sử dụng vi sử lý, vi điều khiển để nhận dạng tham số và điều khiển động cơ một chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/Ỹ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VIẾT TRUYỀN SỬ DỤNG VI XỬ LÝ, VI ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NHẬN DẠNG THAM SỐ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU LUẬ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Ỹ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN VIẾT TRUYỀN

SỬ DỤNG VI XỬ LÝ, VI ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NHẬN DẠNG THAM SỐ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên - 2014

Trang 2

MỞ ĐẦU

Động cơ một chiều với ưu điểm về dải điều chỉnh tốc độ rộng, dễ điều chỉnh tốc

độ, mô men lớn nên được sử dụng nhiều trong các hệ thống truyền động như

, truyền động các máy nghiề

ộ Vấn đề đặt ra là phải nhận dạng và thay đổi được các tham số điều khiển để phù hợp với yêu cầu công nghệ sử dụng để điều khiển chính xác đối tượng Ngày nay việc ứng dụng các bộ điều khiển số trong kỹ thuật cho ta các khả năng điều chỉnh chính xác, dễ dàng hơn nên việc ứng dụng nó ngày càng được nhân rộng

Vi điều khiển trong công nghi để

ớng điều khiển chính xác hơn, linh hoạt hơn cùng các cơ sở khoa học kể trên là lý do tôi chọn đề tài:

Trang 3

sau Đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên,

, Xưởng Thực hành Điện tử công suất Trường Cao Đẳng Nghề công nghiệp Thanh hóa và các anh chị đồng nghiệp

Do hạn chế về thời gian và tài liệu tham khảo nên luận văn chắc chắn không tránh khỏi sự thiếu sót Kính mong được sự quan tâm, góp ý của các thầy cô

và bạn bè đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 3 tháng 8 năm 2014

Học viên

Nguyễn Viết Truyền

Trang 4

CHƯƠNG I:

1.1 Tổng quan chung

1.1.1 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu

Động cơ một chiều (DC) được ứng dụng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp vì chúng rất dễ điều chỉnh tốc độ, mô men lớn, Vấn đề đặt ra khi sử dụng động cơ DC là các động cơ này là ta phải đi nhận dạng các thông số để biết được các thông tin về chúng, từ đó mới có thể mô hình hóa được các động cơ DC dưới dạng toán học Mô hình toán học giúp ta có thể dự đoán được hành vi của hệ thống

và thiết kế bộ điều khiển cho toàn bộ hệ thống Do ta không có các tham số của động cơ nên ta phải đối mặt với vấn đề là làm sao để kiểm soát cũng như điều khiển đối tượng này một cách chính xác

1.1.2 Tổng quan về nhận dạng tham số điều khiển

Mục đích của việc nhận dạng các tham số là đi tiến hành xây dựng một mô hình toán chính xác, thiết kế bộ điều khiển chính xác, dự đoán hành vi của đối tượng, nghiên cứu sản xuất khả thi với các tham số tìm được và xác định thông tin còn thiếu

Từ mô hình, ta cần lưu ý rằng có sự thay đổi trong điện cảm của phần ứng với dòng điện phần ứng, do vậy các phương pháp thông thường để nhận dạng tham số động cơ DC là không chính xác và dẫn tới việc điều khiển sẽ kém chất lượng

Do vậy, phải sử dụng các kỹ thuật đánh giá để ước lượng các giá trị tham số chưa biết hoặc thiếu chính xác với độ chính xác theo yêu cầu Các phương pháp đánh giá

có thể được chia thành hai loại như sau: Đánh giá ngoài tuyến (offline) và đánh giá trực tuyến (online)

Có rất nhiều kỹ thuật đã được sử dụng để nhận diện tham số, mỗi kỹ thuật có những ưu và nhược điểm riêng Ta có thể liệt kê một số kỹ thuật như sau:

