphần c u thành c a bấ ủ ộ điều khi n) Các thành ph n cể ầ ủa bộ điều khi n PID bao g m: ể ồ Proportional: Thành ph n t lầ ỷ ệ, được tính toán dựa trên sai số hiện tại giữa giá trị đầu vào và giá trị đầu ra của hệ th ng Thành ph n này càng ố ầlớn, tác động của sai số lên đầu ra càng lớn

Integral: Thành phần tích phân, được tính toán dựa trên tổng l i trong ỗquá kh cứ ủa hệ ố th ng Thành ph n này giúp gi m sai s dài hầ ả ố ạn và đưa giá trị đầu ra v giá tr d ki n ề ị ự ế

Derivative: Thành phần đạo hàm, được tính toán dựa trên tốc độ thay đổi của sai số hiện tại Thành phần này giúp hệ thống ổn định hơn và phản ứng nhanh hơn đố ới các thay đổi v i nhanh của giá trị đầu vào Kết h p các thành ph n này l i, bợ ầ ạ ộ điều khi n PID có kh ng tể ả nă ự động điều chỉnh các thông số như tốc độ ị trí và áp su t c, v ấ ủa các hệ ống điề th u khiển, đáp ứng nhanh chóng và chính xác v i các yêu c u v n hành c a h th ng Các thông s c a ớ ầ ậ ủ ệ ố ố ủbộ điều khi n PID có th ể ể được tinh chỉnh để đạt đư c hiệợ u su t tấ ối ưu cho các ng ứdụng khác nhau theo bảng dưới đây:

Trang 30

17 Đáp ứng vòng

kín

Thời gian lên Độ vọt lố Thời gian xác lập

Sai s xác l p ố ậ

Bảng 2.2 Bảng đáp ứng điều chỉnh khi tăng thông số pid

Để áp dụng bộ điều khiển PID, các thông số của nó cần được cài đặt và điều chỉnh phù hợp với yêu c u cầ ủa hệ ố th ng Vi c này có th ệ ể được th c hiự ện thông qua việc th nghi m và tinh chử ệ ỉnh b ng tay hoằ ặc sử ụng các phương pháp tự động hóa d

III.Bộ điều khi n PI 2DOF ể

1 Biểu diễn bộ điều khiển PI 2DOF theo thời gian liên tục

Bộ điều khi n PID 2 DOF có kh ể ả năng loại bỏ nhiễu nhanh mà không làm tăng đáng kể độ vọt lố trong quá trình theo dõi điểm đặt Bộ điều khi n 2-ểDOF PID cũng rất h u ữ ích để ả gi m thi u ể ảnh hưởng của những thay đổi trong tín hi u tham chiệ ếu đố ới v i tín hiệu điều khi n ể

Mối quan h giệ ữa đầu ra của b ộ điều khiển 2 DOF ( u ) và hai đầu vào của nó ( r và y ) có th ể được bi u di n ể ễ ở d ng song song Tham s ạ ố đượ ử ục s d ng để ể bi u thị các hoạt động t lỷ ệ, tích phân và đạo hàm c a b ủ ộ điều khi n ể

Hình 2.3.1 C u trúc bấ ộ điều khi n PI 2DOF t ng quan ể ổ

fK sK