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 Vận tốc Vận tốc mong muốn Máy tính và giao diện đk Bộ điều khiển PID Mô hình động Cơ DC Cảm biến đo tốc độ (encoder) Tải (-) 2 SƠ ĐỒ KHỐI ĐỀ TÀI 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 CPU tốc độ cao: - Tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. - Các cấu trúc lệnh chỉ mất một hoặc hai chu kỳ xung clock. - Tốc độ tối đa là 20MHz với chu kỳ lệnh là 200ns. - Bộ nhớ chương trình tốc độ cao 8Kx14 bit. - Bộ nhớ dữ liệu RAM 368x8 byte. - Bộ nhớ dữ liệu EEPROM 256x8 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 thức SPI (Master) và I 2 C (Master/Slave). - Bộ thu phát tổng hợp đồng bộ và không đồng bộ (USART/SCI) với 9 bit địa chỉ. - Cổng giao tiếp song song (PSP) với các chân điều khiển bên ngoài RD, WR và CS. Đặc tính Analog: - 8 kênh chuyển đổi ADC 10-bit - 2 bộ so sánh 6 Động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 7 U kt + - I kt R ktf U kt R uf I u E + - Quan hệ n = f(M) là một đường thẳng 8 n n 0 n đm 0 M đm (I ưđm ) ∆n M(I ư ) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ + Điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông Φ: n 0 M đm (I ưđm ) M(I ư ) n ’’’ n ’’ n ’ n đm Φ ’’’ Φ ’’ Φ ’ Φ đm n = n o - ∆n M K R K U n u u . )( 2 Φ − Φ = Σ + Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phần ứng R ưf : + Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng U ư : 9 n 0 M đm (I ưđm ) M(I ư ) n 0 R ưf = 0 R ưf1 R ưf2 R ưf3 n 0 M đm (I ưđm ) M(I ư ) n 04 n 01 n 02 n 03 1(U đm ) 2 3 4 n = n o - ∆n n = n o - ∆n M K RR K U n ufu u . )( 2 Φ + − Φ = M K RR K U n ufu u . )( 2 Φ + − Φ = Thay đổi điện áp bằng phương pháp điều biến độ rộng xung PWM: U đm U tb 0V U đm U tb 0V U đm U tb 0V 80% duty cyle 60% duty cyle 20% duty cyle 10 [...]... chỉnh định 3 thông số KP, KI, KD: – Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển tỉ lệ K P (đặt KI = KD = 0) 2 Tăng KP đến giá trị KC mà ở đó hệ thống bắt đầu dao động - điểm cực của hàm truyền kín nằm trên trục ảo jω, xác định tần số ωC của dao động vừa đạt Từ 2 giá trị KC và ωC vừa đạt, xác định các thông số KP , KI , KD theo bảng sau: 14 3 Tinh chỉnh 3 thông số này để đạt được đáp ứng mong muốn 15 Thiết. .. 10 11 12 13 14 4 RS 5 RW 6 E RS TC1602A-01T GND 15 A 16 K C2 10u LCD CONN-H4 TX RX 1 VSS 2 VDD 3 VEE 1 2 3 4 U1 C1+ MAX232 LCD1 21 Giao diện điều khiển trên máy tính: 22 GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH Thuật điều khiển PID: 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: K IT K D + ; 2 T K IT... ngắt portB: Ngắt Timer1 Ngắt PortB (RB4÷RB7) Đọc giá trị tốc độ từ Timer0 Gọi chương trình quét bàn phím Reset Timer0; Đặt lại giá trị ban đầu cho Timer1 Thực hiện đoạn chương trình ứng với mỗi phím Flag_Timer1 = 1 Kết thúc ngắt PortB Kết thúc ngắt Time1 27 Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, các bạn đã lắng nghe và quan tâm đến đề tài này! Sinh vi n thực hiện: Nguyễn Tuấn Bình Lê Thị Kiều Oanh Lớp 08DT... khai báo PWM, cho phép ngắt hoạt động S Flag_Timer1=1 Đ Thực hiện chương trình tính toán PID set_pwm1_duty = pw_duty