Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤCLỜI CẢM ƠN ............................................................................................................1LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................2MỤC LỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................5GIỚI THIỀU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .................................................................81. Lý do chọn đề tài ................................................................................................82. Mục đích nghiên cứu...........................................................................................83. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................84. Phƣơng pháp nghiên cứu.....................................................................................95. Ý nghĩa thực tiễn của đồ án: ...............................................................................9CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW ...................................101.1. Tổng quan về LabVIEW..............................................................................101.1.1 LabVIEW là gì? ........................................................................................101.1.2. Vai trò của LabVIEW ..............................................................................101.1.3. Các chức năng chính của LabVIEW........................................................111.1.4. Phần mềm nhúng vào LabVIEW.............................................................111.1.5. Các giao thức kết nối ...............................................................................111.1.6. Các Module và bộ công cụ LabVIEW.....................................................121.1.7. LabVIEW làm việc nhƣ thế nào? ............................................................131.2. Các thành phần của LabVIEW ......................................................................141.2.1. Bảng giao diện (The Front panel)............................................................141.2.2. Sơ đồ khối (The Block Diagram).............................................................171.3. Những công cụ lập trình LabVIEW...............................................................181.3.1. Tools Palette.............................................................................................181.3.2. Bảng điều khiển (Controls Palette)..........................................................191.3.3 Bảng các hàm chức năng (Function palette).............................................211.4. Cách tạo thiết bị ảo và thiết bị ảo con............................................................29CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ..................................372.1 Bộ điều khiển PID...........................................................................................37TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ42.1.1 Giới thiệu chung........................................................................................372.1.1 Xấp xỉ thành phần P..................................................................................372.1.2 Xấp xỉ thành phần I...................................................................................382.1.3 Xấp xỉ thành phần D ................................................................................382.1.4 Xấp xỉ luật PID ........................................................................................392.1.5.Các phƣơng pháp thiết kế bộ điều chỉnh PID số ......................................412.2. PID trong LabVIEW ......................................................................................452.2.1. PID function ( Hàm PID).........................................................................462.2.2. PID advanced ( PID nâng cao) ................................................................472.2.3. PID autotuning function...........................................................................482.3 . Card HOCDELAM USB9090.....................................................................492.3.1.Khái quát chung ........................................................................................492.3.2.Thông số kỹ thuật......................................................................................502.4 Động cơ một chiều.........................................................................................532.4.