MÔ HÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án nghiên cứu: “ MÔ HÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ” riêng Mọi thông tin đồ án chƣa đƣợc đăng tải tài liệu Hải phòng, ngày…tháng…năm 2015 Sinh viên thực PHẠM PHÚ TIỆP MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 1.1.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A 1.1.2 Bộ nhớ PIC 12 1.1.3 Khái quát công dụng cổng vi điều khiển PIC16F877A14 1.1.4 Các vấn đề Timer 14 1.2 Thuâ ̣t toán điề u khiể n PID số 16 1.2.1 Giải thuật điều khiển PID 16 1.2.2 Giải thuật điều khiển PID số 17 1.3 Phƣơng pháp điều chế xung PWM 20 1.3.1 Điều chế PWM 20 1.3.2 Nguyên lí PWM 20 1.4 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) 21 1.4.1 Công dụng nguyên lí hoạt động 21 1.4.2 Khảo sát hoạt động mạch cầu H 22 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 24 2.1 Một số linh kiện đƣợc sử dụng mạch cầu H 24 2.2 Các phần mềm đƣợc sử dụng 25 2.2.1 Phần mềm mô 26 2.2.2 Phần mềm lập trình 27 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 32 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch 32 3.1.1 Khối ổn áp nguồn 33 3.1.3 Khối điều khiển động 34 3.2 Lƣu đồ thuật toán code chƣơng trình 35 3.2.1 Lƣu đồ thuật toán 35 3.2.2 Code chƣơng trình 37 3.3 Mạch mô 40 3.3.1 Khi sai lệch = dead_band 40 3.3.2 Khi sai lệch > dead_band 41 3.3.3 Khi sai lệch < dead_band 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 Kết luận 44 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ chân PIC 16F877A (Trang 8) Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí PIC (Trang 9) Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lí Port PIC 16F877A (Trang 10) Hình 1.4 Tổ chức nhớ chƣơng trình PIC16F877A (Trang 11) Hình 1.5 Tổ chức nhớ liệu PIC 16F877A (Trang 12) Hình 1.6 Sơ đồ khối Timer2 (Trang 15) Hình 1.7 Xấp xỉ đạo hàm biến sai số e (Trang 17) Hình 1.8 Xấp xỉ tích phân biến sai số e (Trang 17) Hình 1.9: Sơ đồ dùng PWM điều khiển điện áp tải (trái) (Trang 19) Hình 1.10 Sơ đồ xung điện áp đầu (phải) (Trang 19) Hình 1.11 Mạch cầu H (Trang 21) Hình 1.12 Ví dụ mạch cầu H đảo chiều (Trang 21) Hình 2.1 78N137 (Trang 23) Hình 2.2 N35 (Trang 23) Hình 2.3 Mosfet 50N024 (Trang23) Hình 2.4 IC IR218 (Trang 23) Hình 2.5 IC SN7402 (Trang 24) Hình 2.6 IC ổn áp LM7812 (Trang 24) Hình 2.7 IC ổn áp LM7805 (Trang 24) Hình 2.8 Phần mềm mô mạch điện tử Proteus (Trang 25) Hình 2.9 Giao diện làm việc phần mềm Proteus (Trang 25) Hình 2.10 Phần mềm lập trình PIC C complier (Trang 26) Hình 3.1 Mạch mô chƣơng trình (Trang 36) Hình 3.2 Khi sai lệch = dead_band (Trang 37) Hình 3.3 Khi sai lệch > dead_band (Trang 37) Hình 3.4 Khi sai lệch < dead_band (Trang 38) Hình 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch (Trang 28) Hình 3.2 Sơ đồ khối ổn áp nguồn (Trang 29) Hình 3.3 Sơ đồ khối cộng tín hiệu từ vi điều khiển cách li quang (Trang 29) Hình 3.4 Khối điều khiển động (Trang 30) LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển mạnh mẽ Động chiều đƣợc ứng dụng nhiều sản xuất nông nghiệp nhƣ công nghiệp Trong đòi hỏi động cần phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề nhƣ ngừng, đảo chiều, nhƣ thay đổi tốc độ.Vậy vấn đề đặt giải đƣợc yêu cầu đó, việc đƣợc học qua môn vi xử lí trình ngồi ghế nhà trƣờng, em thấy vi xử lí đáp ứng đầy đủ yêu cầu việc điều khiển động điện chiều đƣợc giải Đây ý tƣởng để em thực đề tài nghiên cứu “ Mô hình khởi động điều khiển động điện chiều ” Em xin đƣợc nói lời cảm ơn chân thành đến Thầy cô Khoa Điện - Điện Tử giảng dạy truyền