NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CARD ĐIỀU KHIỂN SỐ DSP ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN -*** - TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CARD ĐIỀU KHIỂN SỐ DSP ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG Học viên: Đinh Văn Nghiệp Lớp: CHK10 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD Khoa học:TS Bùi Chính Minh Ngày giao đề tài: 01/02/2009 Ngày hoàn thành: 31/07/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC CB HƯỚNG DẪN TS Bùi Chính Minh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CARD ĐIỀU KHIỂN SỐ DSP ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: Học viên: ĐINH VĂN NGHIỆP Người HD Khoa học: TS BÙI CHÍNH MINH HỌC VIÊN Đinh Văn Nghiệp http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Tên là: Đinh Văn Nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** Sinh ngày 25 tháng 12 năm 1981 Học viên lớp cao học khoá 10 - Tự động hoá - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ Hiện công tác khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng Card điều khiển số DSP (Digital signal Processor) để thiết kế điều khiển số điều khiển chuyển động” thầy giáo TS Bùi Chính Minh hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CARD ĐIỀU KHIỂN SỐ DSP ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học trước pháp luật Thái Nguyên, ngày 31 tháng năm 2009 Tác giả luận văn ĐINH VĂN NGHIỆP Đinh Văn Nghiệp THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC Sau sáu tháng nghiên cứu, làm việc khẩn trương, động viên, giúp đỡ Nội dung Trang hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Bùi Chính Minh, luận văn với đề tài Trang phụ bìa “Nghiên cứu ứng dụng Card điều khiển số DSP (Digital signal Processor) để thiết Lời cam đoan Lời cảm ơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Mục lục Thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Chính Minh tận tình dẫn, giúp đỡ tác Danh mục hình vẽ, đồ thị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN SỐ 11 1.1 Lý thuyết hệ điều khiển số 11 kế điều khiển số điều khiển chuyển động” hoàn thành giả hoàn thành luận văn Khoa đào tạo Sau đại học, thầy giáo, cô giáo thuộc môn Tự động hoá – Khoa Điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác 1.1.1 Cấu trúc điển hình hệ điều khiển số 11 giả suốt trình học tập trình nghiên cứu thực luận văn 1.1.2 Cở sở điều khiển số 21 Trung tâm Thí nghiệm Trường đại học kỹ thuật Công Nghiệp, đặc biệt cán phòng thí nghiệm tự động hoá tận tình giúp đỡ tác giả xây dựng hệ thực nghiệm 1.1.2.1 Biến đổi Z 21 1.1.2.2 Tín hiệu lấy mẫu tín hiệu hệ điều khiển số 24 1.2 Tổng hợp hệ điều khiển số Toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Đinh Văn Nghiệp 27 1.2.1 Lý luận chung 27 1.2.2 Điều kiện để tổng hợp điều khiển số hệ 29 1.2.3 Chọn tần số lấy mẫu 30 1.2.4 Thiết kế điều khiển số theo phương pháp liên tục 32 1.2.4.1 Phương pháp vi phân 32 1.2.4.2 Bộ điều khiển số xác định theo hàm truyền đạt 34 1.2.4.3 Phương pháp dùng biến đổi z 36 1.2.4.4 Tổng hợp điều khiển có tính phần tử lưu giữ (ZOH) 37 1.2.5 Thiết kế điều khiển số theo phương pháp trực tiếp 38 1.2.5.1 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số mặt phẳng z 38 1.2.5.2 Bù ảnh hưởng khâu