Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

27 341 0
Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: Học viên: ĐỖ MẠNH TUẤN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Số trang Trang bìa Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Lời mở đầu Chƣơng I: Vi điều khiển ứng dụng vi điều khiển truyền động điện 1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 1.1.1 Khái niệm vi điều khiển 1.1.2 Lịch sử phát triển vi điều khiển 10 1.1.3 Tổng quan hệ thống vi điều khiển 12 1.1.4 Phần mềm vi điều khiển 1.2 Các họ vi điều khiển thông dụng 16 18 1.2.1 Vi điều khiển máy tính 18 1.2.2 Các vi điều khiển sử dụng công nghiệp 18 1.2.3 Giới thiệu họ vi điều khiển MCS-51 (AT89C52) 19 1.2.3.1 Sơ lƣợc phần cứng AT89C52 19 1.2.3.2 Cấu trúc bên AT89C52 20 1.2.3.3 Sơ đồ chân chức AT89C52 21 1.2.3.4 Tổ chức nhớ 23 1.2.3.5 Các ghi chức đặc biệt 27 1.2.3.6 Bộ nhớ 34 1.2.3.7 Lệnh Reset 38 1.2.3.8 Tập lệnh AT 89C52 39 1.3 Ứng dụng vi điều khiển truyền động điện 42 1.3.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động điện 42 1.3.2 Điều khiển số truyền động điện 43 1.3.3 Ƣu điểm điều khiển số 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng II: Phân tích chọn phƣơng án hệ truyền động với việc ứng dụng vi điều khiển 2.1 Hệ thống Thyistor- động chiều (T-Đ) 46 46 2.1.1 Hệ T-D tƣơng tự 46 2.1.2 Hệ thống T-D điều khiển số 48 2.2 Hệ truyền động chế độ rộng xung động điện chiều (PWM-D) 49 2.2.1 Bộ biến đổi PWM không đảo chiều 49 2.2.2 Bộ biến đổi PWM đảo chiều 50 2.2.3 Đặc tính mạch vòng hở HT động PWM-D 53 2.2.4 Sơ đồ khối hệ kín PWM-D tƣơng tự 55 2.2.5 Sơ đồ khối hệ kín PWM-D số 56 2.3 Hệ điều khiển véc tơ biến tần động KĐB pha 56 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động tƣơng tự cho động không đồng sử dụng biến tần 56 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động số cho động không đồng sử dụng biến tần 58 Chƣơng III: Phân tích tổng hợp hệ truyền động số PWM-D 60 3.1 Sơ đồ khối hệ truyền động số PWM-D 60 3.1.1 Mạch tạo xung điều khiển 3.1.2 Thiết kế điều khiển số 62 64 3.1.2.1 Thuật toán điều khiển tỷ lệ 64 3.1.2.2 Thuật toán điều khiển tích phân I 64 3.1.2.3 Thuật toán điều khiển vi phân D 65 3.1.2.4 Thuật toán điều khiển PID 66 3.1.3 Khối biến đổi tƣơng tự- số số -tƣơng tự 68 3.1.3.1 Khối biến đổi tƣơng tự -số (A/D) 68 3.1.3.2 Khối biến đổi số - tƣơng tự (D/A) 71 3.1.4 Cảm biến vị trí tốc độ (Encoder) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển số 75 3.2.1 Tổng hợp hệ thống 76 3.2.2 Xác định tính ổn định hệ thống 81 3.2.3 Chất lƣợng hệ truyền động 84 3.3 Tính toán khảo sát cho hệ truyền động PWM-D 87 3.3.1 Xét ổn định mạch vòng dòng điện 87 3.3.2 Xét ổn định mạch vòng tốc độ 89 3.3.3 Chất lƣợng hệ truyền động 92 3.3.2.1 Khảo sát chất lƣợng dùng chƣơng trình pascal 92 3.3.2.2 Khảo sát chất lƣợng hệ thống phần mềm Matlab Simulink 95 Kết luận án hƣớng phát triển đề tài 101 Tài liệu tham khảo 102 Phụ lục 103 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ACV : Nguồn xoay chiều DCV : Nguồn chiều A/D : Chuyển đổi tƣơng tự số D/A : Chuyển đổi số tƣơng tự DC : Động điện chiều P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ I : Bộ điều chỉnh tích phân D : Bộ điều chỉnh vi phân PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân CPU : Bộ xử lý trung tâm µC : Bộ vi điều khiển PWM : Phƣơng pháp điều chê độ rộng xung điện áp βI : Phản hồi âm dòng điện γn : Phản hồi tốc độ Ucđ : Điện áp chủ đạo Uđk : Điện áp điều khiển Urc : Điện áp cƣa USS : Điện áp so sánh USX : Điện áp sửa xung Uđb : Điện áp đồng FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo SRC : Khối tạo xung cƣa SS : Khối so sánh TXPCX : Khối tạo xung phân chia xung Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lƣợng tử) MS1 : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ MS2 : Tín hiệu phản hồi âm dòng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM) H(S) : Khâu lƣu giữ Ud : Điện áp biến đổi PWM Uc : Điện áp điều khiển điều chế độ rộng xung Kω : Hệ số khâu lấy tín hiệu tốc độ Ki , Kp : Hệ số biến đổi điều khiển số dòng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI MỞ ĐẦU Trong trình công nghiệp hoá đại hoá đất nƣớc.Tự động hoá yếu tố thiếu công nghiệp đại; nói đến tự động hoá kỹ thuật số công cụ hỗ trợ đắc lực thiếu nhiều lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ngày Đặc biệt truyền động điện, đo lƣờng điều khiển Việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào hệ thống truyền động điều khiển tốc độ động điện chiều nói chung ngày phổ biến Ví dụ dây truyền lắp ráp sản phẩm kỹ thuật cao, ngƣời máy, cấu ăn dao máy mài, máy gọt kim loại, máy doa, hệ thống nâng hạ cần trục… Do tính chất ƣu việt công nghệ số so với phƣơng pháp điều khiển tƣơng tự truyền thống nhƣ: - Mềm dẻo việc thay đổi cấu trúc tham số hệ thống tự động; - Dễ dàng tự động hoá; - Độ xác cao; - Có khả chống nhiễu tốt Đa dạng chủng loại, linh hoạt chức năng, rễ ràng thay đổi tham số, cấu trúc phần mềm hệ thống vi điều khiển đƣợc thiết kế chế tạo tin cậy đảm bảo phù hợp hệ diều khiển tự động Nói chung nƣớc ta phần lớn điều khiển số động điện chiều chất lƣợng cao thƣờng từ nƣớc Với công nghệ áp dụng vi điều khiển ta hoàn toàn chế tạo điều khiển hoàn chỉnh có chức tƣơng đƣơng Do để tận dụng khai thác tiềm vi điều khiển nên em chọn hƣớng nghiên cứu “Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh ổn định tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Do thời gian trình độ có hạn nên luận văn không tránh khỏi sai sót có nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, dẫn thầy cô giáo đồng nghiệp Em xin đƣợc bày tỏ biết ơn chân thành tới PGS.TS Võ Quang Lạp hƣớng dẫn tận tình bảo cặn kẽ để em hoàn thành luận văn Xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới tất Thầy cô Khoa sau đại học, Khoa điện bạn đồng nghiệp lớp TĐH K11 trƣờng ĐHKT công nghiệp Thái Nguyên Thái Nguyên, ngày 30 tháng 07 năm 2010 Tác giả luận văn Đỗ Mạnh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 1.1.1 Khái niệm vi điều khiển Bộ vi điều khiển viết tắt µC (Microcontroller) mạch tích hợp, chíp lập trình đƣợc, dùng để điều khiển hoạt động hệ thống Phần cứng đóng vai trò thứ yếu, phần mềm (chƣơng trình) đóng vai trò chủ đạo chức cần thực Nhờ vi điều khiển có mềm dẻo hóa chức Ngày vi điều khiển có tốc độ tính toán cao khả xử lý lớn Vi điều khiển có khối chức cần thiết để lấy liệu, xử lý liệu xuất liệu sau xử lý Và chức Vi điều khiển xử lý liệu, chẳng hạn nhƣ cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v Vi điều khiển hoạt