báo cáo project based learning 1 thiết kế hệ thống điều khiển tuyến tính điều khiển hệ thống quạt cánh phẳng

Nhóm chúng em quyết định chọn đề tài Điều khiển hệ thông quạt - cảnh phẳng với mong muôn tích lũy được nhiều kinh nghiệm nhất có thể.. Ngoài ra, Điều khiên hệ thống quạt — Cánh phẳng là

DIEU KHIEN HE THONG QUAT -— CANH PHANG

Phan Thanh Nhat Huy

Lê Phủ Quý Mùi

Ngô Nguyễn Duy Minh Nhóm học phần : 21.32B

Giáo viên hướng dẫn : Ms Trần Thị Minh Dung

Mr Nguyên Khánh Quang

Đà Nẵng, tháng 6/2023

Trong suốt khoảng thời gian 2 năm học tập tại Trường Đại học Bách Khoa nói chung va 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 sông Em rất cảm ơn Cô Trần Thị Minh Dung, Thay Nguyén Khanh Quang đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, tan tinh giúp đỡ giải đáp tất cả mọi thắc mắc trong quá trình thực hiện đỗ án để giờ đây nhóm em có thể hoàn thành được một phần trong

dé án liên môn riêng của mình

Có lẽ kiến 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 đề đồ án nhóm em có thê được hoàn thiện và phát triển hơn sau này

Sau cing nhóm thực hiện xin chúc Thầy cô sức khoẻ, thành công và tiếp tục đào tạo những sinh viên giỏi đóng góp cho đât nước Chúc các bạn sức khỏe, học tap that tot dé không phụ công lao các Thây cô đã giảng dạy Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn

Tran

trong

MUC LUC TU DONG

TH Nguyên lý hoạt động

VI Sơ đồ điều khiến 0:0019).600039®7Ẻ Ắ THIẾT KẾ HỆ THÓNG GIÓ - CÁNH PHẲNG 55 -22212222212022211.22221012111.00 11112.110.1111 1e senses

IL Thiết kế mạch điện

In na jo gen 2 Modutle điều khiển động cơ L2981N c LH HH HH1 tê,

6 Tu dién

7, Transistor C1815 CHUONG 38: cssssssssssecssssssscssssccsssnsceesssscessssecssssssesssssccssseesessusscesssscessssseessssscsssssesssssecessnsessssssecessasessssussessassesssseseesusseesee cases NHAN DANG DOI TUONG VA THIET KE BO DIEU KHIEN u cccccsssesssssssscsssseesssssscessssesssssesseesssesssseesssneansesesecs

¡ca n6 ẽố ốẽố ẽ ẽẽ ẽẽẽẽ

Ðộ an 7n 1 Đưa số liệu vào Matlab 5 5222-22xe 2 322213E2711217111221 1111.11.1711 1 1.T 1.111 1.1.1 Tre gưy ước 2 Kết luận hàm truyền tì - ƠỎ

Các đặc tính kĩ thuật của khuếch đại thuật tốn -2:25-< 22+ 222232213117111E17111711E1171.1112011.1711 1.12 xeee

TIHL.Cac dang mach co ban cia Opa n6 1 Mạch khuếch đại cộng đảo

V ÂU pvc on n0) 06

3 Mạch khuếch đại dao

4 Mạch tích phân 5 Macht vi 7 ƠỎ

CHUONG 6: THIET KE BO DIEU KHIEN PID csccsssssssessssessssssseccsssesesssscesssesessssseessnsecssssssesssseeseeseancessseescosssee I Hé thing diéu khién ty déng véi cdc quy Wat didu Chimie cescceccscecsssesssssessessessessssecssssecssesessesssssssseesssssesssenees

2 Khâu tích phân (1) 3 Khâu vi phân (D) II Tính tốn số liệu PIID 2- 22222 S2+2£+EEEEEEEE21E127X222311211E7112711171111111111117111711117111111111 E11

Yêu cầu kĩ thuật:

II Mơ phỏng PID trên Matlap 222222222222 22222277711121212221722771.11 T122 E227.1 0eerye

2 Mach vi sai tín hiệu ( khâu so sảnh tín hiệu dat va in hiéu phan hồi): HH4 9 000 00000 9 n0 ee

3 Bộ PID điều khiển

4 Mạch cộng đảo và mạch [107.1 Ẽ.718 7 8N ENNENNNAA Ả

No ./080nnnn<edH|ÄäÄậÂẬăäHẬg.AăặằẶ ,) ,.),,à )àHà)àH,H,)HH ,.ƠỎ

H1 /E 21/2 8/17.111.T 0000000886066 n6 4 H Ơ.

b0: 88010: 8.7.8 v00 9 Thiết kế mạch PCB trên công cụ PCB Layout trên Pr0€US: - 5-5 tưng ng ng 10 Mạch ïn 3: SH HH” 2 HH 0x0 n0 TH Ti TH TT TT TH TT 000 T000 11001007001 110 T0 r1 v0

CHUONG 8: KET LUAN VA HUONG PHÁT TRIẾN CỦA ĐỀ TÀI -5 2555222222222 re

IL Han ché cia dé tài

IV Huréing phat ãs sẽ

tự đầu thúc

3_ | Tìm hiệu các linh kiện (giả thành, thông sô, chức năng) | 23/01/2023 | 31/01/2023

DONG GOP CUA CAC THANH VIEN TRONG NHOM THUC

HIEN DE TAI

1.PhanMinhhTuấn

- Nghiên cứu, tìm hiểu về lí thuyết Mạch điện tử

- Xây dựng, mô phỏng và thiết kế Mạch điện tử

- Góp ý về chỉnh sửa mô hình hệ thông phù hợp với mạch điện tử

- Thực nghiệm thông số hàm truyền 2 Lê Quý Phú Mùi

- Tìm hiệu, mô phỏng và chọn lọc Mạch điện tử

- Tìm hiểu, mô phỏng về phần cơ khí - Lắp ráp, chỉnh sửa mô hình hệ thống - Thực nghiệm thông số hàm truyền

- Tim hiéu lí thuyết, phát triên ý tưởng về Mạch điện tử - Tìm hiểu, xây dựng mô hình hệ thống

- Lắp ráp, chỉnh sửa mô hình hệ thông - Thực nghiệm thông số hàm truyền 4 Phan Thanh Nhật Huy

- Tìm hiểu lí thuyết, thiết kê xây dựng mô hình hệ thông - Nghiên cứu, thực nghiệm, mô phỏng tìm hiểu hàm truyền

I Lý do chọn đề tài

Năm học thứ hai tại trường Đại học Bách Khoa — Đại học Đà Nẵng là thời gian lí

tưởng để các sinh viên như chúng em có thê tích lũy thêm kinh nghiệm, tư duy làm việc nhóm đề ngày càng hoàn thiện kỹ năng mềm của bản thân trước khi ra trường Song song với làm việc nhóm, sinh viên chúng em còn phải củng cô và nâng cao kiến thức chuyên ngành, áp dụng kiến thức vào thực tiến, lý thuyết phải đi đôi với thực hành Vì vậy, PBLI là môn học tuyệt vời khi tập trung đầy đủ các yếu tố trên với các

tiêu chí đánh giá cụ thê và những chủ đề thú vị

Nhóm chúng em quyết định chọn đề tài Điều khiển hệ thông quạt - cảnh phẳng với mong muôn tích lũy được nhiều kinh nghiệm nhất có thể Ngoài ra, Điều khiên hệ thống quạt — Cánh phẳng là một mô hình thí nghiệm giàu tính động học, phạm vi ứng dụng rộng rãi cho các hệ điều khiển đơn giản Mô hình hệ thông Quạt gió — Cánh phẳng là một mô hình cho phép cải đặt các thuật bù điều khién goc, 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

II Tính cấp thiết của đề tài

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 khiến có thê thay đổi được cấu trúc và tham số của nó để đảm bảo chí tiêu chất lượng đã định Dựa trên cơ sở của nên kỹ thuật điện, điện tử, tin học và

máy tính đã được phát triển ở mức độ cao, lý thuyết điều khiên thích nghỉ ra đời đáp ứng được yêu cầu trên Nội dung của điều khiến thích nghỉ là: tạo ra được hệ điều khiên mà cầu trúc và tham số của nó có thê thay đối 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 khiên thích nghi mà hiện nay các bộ điều khiến đang bắt đầu được ứng dụng vào điều khiển các hệ thống phức tạp, các hệ phi tuyên trong thực tế

TIL Mục tiêu Đề tài tập trung vào mục tiêu chính là thiết kế và thực thi bộ điều khiến thích nghi cho hệ thông quạt gió cánh phẳng nhằm duy trì ôn 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 cảnh phăng thông qua nhận dạng thực nghiệm + Xác định mô hình hóa

+ Xây dựng thuật toán điều khiên

+ Đánh giá và nhận xét

IV Phương pháp nghiên cứu

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

Xây dựng mô hình thực:

+ Phân cơ khí : Khung sườn của mô hình

+ Phần điện: Ứng dụng các mạch điện tử, cảm biến, động cơ

V Giới hạn đề tài

Trong khuôn khô của đề tài, mô hình Quạt gió — Cánh phang co thé tăng hoặc giảm

tốc độ động cơ khi có nhiều đưa vào đê ôn định cánh phăng

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

10

TONG QUAN VE DU AN

Dat van dé

Tén dy an: Thiét ké hệ thống Quạt gió — Cánh phang được các thay 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 gio cánh phăng là | hé thong khí động học, hệ có tính phi tuyến mạnh và rat nhay đối với tác động của nhiễu, vì vậy hệ quạt gió cánh phẳng là đối tượng rất tốt dé nghiên cứu các phương pháp điều khiến tự động từ đơn giản đến phức

Mg: Trọng lượng của cánh (kê cả đối trọng)

C: Trọng tâm của hệ

©: Vận tốc luéng gid J: Quan tính quay của bản lẻ M: Khối lượng của cánh phăng A: dign tích hữu ích trên của cánh P: Áp suất tác động lên cánh phăng Các khoảng cách IM, IP,L1,L2 xác định như hình vẽ

11

Điện áp dat Vân tốc Áp suất

VI Sơ đồ điều khiến

PID NGUON | MOTOR FAN PLATE >

THIET KE HE THONG GIO - CANH

PHANG

I Thiết kế cơ khí

Lý do chọn chất liệu:

- Độ cứng ,độ bền cơ học cao - Dễ cắt ghép tạo khung - Không bị 1ĩ rét

- Dễ tìm kiếm - Định hình chac chan

- Analog Input Pins: 6

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

mA

- Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pm: 50

mA - Flash Memory: 32KB (Atmega328P)

0.5KB (Bootloader) - SPAM: 2 KB (ATmega328P) - EEPROM: | KB (ATmega328P)

4

2 Module điều khiến động cơ L298N

Thông số kỹ thuật: - IC chính: L298 — Dual Full Bridge Driver - Điện áp đầu vào: 530 VDC

- Công suất tối đa: 25 W - Dòng tối đa cho mỗi cầu H: 2 A - Mức điện áp logic:

Low: 0.3 V1.5 V High: 2.3 V VSS - Kích thước: 43 x 43 x 27 mm

Thông số kỹ thuật

- Góc quay: từ 0 đến 333 độ

- Ngõ ra: điện áp tương tự analog

- Độ tuyến tính: +- 2 % - Giá trị biến trở: 10k ohm

- Dung kháng: +- 30 %

- Nhiệt độ làm việc: -40 đến 85 độ C

- Kích thước: 28 mm x L3 mm - Trọng lượng: 2 g

Mach ha ap DC LM2596 3A

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp đầu vào: 3 — 40 VDC

- Điên áp đầu ra: 1.5 — 35 V - Dòng đáp ứng tối đa: 3 A - Công suất: 15 W

15

Thông số kỹ thuật: - Kích thước động cơ: 3 x 2 x 1.5 cm

- Chiều dải trục: l em

- Đường kính trục: 2 mm - Điện áp: 6 — 18 V - Dòng điện: 0.7 A (khong tai)

- Điện áp đầu vào: AC100-240V 50 /60Hz

- Đầu cắm AC: chuẩn Hoa Kỳ

- Điện áp đầu ra: DC12V

- Dòng đầu ra tối đa: 5A - Tổng chiều dài nguồn ~ Im5

l/P = Input Voltage 0.33 uF = G >= 0.4 uF G = Ground/Common ®——— O/P = Output Voltage ob

- Loai: 6.8k Ohms - Loai: 56k Ohms 4 Biến trở

- Độ dài núm

chinh: 15mm - Đường kính núm chỉnh: 7mm

- Loại: 102 (InF)

- Loai: 10 uF 7 Transistor C1815

Introduction to C1815

TO-92 Pakage

NPN 2| Collector Ata 3

CHUONG 3:

NHAN DANG DOI TUONG VA THIET KE BO DIEU KHIEN

1 0 0 2 1.588 0 3 1.762 0 4 1.84 0 5 1.958 0 6 2.059 0 7 2.175 0 8 2.38 0 9 2.47 0 10 2.6 0 II 2.65 0 12 2.8 0 13 2.96 0 14 3.09 0 15 3.28 1 16 3.47 3 17 3.56 3 18 3.67 4 19 3.75 5 20 3.92 6 21 4.01 7 22 4.13 9 23 4.29 II 24 4.4 11 25 4.51 12 26 4.58 13 27 4.72 14 28 4.85 15 29 5.03 16 30 5.17 17 31 5.32 18 32 5.47 18 33 5.51 19 34 5.68 20 35 5.78 21 36 5.88 22 37 5.98 22 38 6.11 24

19

40 6.36 25 41 6.47 26 42 6.63 27 43 6.82 28 44 6.95 29 45 6.97 29 46 7.09 29 47 TAT 30 48 7.33 32 49 7.46 32 50 7.6 32 51 7.72 33 52 781 33 53 7.92 34

55 8.17 36 56 8.33 37 37 8.39 38 58 8.54 39 59 8.68 39 60 8.74 41 61 8.86 43 62 8.99 43 63 9.03 44 64 9.15 45 65 9.29 48 66 936 48 67 9.47 50 68 9.51 51 69 9.65 52 70 9.8 53 71 9.84 53 72 9.98 55 73 10.08 56 74 10.21 56 75 10.34 57 76 10.46 37 77 10.56 58 78 10.67 58 79 10.79 58 80 10.95 59 81 11.05 59 82 11.17 60

20

II Xây dựng hàm truyền hệ thống 1 Đưa số liệu vào Matlab

Nhập số liệu vào Matlab với câu lệnh:

21

“B3:B84”, “C3:C84”: Dia chi số liệu trong file Excel lấy từ hàng 3 đến hàng 84 của

cột B,C

2 Mở System Identification Toolbox, gõ lệnh >>ident.,

58 System lIdentification - Untitled

File Options Window Help

Data object

Exampie

Model Views To

Hinh 2.2: Civa sé System Identification - Chon Time Domain Data

- Chon Import

[TS system Identification - Untitled

- Chon Transfer Function Model

ZH System Identification - Untitled

File Options Window Help

(J Time pict st lal Model output Transient resp Nonlinear ARX

Validation Data Compiling

@ Transfer Functions — oO x Model name: tf1 2

Number of poles: 4 L Number of zeros: |1

le] Continuous-time ©) Discrete-time (Ts = 0.008) Fe

> 1/0 Delay > Estimation Options

Estimate Close Help

l To TT To !

- Chon Esimate dé hién đồ thị

“4 System Identification - Untitled File Options Window Help

LTI Viewer | {_|Model output ) Transient resp

L) Data spectra O Model resids L) Frequency resp

{_]Frequency functon A )Zeros and poles

Trash ˆ_ÌNoise spectrum

Validation Data Model tf5 inserted Double click on icon for text information

- Chon Model output dé xem dé thị và độ tin cậy

'# Model Output: y1 — n File Options Style Channel Experiment Help

Measured and simulated model output

“ f3: 93.54 50 ru

tf5: 92.8 40 tf2: 92.63 30 tf1: 91.17

20 10 0 -10

25

LAP TRINH ARDUINO

I LCD 16x2

- Tai thu vién diéu khién

*Liquidcrystal I2C” LCD trên Arduino - Xác định địa chỉ Bus “0x27” hoặc “0x3F”

- Xác định nguồn tối ưu cho LCD

- Tìm hiểu code khởi chạy LCD - Hiển thị góc liên tục từ cảm biến

Serial.println(y);

delay (200);

26

CHUONG 5: KHUECH DAI THUAT TOAN

Tong quan về mạch khuếch đại thuật toán Mạch khuếch đại thuật toán, còn gọi là Opamp (Operational Ampliñer) thuộc về bộ

khuếch đại dòng một chiều có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào vi sai và một đầu ra

chung Tên gọi này có quan hệ tới việc ứng dụng đầu tiên của chúng chủ yếu đề thực hiện các phép tính cộng, trừ, tích phân v.v Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin và xung,

trong bộ én áp va bộ lọc tích cực v.v

Vs_

Hình 1.1 Ki hiệu khuếch đại thuật toán trong so đồ điện

Khuếch đại thuật toán (Hình 1.1), với đầu vào Uvk hay (Uv+) gọi là đầu vào không đảo

và đầu thứ hai Uvđ (hay Uv-) gọi là đầu vào đáo Khi có tín hiệu vào đầu không đáo thì số tin

hiệu ra cùng dấu (cùng pha) với gia số tín hiệu vào Nếu tín hiệu được đưa vào đầu đáo thì gia số tín hiệu ra ngược dấu (ngược pha) so với gia số tín hiệu vào Đầu vào đảo thường được

dùng đề thực hiện hồi tiếp âm bên ngoài cho khuếch đại thuật toán

Các đặc tính kĩ thuật của khuếch đại thuật toán Độ lợi điện áp lớn (lý tưởng Av= ®)

Tổng trở vào lớn (lý tưởng Z¡s= œ} Tổng trở ra bé (lý tưởng Zøw= 0)

Nguồn cung cấp: Khuếch đại thuật toán thường dùng nguồn đôi (nguồn đổi xứng), ngoài việc sử dụng nguồn đôi làm tăng việc sử dụng khai thác hết hiệu suất của vi mạch, nguồn đôi thường dùng trong khoang V = (43 + +18)V

27