trễ 1.2.5.3 Hệ ổn định vô tận Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.6 Dùng matlab để tổng hợp hệ điều khiển số 41 2.5 Tạo ứng dụng với dSPACE Simulink 88 41 2.5.1 Tạo ứng dụng với Control Desk 93 1.3.1 Một số cấu trúc điều chỉnh sử dụng 41 2.5.2 Hiển thị điều khiển, quan sát với Instrumentation 94 1.3.2 Thiết kế mô hệ thống máy tính 47 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CARD DSP DS1104 49 1.3 Điều khiển số điều khiển chuyển động 2.1 Giới thiệu chung 49 2.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 51 2.2.1 Cấu trúc tổng quan 51 2.2.2 Ghép nối với máy chủ (Host Interface) 53 2.2.3 Các thành phần chủ yếu DS1104 59 Management Tools CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN 100 ĐỘNG SỬ DỤNG CARD DS 1104 3.1 Tổng hợp hệ điều khiển chuyển động vị trí DC servo(theo phương 100 pháp tương tự) 3.1.1 Mô hình toán học hệ 100 3.1.2 Cấu trúc hệ điều khiển vị trí phương pháp tổng hợp mạch vòng 2.2.3.1 Bộ xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240 59 2.2.3.2 Hệ AD (Analog to Digital) 65 2.2.3.3 Hệ DA (Digital to Analog) 67 2.2.3.4 Hệ Vào/Ra số (Digital I/O) 70 3.2.Hệ điều khiển vị trí động DC Servo dùng điều khiển Fuzzy logic 2.2.3.5 Hệ mã hoá so lệch 73 ứng dụng Card DS1104 2.2.3.6 Thanh ghi điều khiển vào IOCTL 75 3.3 Xây dựng hệ thống điều khiển chuyển động 3.1.3 Tính toán thông số hệ điều khiển vị trí cấu trúc hệ điều 104 110 khiển vị trí 3.1.4 Mô hệ Matlab 114 115 121 76 3.3.1 Giới thiệu thiết bị hệ thống thực 121 78 3.3.2 Lập trình điều khiển hệ 123 2.3.1 Cài đặt dSPACE 79 3.3.3 Các đặc tính thực nghiệm hệ điều khiển chuyển động 124 2.3.2 Các khối dSPACE Simulink 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 2.3.2.1 Các điều khiển vào/ra tương tự 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 2.3.2.2 Các điều khiển vào/ra số 81 2.2.3.7 Sơ đồ chân I/O Connector DS1104 2.3 Phần mềm dSPACE 2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều khiển 81 chuyển động 2.4.1 Các điều khiển vị trí Encoder 81 2.4.2 Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.10 Bộ biến đổi A /D theo nguyên tắc servo Bảng 2.2 Mô tả ghi trạng thái Hình 1.11 : Hàm thời gian Bảng 2.3 Mô tả ghi cài đặt Hình 1.12 Tín hiệu liên tục Bảng 2.4 Các ngắt cứng DSP Hình 1.13.Tín hiệu rời rạc Bảng 2.5 Quản lý ngát cứng Hình1.14:Bộ cắt mẫu Bảng 2.6 Các địa ghi hệ AD Hình 1.15: Mối quan hệ trình gián đoạn liên tục Bảng 2.7 Các địa ghi hệ DA Hình 1.16 Bảng 2.8 Mô tả ghi chế độ DA Hình 1.17 Bảng 2.9 Thanh ghi cổng vào/ra Hình 1.18 Bảng 2.10 Tên chân DS1104 P1A Hình 1.19 Bảng 2.11 Tên chân DS1104 P1B Hình 1.20 Bảng 2.12 Bảng mô tả chân DS1104 Hình 1.21 Bảng 2.13.Các điều khiển vị trí encoder DS1104 Hình 1.22 Bảng 2.14 Tên chân kênh phhát xung Hình 1.23 Bảng 2.15 Tên xung PWM pha Hình 1.24 Bảng 2.16.Tên kênh phát xung PWM pha Hình 1.25 Bảng 2.17 Tên xung PWM pha vector Hình 1.26 Cấu trúc điều chỉnh tốc độ quay Bảng 2.18.Tên kênh phát xung PWM 3vector Hình 1.27 Cấu trúc tối giản phục vụ thiết kế xấp xỉ Bảng 3.1 Các thông số cho trước Hình 1.28 Cấu trúc điều chỉnh góc Bảng 3.2 Luật điều khiển Hình 1.29 Cấu trúc điều chỉnh góc tối giản Hình 1.1 Cấu trúc hệ điều khiển số Hình 1.30 Cấu trúc điều chỉnh bù sai số giá trị đặt Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi số - tương tự hệ điều khiển số Hình1.31 Cấu trúc điều chỉnh bù nhiễu Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý DAC Hình1.32 Cấu trúc điều chỉnh bù ngược Hình 1.4 Tín hiệu DAC Hình 1.33 Cấu trúc điều chỉnh bù xuôi phương pháp mô hình Hình 1.5 Bộ biến đổi DAC với mạng điện trở Hình1.34 Các giai đoạn trình chuyển động Hình 1.6 Bộ biến đổi DAC dùng mạng điện trở R 2R Hình 1.35 Cấu trúc điều khiển tổng quát nhánh truyền động Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi A/D Hình 1.36.Các luật thông dụng nhằm điều khiển xác chuyển động Hình 1.8 Sơ đồ chuyển đổi A/D song song Hình 1.37 Trình tự thiết kế mô hệ thống máy tính Hình 1.9 Sơ đồ chuyển đổi A/D theo phương pháp bù Hình 2.1- Card DS1104 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.2 Sơ đồ khối DS1104 Hình 2.29 Thay đổi tham số khối Transfer Fcn Hình 2.3 Vi xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240 Hình 2.30 Kết mô Hình 2.4.Bản đồ nhớ DSP Hình 2.31 Cấu trúc điều khiển Matlab Simulink Hình 2.5.Bản đồ nhớ ngoại vi DSP TMS320F240 Hình 2.32 Downloading and Building Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ AD Hình 2.33 Giao diện Control Desk Hình 2.7 Định dạng liệu ADC 16-bit Hình 2.34 Cửa sổ New Experiment Hình 2.8 Định dạng liệu ADC 12-bit Hình 2.35 Thẻ Variable Manager biến mô Hình 2.9 Mạch đầu vào ADC Hình 2.36 Cửa sổ New Layout Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ DA Hình 2.37 Chọn Slider vẽ hình chữ nhật Layout1 Hình 2.11 Định dạng liệu DAC 12-bit Hình 2.38 Thay đổi tham số Slider Hình 2.12 Định dạng liệu chế độ DA Hình 2.9 Điều khiển Slider sau gán biến cần điều khiển Hình 2.13 Mạch đầu DAC Hình 2.40 Vẽ Plotter để quan sát tín hiệu Hình 2.14 Sơ đồ cấu trúc giao diện encoder so lệch Hình 2.41.Thiết lập đặc tính cho đồ thị Hình 2.15 Mạch đầu vào encoder Hình 2.42 Thiết lập thông số quan sát Hình 2.18 Tạo nguồn 1,5V từ nguồn 5V Hình 2.43 Điều khiển thực thi DSP (a) điều khiển Animation (b) Hình 2.16 Định dạng ghi IOCTL đọc Hình 3.1.Sơ đồ cấu trúc chung hệ điều chỉnh vị trí Hình 2.17 Định dạng ghi IOCTL ghi Hình 3.2 Sơ đồ mạch thay động chiều Hình 2.18 Các khối DS1104 Master PPC Hình 3.3 Sơ đồ mạch thay mạch điện phần ứng Hình 2.19 Các khối thư viện DS1104 Hình 3.4 Mô hình tuyến tính hoá động điện Hình 2.20 Tín hiệu encoder giới hạn đếm Hình 3.5 Mô hình tuyến tính hoá động điện Hình 2.21 Tín hiệu PWM Card DS1104 Hình 3.6 Mô hình tuyến tính hoá mô động chiều kích từ độc lập Hình 2.22 Tín hiệu PWM chế độ đối xứng Hình 2.23 Tín hiệu PWM chế độ không đối xứng Hình 3.7 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển Hình 3.8 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện Hình 2.24 Điều chế xung PWM Card DS1104 Hình 3.9 Hình 2.25 Điều chế vector không gian Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí Hình 2.26 Các vector SPWM1, SPWM3, SPWM5 DS1104 Hình 3.11 Hình 2.27 Lưu đồ thuật toán thực ứng dụng với Simulink Control Hình 3.12 Desk: (a)- Bước 1; (b)- Bước Hình 3.13 Hình 2.28 Ví dụ minh hoạ Hình 3.14 Cấu trúc hệ điều khiển vị trí matlab Simulink Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.15 Đặc tính mô hệ điều khiển chuyển động CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN SỐ Hình 