NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM LABVIEW ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC BẰNG THUẬT TOÁN PID1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP2.TÌM HIỂU PHẦN MỀM LABVIEWVÀ CARD GIAO TIẾP ARDUINO UNO3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC TRÊN LABVIEW4. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: - NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM LABVIEW - ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC BẰNG THUẬT TOÁN PID Người thực : Đinh Trần Quốc Bảo Lớp : 09DTD Người hướng dẫn:TS.TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC Đà Nẵng – 2014 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Đà Nẵng, Ngày 28 tháng 05 năm 2014 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ .8 1.2.1 Mục tiêu 1.2.2 Nhiệm vụ TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.3 Đặc tính động điện 1.3.1 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập(ĐMđl ) 1.3.2 Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính 12 a)Ảnh hưởng điện trở mạch phần ứng: 12 b)Ảnh hưởng điện áp phần ứng: 14 c)Ảnh hưởng từ thông .15 1.4 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách điều chỉnh điện áp phần ứng động 16 TÌM HIỂU PHẦN MỀM LABVIEW .18 VÀ CARD GIAO TIẾP ARDUINO UNO 18 1.5 Khái quát chung phần mền Labview 18 1.5.1 Giới Thiệu: 18 1.5.2 Thiết bị ảo (VI – Virtual Instrument) 19 1.5.3 Front Panel 19 1.5.4 Block Diagram .20 1.6 Kỹ thuật lập trình Labview .20 1.6.1 Khởi động chương trình .20 1.6.2 Các công cụ hỗ trợ lập trình 20 a)Tool Panel 21 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b)Bảng điều khiển (Controls Palette): 21 1.6.3 Giới thiệu khối PID Labview .24 1.6.4 Các hàm đọc ghi liệu Labview 25 1.7 Giao diện điều khiển máy tính .26 1.7.1 Front Panel Block Diagram chương trình 26 1.7.2 Các khối lập trình thông dụng .26 1.8 Giới thiệu card giao tiếp máy tính Arduino Uno 30 1.8.1 Các ứng dụng bật bo mạch Arduino .31 1.8.2 Khả board mạch Arduino .31 a)Sức mạnh xử lý .32 b)Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào: 32 c)Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra: 32 e)Môi trường lập trình board mạch Arduino 34 f)Các loại board mạch Arduino 35 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC TRÊN LABVIEW 36 1.9 Mô hình hóa hệ động 36 1.9.1 Mô hình hóa động 36 1.9.2 Bộ cảm biến vận tốc (Speed Sensor) 43 1.9.3 Bộ điều khiển (Controller) 43 1.9.4 Khuếch đại tín hiệu 43 1.10 Lập trình mô độnng DC sử dụng phần mền LabVIEW .43 1.10.1 Mô hệ thống vòng hở động DC 44 1.10.2 Mô hệ thống có phản hồi động DC .48 1.10.3 Mô hệ thống phản hồi có điều khiển PID động DC 49 1.11 Nhận xét kết mô so với lý thuyết 53 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ .51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.12 Phương án thiết kế 51 1.12.1 Yêu cầu thiết kế 51 1.12.2 Thiết kế .51 1.12.3 Phương pháp điều khiển 51 1.13 Sơ đồ mạch phần cứng 52 1.13.1 Sơ đồ mạch nguồn 52 a)Sơ đồ nguyên lý .52 b)Tính toán thiết kế mạch nguồn .53 1.13.2 Mạch khối động lực 53 a)Sơ đồ nguyên lý .53 b)Tính toán thiết kế mạch động lực 53 1.14 Code điều khiển dựa vào giải thuật 54 1.14.1 Tạo nút nhấn 54 1.14.2 Tính vận tốc ngõ vào 55 1.14.3 Qua khâu hiệu chỉnh PID 56 1.14.4 Khối truyền nhận liệu 66 a)Khối khởi tạo: .66 b)Khối cài đặt vào ra: 67 c)Khối đọc encoder: 67 d)Khối ghi giá trị xuống chân PWM 68 e)Khối kết thúc: 68 f)Code nạp cho card giao tiếp Aduino Uno 69 1.15 Giao diện điều khiển máy tính 71 1.16 Đánh giá kết thực nghiệm so với kết mô .74 1.17 Kết luận chung 74 1.17.1 Kết đạt 74 1.17.2 Hạn chế đề tài 74 1.17.3 Hướng phát triển đề tài 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO .73 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cách mạng khoa học kỹ thuật đà phát triển mạnh đạt nhiều thành tựu bật Một đặc trưng kỹ thuật máy tính, công nghệ thông tin tự động hoá Điều mang lại lợi