Trang 5

[1] Năm 1975, W Lord và J H Hwang đã chỉ ra rằng các kỹ thuật mô hình hóa tuyến tính có thể được áp dụng cho các động cơ DC kích từ riêng biệt nếu tìm được các tham số mô hình theo điều kiện làm việc động học Họ sử dụng kỹ thuật của Pasek để xác định kiểu mô hình và tất cả các tham số của mô hình từ một đáp ứng dòng điện của động cơ với đầu vào điện áp kích từ dạng bước Phương pháp Pasek

là một trong số những kỹ thuật đầu tiên được sử dụng trong việc nhận dạng các tham số của động cơ DC Nó xác định kiểu mô hình mẫu của động cơ DC hiệu suất cao và tất cả các tham số mô hình chỉ dựa trên đáp ứng dòng điện của thiết bị với một đầu vào là điện áp phần ứng dạng bước với tốc độ ở trạng thái xác lập Nhưng phương pháp này gây ra một số vấn đề về thiết bị đo lường Kỹ thuật này đòi hỏi phải đọc được chính xác dạng sóng quá độ giữa hai điểm, đây là điều khó có thể thực hiện được khi có nhiễu Đồng thời phương pháp này cũng đo một số điểm trên đường cong đáp ứng thời gian của dòng điện, điều này khiến cho nó rất nhạy cảm với nhiễu chuyển mạch dòng điện, và do đó phương pháp này là không chính xác đối với các động cơ giá rẻ đang được sử dụng một cách rộng rãi trong công nghiệp [2] Năm 1983, R Schulz đưa ra kỹ thuật đáp ứng tần số để đo các tham số của động

cơ hiệu suất cao Mô hình động cơ bậc hai dưới điều kiện cụ thể được thể hiện tương đương với một mạch điện cộng hưởng mắc nối tiếp Việc đo đáp ứng tần số của động cơ khi được coi là mạch trở kháng, tạo nên nền tảng của kỹ thuật đo lường

có rất nhiều ưu điểm trong thực tế Các kết quả được so sánh với các phép đo lường được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp thông thường Phương pháp đáp ứng tần số xác định các tham số của động cơ DC hiệu suất cao bằng cách coi

mô hình đồng cơ bậc hai là một mạch trở kháng (mạch RLC), và hiệu chỉnh các giá trị của các phần tử trên mạch RLC để tìm ra đáp ứng của động cơ DC và tính đến một số mối liên quan giữa các tham số của động cơ DC Phương pháp này sử dụng một tín hiệu AC có tần số xác định 1kHz Tuy nhiên phương pháp này không phù hợp với bài toán khi có nhiễu do nó nhạy cảm với nhiễu

[3] Năm 1991, S Weerasooriya và M A El-Sharkawi đã đưa ra mạng nơron nhân tạo dựa trên hệ thống điều khiển tốc độ hiệu suất cao cho động cơ DC Mục đích là

Trang 6

để đạt được độ điều khiển bám chính xác của tốc độ, đặc biệt là khi chưa biết các tham số tải và động cơ Động học phi tuyến chưa biết của động cơ và tải được thu thập bằng mạng nơron nhân tạo Việc thực hiện nhận dạng vàg các thuật toán điều khiển được đánh giá bằng cách mô phỏng chúng dựa trên mô hình động cơ DC thông thường Cách thông thường được dùng để xác định đặc tính của động cơ DC

là đi thực hiện các kiểm tra riêng rẽ cho từng thông số, nhưng cách này không chỉ gây mất thời gian mà còn có thể tạo ra các kết quả sai lệch nếu các tham số được đo

ở điều kiện tĩnh hoặc không tải Phương pháp này giả thiết hệ thống là hệ SISO và không thể tìm được các tham số động cơ DC và không phù hợp với mục đích của luận văn

[4] Năm 2001, S Saab và R Abi Kaed-Bey đã chỉ ra rằng các tham số của một động cơ DC có thể ước lượng được bằng thực nghiệm thông qua phép đo rời rạc bằng một đồng hồ đo lực tích hợp sẵn Các đầu ra của đồng hồ đo lực là các kết quả

đo rời rạc của dòng điện phần ứng, vận tốc góc, điện áp phần ứng (đầu vào hệ thống), và các lực do động cơ sinh ra Họ đã sử dụng thuật toán bình phương cực tiểu để thực hiện nhận dạng tham số của động cơ DC mà không cần sử dụng bộ chuyển đổi D/A và bộ khuếch đại công suất Hệ thống vật lý nghiên cứu được mô tả dưới dạng các tham số và sau đó cực tiểu hóa hàm mục tiêu theo các tham số bằng quá trình lặp Tại cực tiểu của hàm mục tiêu, các giá trị của các tham số mô tả cấu trúc thực của hệ thống vật lý Thay vì đi tạo ra nghiên cứu chi tiết và phát triển một

mô hình dựa trên mức độ chuyên sâu về vật lý và kiến thức, ta đi đề xuất một mô hình toán cho phép đủ để mô tả bất cứ phép đo đầu vào và đầu ra nào quan sát được Điều này làm giảm khối lượng công việc mô hình hóa đi một cách đáng kể [5] Năm 2004, A Dupuis, M Ghribi và A Kaddouri đã đơn giản hóa việc nhận dạng offline các tham số của động cơ bằng cách đề xuất một phương pháp mới dựa trên tối ưu hóa bằng cách sử dụng thuật toán gen trội đa mục đích Thuật toán gen phân loại không trội (NSGA-11) cũng được sử dụng để cực tiểu hóa sai lệch giữa các đáp ứng dòng điện và vận tốc của dữ liệu và mô hình ước lượng Tính bền vững của phương pháp cũng được thể hiện bằng cách ước lượng các tham số của động cơ

Trang 7

DC theo 4 trường hợp khác nhau Các kết quả mô phỏng đã chỉ ra rằng phương pháp này ước lượng một cách thành công các tham số của động cơ và cũng có thể đồng thời nhận dạng được mômen tải Nhược điểm của phương pháp này là thường phải tính toán cả các kiểu hàm giống nhau gây mất nhiều thời gian

[6] Năm 2006, R Garrido và R Miranda đã đề xuất một phương pháp mới để nhận dạng vòng kín của cơ cấu servo DC điều khiển vị trí Vòng lặp quanh servo được khép kín bằng bộ điều khiển tỷ lệ vi phân (PD) Mô hình servo được điều khiển một cách đồng thời bằng một bộ điều khiển PD thứ hai Sai lệch và đạo hàm của sai lệch giữa đầu ra của cả servo thực và servo mẫu được sử dụng để nhận dạng tham số động cơ, ngược lại các tham số này được sử dụng để cập nhật mô hình mẫu Các thuộc tính của tổ hợp nhận dạng được nghiên cứu bằng lý thuyết ổn định Lyapunov, một nghiên cứu về cách sử dụng mạng nơron đa lớp để đo hàm truyền của hệ thống điện để sử dụng trong bộ ổn định hệ thống điện (PSS) hiệu chỉnh và đánh giá độ tắt dần PSS Mục tiêu đặt ra là đo nhanh chóng và chính xác hàm truyền có liên quan đến đầu ra công suất điện với đầu vào điện áp đặt AVR PSS của hệ thống có đối tượng làm việc dưới điều kiện làm việc bình thường Tuy nhiên chưa đánh giá được sai lệch khi thực hiện, đặc biệt là khi có biến động về nhiễu hệ thống

[7] Năm 2007, W Aung đã mô tả phép phân tích dựa trên mô hình mẫu và mô phỏng động cơ DC và các đạp hàm phần hệ thống điều khiển, phần cứng, phần mềm Với việc mô hình hóa động cơ DC, ta có thể phân tích được động cơ này bằng các kỹ thuật của đáp ứng bước, đáp ứng xung và giản đồ Bode nhờ MATLAB Simulink Tất cả các dữ liệu dựa trên mạch nội tại của động cơ DC đơn giản và các đặc tính của nó có thể phân tích được bằng cả việc tính toán thiết kế hệ thống điều khiển hoặc bằng phần mềm Matlab Phương pháp này sử dụng hệ thống nhận dạng phức tạp đòi hỏi các kỹ thuật cao, phức tạp và chi phí thực hiện lớn