set_pwm2_duty = pw_duty S Có ngắt xảy ra? Đ Thực hiện chương trình ngắt 24 Lưu đồ thuật toán quét bàn phím: 1 Bắt đầu quét bàn phím Hàng ngõ ra, cột ngõ vào Hàng ngõ vào, cột ngõ ra RBj = 0 Hàng mức 1, cột mức 0 0≤i≤3 4≤j≤7 RBi = 0 RBj = 0 S S Đ Đ Xác định phím được nhấn delay_20ms Thực... vừa đạt, xác định các thông số KP , KI , KD theo bảng sau: 14 3 Tinh chỉnh 3 thông số này để đạt được đáp ứng mong muốn 15 Thiết kế và thi công mô hình phần cứng Cấu trúc phần cứng của mô hình Nguồn 5V Nguồn 24V Khối điều khiển Máy tính ĐK RS232 trung tâm PIC 16f877a PID; Mạch lực(cầu H) Phản hồi ĐC Encoder Khối bàn phím Khối hiển thị LCD 16 Reset Kp Ki Kd Led_thuan Led_Nguoc Led_Taicho Led_tuxa VDD... / Ru 1 + pTu U - E - I 1 Jp KΦ ω KΦ Cấu trúc thu gọn: U 1 KΦ Lu Tu = Ru KÐ = TC = Ru J ( KΦ ) 2 KĐ TuTC p 2 + TC p + 1 ω − Ru (1 + Tu p ) 2 ( KΦ ) TuTC p 2 + TC p + 1 MC 11 Lý thuyết điều khiển PID Sơ đồ khối bộ điều khiển PID: K p e(t ) P Setpoint t Error I + K i ∫ e(τ )dτ Output Process 0 - D KD Hàm truyền đạt của khâu PID: de(t ) d (t ) K IT K D + ; 2 T K IT KD A1 = − K P + −2 ; 2 T KD A2 = ;... 24VDC VI 2 24V~ VDD 1 1N4007 1 2 3 4 5 6 7 8 RESET 1 Kp 2 Ki 3 Kd 4 LED_thuan 5 LED_nguoc 6 LED_taicho 7 LED_tuxa 8 9 VDD GND 10 7824 R4 RS 370R J1 U1 BR1-24V R2 D3 10u LED CONN-H2 MAX232 T1OUT 3 R1IN C1+ 1 2 3 4 TX RX CONN-H4 C1- T1IN R1OUT T2IN R2OUT T1OUT R1IN T2OUT R2IN VDD 11 12 10 9 VS+ VS- MAX232 GND C2+ 14 13 7 8 C3 COM 10u 2 6 GND C4 C2- 4 VDD 1 6 2 7 3 8 4 9 5 5 10u C2 10u GND 17 Mạch điều khiển. .. 34 33 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 CONN-H4 18 24V+ Mạch động lực: NGUON 24V 2 1 24V24V+ R9 U1 1 PWM1 R11 10k CONN-H2 10k Q1 R8 4 3 D5 D6 1N4007 B688 1k 2 Q2 1N4007 4 U2 1 PWM2 1k B688 24V- R10 3 24V- 2 P521 P521 GND 1 2 GND 1 PWM2 U3 4 2 3 P521 DONGCO 24V+ 24V+ Q3 R14 D718 1k R17 D8 D7 1k 1N4007 1N4007 R15 D718 10k U4 1 3 PWM1 2 P521 R18 10k GND 24V- GND Q4 4 19 Mạch bàn phím: RUN/STOP LEFT/RIGHT 7 SPEED OK... của phím RBj = 0 S Đ 1 Kết thúc quét bàn phím 25 Lưu đồ thuật toán tính toán PID: 1 Bắt đầu tính PID S pw_duty > 1024 Đ Đặt các giá trị ban đầu Pw_duty < 0 S E_2 = v_set – v_cur K IT K D + 2 T KT K A1 = − K p + I − 2 D 2 T KD A2 = T A0 = K p + pw_duty = 1024 Đ pw_duty = 0 pw_duty = pw_duty + AoE_2 + A1E_1 + A2E_0 Kết thúc tính E_0 = E_1 PID E_1 = E_2 1 26 Lưu đồ ngắt timer và ngắt portB: Ngắt Timer1... DO 24V24V+ 7 8 9 10 11 12 13 14 Kp Ki X1 C2 13 14 2 1 PIC16F877A 1 2 X11 33pF U0 X11 X12 GND C1 24VDC VDD GND 24V+ VDD R1 VDD 270R D1 Reset GND E D4 D5 D6 D7 GND VDD LCD CONN-H8 C2 1000u D4 LED J1 C1 D2 R3 R5 R1 270R 270R R6 R7 R13 270R 270R 270R 270R D4 LED D3 LED D2 LED D1 RV2 1k 1k U2 9V~ 1 2 1 2W01G C3 U1 1N4007 7805 RV3 1k 10u 1 BR2-5V 5VDC VI VO 3 1 2 GND R4 CONN-H2 R2 C5 2200u 330R 104 C4 GND . 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. Giáo vi n 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. chân điều khiển bên ngoài RD, WR và CS. Đặc tính Analog: - 8 kênh chuyển đổi ADC 10-bit - 2 bộ so sánh 6 Động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ Động cơ điện một chiều