ích to lớn nhiều mặt như: đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao suất hiệu sản xuất LabVIEW chương trình lập trình đồ họa có nhiều ứng dụng đo lường điều khiển đào tạo công nghiệp Dòng sản phẩm LabVIEW NI bao gồm phần mềm phát triển LabVIEW công cụ phần mềm kèm theo mở rộng chức lập trình đồ họa LabVIEW cho ứng dụng riêng biệt Từ nhận nhiệm vụ giao, dựa kiến thức học, sau trình tìm hiểu nghiên cứu, sử dụng phần mền Labview để mô toán điều khiển tốc độ động chiều thuật toán PID sau áp dụng vô toán thực tiễn Nội dung thuyết minh gồm có chương sau: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập Chương 3: Tìm hiểu phần mền LABVIEW card giao tiếp Arduino Uno Chương 4: Mô hệ thống điều khiển tốc độ động DC Labview Chương 5: Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động Trong trình làm việc, nhóm làm việc cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu trình bày vấn đề cách đầy đủ khoa học Tuy nhiên, thuyết minh tránh khỏi thiếu sót nội dung hình thức trình bày nên mong nhận góp ý chân thành từ hội đồng bảo vệ để hoàn thiện thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang Lời nói đầu Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Tự động hóa với giúp đỡ thầy cô giáo khoa Điện tạo điều kiện giúp đỡ đặc biệt hướng dẫn bảo tận tình thầy TS Trần Đình Khôi Quốc - giáo viên hướng dẫn - để hoàn thành tốt đồ án Đà Nẵng, ngày 28 tháng năm 2014 Sinh viên Đinh Trần Quốc Bảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động Đáp ứng hệ thống trước dùng phương pháp Autotuning từ Labview Hình 12 Đáp ứng hệ thống trước dùng phương pháp Autotuning từ Labview ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 64 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động Đáp ứng hệ thống sau dùng phương pháp Autotuning từ Labview Hình 13 Đáp ứng hệ thống trước sau dùng phương pháp Autotuning từ Labview ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 65 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động 1.14.4 Khối truyền nhận liệu Hình 14 Khối truyền nhận liệu Labview Dùng card giao tiếp Arduino Uno R3 bao gồm khối: a)Khối khởi tạo: Hình 15 Khối khởi tạo Init ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 66 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động b)Khối cài đặt vào ra: Hình 16 Khối cài đặt vào c)Khối đọc encoder: Hình 17 Khối đọc liệu từ encoder ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 67 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động d)Khối ghi giá trị xuống chân PWM Hình 18 Khối ghi giá trị xuống chân PWM e)Khối kết thúc: Hình 19 Khối kết thúc Close ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 68 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động f)Code nạp cho card giao tiếp Aduino Uno Dưới file LIFA_base bao gồm file thư viện file chương trình tải xuống nạp cho Card giao tiếp để đọc xung từ encoder động đưa phần mềm Labview ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 69 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động Hình 20 Chương trình nạp cho card giao tiếp Aduino Uno ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 70 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động 1.15 Giao diện điều khiển máy tính Hình 21 Giao diện Labview (Front Panel) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 71 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động Hình 22 Code Labview (Block Diagram) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 72 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động Hình 23 Dữ liệu trình hoạt động động lưu máy tinh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 73 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động 1.16 Đánh giá kết thực nghiệm so với kết mô Kết thực nghiệm tương đối giống với kết mô Tuy nhiên chạy với mô hình, thông số sai lệch trình thiết kế khí nên làm cho hệ thống sai lệch chút 1.17 Kết luận chung 1.17.1 Kết đạt Sau tháng thực đề tài từ việc nghiên cứu phần mềm Labview, lý thuyết thí nghiệm nhóm mô phỏng, thiết kế, lắp ráp thành công hệ thống điều khiển tương đối hoàn chỉnh theo yêu cầu giao Đề tài đạt số kết định sau: - Mô xây dựng thành công hệ thống sử dụng phần mềm Labview card giao tiếp Aduino Uno điều khiển tốc độ động dùng phương pháp PWM - Hệ thống thiết kế đơn giản, hoạt động ổn định, điều khiển linh hoạt - Thực giám sát điều khiển hoạt động động qua phần mền Labview máy tính - Lưu liệu trình làm việc động dạng tập tin khác nhau, từ xem lại phân tích trình hoạt động động 1.17.2 Hạn chế đề tài Do thời gian nghiên cứu thiết kế có hạn nên chưa khai thác hết mạnh phần mềm Labview, mô hình số hạn chế như: động công suất nhỏ, thời gian đáp ứng trễ 1.17.3 Hướng phát triển đề tài Labview ngôn ngữ lập trình đồ họa bậc cao sử dụng sơ đồ khối có nhiều thiết bị đo lường ảo cho phép người dùng thiết kế giao diện thân thiện ("bắt mắt") Bằng Labview mô hệ động (open-loop systems), thiết kế mô hệ điều khiển vòng kín, thử nghiệm lựa chọn tham số điều khiển ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 74 Chương Thiết kế phần cứng chương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển tốc độ động để có đáp ứng hệ thống đạt yêu cầu Có thêm bảng giao diện LabVIEW cho phép lập trình giao tiếp liệu nhanh việc sử dụng DAQmx hàm có sẵn Từ ta đưa vào phòng thí nghiệm để nghiên cứu lý thuyết thực tiễn Với ưu điểm điều khiển tốc độ dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên mô hình thiết kế phát triển thành máy đo, điều khiển giám sát loại động điện chiều có công suất lớn sử dụng phổ biến như: động truyền động cho máy nghiền, máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển robot… Đồng thời, xây dựng hướng xử lý khác cho loại tốc độ khác phục vụ cho động truyền động cho dây chuyền sản xuất nhà máy, xí nghiệp, công nghiệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 75 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bính (2000) Điện tử công suất Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [2] Lê Văn Doanh (1998) Kỹ thuật điện tử Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [3] Bùi Đình Tiếu (2004) Truyền động điện Nhà Xuất Bản Giáo Dục [4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2002) Điều chỉnh tự động truyền động điện Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [5] Phạm Công Ngô (2006) Lý thuyết điều khiển tự động Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [6] Trang web Labview Tutorial Finn Haugen http://techteach.no/labview/index.htm [7] http://www.datasheetcatalog.com [8] http://vi.wikipedia.org/wiki/Bộ điều khiển PID [9] http://www.dientuvietnam.net [10] http://arduino.cc [11] https://decibel.ni.com/content/groups/labview-interface-for-arduino [12] http://vietnam.ni.com [13] http://dieukhien.net [14] ni.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 73 Tài liệu tham khảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 74 Phụ lục PHỤ LỤC: Chương trình giao tiếp card Aduino với phần mền Labview Chương trình tham khảo từ tài liệu [11] , bao gồm file sau: + Các File thư viện khai báo: • AccelStepper.h • AFMotor.h • direct_pin_read.h • Encoder.h • interrupt_config.h • interrupt_pins.h • IRremote.h • IRremoteInt.h • LabVIEWInterface.h + Các File chương trình: • LabVIEWInterface.ino • LIFA_Base.ino ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 74 [...]... 