đạt kiến thức cho em thời gian vừa qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Th.s Đồng Xuân Thìn với dẫn tận tình nhƣ tạo điều kiện tốt cho em để em thực hoàn thành tốt đề tài Trong trình thực em nỗ lực cố gắng, nhƣng kiến thức hiểu biết thân nhiều hạn chế nên trình thực đề tài tránh khỏi sai phạm, thiếu sót… Rất mong đƣợc dẫn thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT ĐỒ ÁN Vận dụng kiến thức học trình học tập nhà trƣờng em thực đồ án nghiên cứu: Mô hình khởi động điều khiển tốc độ động điện chiều Sử dụng động điện chiều có gắn cảm biến tốc độ dạng xung dùng để đƣa tín hiệu tốc độ dƣới dạng xung vi điều khiển sau so sánh với tín hiệu đặt để điều khiển tốc độ động Mục tiêu đồ án đặt ra: dừng, quay thuận, quay ngƣợc, giảm tốc, tăng tốc Trong đồ án em xin trình bày phƣơng pháp điều khiển động dùng vi điều khiển PIC16F877A phƣơng pháp điều chế độ rộng xung PWM sử dụng PIC16F877A để lập trình CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 1.1.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A a Khái quát PIC (Programmable Intelligent) vi điều khiển hãng General Instrument Từ tới họ không ngừng phát triển tạo 100 loại sản phẩm với đa dạng nhiều ứng dụng PIC16F877A dòng PIC phổ biến, đáp ứng hầu nhƣ đầy đủ yêu cầu mang tính chất ứng dụng thực tế Ngoài dòng PIC dễ tiếp cận, tạo tảng sâu nghiên cứu PIC PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx gồm có đặc điểm nhƣ sau: Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit Hầu hết câu lệnh đƣợc thực chu kì máy, có câu lệnh rẽ nhánh thực chu kì máy, lần chu kì máy đƣợc tính chu kì lệnh Bộ nhớ chƣơng trình Flash 8Kx14word, có khả ngắt nhƣ ngắt Hoạt động nhớ cách truy nhập trực tiếp hay gián tiếp vào địa ghi Có timer Timer0 (8 bit) có nhiệm vụ định thời với hệ số tỉ lệ trƣớc Timer1 (16 bit) có nhiệm vụ định thời có chế độ nghỉ (sleep) Timer2 (8 bit) có nhiệm vụ gần giống timer0 khác định thời với hệ số tỉ lệ trƣớc sau Có kênh tạo xung PWM cho điều chế xung CCP xuất xung điều chế chân: chân CCP1 (16) chân CCP2 (17) Có chuyển đổi ADC 10 bit nằm cổng A cổng E Do thời gian làm đồ án có hạn, dƣới vài tính PIC 16F877A đƣợc ứng dụng đồ án: Tổ chức nhớ PIC 16F877A Chức vào/ra cổng Chức thiết lập chế độ ngắt cho Timer Kênh chuyển đổi ADC Chức cách thiết lập điều chế độ rộng xung PWM b Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A Hình 1.1 Sơ đồ chân PIC 16F877A Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý PIC 10 - Giao diện phần layout: Hình 2.15 Giao diện phần layout 31 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch Hình 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch 32 3.1.1 Khối ổn áp nguồn Hình 3.2 Sơ đồ khối ổn áp nguồn Trong mạch sử dụng LM 7812 LM 7805 LM 7812 để ổn định nguồn 12V LM 7805 để ổn định nguồn 5V 3.1.2 Khối cộng tín hiệu từ vi điều khiển cách li quang Hình 3.3 Sơ đồ khối cộng tín hiệu từ vi điều khiển cách li quang Sử dụng IC SN7402N 33 IC SN 7402N tạo tạo khối cộng logic đầu đảo Ta có bảng trị vào khối: X1 X2 Y 0 0 1 0 1 Vậy phụ thuộc vào bảng giá trị có tín hiệu đầu vào ta trị đầu 3.1.3 Khối điều khiển động Hình 3.4 Khối điều khiển động 34 Sử dụng IC IR2184 Sơ đồ chân Bảng khảo sát kết mức logic IN SD HO LO 1 0 1 0 1 1 Từ bảng khảo sát mức logic ta nhận thấy chân SD mặc định mức 1, ta cần điều khiển chân IN mức logic 1, điều khiển đƣợc đầu HO LO dẫn tới điều khiển đƣợc động 3.2 Lƣu đồ thuật toán code chƣơng trình 3.2.1 Lưu đồ thuật toán a Chƣơng trình 35 start Đ ` Sampling_time = 10 Err = toc_do_dat - toc_do_thuc Đ err>= dead_band or Y=Y err < = - (dead_bank) S dP = err * kp err< dead_band Di = ki * sampling_time * err / 1000 err> dead_band Đ S dD = kd * (err-err_1) / sampling_time err_1 = err Đ dP = err * kp Y = dP + dI + dD Di = ki * sampling_time * err / 1000 dD = kd * (err-err_1) / sampling_time CCP1=y err_1 = err CCP2=0 Y = dP + dI + dD Y=Y CCP1=0 CCP2=Y Y=-1*Y end 36 b Chƣơng trình đọc giá trị từ biến trở start Var1 = read_adc () Var= var1-511 Toc_do_dat=var*6 end 3.2.2 Code chương trình #include #device 16f877a*=16 adc=10; #USE delay (CLOCK=20M) #fuses hs int16 var1,adc,n,toc_do_dat,toc_do_thuc; signed int16 var,b; int8 kp=1; int8 ki=2; int8 kd=3; 37 int8 sampling_time=1; //void ngat (1s) { Set_timer0 (236); } // PID var1=read_adc (); var=var1-510; toc_do_dat=var*6; n=toc_do dat-toc_do_thuc; dP=n*kp; dI=ki*sampling_time*n/1000; dD=kd* (n-n1)/sampling_timer; y=dP+dI+dD; n1=n; } void dc (int16 v1) { set_pwm1_duty (v1); } void dc1 (int16 v2) { set_pwm2_duty (v2); } void main () { SETUP_ADC (ADC_CLOCK_DIV_2); setup_timer_2 (t2_div_by_16,1023,1); 38 setup_ccp1 (ccp_pwm); setup_ccp2 (ccp_pwm); setup_adc_ports (an0); set_adc_channel (0); while (1) { var1=read_adc (); var=var1-511; toc_do_dat=var*6; if ( (var>=-30)&& (var30) { set_pwm1_duty (var); set_pwm2_duty (0); } if (var dead_band 41 Hình 3.3 Khi sai lệch > dead_band Nhìn vào oscilloscope ta thấy có xung chân ccp1 (đƣờng màu xanh) xung chân ccp2 ( đƣờng màu vàng) đồng nghĩa với việc có điện áp cấp cho động cơ, động hoạt động 3.3.3 Khi sai lệch < dead_band 42 Hình 3.4 Khi sai lệch < dead_band Nhìn vào oscilloscope ta thấy xung chân ccp1 (đƣờng màu xanh) có xung chân ccp2 ( đƣờng màu vàng) đồng nghĩa với việc có điện áp cấp cho động cơ, động hoạt động 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau khoảng thời gian tháng tìm tòi, nghiên cứu, với hƣớng dẫn tận tình thầy giáo Th.S ĐỒNG XUÂN THÌN giúp đỡ thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam, em hoàn thành đƣợc nội dung đồ theo mục tiêu ban đầu để Kết bao gồm: - Đã nghiên cứu tổng quan PIC - Nghiên cứu điều khiển PID số cho hệ thống - Xây dựng đƣợc mô hình điều khiển tốc độ đảo chiều động điện chiều Kiến nghị Mặc dù em hoàn thành nội dung đồ án, xây dựng đƣợc mô hình vật lý hệ thống điều khiển tốc độ đảo chiều động điện chiều Nhƣng mô hình chƣa thực hoạt động cách hiệu so với mục tiêu đồ án đề Em mong có điều kiện thầy khoa giúp đỡ em hoàn thành mô hình cách tốt từ sâu nghiên cứu bổ sung cho mô hình chức khác nhƣ báo động tốc, dừng gặp cố… Do thời gian nhƣ kinh nghiệm nhiều hạn chế đồ án không tránh khỏi thiếu sót mặt nội dung, hình thức mô hình Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến quý báu thầy cô bạn để đồ án đƣợc hoàn 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://doc.edu.vn/default.aspx Đồ án Lập trình PIC16F877A điều khiển tốc độ động DC http://www.thuvienmienphi.com Giáo trình Vi điều khiển PIC www.dientuvietnam.net 45 ... đồ án nghiên cứu: Mô hình khởi động điều khiển tốc độ động điện chiều Sử dụng động điện chiều có gắn cảm biến tốc độ dạng xung dùng để đƣa tín hiệu tốc độ dƣới dạng xung vi điều khiển sau so... đề tài em: Mô hình khởi động điều khiển động điện chiều để thay đổi đƣợc tốc độ động cách thay đổi điện áp trung bình cấp cho tải ( động DC 24V ) em sử dụng phƣơng pháp điều chế độ rộng xung... qua môn vi xử lí trình ngồi ghế nhà trƣờng, em thấy vi xử lí đáp ứng đầy đủ yêu cầu việc điều khiển động điện chiều đƣợc giải Đây ý tƣởng để em thực đề tài nghiên cứu “ Mô hình khởi động điều