động cần có chƣơng trình kèm theo, chƣơng trình điều khiển mạch logic từ vi điều khiển xử lý liệu cần thiết theo yêu cầu Chƣơng trình tập hợp lệnh để xử lý liệu thực lệnh đƣợc lƣu trữ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm: nhận lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh sau giải mã Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn truyền động điện nhƣ điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình đòi hỏi phải kết hợp vi điều khiển với mạch điện giao tiếp với bên đƣợc gọi thiết bị I/O (nhập/xuất) hay gọi thiết bị ngoại vi Bản thân vi điều khiển đứng nhiều hiệu sử dụng, nhƣng phần máy tính, hiệu ứng dụng Vi điều khiển lớn Vi điều khiển kết hợp với thiết bị khác đƣợc sử hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý lƣợng lớn phép tính phức tạp, có tốc độ nhanh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 1.1.2 Lịch sử phát triển vi điều khiển Bộ vi điều khiển đƣợc phát triển từ vi xử lý, nhà chế tạo tích hợp nhớ số mạch giao tiếp ngoại vi với vi xử lý vào IC đƣợc gọi Microcontroller- Vi điều khiển, mức độ tích hợp linh kiện bán dẫn chíp ngày cao Một số vi xử lý đời: Vi mạch MSI ( Medium Size Integration) có độ tích hợp trung bình cỡ 103 tranzito chíp Vi mạch LSI ( large Size Integration) có độ tích hợp cao cỡ 104 tranzito chíp Vi mạch VLSI (Very LSI) có độ tích hợp cao cỡ 105 tranzito chíp Năm 1971 vi xử lý Intel 4004 loại bít đời chứa 2250 tranzito Năm 1975 Intel chế tạo vi xứ lý bít 8080 8085 Cùng khoảng thời gian xuất vi xử lý 6800 Motorola với 5000 tranzito, vi xử lý Zilog Z80, Signetics 6520 Năm 1978 xuất loại Intel 8086 loại vi xử lý 16 bít với 29000 tranzito, Motorola 68000 tích hợp 70000 tranzito, AP 432 chứa 120000 tranzito Bộ vi xử lý 32 bít Hewlet Packard có khoảng 450000 tranzito từ năm 1974 đến 1984 số tranzito tích hợp chíp tăng khoảng 100 lần Năm 1983 Intel đƣa vi xử lý 80286 dùng máy vi tính họ AT ( Advanced Technology) Bộ vi xử lý 80286 sử dụng I/O 16 bít có24 đƣờng địa không gian nhớ địa thực 16MB Năm 1987 Intel đƣa vi xử lý 80386 32 bít Năm 1989 xuất vi xử lý Intel 80486 cải tiến Intel 80386 với nhớ ẩn mạch tính phép toán đại số dấu phẩy động Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình đòi hỏi phải kết hợp vi xử lý với mạch điện giao tiếp với bên đƣợc gọi thiết bị I/O (nhập/xuất) hay gọi thiết bị ngoại vi Bản thân vi xử lý đứng nhiều hiệu sử dụng, nhƣng phần máy tính, hiệu ứng dụng Vi xử lý lớn Vi xử lý kết hợp với thiết bị khác đƣợc sử hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý lƣợng lớn phép tính phức tạp, có tốc độ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... đƣơng Do để tận dụng khai thác tiềm vi điều khiển nên em chọn hƣớng nghiên cứu Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh ổn định tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Số hóa Trung... hệ truyền động với vi c ứng dụng vi điều khiển 2.1 Hệ thống Thyistor- động chiều (T-Đ) 46 46 2.1.1 Hệ T-D tƣơng tự 46 2.1.2 Hệ thống T-D điều khiển số 48 2.2 Hệ truyền động chế độ rộng xung động. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 1.1.1 Khái niệm vi điều khiển Bộ vi điều khiển vi t tắt µC (Microcontroller)

Ngày đăng: 12/04/2017, 07:37

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan