Thiết kế bộ driver chuyên dụng điều khiển PID cho động cơ DC servo dùng IC LM629

Thiết kế bộ driver chuyên dụng điều khiển PID cho động cơ DC servo dùng IC LM629

Thiết kế bộ driver chuyên dụng điều khiển PID cho động cơ DC servo dùng IC LM629

Lang thang trên mạng thấy có cái đề tài này hay hay Bác nào rành lập trình vi điều khiển thử nghiên cứu chế tạo xem

1.Tóm tắt dự án:

Giới thiệu tổng quan:

Động cơ Servo được ứng dụng rất rộng rải trong công nghiệp, trong các nhà máy tự động mà

cụ thể là điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu servo, robot… Các tác vụ cơ bản xoay quanh việc điều khiển các chuyển động bao gồm đo vị trí, vận tốc, gia tốc, thực thi thuật toán PID, phát hiện vọt lố và nhiễu hồi tiếp về bộ điều khiển trung tâm Dự án này dùng vi điều khiển Atmega32 kết hợp với chip điều khiển chuyển động LM629 trình bày một sự minh chứng từng bước tiến hành các công việc cần thiết cho việc điều khiển chuyển động với độ chính xác cực kỳ cao và ít tốn thời gian vào phần mềm Trong dự án này ATmega32 là vi điều khiển chủ, nó thuộc chuẩn CMOS 8 bit tiết kiệm năng lượng của hảng Atmel Vi điều khiển này có khả năng ghép nối ngoại vi rộng gồm các timer tốc độ cao, I/Os tốc độ cao, A/D, PWM, UART…LM629 là một bộ xử lý điều khiển chuyển động của hảng National được thiết kế nhằm phục vụ trong các ứng dụng đa dạng với động cơ DC chổi than và động cơ DC servo mà trong đó nó cung cấp bộ điều khiển hồi tiếp vị trí vòng kín với bộ lọc PID số 16bit, hàm sinh biên dạng vận tốc, vị trí 32bit và độ phân giải encoder tăng gấp 4 lần

Hình 1: Sơ đồ minh họa bộ điều khiển

2 Công cụ sử dụng:

Phần cứng:

- Động cơ DC servo

- Encoder 500 xung / 1 vòng

- Dùng nguồn xung 24V và 5V

- Mạch LM629

- Cầu H dùng IC chuyên dụng LMD18201

- Mạch điều khiển dùng Vi điều khiển AVR.

- Cáp cổng COM

- Mạch nạp AVR

Phần mềm:

- Dùng phần mềm CodeVisionAVR C viết code cho vi điều khiển Atmega 32

- Chương trình nạp AVR Pro + mạch nạp

- Dùng Visual C++ 2005 thiết kế bảng điều khiển trên PC để điều khiển động cơ thông qua cổng COM (chuẩn RS232)

3 Vấn đề giải quyết:

Thiết kế bộ driver chuyên dụng điều khiển PID DC motor dùng LM629 nhằm mục đích điều khiển chính xác tốc độ và vị trí, vận tốc động cơ điện một chiều trong sai số cho phép

4 Nội dung:

- Tìm hiểu về động cơ điện một chiều, thuật toán PID, và IC LM629

- Ứng dụng phần mềm Visual Studio C++ 2005 thiết kế bảng điều khiển (kết hợp với vi điều khiển thực hiện việc điều khiển - cụ thể là vi điều khiển AVR và IC LM629 – dùng trình soạn thảo CodeVisionAVR)

5 Ứng dụng:

- Sử dụng hổ trợ một phần trong các đề tài tốt nghiệp, đồ án, tiểu luận

- Sử dụng trong giảng dạy (mô hình thí nghiệm trong điều khiển tự động)

- Điều khiển vị trí và vận tốc các cơ cấu servo

- Dùng trong robot

- Trong các máy điều khiển chương trình số

- Trong máy in và máy vẽ

6 Kết quả:

- Đã điều khiển thành công vận tốc, vị trí, gia tốc động cơ điện một chiều dùng IC LM629 và

vẽ đồ thị giám sát vận tốc từ máy tính

7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển:

Hình 4: Hệ thống điều khiển động cơ căn bản.

Hình 5: Kết nối giửa AVR và LM629

Hình 6: Kết nối hệ thống với người điều khiển.

Hình 7: Khối công suất điều khiển động cơ

8.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

Hình 8: Khối cấp nguồn.

Hình 9: Khối tín hiệu encoder

Hình 10: Khối LM629 và 74HC245.

9.Mô hình phần cứng bộ điều khiển:

Hình 11a: Mô hình phần cứng bộ điều khiển

Hình 11b: Mô hình phần cứng bộ điều khiển.

Hình 11c: Mô hình phần cứng bộ điều khiển

Hình 11d: Bộ nguồn 24V DC:

Hình 11e: Mô hình phần cứng bộ điều khiển và bộ nguồn

10 Giao diện điều khiển từ máy tính:

Hình 12a: Động cơ đang quay với tốc độ 500 vòng/phút.

Hình 12b: Động cơ quay với tốc độ 500 vòng/phút và đã dừng khi quay đủ 2000 vòng với

phần dốc của đồ thị là gia tốc

Hình 12c: Đồ thị vận tốc khi quay thuận (với các thông số trên hình).

Hình 12d: Đồ thị vận tốc khi quay ngược (với các thông số trên hình)

11 Lưu đồ chương trình điều khiển cơ bản:

Hình 13: Lưu đồ chương trình điều khiển cơ bản.

Hình 4: Hệ thống điều khiển động cơ căn bản

Hình 5: Kết nối giửa AVR và LM629.

Hình 6: Kết nối hệ thống với người điều khiển

Hình 7: Khối công suất điều khiển động cơ.

8.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

Hình 8: Khối cấp nguồn

Hình 9: Khối tín hiệu encoder.

Hình 10: Khối LM629 và 74HC245

9.Mô hình phần cứng bộ điều khiển:

Hình 11a: Mô hình phần cứng bộ điều khiển.

Hình 11b: Mô hình phần cứng bộ điều khiển

Hình 11c: Mô hình phần cứng bộ điều khiển.

Hình 11d: Bộ nguồn 24V DC:

Hình 11e: Mô hình phần cứng bộ điều khiển và bộ nguồn.

10 Giao diện điều khiển từ máy tính:

Hình 12a: Động cơ đang quay với tốc độ 500 vòng/phút

Hình 12b: Động cơ quay với tốc độ 500 vòng/phút và đã dừng khi quay đủ 2000 vòng với

phần dốc của đồ thị là gia tốc

Hình 12c: Đồ thị vận tốc khi quay thuận (với các thông số trên hình)

Hình 12d: Đồ thị vận tốc khi quay ngược (với các thông số trên hình).