1.6.3 Giới thiệu khối PID trong Labview Khi cài đặt Module PID Control Toolkit thì trên Labview xuất hiện kênh PID Palette PID Palette có một số chức năng cho các ứng dụng điều khiển PID Hình dưới đây cho thấy các chức năng của PID Palette Hinh 3 6 Bảng PID Một số hàm chủ yếu trong PID Palette: + Hàm PID + Hàm PID Advanced + Hàm PID Advanced Autotuning + Hàm PID Autotuning ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 24... điều khiển động cơ điện một sử dụng thuật toán điều khiển PID và phần mềm LabVIEW Sơ đồ khối thể hiện quá trình điều khiển đó như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5 Chương 1 Mở đầu H ình 1 2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tốc độ động cơ - Khối Computer Program là khối chương trình từ máy tính có nhiệm vụ cài đặt (Set Point) và hiển thị thông số, tốc độ mong muốn cho động cơ, đồng thời nhận tín hiệu phản... chuyên dụng với lưu trữ hạn chế 1.7 Giao diện điều khiển bằng máy tính 1.7.1 Front Panel và Block Diagram của chương trình Xây dựng một VI dùng để điều khiển tốc độ động cơ theo PID gồm có Front Panel và Block Diagram 1.7.2 Các khối lập trình thông dụng Các khối cơ bản thường được sử dụng: • Các kí hiệu trong toán học:Functions/ Programming /Numeric Hinh 3 8 Khối Numeric sử dụng trong chương trình ĐỒ ÁN. .. đó từ bảng này người sử dụng có thể tạo ra và sử dụng lại các hàm Các hàm toán học được minh họa thông qua các biểu tượng Khi muốn lựa chọn thực hiện một hàm nào đó thì người sử dụng chọn biểu tượng thể hiện cho hàm đó và có thể kéo thả bất kỳ vị trí nào trên Block Diagram sau đó xác định những đầu vào và đầu ra cần thiết ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 23 Chương 3 Tìm hiểu phần mền Labview và card giao tiếp... các ứng dụng mà việc chọn lựa loại động cơ nào được sử dụng phụ thuộc vào khách hàng Thực tế, vấn đề “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU” không xa lạ với tất cả chúng ta, bởi điều khiển tốc độ động cơ một chiều đã được ứng dụng rất nhiều trong thực tế Xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền….là những ứng dụng rất phổ biến Để điều khiển tốc độ động cơ một chiều, ta ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... pha, ba pha; bộ biến đổi điện tử bán dẫn: các bộ chỉnh lưu dùng Thyristor, các bộ băm điện áp dùng Thyristor, Transistor… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 17 Chương 3 Tìm hiểu phần mền Labview và card giao tiếp Arduino uno TÌM HIỂU PHẦN MỀM LABVIEW VÀ CARD GIAO TIẾP ARDUINO UNO 1.5 Khái quát chung về phần mền Labview 1.5.1 Giới Thiệu: Hinh 3 1 Giao diện Labview khi khởi động Labview (Virtual Instrument Engineering... lập trình trên Labview cần sử dụng các bảng: Tools Palette, Controls Panelette, Functons Palette, các bản đó cung cấp các chức năng để người dùng có thể tạo và thay đổi trên Front Panel và Block Diagram ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 20 Chương 3 Tìm hiểu phần mền Labview và card giao tiếp Arduino uno a)Tool Panel Tool Panel xuất hiện trên cả Front Panel và Block Diagram Bảng này cho phép người sử dụng có thể... người sử dụng xây dựng để xây dựng nên các khối lưu đồ Bảng Function Palette được minh họa trong Hình3.5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 22 Chương 3 Tìm hiểu phần mền Labview và card giao tiếp Arduino uno Hinh 3 5 Bảng Functions Palette Với bảng Functions Palette, người lập trình thực hiện các cú pháp như: Phép lặp, phép lựa chọn thông qua các nhóm hàm, chức năng đã được cung cấp, bên cạnh đó từ bảng này người sử. .. đối tượng trong thiết bị ảo được sử dụng để mô phỏng các thiết bị thực, nhưng chúng được đưa vào bởi phần mền Các VI (thiết bị ảo) tương tự như các hàm trong các ngôn ngữ lập trình khác Hinh 3 2 Hình tổng quan các hàm Labview 1.5.3 Front Panel Một chương trình chung trong Labview gồm 3 phần chính: một là giao diện với người sử dụng (Front Panel), hai là giao diện sơ đồ khối cung cấp mã nguồn (Block... khiển thiết bị ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 18 Chương 3 Tìm hiểu phần mền Labview và card giao tiếp Arduino uno Labview khác với các ngôn ngữ thông thường ở điểm cơ bản là : Các ngôn ngữ lập trình khác thường dùng trên cơ chế dòng kệnh, trong khí đó Labview dùng ngôn ngữ lập trình Graphical để tạo ra các chương trình ở dạng sơ đồ khối 1.5.2 Thiết bị ảo (VI – Virtual Instrument) Lập trình Labview trên cở