3.16 Cấu trúc hệ điều khiển vị trí với Card DS1104 1.1 Lý thuyết hệ điều khiển số Hình 3.17 Cấu trúc điều khiển mờ vị trí với Card DS1104 1.1.1 Cấu trúc điển hình hệ điều khiển số Hình 3.18 Hệ điều khiển mờ vị trí với Card DS1104 Ngày với thành tựu bật công nghệ máy tính, có Hình 3.19 Hàm liên thuộc biến sai lệch vị trí thể thực điều khiển số máy tính để thay điều khiển Hình 3.20 Hàm liên thuộc biến thay đổi sai sốvị trí truyền thống Do điều khiển số liên quan tới thuật toán điều khiển thiết bị Hình 3.21 Hàm liên thuộc tín hiệu điều khiển điều khiển số, cụ thể Card số máy tính số Chúng ta tận dụng tiến Hình 3.22 Surface luật điều khiển mờ điều khiển logic linh hoạt mềm dẻo điều khiển số thay việc Hình 3.23 Vi phân sai lệch vị trí thực điều khiển tương tự truyền thống Mặt khác cần Hình 3.24 Sai lệch vị trí giao diện kết nối đối tượng điều khiển máy tính Cụ thể như: Hình 3.25 Cấu trúc hệ điều khiển vị trí với điều khiển mờ - phép đo thực thời điểm rời rạc Hình 3.26 Mô luật điều khiển mờ - liệu phải rời rạc hoá phép xử lý liệu số Hình 3.27.Cấu trúc hệ thống thực nghiệm Mặt khác điều khiển số xử lý liệu rời rạc theo không gian Hình 3.28.Card DS1104 hệ thực nghiệm thời gian Cách rời rạc hoá thường thực cách lấy mẫu sau Hình 3.29 Driver DC servo motor lượng tử hoá Với hai đặc điểm khiến hệ thống điều khiển số khác hẳn với Hình 3.30.DC servo motor hệ thống thống điều khiển tuyến tính thông thường hệ thống điều khiển thời gian Hình 3.31 Chọn thời gian lấy mẫu cho hệ bất biến Hình 3.32 Chọn thời gian lấy mẫu cho hệ Đối tượng Hình 3.33 Màn hình ControlDesk với hệ thực nghiệm Chương trình điều khiển Hình 3.34.Chương trình điều khiển hệ thống thưc nghiệm Hình 3.35 Chương trình điều khiển hệ thống thưc nghiệm dùng điều khiển mờ Bảng 2.1 Dung lượng nhớ DS1104 Máy tính số Hình 1.1: Cấu trúc hệ điều khiển số a Bộ chuyển đổi số-tƣơng tự (D/A converter) Bộ chuyển đổi số-tương tự biển đổi chuỗi đại lượng u(kT) thành tín hiệu liên tục u(t) để điều khiển hệ thống Bộ chuyển đổi D/A mô lưu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn10 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 http://www.lrc-tnu.edu.vn giữ, nhận thời điểm kT xung có biên độ tỷ lệ với trị số u(kT) có độ rộng bé so Tín hiệu đưa qua lọc thông thấp Đầu lọc tín hiệu tương tự với T (tín hiệu lấy mẫu) trì số suốt chu kì T Như đáp ứng UA biến thiên liên tục theo thời gian, tín hiệu nội suy Um Vậy lọc thông với chuỗi xung chuỗi bậc thang có độ dài T Quá trình biến đổi thấp đóng vai trò nội suy tức thời trễ Các đặc tính quan trọng DAC Bộ lưu giữ bậc không tương ứng với cấu định hình với xung chữ nhật, hệ - Độ phân giải: liên quan đến số bit DAC Nếu số bit m số trạng thái số lấp đầy =1 Những lưu giữ bậc cao tạo nên dạng sóng phức tạp tín hiệu số nhị phân đưa vào tín hiệu có mức khác nhau, độ xác cao n n n độ phân giải 1/ Độ phân giải bé tín hiệu đầu có dạng liên tục gần với thực tế - Độ tuyến tính: Trong DAC lý tưởng tăng tín hiệu số đầu vào tỷ lệ với tăng tín hiệu số đầu Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi số tương tự hệ điều khiển số - Độ xác DAC cho biết khác biệt trị số thực tế U A trị số lý thuyết cho giá trị tín hiệu số đầu vào Sự sai khác nhỏ độ xác cao Nguyên tắc làm việc DAC Chuyển đổi số tương