BÁO CÁO THỰC TẬP NHẬN THỨC-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 1 I. Giới thiệu về động cơ một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM. Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Đây cũng chính là nhược điểm chính của động cơ điện một chiều: cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kèm theo hoặc bộ chỉnh lưu. Phần chính gồm Stato(phần đứng yên) với các cực từ (bằng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện), Roto với các cuộn dây quấn, cổ góp cùng chổi điện. Động cơ DC sử dụng trong dân dụng thường chỉ hoạt động ở điện áp 24V trở lại. Một trong những phương pháp để điều khiển mô tơ là sử dụng mạch điều chế độ rộng xung (PWM circuit – Pulse Wide Modulation). II. Giới thiệu về PWM Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 2 1. Phương pháp điều chế xung PWM là gì? Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra. Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là sườn âm Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộngxung đầu ra tương ứng và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển. 2. Nguyên lý xung PWM Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắtnguồn cới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gianđóng cắt. Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bándẫn.Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 3 Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xungcủa chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mỏ toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to -T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải. + Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 4 dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.==> Ud = Umax.( t1/T) (V)hay Ud = Umax.D Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM. Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là : + Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%) Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556 Trong phần mềm được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mềm thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng, nên người ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM. Đây là cách tối ưu trong các cách để tạo được xung vuông. Với tạo bằng phần mền cho độ chính xác cao về tần số và PWM. Với lại mạch của chúng ta đơn giản đi rất nhiều. Xung này được tạo dựa trên xung nhịp của CPU.Trong phạm vi yêu cầu của đề tài thực tập nên em sử dụng cách 2 đó là lập trình cho 8051 để điều khiển PWM. III. Ứng dụng PWM điều khiển tốc độ động cơ bằng 8051 1. Nguyên lý: Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong robot, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là điều chế độ rộng xung (Pulse WidthModulation) hay được gọi tắt là điều xung, băm xung hoặc PWM.Nguyên lý của phương pháp này là bật tắt nhanh nguồn điện cấp vào động cơ tạo ra một tín hiệu xung. Khi việc bật tắt ở tần số đủ lớn (thường sử dụng từ 1kHz đến 20kHz), động cơ sẽ chạy với 1 tốc độ ổn định nhờ moment quay.Thời gian cấp nguồn cho động cơ là T-on, thời gian tắt nguồn động cơ là T-off. Việc thay đổi thời gian T-on và T-off làm thay đổi điện áp hiệu dụng cấp cho động cơ. Đối với động cơ DC, tốc độ động cơ tương đối tỉ lệ thuận với điện áp cấp cho động cơ. Vì vậy, bằng cách thay đổi độ rộng của xung, ta đã thay đổi được tốc độ của động cơ DC.Đại lượng biểu diễn mối quan hệ giữa T- on và T-off được gọi là dutycycle:duty_cycle = Ton / ( Ton + Toff )Ví dụ: Ta cấp nguồn động cơ trong 0.8ms, sau đó tắt 0.2ms.Như vậy: T-on = 0.8ms; T-off = 1ms. Tần số PWM là: f = 1 / ( Ton + Toff ) = 1 / ( 0.8ms + 0.2ms ) = 1/1ms = 1KHz duty_cycle = Ton / ( Ton + Toff ) = 0.8 / ( 0.8 + 0.2 ) = 0.8 = 80% Vì tốc độ động cơ DC tỉ lệ với duty cycle nên tốc độ động cơ đạt tương đương 80% tốc độ tối đa. Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 5 2. Sử dụng hàm tạo độ trễ để tạo xung PWM. Đây là cách đơn giản nhất để tạo ra PWM. Sơ đồ thuật toán Bắt đầu Bật động cơ Delay T_on Delay T_off Tắt động cơ Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 6 Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là : khó điều chỉnh độ rộng xung theo ý muốn, cả chương trình trong vi điều khiển chỉ nhằm mục đích điều chỉnh xung PWM. 3. Sử dụng Timer để tạo xung PWM. Bằng cách sử dụng Timer ta có thể điều khiển tốc độ động cơ theo ý muốn. Hơn thế nữa có thể điều chỉnh Timer mà không làm ảnh hưởng tới toàn bộ chương trình. Mỗi lần chạy Timer nạp vào 200, với 100 lần như vậy ta được 20ms. Giá trị của PWM từ 0-> 100. Đây là khoảng thời gian phù hợp cho việc điều chinh tốc độ động cơ. Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 7 S Đ Đ S Đ Nạp lại giá trị Timer Bật Timer Bắt đầu PWM_VALUE <> 0 Tăng DEM Bật động cơ DEM<PWM_VALUE? Tắt động cơ DEM=100? DEM=0 Kết thúc S Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 8 Ví dụ: Chương trình điều khiển tốc độ động cơ 12V DC dùng xung PWM. Sử dụng chip 8051 để lập trình tạo PWM bằng Timer. Có hiển thị % tốc độ động cơ ra led 7 đoạn. ;PHAN KHAI BAO CAC BIT NGO VAO PWM BIT P1.6 ;BIT DIEU KHIEN THIET BI LED_CHUC BIT P3.0 LED_DONVI BIT P3.1 LEDDATA EQU P2 KT BIT 08H UP BIT P3.4 ;TANG GIA TRI PWM DOWN BIT P3.5 ;GIAM GIA TRI PWM ;PHAN KHAI BAO BIEN PWM_VALUE EQU 35H ;KHAI BAO CAC VECTOR NGAT ORG 0000H Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 9 LJMP SETUP ;KHOI DONG CHUONG TRINH KHI CAP NGUON ORG 000BH LJMP T0_ISR ;NGAT TIMER 0 DIEU RONG XUNG ORG 1BH ;TIMER 1 INTERRUPT LJMP HIENTHI_T1 ORG 0030H SETUP: MOV LEDDATA,#0 SETB KT SETB EA ;CHO PHEP NGAT TOAN CUC SETB ET0 ;CHO PHEP NGAT TIMER 0 SETB ET1 CLR PWM ;TAT THIET BI MOV TMOD,#11H MOV TH0,#HIGH(-200) ;\ ;TA 12MHZ => 200us x 100% = 20000us = 20ms MOV TL0,#LOW(-200) ;/ CHU KY DIEU XUNG MOV TH1,#27H MOV TL1,#10H CLR TF1 MOV PWM_VALUE,#0 ;MAC DINH GIA TRI PWM = 0 MOV R7,#0 ;BIEN XAC DINH SO LAN NGAT TIMER SETB TR0 ;CHO PHEP TIMER HOAT DONG SETB TR1 ; CHO CHAY TIEP MAIN: JB UP,CHECK_DOWN ;NEU PHIM UP = '1' THI KIEM TRA PHIM DOWN LCALL DELAY50MS ;NEU PHIM UP = '0' THI CHO CHONG XUNG NAY INC PWM_VALUE ;TANG GIA TRI PWM MOV A,PWM_VALUE CJNE A,#101,EXIT_UP ;CHUA TOI NGUONG TREN THI THOAT THU TUC NHAN PHIM MOV PWM_VALUE,#100 ;DO DAY XUNG DAT 100% EXIT_UP: JMP MAIN CHECK_DOWN: JB DOWN,MAIN LCALL DELAY50MS DEC PWM_VALUE MOV A,PWM_VALUE CJNE A,#-1,EXIT_DOWN ;CHUA TOI NGUONG DUOI THI THOAT THU TUC NHAN PHIM MOV PWM_VALUE,#0 ;DO DAY XUNG BANG 0 EXIT_DOWN: Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 10 JMP MAIN T0_ISR: ;NGAT TIMER DUNG DE DIEU RONG XUNG PUSH ACC MOV 7FH,C CLR TR0 MOV TH0,#HIGH(-200) MOV TL0,#LOW(-200) SETB TR0 MOV A,PWM_VALUE CJNE A,#0,EN_PWM ;DO DAY XUNG <> 0 THI CHO DIEU XUNG JMP EXIT_ISR ;DO DAY XUNG = 0 THI THOAT KHOI THU TUC NGAT EN_PWM: INC R7 ;TANG BIEN DEM NGAT MOV A,R7 CJNE A,PWM_VALUE,OFF_PULSE ;DU THOI GIAN DAY XUNG THI TAT THIET BI CLR PWM ;TAT THIET BI OFF_PULSE: CJNE A,#99,EXIT_ISR ;CHUA HET CHU KY DIEU XUNG THI THOAT NGAT SETB PWM ;TOI ROI THI MO THIET BI MOV R7,#0 ;RESET LAI BIEN DEM EXIT_ISR: MOV C,7FH POP ACC RETI ;HAM DELAY 1 MS DELAY_MS: MOV 30H,#00H LOOP_MS: INC 30H MOV A,30H CJNE A,#0FAH,LOOP_MS RET ;HAM DELAY 50 MS DELAY50MS: MOV 31H,#250 LOOP_50MS: ACALL DELAY_MS ACALL DELAY_MS DJNZ 31H,LOOP_50MS RET ;HAM DELAY 200 MS DELAY200MS: LCALL DELAY50MS LCALL DELAY50MS LCALL DELAY50MS LCALL DELAY50MS [...].. .Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 RET ;HAM HIEN THI THONG SO KY THUAT HIENTHI_T1: MOV TH1,#27H MOV TL1,#10H CLR TF1 SETB TR1 ; CHO CHAY TIEP PUSH ACC MOV A,PWM_VALUE MOV B,#10 DIV AB JNB KT,HT_DONVI... LEDDATA,A CLR LED_DONVI SETB KT KETTHUC_HIENTHI: POP ACC RETI ; -DOI_MA_LED: INC A MOVC A,@A+PC RET DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H ; -END Trang 11 Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Kết quả: Trang 12 . Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10 Trang 1 I. Giới thiệu về động cơ một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một. công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận. thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM. Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp