Ứng dụng lab VIEW trong hệ thống điều khiển động cơ một chiều

Ứng dụng lab VIEW trong hệ thống điều khiển động cơ một chiều

LỜI NÓI ĐẦU Trong trình công nghiệp hóa – đại hóa đất nước Tự động hóa ngành thiếu công nghiệp đại Nói đến tự động hóa máy tính công cụ hỗ trợ đắc lực thiếu nhiều lĩnh vực, đặc biệt đo lường điều khiển Ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường điều khiển đem lại nhiều kết ưu việt độ xác cao, thời gian thu thập liệu ngắn Cùng với phát triển chung sở kiến thức học tập trường chúng em chọn đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng LabVIEW hệ thống điều khiển động chiều” Trong đề tài dùng vi điều khiển với Atmega16 để thu thập tín hiệu encoder từ động cơ, sau tính toán tốc độ truyền thông lên LabVIEW qua chuẩn giao tiếp RS232 Trên LabVIEW ta xây dựng điều khiển PID để điều khiển tốc độ quay động LabVIEW môi trường để lập trình cho ngôn ngữ lập trình đồ họa sử dụng rộng rãi khoa học - kỹ thuật - giáo dục nhằm nhanh chóng dễ dàng tạo giao tiếp máy tính, đo lường, mô hệ thống, kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính theo thời gian thực LabVIEW đời năm 1986 ngày phát triển mạnh lĩnh vực tự động hóa hệ thống đo lường điều khiển Nội dung đề tài bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan động điện chiều Chương 2: Thiết kế điều khiển PID cho động điện chiều Chương 3: Giới thiệu phần mềm LabVIEW Chương 4: Mô hình thiết kế kết Chương 5: Kết luận hướng phát triển LỜI CẢM ƠN GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến Lời chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình cô Lê Thị Vân Anh cô Nguyễn Thị Hồng Yến Trong suốt trình thực đồ án cô dành nhiều thời gian tâm huyết để định hướng góp ý để chúng em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn đến giúp đỡ Ban giám hiệu Trường Đại Học Điện Lực, toàn thể thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động bạn bè năm học vừa qua Với giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em có tảng kiến thức chuyên môn để chúng em hoàn thành đồ án công việc tương lai GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Tên bảng Tran Bảng 2.1: Giá trị thực nghiệm xác định hàm truyền Bảng 2.2: Xác định thông số theo phương pháp Ziegler-Nichols thứ Bảng 2.3: Xác định thông số theo phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai Bảng 2.4: Bảng kết thông số động Bảng 2.5: Sự ảnh hưởng thông số KP, KI, KD tới chất lượng Bảng 3.1: Chức Tools Palette Bảng 4.1: Đặc tính IC đầu 5V Bảng 4.2: Đầu tương ứng phím nhấn Bảng 4.3: Bảng chức chân LCD 16x2 Bảng 4.4: Bảng chân lý tương ứng IC 74LS157 g 17 25 25 26 27 33 52 54 55 62 Tên hình Tran Hình 1.1: Cấu tạo động DC Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động chiều kích thích độc lập Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý động chiều kích thích song song Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý động chiều kích thích nối tiếp Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý động chiều kích thích hỗn hợp Hình 1.6: Sơ đồ thay mạch điện phần ứng động chiều Hình 1.7: Xác định phạm vi điều chỉnh GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến g 4 5 Hình 1.8: Phạm vi điều chỉnh tốc độ mômen Hình 1.9: Đặc tính điều chỉnh điều chỉnh từ thông động Hình 1.10: Đặc tính điều chỉnh điện trở phụ mạch điện phần ứng 10 11 Hình 1.11: Điều chỉnh độ rộng xung PWM Hình 1.12: Dạng sóng dòng áp động Hình 2.1: Sơ đồ thay mạch điện phần ứng động chiều Hình 2.2: Sơ đồ khối tính tốc độ theo [rad/s] Hình 2.3: Sơ đồ khối tính tốc độ theo [rpm] Hình 2.4: Đáp ứng độ khâu quán tính bậc Hình 2.5: Đường đặc tính động chiều Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID Hình 2.7: Sơ đồ khối điều chỉnh tỉ lệ Hình 2.8: Sơ đồ khối điều chỉnh tích phân Hình 2.9: Sơ đồ khối điều chỉnh tỉ lệ - tích phân Hình 2.10: Sơ đồ khối điều chỉnh tỉ lệ - vi phân Hình 2.11: Sơ đồ khối điều chỉnh tỉ lệ - vi tích phân Hình 2.12: Điều khiển với PID số Hình 2.13: Minh họa ba cách tính tích phân Hình 2.14: Sơ đồ khối PID số Hình 2.15: Hệ thống điều khiển Hình 2.16: Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ bậc có trễ Hình 2.17: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn Hình 2.18: Thông số cho điều khiển động Hình 3.1: Font Panel Hình 3.2: Block Diagram Hình 3.3: Icon Hình 3.4: Getting started Hình 3.5: Controls Palette Hình 3.6: Tools Palette Hình 3.7: Numeric Controls Hình 3.8: Boolean Hình 3.9: String & Path Hình 3.10: Graph Hình 3.11: String Hình 3.12: Array Hình 3.13: For Loop Hình 3.14: While Loop Hình 3.15: Sơ đồ khối mô tả chức ghi dịch Hình 3.16: Case Structures Sequence Structures Hình 3.17: Formula Node Hình 3.18: File I/O Hình 3.19: String Length Hình 3.20: Concatenate Strings Hình 3.21: String Subset 12 12 13 14 15 16 17 18 18 19 19 20 20 21 22 23 23 24 25 26 30 31 32 32 33 33 34 35 35 36 36 37 38 38 38 39 40 40 41 41 41 GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến Hình 3.22: Match Pattern Hình 3.23: Format Into String Hình 3.24: Giao tiếp máy tính với thiết bị NI qua cổng RS232 Hình 3.25: Frame truyền theo chuẩn RS232 Hình 4.1: Sơ đồ khối Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm Hình 4.3: Sơ đồ chân hình ảnh thực tế AVR ATmega16 Hình 4.4: Sơ đồ cấu trúc AVR ATmega16 Hình 4.5: Khối nguồn 5V Hình 4.6: Cấu trúc IC LM2576 Hình 4.7: Khối bàn phím Hình 4.8: Sơ đồ khối bảng đầu tương ứng phím nhấn Hình 4.9: Khối hiển thị LCD hình ảnh thực tế Hình 4.10: Khối xử lý tín hiệu Encorder Hình 4.11: Cấu tạo IC 74LS14 bảng trạng thái vào / Hình 4.12: Cấu trúc mạch chuyển đổi tín hiệu Hình 4.13: Cấu tạo hình ảnh bên vi mạch MAX232 Hình 4.14: Sơ đồ mạch cầu H Hình 4.15: Nguyên lý hoạt động mạch cầu H Hình 4.16 : Cấu tạo ký hiệu MOSFET kênh N kênh P Hình 4.17: Sơ đồ cách lý quang Hình 4.18: Mạch kích cầu H sử dụng IC 74LS157 41 42 42 43 44 45 45 46 52 52 53 54 55 56 56 57 57 58 59 59 60 61 Hình 4.19a: Linh kiện thực sơ đồ cấu tạo chân Hình 4.19b: Sơ đồ nguyên lý bảng chân lý IC 74LS157 Hình 4.20: Mô hình thực tế Hình 4.21: Giao diện người dùng vận tốc đạt 50 vòng/s 62 62 69 69 Hình 4.22: Giao diện người dùng vận tốc đạt 10 vòng/s 70 Hình 4.32: Giao diện người dùng vận tốc đạt 55 vòng/s 70 Hình 4.24: Giao diện người dùng vận tốc đạt 10 vòng/s 71 GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT DC : Direct current (Một chiều) PID : Proportional Integral Derivative (Tỉ lệ vi tích phân) LabVIEW : Laboratory Virtual Instrument Electronic Workbench NI : National Instruments VIs : Virtual Instruments (Thiết bị ảo) PC : Personal Computer (Máy tính) UART : Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmiter (Bộ truyền nhận nối tiếp không đồng bộ) ALU : Arithmetic and Logic Unit (Đơn vị logic số học) GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến PWM : Pulse width modulation (Điều chỉnh độ rộng xung) ADC : Analog - to digital Converter (Bộ chuyển đổi tương tự số) LCD : Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng) MCU : Micro Control Unit (Bộ vi điều khiển) GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 71 transistor lưỡng cực thông thường dải tần số hoạt động rộng, MOSFET làm việc tần số cao Cấu tạo MOSFET ngược Kênh N • G (Gate): gọi cực cổng • S (Source): gọi cực nguồn • D (Drain): gọi cực máng • MOSFET kênh N có hai lớp bán dẫn loại P đặt bán dẫn N, hai lớp P N cách điện lớp SiO 2, hai lớp bán dẫn P nối thành cực D cực S, bán dẫn N nối với lớp màng mỏng sau đấu thành cực G • MOSFET có điện trở cực G với cực S cực G với cực D vô lớn, điện trở cực D với cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S (UGS) • Khi điện áp UGS = điện trở R DS lớn; điện áp U GS > 0, hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm; điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ Sơ đồ nguyên lý cách ly quang 4N35 Hình 4.17: Sơ đồ cách lý quang GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 72 Do mạch cầu H sử dụng MOSFET nên cần mạch cách ly quang để điều khiển MOSFET Tác dụng mạch cách ly quang cách ly hoàn toàn điện mạch công suất có điện áp cao mạch điều khiển có điện áp thấp Ban đầu MOSFET không kích, dòng điện mạch, điện áp chân S Khi MOSFET kích dẫn, điện trở dẫn R DS nhỏ so với trở kháng động nên điện áp chân S gần điện áp nguồn 24V Do yêu cầu MOSFET, để kích dẫn MOSFET điện áp kích chân G phải lớn chân S 3V, nghĩa 27V dùng vi điều khiển để kích MOSFET, khó tạo điện áp 27V Như MOSFET kênh N không phù hợp để làm khóa phía mạch cầu H MOSFET kênh P thường dùng trường hợp Tuy nhiên, nhược điểm MOSFET kênh P điện trở dẫn RDS lớn MOSFET kênh N Vì thế, MOSFET kênh P mạch cầu H dùng loại thường bị nóng dễ hỏng MOSFET kênh N, công suất mạch bị giảm phần Trong đề tài dùng hai MOSFET kênh N IRF540 hai kênh P IRF9540 hãng International Rectifier làm khóa cho mạch cầu H Các MOSFET loại chịu dòng cao (có thể đến 30A danh nghĩa) điện áp cao có nhược điểm điện trở dẫn tương đối lớn Trong mạch dùng hai loại cầu phân áp cho hai loại MOSFET kênh N kênh P Cụ thể MOSFET kênh P kích điện áp khoảng 18.5V MOSFET kênh N kích điện áp khoảng 7V Trong sơ đồ chân PWM1 mức thấp đèn LED vi mạch 4N35 phát sáng làm cho transistor quang kích hoạt, kích cầu phân áp cho MOSFET dẫn ứng với điện áp dẫn MOSFET IC kích cầu H 74LS157 GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 73 Hình 4.18: Mạch kích cầu H sử dụng IC 74LS157 Cấu tạo, sơ đồ nguyên lý, bảng chân lý IC 74LS157 cho hình (4.19) Hình 4.19: Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý bảng chân lý IC 74LS157 Theo bảng chân lý sơ đồ mạch nguyên lý mô hình ta có bảng tương ứng sau: GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 74 Bảng 4.4: Bảng chân lý EN 0 DIR x OUTPUT L PWM →GND GND → PWM Như đảo chiều quay biến DIR tương ứng với biến đầu KENH1 KENH2 (trong hình 4.18) bị đảo chiều Từ dẫn tới chiều quay động đảo tương ứng nhờ mạch cầu H Tín hiệu từ biến đầu KENH1, KENH2 đảo lại trạng thái sau đưa cách ly quang Do cách ly quang kích tín hiệu mức thấp nên ta cần đảo lại trạng thái tín hiệu để đảm bảo tính xác mặt toán học thuật toán điều khiển 4.2 Thiết kế phần mềm 4.2.1 Chương trình vi điều khiển Dựa yêu cầu thiết kế đồ án nên ta đưa giải thuật điều khiển động sau: • Khi bắt đầu chương trình dùng phím để chọn hai chế độ điều khiển Thứ điều khiển máy tính (là yêu cầu chủ yếu đề tài); thứ hai điều khiển Board mạch mà không cần đến tham gia máy tính (PC) • Với thuật toán điều khiển máy tính chủ yếu dựa PC Sau tính toán xử lý máy tính truyền liệu xuống điều khiển động (DC) Nhiệm vụ Board mạch nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính sau đưa tín hiệu xung PWM để điều khiển động Ở động có gắn encoder đọc thông tin tốc độ dạng xung, sau gửi lại Board mạch tính toán tốc độ thực động gửi lại giá trị lên PC để tiếp tục chu kỳ • Với thuật toán điều khiển trực tiếp Board mạch ta nhập trực tiếp giá trị PID từ bàn phím Sau giá trị điều khiển tính toán trực tiếp vi điều khiển sau đưa tín hiệu PWM điều khiển động Đồng thời Board mạch đọc giá trị từ encoder gửi về, tính toán đưa giá vận tốc Sau giá trị đưa trở lại thuật toán điều khiển PID để bắt đầu chu kỳ Phương pháp GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 75 thường sử dụng việc truyền thông điều khiển máy tính gặp thất bại • Toàn chương trình vi điều khiển gồm: chương trình (Main Program) trình phục vụ ngắt (Interrupt Service Routine) với lưu đồ thuật toán sau: Lưu đồ thuật toán chương trình chính: GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 76 Ngắt (INT1) xử lý xung GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 77 Ngắt Timer1 tính tốc độ Biến : xung int; Biến : tocdo float; Ngắt truyền thông GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 78 UDR : Là ghi nhận liệu truyền thông theo chuẩn UART Data : Là biến để lấy liệu từ ghi UDR đưa vào mảng buffer Ngắt INT0 quét phím GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 79 4.2.2 Chương trình LabVIEW GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 80 GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 81 4.3 Kết thực nghiệm Hình 4.20: Mô hình thực tế 4.3.1 Kết thực nghiệm điều khiển PI Thông số diều khiển PI là: KP = 0.573427, KI = 0.265734 Hình 4.21: Giao diện người dùng vận tốc đạt 50 vòng/s GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 82 Hình 4.22: Giao diện người dùng vận tốc đạt 10 vòng/s Ta nhận thấy với điều khiển PI động DC 24V đạt tốc độ đặt ổn định, sai lệch tĩnh nhỏ Ta tiếp tục sử dụng luật điều khiển PID 4.3.2 Kết thực nghiệm điều khiển PID Thông số diều khiển PI là: KP = 0.573427, KI = 0.160839, KD = 0.041958 Hình 4.32: Giao diện người dùng vận tốc đạt 55 vòng/s GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 83 Hình 4.24: Giao diện người dùng vận tốc đạt 10 vòng/s Đối với luật điều khiển PID động đạt tốc độ đặt chưa triệt tiêu sai lệch tĩnh động chạy ổn định GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 84 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua thời gian thực đồ án này, chúng em có dịp kiểm chứng lý thuyết qua nhiều thực nghiệm hoàn thành đồ án theo yêu cầu, thời gian quy định Và chúng em thực công việc sau: • Lý thuyết + Tìm hiểu cấu tạo, phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều + Tìm hiểu luật điều khiển PID tìm điều khiển cho động điện chiều + Tìm hiểu phần mềm LabVIEW • Mô hình thực nghiệm + Thiết kế mạch công suất cho động điện chiều sử dụng MOSFET (mạch cầu H) + Thiết kế mạch hỗ trợ giao tiếp thu thập tốc độ sử dụng vi điều khiển ATmega16 + Thiết kế điền khiển PID số phần mềm LabVIEW Mặc dù chúng em cố gắng kiến thức, khả thực hành có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót nhầm lẫn nên kính mong thầy cô bạn đóng góp ý kiến thêm để đồ án hoàn thiện đáp ứng với yêu cầu thực tế 5.2 Hướng phát triển Với phát triển nhanh chóng Khoa học kỹ thuật nói chung ngành Tự động hoá nói riêng để đáp ứng nhu cầu thực tế đề tài phải tiếp tục nghiên cứu để phát triển thêm • • Có thể điều khiển nhiều đối tượng khác Nâng cấp giao tiếp (card PCI, RS485, USB) để điều khiển xác Sử dụng nhiều thuật toán điều khiển nâng cao LabVIEW để cải thiện chất lượng hệ thống điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 85 [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2001 [2] Nguyễn Thế Hùng, Điều khiển Tự động, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 2006 [3] Nguyễn Thị Lan Hương, Phạm Thị Ngọc Yên, Nguyễn Việt Tùng, LabVIEW thiết bị đo giao diện người máy, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2008 [4] TS.Nguyễn Bá Hải, Giáo Trình Lập trình LabVIEW, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 2011 [5] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2004 Tiếng Anh: [1] LabVIEW Tutorial Manual, National Instruments Corporation WebSite: http://www.dientuvietnam.net/ http://www.tailieu.vn http://www.hocdelam.org/vn/ http://www.hocavr.com/ GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến [...]... 2.2.1 Giới thiệu PID Bộ điều khiển PID là một cơ chế điều khiển lặp hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển công nghiệp Sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh sai lệch giữa giá trị đo được của hệ thống với giá trị đặt bằng cách tính toán và điều chỉnh giá trị điều khiển ở ngõ ra Bộ điều khiển PID gồm ba thành phần Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID Các bộ điều chỉnh liên tục:... phần ứng quay quanh trục Các dây quấn phần ứng quét qua từ thông và trong các dây quấn này cảm ứng sức điện động E= Trong đó: pN φω = k φω 2π a là tốc độ góc của rôto ω= Trong đó: U − I R ­ kφ là điện trở mạch phần ứng của động cơ 1.2 Phạm vi ứng dụng của động cơ một chiều 1.2.1 Ưu điểm Động cơ một chiều có: • • • • • Mômen mở máy lớn Khả năng điều chỉnh tốc độ bằng phẳng Phạm vi điều chỉnh rộng, dễ điều. .. Yến 17 1.2.3 Phạm vi ứng dụng Động cơ điện một chiều được sử dụng trong các máy công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải và có tầm quan trọng nhất định trong sản xuất 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 1.3.