Trong luận văn này tôi trình bày thêm một cách tiếp cận hệ thống nhận dạng nhanh chóng và hiệu quả dựa trên luật mở rộng của Taylor (Taylor Alexander)

Trang 8

Trong việc thực hiện, đáp ứng tốc độ động cơ dưới điện áp không đổi được lấy mẫu, sau đó chuẩn hóa các mẫu để có được hệ số trong chuỗi Taylor Với việc thu thập đầy đủ về các thông số cần thiết, động cơ được mô hình hóa phục vụ cho việc thiết

kế bộ điều khiển

Phương pháp này có các đặc điểm sau:

- Tất cả các tham số động cơ đáng kể đến đều được xác định đồng thời trong một điều kiện tải và động

- Không cần phải đo các đại lượng không điện

- Các kết quả là các giá trị đầu ra trung bình để cực tiểu hóa các sai lệch do nhiễu gây ra

- Không cần dùng đến các thiết bị đo lường phức tạp

1.2 Quá trình nhận dạng tham số điều khiển

1.2.1 Cơ sở của phương pháp

Xét các phương trình động cơ DC sau đây :

(1.1)

(1.2) (1.3) Với: V: là điện áp đặt vào động cơ

Trang 9

(1.4)

Xét hai trường hợp:

- Trường hợp1: Nhiễu mô-men xoắn là không đáng kể

Đầu vào điện áp quá lớn, chúng ta có thể bỏ qua các mô-men xoắn nhiễu trong đáp ứng tốc độ Trong trường hợp này , chúng ta có thể xem xét các mô hình động

cơ DC sau đây

(1.5)

Các hệ số thu được từ phương trình trên tạo chuỗi đường cong phù hợp với dữ liệu đápứng tốc độ động

- Trường hợp 2: Tính toán có kể đến nhiễu Mô-men xoắn

Cho rằng nhiễu mô-men xoắn trong động cơ DC là đáng kể

(1.6)

Nhiễu mô-men xoắn thông thường bao gồm các mô-men xoắn cogging (nhớt) và mô-men xoắn ma sát Các mô-men xoắn cogging là khá phức tạp và không được đề cập ở đây Cả hai động và nhớt va chạm được coi và được giả định là liên tục trên trung bình dưới một tốc độ động cơ không đổi

Với một động cơ cấp điện áp ổn định và nhiễu thay đổi liên tục (bỏ qua các mô-men xoắn cogging hoặc xem ảnh hưởng cogging mô-men xoắn ở tốc độ nhỏ hơn trung bình), đáp ứng tốc độ:

(1.7)

Trang 10

Như trong phần trước, áp dụng các phần mở rộng các đáp ứng trong miền Laplace, sau đó mở rộng theo cấp số nhân trong miền thời gian sử dụng luật Taylor, ta có được đáp ứng theo thời gian:

- Chuyển đổi A / D 16 kênh tốc độ lấy mẫu 12-bit 40000 / s

- Chuyển đổi D / A 1 kênh 12 bit

- 16 đầu vào kỹ thuật số TTL

- 1 bộ đếm / định thời 16 bit cho người sử dụng

Trang 11

Hình 1.1: Vị trí cầu nối, biến trở và đầu nối của Card PCL -818L

Hình 1.2 : Sơ đồ khối của CARD PCL - 818L

Trang 12

Hình 1.3 : Sơ đồ các đầu nối của Card PCL- 818L

Trang 13

Trang 14

Đặt cấu hình xuất điện áp

Trang 15

Đọc ngõ vào số

status = DRV_DioReadPortByte(DriverHandle,lpDioReadPortByte)

Type PT_ReadPortByte

Port As Integer „ soá cuûa port

ByteData As Long ' USHORT far *ByteData

Xét trường hợp sau:

L= 20.25 (mH)

R= 1.64 (Ω)

Te = L / R = 0,00122 (giây)

Trang 16

Đầu tiên, áp dụng các thuật toán để không có nhiễu mô-men xoắn Để áp dụng thuật toán này, một phần đáp ứng tốc độ do điện áp đầu vào được giả định chiếm ưu thế Để đáp ứng điều kiện này, ta có bảng tham số 1

Bảng tham số 1:

Hình 1.4: Đáp ứng dòng điện (đầu vào : đen, đo lường : đỏ,)

Để chứng minh tính hiệu quả của thuật toán, tôi đã cấp hai điện áp 2 volt và 10 volt cho động cơ, động cơ ở hai cấp điện áp khác nhau có ma sát động thay đổi theo tốc

độ, cũng có thể cho phép chúng ta tính toán hệ số giảm chấn Để ước lượng Tm, đồng thời tốc độ động cơ trong cả hai giai đoạn quá độ và trạng thái ổn định được lấy mẫu tại 1 kHz trong một giây Trong mỗi thử nghiệm, động cơ được điều khiển nhiều lần và ước lượng tham số được tính trung bình

Trang 17

Kết quả được tóm tắt trong bảng 2 cột 2 cung cấp cho các giá trị ước tính bằng cách sử dụng thuật toán để không có nhiễu, và cột 3 cung cấp cho các giá trị thu được bằng cách sử dụng thuật toán xem xét có nhiễu, giá trị trong cột thứ tư là tính bằng cách sử dụng các giá trị từ bảng 1

Lưu ý: Kb = 0,0233 volt /(rad/s), và kt = 0,0183 Nm / A được sử dụng để tính toán cột thứ tư của bảng

Bảng tham số 2:

Để chứng minh thêm hiệu quả của đề xuất các thuật toán, tôi so sánh với các phương pháp nhận dạng thông thường Đầu tiên, tôi cấp cho động cơ điện áp đầu vào (10 volt tối đa ) và đo tốc độ động cơ tốc độ tại một tỷ lệ lấy mẫu 10 kHz Thí nghiệm với 3 trường hợp cụ thể đó là :

Trường hợp không tải

Trường hợp tải = định mức

Trường hợp tải = 1,2 định mức

Sau đó, đáp ứng tần số đã được tính toán thông qua quang phổ phân tích Dựa trên các dữ liệu đáp ứng tần số tính toán, tôi sử dụng Matlab nhận dạng hệ thống hộp công cụ để xác định một mô hình bậc hai Mô hình tốt nhất tìm thấy là:

(1.12)

Sử dụng hệ số mô hình, chúng ta nhận:

Tm = 0.0177s, te =3ms, kt =0.031 volts/(rad/s)

Trang 18

Và kết quả nhận được là:

- Trường hợp không tải:

Hình 1.5: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ trường hợp không tải

- Trường hợp khi tải là định mức

Hình 1.6: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ tải định mức

Trang 19

Trường hợp với tải = 1,2 đm

Hình 1.7: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ tải =1,2đm

Nhận thấy đáp ứng dòng điện giữa đầu vào và đo lường không chênh lệch nhau nhiều ở các trường hợp đã xét

Như vậy, thực hiện quá trình nhận dạng trên ta xác định được các tham số động cơ

để phục vụ cho quá trình mô hình hóa, mô phỏng động cơ và thay đổi các tham số điều khiển để thay đổi tốc độ động cơ

Kết luận: Phương pháp nhận dạng này cho phép chúng ta nhận dạng được các tham

số động cơ đơn giản hơn và sử dụng được các thiết bị sẵn có để thực hiện Tính khả thi của phương pháp được đề xuất đã được thể hiện qua mô phỏng và thử nghiệm

Trang 20

bằng cách so sánh đường đặc tính của tốc độ động cơ thực với đường đặc tính của tốc độ của mô hình nghiên cứu trong miền z và miền s Từ đó có thể kết luận rằng việc nhận dạng tham số động cơ DC đã xác định được các tham số động cơ đạt được chất lượng theo yêu cầu đặt ra

Trang 21

=CONST

Điều khiển tốc độ động cơ một chiều có thể sử dụng bằng nhiều cấu trúc điều khiển khác nhau, nhiều hệ điều khiển khác nhau Trong nội dung luận văn này, tôi xin trình bày cách sử dụng Vi xử lý, Vi điều khiển để thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều theo hướng điều khiển tích hợp và linh hoạt hơn từ việc sử dụng

