THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Trần Kim Phúc

1

ĐẠI HỌC PHAN CHÂU TRINH

KHOA KHOA HỌC – CÔNG NGHỆ

Bộ môn ĐTVT

ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

Thuyết minh: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

Chương 2: Động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ

Phần 3: Lý thuyết điều khiển PID.

Phần 4: Thiết kế và thi công mô hình phần cứng Phần 5: Giải thuật chương trình 3

Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A

- Bộ nhớ chương trình tốc độ cao 8Kx14 bit

- Bộ nhớ dữ liệu RAM 368x8 byte

4

 Đặc tính ngoại vi:

- Timer0: bộ đếm/định thời 8 bit với bộ chia tần

- Timer1: bộ đếm/định thời 16 bit với bộ chia tần,

có thể hoạt động ở chế độ sleep

- Timer2: bộ đếm/định thời 8 bit với bộ chia tần prescaler và postscale

- 2 bộ Capture, Compare, PWM:

+ Capture 16 – bit, độ phân giải tối đa 12.5 ns

+ Compare 16 – bit, độ phân giải tối đa 200 ns

+ PWM 16 – bit, độ phân giải tối đa 10-bit

5

 Đặc tính ngoại vi:

- Cổng giao tiếp nối tiếp đồng bộ (SSP) với phương

- Bộ thu phát tổng hợp đồng bộ và không đồng bộ (USART/SCI) với 9 bit địa chỉ

khiển bên ngoài RD, WR và CS

Đặc tính Analog:

6

Động cơ điện một chiều và các

R K

U

) ( F: 2

 F:

+ Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phần

 n = n o - ∆n

 n = n o - ∆n

M K

R

R K

U

n u u uf .

) ( F: 2



 F:



M K

R

R K

U

) ( F: 2



 F:



 Thay đổi điện áp bằng phương pháp điều biến

10

Sơ đồ khối của ĐMđl với kích từ không đổi



K

J R

/ 1

1

2



T p p

T T

K

C C

u

Đ

1

) 1

( )

p T p

T T

p

T K

R

C C

u

u u

Lý thuyết điều khiển PID

 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID:

 Hàm truyền đạt của khâu PID:

)

(

t d

t de

K D

; )

1 (

)

2 0

A z

A z

A z

G CPID

;

;

2 2

; 2

2 1 0

T

K A

T

K T

K K

A

T

K T

K K

A

D

D

I P

D

I P

 Ảnh hưởng của K P , K I , K D lên hệ thống

Đáp ứng

vòng kín Thời gian tăng Vọt lố Thời gian xác lập xác lậpSai số

Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm

Ki Giảm Tăng Tăng Loại bỏ

Kd Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ

động - điểm cực của hàm truyền kín nằm trên trục ảo

3 Tinh chỉnh 3 thông số này để đạt được đáp ứng

mong muốn.

Thiết kế và thi công mô hình phần cứng

Khối điều khiển trung tâm PIC 16f877a

Khối bàn phím

16

 Cấu trúc phần cứng của mô hình

33 35 37 39 15 CCP1 23

Led_Chieuquay RS_LCD E_LCD D4_LCD D6_LCD D7_LCD

X12 X11

Led_Chedo

TX RX CCP1

Kp Ki Kd

T1OUT R1IN

RB4 RB5 RB6 RB7

RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7

RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14

RC1/T1OSI/CCP2 16RC2/CCP1 17RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGMRB2 3635 RB1 34RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+

5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV 1

4 3

U1

P521

1 2 4

3

U2

P521

1 2

4 3

U3

P521

1 2 4

PWM2

24V+

J1

COM

1 3

MAX232

CONN-H4

T1IN 11 R1OUT 12 T2IN 10 R2OUT 9

T1OUT 14R1IN 13T2OUT 7R2IN 8C2+

4 C2- 5

C1+

1 C1- 3

VS+ 2VS- 6

J3

ENCODER GND

GND VDD

GND GND

VDD

17

 Mạch điều khiển trung tâm:

Encoder

33 34 35 36 37 38 39 40 15 CCP1 CCP2 23 24

Led_Chieuquay RS_LCD E_LCD D4_LCD D5_LCD D6_LCD D7_LCD

X12 X11

Led_Chedo

TX RX CCP1

Kp Ki Kd

Led_thuan Led_Nguoc Led_Taicho Led_tuxa VDD GND

Reset Kp Ki Kd

X12

X11

ENCODER VDD GND

GND VDD

RA0/AN0 2

RA1/AN1 3

RA2/AN2/VREF-/CVREF 4

RA4/T0CKI/C1OUT 6

RA5/AN4/SS/C2OUT 7

RE0/AN5/RD 8

RE1/AN6/WR 9

RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13

OSC2/CLKOUT 14

1 2

LED-RESET

CONN-SIL10

PWM1 PWM2

1 2 3 4

24V+

RB4 RB5 RB6 RB7

TX RX

T1OUT R1IN

1 6 2 7 3 8 4 9 5

J1

COM

1 2 3 4

MAX232

CONN-H4

T1IN 11

R1OUT 12

T2IN 10

R2OUT 9

C2-C1+

1

3

GND

GND VDD

 Giao diện điều khiển trên máy tính :

22

GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

Trong vi điều khiển thuật toán điều khiển PID được thực hiện thông qua phương trình sai phân dạng lặp:

y(k) = y(k-1) + A0E(k) + A1E(k-1) + A2E(k-2)

Trong đó:

;

;

2 2

; 2

2 1 0

T

K A

T

K T

K K

A

T

K T

K K

A

D

D

I P

D

I P

Thực hiện chương trình tính toán PID

Đ S

Thực hiện chương trình ngắt

Flag_Timer1=

1

Có ngắt xảy ra?

set_pwm1_duty = pw_duty set_pwm2_duty = pw_duty

24

pw_duty = 1024

Bắt đầu tính PID

Đặt các giá trị ban đầu Đ

S

E_2 = v_set – v_cur

pw_duty = pw_duty + AoE_2 + A1E_1 + A2E_0

Kết thúc tính PID

Ngắt PortB (RB4÷RB7)

Thực hiện đoạn chương trình ứng

với mỗi phím Gọi chương trình quét bàn phím

Kết thúc ngắt PortB

27

Xin chân thành cảm ơn quý thầy

cô, các bạn đã lắng nghe và quan tâm đến đề tài này!

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Tuấn Bình

Lê Thị Kiều Oanh

Lớp 08DT

28