tự trình tìm lại tín hiệu từ n số hạng (n bits) biết - Thời gian thiết lập: Khi tín hiệu số đầu vào DAC thay đổi, tín hiệu tín hiệu số Bộ chuyển đổi số tương tự (DAC) tiếp nhận mã số n bits song đầu thay đổi mà phải sau khoảng thời gian gọi song đầu vào biến đổi thành tín hiệu liên tục đầu thời gian thiết lập Thời gian thiết lập phản ánh tính tác động nhanh DAC Một số mạch DAC điển hình Biến đổi DAC với mạng điện trở trọng lƣợng Mạch gồm nguồn điện áp chuẩn Uch, Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý DAC chuyển mạch điện trở có giá trị R, R/2, R/4 mạch khuếch đại thuật toán Khi khoá điện nối với nguồn Hình 1.4- Tín hiệu DAC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 điện chuẩn http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.5 Bộ biến đổi DAC với mạng điện trở Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 http://www.lrc-tnu.edu.vn Xét chuyển mạch tương ứng với bit thứ i, nút tương ứng mạch nút 2i Khi cung cấp cho khuếch đại thuật toán dòng điện cường độ là: chuyển đổi đóng vào Uch điện tương đương nút 2i Uch/ nguồn Ii = Uch R.2i tương đương có nội trở R (theo định lý Thevenin) Như nút 2i+1 ta có (i=0…n-1) nguồn tương đương trị số Uch/ nội trở R Cường độ dòng điện độc lập với khóa lại, thấy biên Từ kết ta suy di chuyển phía mạch khuếch đại độ điện áp Ura phụ thuộc vào chỗ khoá nối với Uch tức phụ thuộc vào giá thuật toán điện nút nửa trị số nút kế cận bên trái Như trị bit tương ứng tín hiệu số đưa vào mạch chuyển đổi từ nút thứ 2i đến nút 2n-2 có k nút (kể nút thứ 2n-2) điện nút 2n-2 Mạch có ưu điểm đơn giản, nhược điểm độ xác tính ổn định chuyển mạch 2i gây Uch/ 2k dòng điện t-ơng ứng Uch/(2k.2R) Tại nút 2n-1 kết phụ thuộc nhiều vào trị số điện trở khả biến thiên đặc tính khuếch đại thuật toán mà điện coi 0V theo môi trường điện trở Chế tạo điện trở theo tỉ lệ Tóm lại, cách tổng quát ta có công thức để tính điện áp DAC n bit xác thường khó khăn tốn Ngoài Ura phụ thuộc vào (từ B0 ữ Bn-1) với mạng điện trở R - 2R độ xác tính ổn định nguồn điện áp chuẩn Ura =-Uch Bộ biển đổi D /A dùng mạng điện trở R 2R Rf  2n-1Bn-i +2n-2Bn-2 + +20B0  2n R Trong B0 ữ Bn-1 có giá trị Các DAC theo phương pháp phải dùng số điện trở lớn, ví dụ DAC n bit phải dùng (n-1) điện trở, theo phương pháp điện trở trọng lượng phải dùng n điện trở Nhưng bù lại không rắc rối cần dùng có loại điện trở mà Nên độ xác tính ổn định tín hiệu đảm bảo b Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số (A/D Converter) Quá trình chuyển đổi tương tự - số tức thời, cần có thời gian trễ để Hình 1.6 Bộ biến đổi DAC dùng mạng điện trở R 2R biến đổi tín hiệu tương tự đại lượng vật lý (điện áp) đầu vào thành tín hiệu số đầu DAC với thang điện trở R - 2R khắc phục số nhược điểm DAC mạng điện trở trọng lượng Mạch gồm hai loại điện trở R 2R với nhiều chuyển mạch (mỗi chuyển mạch cho bitm) nguồn điện áp chuẩn Uch Đại lượng cần tìm Ith vào mạch khuếch đại có số chuyển mạch nối với Uch Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi A/D Lúc ta có: Ura=-Ith.Rf Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 http://www.lrc-tnu.edu.vn Bộ chuyển đổi A/D có ba chức năng: lấy mẫu (lượng tử hoá theo thời gian), lượng bits để đánh giá độ xác ADC giải biến đổi điện áp vào không tử hoá theo mức mã hoá (hệ nhị phân) đổi Nguyên lý làm việc ADC minh hoạ sơ đồ khối Liên quan đến độ xác ADC có tham số khác như: méo phi Tín hiệu tương tự UA đưa đến mạch lấy mẫu, mạch có hai nhiệm vụ: tuyến, sai số khuếch đại, sai số lệch không, sai số lượng tử hoá • Lấy mẫu tín hiệu tương tự thời điểm khác cách - Tốc độ chuyển đổi cho biết số kết chuyển đổi giây, gọi tần Thực chất trình rời rạc hoá tín hiệu mặt thời gian số chuyển đổi fc Cũng dùng tham số thời gian chuyển đổi Tc để đặc trưng • Giữ cho biên độ tín hiệu thời điểm lấy mẫu không thay đổi trình cho tốc độ chuyển đổi Với ADC thường fc < 1/Tc lần chuyển đổi chuyển đổi (quá trình lượng tử hoá mã hoáq) Quá trình lượng tử hoá phải có thời gian cần thiết để ADC phục hồi lại trạng thái ban đầu Một ADC thực chất trình làm tròn số Lượng tử hoá thực theo nguyên tắc so có tốc độ chuyển đổi cao độ xác giảm ngược lại sánh tín hiệu cần chuyển với tín hiệu chuẩn Mạch lượng tử hoá làm nhiệm vụ Các phƣơng pháp chuyển đổi tƣơng tự - số : Có nhiều cách phân loại ADC, rời rạc tín hiệu tương tự mặt biên độ Trong mạch mã hoá, kết lượng tử hoá hay dùng phân loại theo trình chuyển đổi mặt thời gian xếp lai theo quy luật định phụ thuộc loại mã yêu cầu đầu Trong đồ án giới thiệu số phương pháp điển hình chuyển đổi Chuyển đổi A /D theo phƣơng pháp song song Nhiều loại ADC, trình lượng tử hoá mã hoá xảy đồng thời, lúc không Nguyªn t¾c ho¹t ®éng :Tín hiệu tương tự UA đồng thời đưa đến so thể tách rời hai trình, phép lượng tử hoá mã hoá gọi chung phép biến sánh từ S1 đến Sm Điện áp chuẩn U ch đưa đến đầu vào thứ so đổi AD sánh qua thang điện trở R Do điện áp chuẩn đặt vào so sánh lân cận khác lượng không đổi giảm dần từ S1 đến Sm Đầu so Các tham số ADC sánh có điện áp lớn điện áp chuẩn lấy thang điện trở có mức logic "1", Các tham số biến đổi ADC gồm dải biến đổi điện áp tương tự đầu vào, độ xác chuyển đổi, tốc độ chuyển đổi đầu lại có mức logic "0" Các đầu mạch so sánh nối với mạch AND, đầu mạch AND nối với mạch tạo xung nhịp Chỉ có xung nhịp - Dải biến đổi điện áp tín hiệu tương tự đầu vào khoảng điện áp mà số từ đến số dương số âm đó, điện áp hai cực tính: -UAUA đưa đến đầu vào AND xung đầu so sánh đưa vào mạch nhớ Flip_Flop (FF) Như sau khoảng thời gian chu kỳ xung nhịp lại có tín hiệu biến đổi đưa đến đầu Xung nhịp đảm bảo trình so - Độ xác ADC: Tham số đặc trưng cho độ xác ADC sánh kết thúc đưa xung nhịp vào nhớ Bộ mã hoá biến đổi tín hiệu độ phân giải Tín hiệu đầu ADC giá trị xếp theo dạng mã đếm thành mã nhị phân quy luật loại mã Số số hạng mã số đầu (số bits từ Mạch biến đổi song song có tốc độ chuyển đổi nhanh nên gọi ADC nhanh mã nhị phâns) tương ứng với giải biến đổi điện áp vào cho biết mức xác kết cấu mạch phức tạp ví dụ ADC n bits cần phải dùng 2n-1 so phép chuyển đổi Ví dụ ADC có số bits đầu n = phân biệt sánh Vì phương pháp chủ yếu dùng ADC có tốc độ chuyển đổi 28 mức dải biến đổi điện áp vào Như thực tế dùng số cao số bit nhỏ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 http://www.lrc-tnu.edu.vn Khi  = const: Dùng khâu khuếch đại K  thay cho khối nhân phi tuyến:  U - Cu (Cu.I - Mc) = R.I.(1 + p.Tư ) Jp Mc(p) B I(p) U(p) 1/ R  pT-  U+ (-) (p) Jp Ko (-)  Ko Ko Uk (p) I.(p.JR  p JR.T-  Cu p.U.I  Cu.Mc = Cu Cu Vậy ta có: (-) KIo  Cu  Cu.Mc = R.I 1+p.T- +  Jp pJR   JR Mc pU  Cu Cu R I= JR JR 1 p  T- p Cu Cu Gọi Tc = JR2 số thời gian điện cơ, ta có mô hình dòng điện động Cu 1/ R  pTk Kk chiều hình 3.6 b Mô hình toán học chỉnh lƣu có điều khiển Hình 3.4 Mô hình tuyến tính hoá động điện chiều Đặt: Cu = K = const ta có mô hình tuyến tính hình 3.5 U(p) Tc p / R  Tc p  T- Tc p I(p) Từ mô hình hình 3.5 ta tính được: U - Cu  = R.I(1 + p Tư) / Cu  Tc p  T- Tc p Cu.I  Mc = Jp Cu Mc(p) Hình 3.6 Mô hình tuyến tính hoá mô động (-) U(p) chiều kích từ độc lập 1/ R  pT- I(p) Cu Jp (p) Sơ đồ khối chỉnh lưu có điều khiển hình 3.7: ik (-) U®k Cu Mc(p) M¹ch ®iÒu khiÓn  PA Uk §C Hình 3.7 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển Hình 3.5 Mô hình tuyến tính hoá động điện chiều Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 102 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 103 http://www.lrc-tnu.edu.vn Mạch điều khiển biến đổi điện áp chiều U đk thành xung điện áp thích hợp đưa vào mở Tranzitor cấp nguồn cho động a Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trên hình 3.8 sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện Khi đầu vào biến thiên lượng Uđk đầu biến thiên lượng   T  o Uđ Tín hiệu bị trễ so với tín hiệu vào t =  Trong đó: Tư = Uđ (t) = Kcl Uđk I [t - Tv] L : số thời gian điện từ mạch phần ứng R R = Rb + Rk + Rưd + Rs Trong đó: L = Lb + Lk + Lưd  : tốc độ góc điện áp lưới Ki = Rs : điện trở sensor Tv: thời gian trễ van Ti = R C : số thời gian sensor dòng điện Hàm truyền chỉnh lưu có điều khiển bỏ qua phần phi tuyến: Wcl(p) = U d (p) = Kcl.e-p.tv = U dk ( p) UI® K cl (1  pTdk ).(1  pTv ) UI(p) RI Soi I(p) (-) 3.1.2 Cấu trúc hệ điều khiển vị trí phƣơng pháp tổng hợp mạch vòng Hình 3.8 sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí sử dụng động điện Hình 3.9 Viết gọn lại ta có sơ đồ hình 3.9: chiều Trong hệ điều chỉnh vị trí có ba mạch vòng: Mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ mạch vòng vị trí Hệ thống truyền động bắt buộc phải đảo chiều Quan hệ   :  = o + t  mạch vòng điều chỉnh dòng điện: dt U®k(p) Ui(p) Ui® Ri (-) Từ só đồ hình 3.8 hình 3.9 ta có hàm truyền đối tượng điều khiển Cu (-) E(p) (-) U® K cl (1  Tdk p)(1  Tv p) 1/ R  pT- Soi(p) = Cu  Mc Jp K K cl i U i ( p) R = U dk ( p) (1  p(Tdk )(1  pTv )(1  pTi )(1  pT- ) Trong đó: Tđk  100 s, Tv  2,5ms, Ti  2ms, Tư  100ms Thay Tsi = Ti + Tv + Tđk [...]... ng li ca DSP, Slave -DSP, TBC, cỏc yờu cu ngt t mỏy DSP, b iu khin kim tra bus (TBC - Test Bus Controller) v mt phn ca ch ti DSP v ch t ng tng/ gim ca thanh ghi a ch thanh ghi ci t UPDOWN AUTOEN IRQEOI IRQDSP TBCRST RSTDSP RSTDAC RESET14 UPDOWN AUTOEN DSPRDY14 TBCRDY TBCRST RSTDSP TBCINT RESET14 STP: STS: Bit Bit Chc nng Tờn 0 RESET14 1 TBCINT 2 RSTDSP 3 TBCRST 4 TBCRDY Trng thỏi reset Slave -DSP Ghi... TMS320C5x C IRQAT trong thanh ghi IOCTL biu din trng thỏi ca ng ngt mỏy ch, + Tớch hp trong v Plastic 132 chõn cho phộp DSP nhn ra khi mỏy ch kt thỳc phc v ngt + Thi gian thc hin lnh 50ns yờu cu mt ngt mỏy ch ti DSP, mỏy ch phi t bit IRQDSP trong - Thớch hp vi nhit trong cụng nghip v cỏc phng tin chuyn ng thanh ghi ci t STP iu ny s t c IRQDSP trong thanh ghi IOCTL v to ra - B nh mt ngt INT3 ti DSP Nu INT3... trng thỏi ca DSP, mt li gi ngt ti a ch 000004H c thc hin Sau khi ngt mỏy ch ti DSP c phc v, DSP phi thụng bỏo cho mỏy ch bit Bng 2.3 Mụ t thanh ghi ci t phc v ngt ó hon tt iu ny c thc hin bng cỏch ghi vo bit DSPEOI3 e Thanh ghi d liu TBC: a ch Offset: 08H trong thanh ghi IOCTL, c DSPINT3 v ng ngt INT3 s b reset Sau ú c Thanh ghi d liu TBC (TBCDR) l mt thanh ghi ghi/c 16-bit dựng truy ngt trong thanh... ng li (restart) Slave -DSP RESET14 phi gi mc logic DSP b thit lp li, RESET14=0 biu th Slave -DSP ang chy C sn sng truyn thụng Slave -DSP DSPRDY14=1, Slave -DSP 6 AUTOEN Chc nng Tờn Reset TBC Ghi 1 s reset TBC Ghi 0 s khi ng li TBC Khi khi ng TBCRST =1 Yờu cu ngt ca mỏy ch ti DSP Ghi 1 s yờu cu mt ngt DSP trờn ng DSPINT3 Ghi 0 s khụng tỏc ng gỡ Kt thỳc ca ngt mỏy ch Cho phộp ch t ng tng/gim thanh ghi a... s (DSP) , cỏc mỏy tớnh thc, ta bt u sn xut b iu chnh thc Bc th nghim cui cựng, ta ni b s iu chnh thc vi mụ hỡnh ca i tng (c mụ phng bng thi gian thc) Trong cụng nghip cỏc h iu khin chuyn ng s ng dng cỏc mỏy tớnh, m bo chc chn rng b iu chnh khụng cũn li cú th dn n phỏ hng i cỏc Card iu khin chuyờn dng cú tớch hp h vi x lý tớn hiu s (DSP) tng thc, k thut ny c gi l mụ phng cú phn cng trong mch vũng Trong. .. Slave -DSP Ghi 1 reset Slave -DSP Ghi 0 s Trng thỏi tỏi lp (reset) Slave -DSP RESET14=1 biu th Slave- 0 RESET14 cao ớt nht 2ms Khi khi ng Slave -DSP b reset Trng thỏi ngt TBC TBCINT=1, mt ngt TBC ti mỏy ch hot Reset DAC Ghi 1 s t DAC trong ch reset in ỏp ra c ng TBCINT=0, mỏy ch ó hon tt dch v ngt t xung 0 v thanh ghi ch DA c t ch khuch i Trng thỏi tỏi lp TMS320C31 RSTDSP=1, DSP ó c reset ng nht mt cc... DSP ti mỏy ch bao gm hai bit iu khin (ATREQ v - Hiu sut cao vi ng dng cụng ngh CMOS IRQAT) trong thanh ghi IOCTL v bit IRQEOI trong thanh ghi STP +Tng thớch vi h TMS320C2xx yờu cu mt ngt DSP ti mỏy ch thỡ DSP phi t bit ATREQ iu ny - Lừi l h CPU T320C2xLP to ra mt yờu cu ngt trờn ng ngt mỏy ch c chn bi chõn chn ngt + Mó ngun tng thớch vi TMS320C25 Sau khi hon thnh dch v ngt, mỏy ch s t bit IRQEOI trong. .. v cho phộp DSP bt u thc thi chng trỡnh Khi khi ng, TMS320C31 b reset mt lnh v Slave -DSP cha kt thỳc vic thi hnh lnh S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn RSTDAC=1 Lu ý rng thanh ghi ch DA phi c t ch khuch i ng reset TBC TBCRST=1, TBC ó c reset TBCRST=0, 5 DSPRDY14 ó kt thỳc vic thi hnh lnh DSPRDY14=0, TMS320C31 ó ghi 7 UPDOWN khi ng li (restart) Slave -DSP RESET14 phi gi mc logic DSP b thit... hp theo hai hc ch yu: trong min tn s v ly mu nh mt cụng c thc hin phộp nhõn tớn hiu trong khụng gian trng thỏi Tng hp trong min tn s ch yu da vo mụ t 0 T 2T 3T .(t-nT) nT x(t) vi hm ly mu (t) Vic ny tng ng nh t ng hc ca h tng bng cỏc bin i Laplace v Fourier (cũn gi l phng phỏp vic iu ch tớn hiu, trong ú súng mang l hm (t) tng hp dựng k thut bin i) Hng th hai l tng hp h iu khin s trong v ta cú x(nT) =x(t).(t)... TMS320F240 ca hóng Hỡnh 2.1- Card DS1104 DS1104 l Card iu khin s do hóng dSPACE ca c sn xut da trờn b Texas Instruments ON-CHIP MEMORY (WORDS) x lý tớn hiu s DSP (Digital Signal Processor) du phy ng (floating-point) th RAM h th ba, h TMS320Cxx ca hóng Texas Instruments (M) DS1104 c thit k c bit phỏt trin cỏc b iu khin s a bin tc cao v mụ phng thi gian thc Nú thng c dựng trong cỏc lnh vc sau: FLASH