Vi điều khiển PIC18F452 tới bộ điều khiển tích hợp mới DSP TMS320 có nhiều ưu điểm hơn về khả năng kết nối và thay đổi chương trình điều khiển Cụ thể :

2.1 Sử dụng Vi điều khiển PIC18F452

2.1.1 Cấu trúc phần cứng

2.1.1.1 Giới thiệu chung

a Sơ đồ khối vi điều khiển PIC18F452

Hình 2.1: Sơ đồ khối của PIC 18F452

Trang 22

Sơ đồ khối của PIC 18F452 gồm các khối:

+ Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory

+ Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EPROM – Data EPROM

+ Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register

+ Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control

+ Khối thanh ghi đặc biệt

+ Khối ngoại vi timer

+ Khối giao tiếp nối tiếp

+ Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC

+ Khối các port xuất nhập

b Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC18F452

- Sơ đồ chân

Hình 2.2: Sơ đồ chân chân của PIC18F452

Trang 23

- Chức năng các chân của PIC18F452

Chân OSC1/CLK1(13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ vào nhận xung clock từ bên ngoài

Chân OSC2/CLK2(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung clock

: ngõ vào reset tích cực ở mức thấp

Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC

Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng

RA0,1,2: xuất/ nhập số

AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2

Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp chẩn cao của bộ AD Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ vào điện

áp chuẩn (cao) của bộ AD

Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1

Chân RA5/AN4/ / C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/ ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2

Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài

Trang 24

Chân RC1/T1OSI/CCP2(16) : xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer1/ ngõ vào Capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2

Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1, ngõ ra compare1, ngõ ra PWM1

Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ

ra chế độ SPI/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ I2C

Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệu I2C Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI

Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung đồng bộ USART

Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART

Chân RE1/ /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ ngõ vào tương tự kênh thứ 6

Chân RE2/ /AN7(10): xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiển port song song/ ngõ vào tương tự kênh thứ 7

Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là các chân nguồn của PIC

c Đặc điểm của vi điều khiển PIC18F452

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC18Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối

đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O Có 8 kênh chuyển đổi A/D

d Tổ chức bộ nhớ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC18F452 bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)

Trang 25

Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC18F452 là bộ nhớ flash Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình

2.1.1.2 Thiết kế sơ đồ mạch

a Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Đối tượng điều khiển : Động cơ 1 chiều, Udm=21,5V, có phản hồi tốc độ dùng encoder, độ phân giải 200xung/vòng

Hình 2.4: Encoder quang

Trang 26

Có một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phát - thu dành riêng cho lỗ nhỏ này, đó là kênh I của encoder Cứ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát - thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor

Sử dụng phương pháp điều khiển PMW (điều chế độ rộng xung), và sử dụng phương pháp điều khiển PID, PI hoặc PID

Mạch điều khiển có thể lựa chọn 1 trong 3 phương pháp điều khiển PID, PD, PI thông qua 2 chế độ Auto hoặc Manual

b Sơ đồ nguyên lý các khối, sơ đồ mạch in và xây dựng mạch thực

Trang 27

Trang 28

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý các khối

Trang 29

Hình 2.7: Sơ đồ mạch in

Trang 30

Hình 2.8 Hình ảnh mạch thực

c Thuyết minh nguyên lý làm việc của mạch

- Khối công suất

Chức năng chính của khối công suất là cách ly giữa động cơ và mạch điều khiển, mạch điều khiển sử dụng cầu H để điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ

Sơ đồ cầu H

Cầu H được điều khiển bằng tín hiệu PMW từ vi điều khiển

Trang 31

Giả sử ta cần điều khiển động cơ quay theo chiều thuận thì khi đó ta điều khiển tín hiệu PMW cho MOFET A và D mở, khi đó dòng điện sẽ đi từ VCC qua MOFET

A đến động cơ rồi về GND qua MOFET D Tốc độ động cơ sẽ được điều khiển bằng tín hiệu PMW có độ rộng tương ứng từ 0%-99%

Khi cần điều chỉnh theo chiều quay nghịch thì khi đó ta điều khiển tín hiệu PMW cho MOFET B và C mở, khi đó dòng điện sẽ đi từ VCC qua MOFET B đến động

cơ rồi về GND qua MOFET C Tốc độ động cơ sẽ được điều khiển bằng tín hiệu PMW có độ rộng tương ứng từ 0%-99%

Bảng 3: Linh kiện sử dụng trong mạch cầu H

Trang 32

+ Sử dụng LCD để hiển thị tốc độ động cơ và các thông số PID

+ Sử dụng động cơ có gắn encoder để đọc tốc độ của động cơ

+ Vi điều khiển sẽ đọc tốc độ động cơ từ tín hiệu phản hồi encoder thông qua chức năng ngắt ngoài

+ Vi điều khiển sử dụng chức năng ADC để đọc tốc độ đặt của động cơ và các thông số cài đặt P I D thông qua các biến trở

Trang 33

- Điều chỉnh thông số P I D:

+ Chỉ có thể điều chỉnh thông số PID ở trạng thái STOP

+ Sau khi nhấn STOP màn hình hiển thị các thông số P, I, D Có 3 bộ thông số ứng với 3 thuật toán PI PD PID Khi đèn báo thuật toán hiện hành nào đang sáng thì

bộ thông số hiển thị trên màn hình LCD là của thuật toán đó

+ Bộ thông số xuất hiện ngay sau khi nhấn STOP kèm theo chữ OLD, tác dụng để vận hành có thể lưu lại bộ thông số cũ trên giấy (nếu cần undo) Để thay đổi bộ thông số này, nhấn nút SET, lúc này chữ OLD trên màn hình thay bằng chữ CUR, đồng thời các thông số P I D thay đổi theo giá trị hiện tại của 3 biến trở P I D ngay phía dưới màn hình Điều chỉnh 3 biến trở này đến giá trị mong muốn Nhấn nút SET một lần nữa để xác nhận bộ thông số P I D mới

Bộ điều khiển đo tốc độ động cơ bằng ngắt INT0 đọc encoder, đo dòng đưa về ở dạng analog bằng ADC Từ tốc độ đọc về kết hợp với tốc độ đặt, VĐK đưa ra giá trị PWM phù hợp để điều khiển động cơ

2.1.2 Chương trình điều khiển

Xem phụ lục 2: Code lập trình điều khiển tốc độ động cơ một chiều sử dụng Vi điều khiển PIC18F452

Trang 34

a Các tài nguyên của TMS320F2812

Hình 2.9 Tóm tắt các tài nguyên của TMS320F2812

• DSP xử lý TMS320F2812, 32 bit xử lý kỹ thuật số tốc độ cao

• On-chip tích hợp 128K * 16FLASH

Trang 35

• On-chip tích hợp 18K * 16SRAM

• On-chip tích hợp 4K * 16BOOT ROM

• On-chip tích hợp 1K * 16OTP ROM

• Mở rộng 256K * 16SRAM, IS61LV25616

• Mở rộng 512K * 16FLASH, SST39VF800

• CPLD sử dụng Altera MaxII EPM240T100C5N (tương đương với 8650 CPLD)

• Có thể được lập trình ít nhất 100.000 lần hoặc nhiều hơn

• Cung cấp tám phím độc lập

• Cung cấp tám thiết bị chuyển mạch DIP

• Cung cấp một mạch thiết lập lại để đảm bảo thiết lập lại đáng tin cậy , nút reset độc lập, có thể tự thiết lập lại

• Cung cấp một giao diện nối RS232 để kết nối máy tính để thử nghiệm

• Cung cấp 16 AD giao diện đầu vào (đầu vào khoảng 0 ~ 3V)

• Cung cấp jack cắm tai nghe, có thể sử dụng chức năng phát lại

• Cung cấp một jack cắm micro, bạn có thể sử dụng chức năng ghi âm

• Cung cấp giao diện hình ảnh LCD1602

• Cung cấp giao diện điều khiển động cơ DC

• Cung cấp giao diện điều khiển động cơ bước

• Cung cấp 6 kênh giao diện đầu ra sóng PWM

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	3,52 MB