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Sơ đồ : Hình 1.6: Sơ đồ thay thế mạch điện phần ứng động cơ một chiều Phương trình cân... nguội động cơ Trục máy làm bằng thép cacbon tốt Trên trục máy lắp lõi sắt phần ứng, vành góp, cánh quạt GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 14 1.1.2 Phân loại động cơ một chiều Động cơ điện một chiều được phân thành các loại như sau: Động cơ một chiều kích thích độc lập Bao gồm động cơ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và động cơ kích thích điện từ Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một. .. điện áp phần ứng là rất thích hợp trong trường hợp mômen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = K =K và sức điện động quay của động cơ ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến ik = Trong đó: ek dφ + ωk rb + rk dt...11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo, phân loại và nguyên lý làm việc của động cơ một chiều 1.1.1 Cấu tạo động cơ một chiều Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto) Hình 1.1: Cấu tạo động cơ DC Phần tĩnh (stato) Phần tĩnh còn được gọi là phần cảm gồm cực từ chính, cực từ... phần ứng Trong đề tài này sử dụng động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, từ thông không đổi và khó thay đổi điện trở phụ mạch điện phần ứng nên chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp mạch điện phần ứng Một trong những phương pháp để thay đổi điện áp mạch điện phần ứng là điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Hình 1.11: Điều chỉnh độ rộng xung PWM Phương pháp điều chỉnh... hình hóa động cơ một chiều Sơ đồ mạch điện phần ứng: Ru Uu L u Eu I u Hình 2.1: Sơ đồ thay thế mạch điện phần ứng động cơ một chiều GVHD : ThS Lê Thị Vân Anh ThS.Nguyễn Thị Hồng Yến 24 Với: : Điện áp phần ứng (V) Rư: Điện trở phần ứng ( ) : Sức điện động phần ứng (V) : Mômen cản tỉ lệ với hệ số ma sát và tốc độ (rad/s) T ( t) : Mômen cản thuận b: Hệ số ma sát (rad/s) J: Mômen quán tính của động cơ và... Thị Hồng Yến 15 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích thích nối tiếp I= = Động cơ một chiều kích thích hỗn hợp Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích thích hỗn hợp Có hai dây quấn kích thích: nối tiếp và song song I= + 1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ u k nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng điện i k dẫn... mạch điện phần ứng thì hàm truyền đạt của động cơ DC là khâu quán tính bậc nhất Trong thực tế việc xác định các thông số của động cơ rất khó nên việc tìm được hàm truyền của động cơ từ các thông số do nhà sản xuất đưa ra gặp nhiều khó khăn Vì vậy sử dụng phương pháp thực nghiệm để tìm hàm truyền của động cơ dựa trên đáp ứng quá độ của động cơ Giả sử cấp một giá trị điện áp vào động cơ là a(V) Điện ... đạt động là: W ( s) = 2.9167 + 2s 2.2 Luật điều khiển PID 2.2.1 Giới thiệu PID Bộ điều khiển PID chế điều khiển lặp hồi tiếp sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp Sử dụng điều khiển. .. kháng động cơ, dòng qua động dòng liên tục nên dạng sóng dòng áp động sau: Hình 1.12: Dạng sóng dòng áp động CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Mô hình hóa động chiều. .. điều chỉnh sai lệch giá trị đo hệ thống với giá trị đặt cách tính toán điều chỉnh giá trị điều khiển ngõ Bộ điều khiển PID gồm ba thành phần Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID Các điều