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại.....................................................532.4.2 . Các phƣơng pháp điều khiển tốc độ .......................................................552.5. Cảm biến (ENCODER) .................................................................................56CHƢƠNG 3 : TÍNH TOÁN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI................................................583.1. Thiết kế phần cứng ........................................................................................583.1.1 .Mạch công suất. .......................................................................................583.1.2 Cấu trúc hệ điều khiển ..............................................................................613.3. Thuật toán điều khiển :...................................................................................663.4. Mô hình hoàn thành .......................................................................................673.5. Phần mềm ( Giao diện điều khiển trên Labview) ..........................................68CHƢƠNG 4 : KẾT LUẬN ......................................................................................724.1 . Các kết quả thu đƣợc.....................................................................................724.2. Những hạn chế ...............................................................................................724.3. Hƣớng phát triển đề tài ..................................................................................72Tài liệu tham khảo....................................................................................................73
TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến nhà trƣờng thầy cô khoa điện-điện tử tận tình dạy dỗ dìu dắt em suốt thời gian học vừa qua, để em có kiến thức chuyên mơn, để em làm việc giúp ích cho xã hội Để thực thành công đồ án em xin chân thành cảm ơn hƣớng dẫn, đạo tận tình thầy Nguyễn Viết Ngƣ, thầy hƣớng dẫn tận tình giúp em định hƣớng, góp ý cung cấp ý tƣởng nhƣ dẫn tài liệu tiến trình thực đồ án Sự hƣớng dẫn thầy yếu tố quan trọng để em hồn thành đề tài đƣợc giao Cuối em xin gửi lời cảm ơn tất bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình làm đồ án Do kinh nghiệm trình độ hạn chế nên phần thể trình bày em nhiều khiếm khuyết.Rất mong đƣợc giúp đỡ tham khảo ý kiến Thầy để em phát triển thêm đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Phùng Văn Quang TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội, kinh tế quốc dân, khoa học kỹ thuật thời đại cơng nghiệp Bất vị trí nào, cơng việc ngƣời tiếp cận với điều khiển Nó khâu quan trọng định thành bại hoạt động Nền đại công nghiệp đƣợc nâng cao, mức độ tự động hóa với mục đích nâng cao suất lao động , giảm chi phí sản xuất, giải phóng ngƣời khỏi vị trí làm việc nguy hiểm độc hại… Để tiếp cận với đại cơng nghiệp có trình độ tự động hóa cao, National Instrucments tiên phong đứng đầu dụng cụ ảo, phƣơng pháp đo đạc tự động hóa kỹ sƣ , nhà khoa học công nghiệp LabVIEW nhằm nâng cao khả đo lƣờng công nghiệp nhờ đặc điểm đƣợc thiết kế cho giao diện phân tích điều khiển tiên tiến, quản lý hệ thống phân tán nâng cao đích ( target) cho giao diện ngƣời máy (HMI) Mơi trƣờng LabVIEW mở tƣơng thích với thiết bị đo với trợ giúp tập hợp liệu dễ dàng Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết thiết bị đo, nên ta dễ dàng kết hợp ứng dụng LabVIEW vào hệ thống đại Chính mà LabVIEW ngày đƣợc ứng dụng rộng rãi trở thành lựa chọn hàng đầu kỹ sƣ nhà khoa học toàn giới Lab VIEW ngơn ngữ lập trình sử dụng biểu tƣợng thay dòng văn để tạo ứng dụng LabVIEW dùng lập trình kiểu dòng liệu liệu xác định hoạt động Trong LabVIEW, giao diện ngƣời dùng – hay mặt máy đƣợc xây dựng công cụ tiện ích, sau thêm mã lệnh sử dụng biểu diễn đồ họa hàm điều khiển đối tƣợng mặt máy Để phát triển ứng dụng bổ sung vài cơng cụ phần mềm phụ trợ LabVIEW đƣợc tích hợp đầy đủ cho việc truyền thông phần cứng nhƣ GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485, thiết bị thu thập số liệu gắn máy tính đặc trƣng kèm dùng cho việc kết nối ứng dụng với Internet, sử dụng tiêu chuẩn phần mềm nhƣ TCP/IP activeX; tạo ứng dụng biên dịch 32 bit cho tốc độ thừa hành nhanh dùng giải pháp thu thập liệu, đo lƣờng điều khiển Vì với đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế,chế tạo hệ thống điều khiển ổn định tốc độ động điện chiều dựa phần mềm LABVIEW” đề tài có tính thực tiễn cao, giúp cho em, sinh viên trƣờng có hội nghiên cứu từ thu lƣợm đƣợc kiến thức bổ ích cần thiết cho cơng việc sau TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC HÌNH ẢNH GIỚI THIỀU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đồ án: CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 10 1.1 Tổng quan LabVIEW 10 1.1.1 LabVIEW gì? 10 1.1.2 Vai trò LabVIEW 10 1.1.3 Các chức LabVIEW 11 1.1.4 Phần mềm nhúng vào LabVIEW 11 1.1.5 Các giao thức kết nối 11 1.1.6 Các Module công cụ LabVIEW 12 1.1.7 LabVIEW làm việc nhƣ nào? 13 1.2 Các thành phần LabVIEW 14 1.2.1 Bảng giao diện (The Front panel) 14 1.2.2 Sơ đồ khối (The Block Diagram) 17 1.3 Những cơng cụ lập trình LabVIEW 18 1.3.1 Tools Palette 18 1.3.2 Bảng điều khiển (Controls Palette) 19 1.3.3 Bảng hàm chức (Function palette) 21 1.4 Cách tạo thiết bị ảo thiết bị ảo 29 CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 37 2.1 Bộ điều khiển PID 37 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.1 Giới thiệu chung 37 2.1.1 Xấp xỉ thành phần P 37 2.1.2 Xấp xỉ thành phần I 38 2.1.3 Xấp xỉ thành phần D 38 2.1.4 Xấp xỉ luật PID 39 2.1.5.Các phƣơng pháp thiết kế điều chỉnh PID số 41 2.2 PID LabVIEW 45 2.2.1 PID function ( Hàm PID) 46 2.2.2 PID advanced ( PID nâng cao) 47 2.2.3 PID autotuning function 48 2.3 Card HOCDELAM USB-9090 49 2.3.1.Khái quát chung 49 2.3.2.Thông số kỹ thuật 50 2.4 Động chiều 53 2.4.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại 53 2.4.2 Các phƣơng pháp điều khiển tốc độ 55 2.5 Cảm biến (ENCODER) 56 CHƢƠNG : TÍNH TỐN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 58 3.1 Thiết kế phần cứng 58 3.1.1 Mạch công suất 58 3.1.2 Cấu trúc hệ điều khiển 61 3.3 Thuật toán điều khiển : 66 3.4 Mơ hình hồn thành 67 3.5 Phần mềm ( Giao diện điều khiển Labview) 68 CHƢƠNG : KẾT LUẬN 72 4.1 Các kết thu đƣợc 72 4.2 Những hạn chế 72 4.3 Hƣớng phát triển đề tài 72 Tài liệu tham khảo 73 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Phạm vi ứng dụng LabVIEW 10 Hình 1.2: Các giao thức kết nối LabVIEW 12 Hình 1.3: Bảng giao diện 15 Hình 1.4: Thanh cơng cụ giao diện 15 Hình 1.5: Sơ đồ khối LabVIEW 17 Hình 1.6: Bảng Tool Palette 18 Hình 1.7: Bảng mẫu Controls 19 Hình 1.8: Bảng điều khiển thị số 20 Hình 1.9: Bảng điều khiển thị logic 21 Hình 1.10: Bảng Graph 21 Hình 1.11: Bảng Functions 22 Hình 1.12: Hàm cấu trúc- Structures Function 23 Hình 1.13: Hàm mảng – Function Array 23 Hình 1.14: Hàm cụm & biến thể – Cluter & Variant 23 Hình 1.15: Hàm Boolean 24 Hình 1.16: Hàm chuỗi – String Function 25 Hình 1.17 : Hàm so sánh – Comparison Functions 25 Hình 1.18: Hàm Thời gian – Time function 26 Hình 1.19: Hàm Dialog & User Interface 26 Hình 1.20 Hàm File I/O- File I/O Function 27 Hình 1.21: Hàm dạng sóng – Waveform 27 Hình 1.22: Hàm điều khiển ứng dụng- Application Control 28 Hình 1.23: Hàm đồng hố - Synchronization Function 28 Hình 1.24: Hàm đồ họa âm – Graphic & Sound Function 28 Hình 1.25: Hàm phát sinh báo cáo – Report Generation Function 29 Hình 1.26: Ví dụ minh họa 30 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.27: Cửa sổ Icon Editor 31 Hình 1.28: Ví dụ minh họa vẽ Icon 31 Hình 1.29: Các bƣớc vẽ Icon 32 Hình 1.30: Các bƣớc tạo Icon 32 Hình 1.31: Các bƣớc tạo Icon 33 Hình 2.1: Sơ đồ điều khiển PID số 39 Hình 2.2: Chống bão hòa tích phân 40 Hình 2.3: Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S 41 Hình 2.4: Xác định số khuếch đại tới hạn 42 Hình 2.5 : Đáp ứng nấc hệ kín k = kth 42 Hình 2.6 : Đáp ứng nấc hệ thích hợp cho phƣơng pháp Chien-HronesReswick 43 Hình 2.7 : Đặc tính tốc độ động 45 Hình 2.8: PID function 46 Hình 2.9: PID advance 47 Hình 2.10: PID autotung function 48 Hình 2.11: Card HOCDELAM 9090 49 Hình 2.12: Sơ đồ chân kết nối card 49 Hình 2.13: Cực từ 53 Hình 2.13: Lá thép phần ứng 53 Hình 2.15: Phiến góp cổ góp 54 Hình 2.16 : Sơ đồ nguyên lý làm việc động điện chiều 54 Hình 2.17 : Nguyên lý đếm Encoder 56 Hình 2.18 : Hình dạng đĩa encoder 57 Hình 2.19 : xung đầu econder 57 Hình 3.1: Modul driver L298 58 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý modul driver L298 58 Hình 3.3: Cấu tạo L298 59 Hình 3.4: Mạch logic cho L298 60 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.5: Cấu trúc hệ điều khiển 61 Hình 3.6: Mơ hình điều khiển PID cho động DC 62 Hình 3.7: Giao diện thu thập liệu 63 Hình 3.8: File excel sau thu thập từ LabVIEW 63 Hình 3.9 Điều chế độ rộng xung 64 Hình 3.10: Sơ đồ xung van điều khiển đầu 65 Hình 3.11: Sơ đồ điều khiển van xung PWM 65 Hình 3.12 : Thuật tốn điều khiển chƣơng trình 66 Hình 3.13 Mơ hình hồn thành 67 Hình 3.14 : Giao diện sơ đồ khối ( Block Diagram)vận tốc labVIEW 68 Hình 3.15 : Giao diện sơ đồ khối ( Block Diagram)vị trí labVIEW 69 Hình 3.16: Giao diện điều khiển vận tốc ( Front Panel) 70 Hình 3.17: Giao diện điều khiển vị trí ( Front Panel) 70 Hình 3.17: Đƣờng đặc tính tốc độ sử dụng PID 70 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIỚI THIỀU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài : Ngày nay,với phát triển nhanh chóng kinh tế đòi hỏi tăng trƣởng tƣơng ứng hạ tầng sở kỹ thuật.Và nhiệm vụ ngƣời kỹ sƣ tìm xử lý toán đặt trình tính tốn đó,đồng thời giám sát đƣa hình ảnh mơ cụ thể.Một tốn khó điều khiển ổn định tốc độ vị trí đối tƣợng cụ thể nhƣ động cơ…Và cơng cụ mạnh để xử lý, mơ tốn LabVIEW LabVIEW phần mềm tƣơng thích với hệ điều hành windows Microsoft (National Microsoft Hoa Kỳ), nên đâu có máy tính cá nhân có hệ điều hành Windows dễ dàng cài đặt sử dụng Labview Vì lý trên, em lựa chọn đề tài “Thiết kế,chế tạo hệ thống điều khiển ổn định tốc độ động điện chiều dựa phần mềm LABVIEW”, giao diện đƣợc xây dựng máy tính phần mềm LabVIEW.Với mong muốn đƣa sản phẩm nghiên cứu, học tập giảng dạy hữu ích cho giáo viên sinh viên khoa Điện – Điện tử Mục đích nghiên cứu: - Nghiên cứu cách thức sử dụng phần mềm LabVIEW, tìm hiểu ứng dụng LabVIEW nhƣ : tạo giao diện, lập trình sơ đồ khối, tạo thiết bị ảo ( VI) thiết bị ảo (Sub VI)… tìm hiểu cơng cụ kèm hỗ trợ nhƣ PID, Control Design and Simulation… - Nghiên cứu card Hocdelam USB 9090, cách truyền nhận tín hiệu từ LabVIEW tới card - Điều khiển vận tốc động với thuật toán điều khiển PID,Fuzzy logic Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng mà đề tài hƣớng tới cần hoàn thành bao gồm: Động điện chiều : điều khiển ổn định tốc độ động chiều - Card USB HOCDELAM 9090 : Kết nối card với máy tính để thu nhập tín hiệu từ encoder để điều khiển ổn định tốc độ động TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Sử dụng thành thạo phần mềm LabVIEW để lập trình điều khiển hệ thống Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực nghiên cứu đề tài khoa học này, chúng em kết hợp phƣơng pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu vấn đề ứng dụng điều khiển PID số, mơ hình động điện chiều, điều khiển giám sat phần mềm LabVIEW - Phương pháp mô phỏng: Sử dụng công cụ tính tốn mơ phần mềm LabVIEW,tạo liệu mơ nhận dạng mơ hình thực nghiệm động - Phương pháp thực nghiệm: thiết kế mạch phần cứng để điều khiển, hệ thống giám sát Ý nghĩa thực tiễn đồ án: Nghiên cứu phần mềm LabVIEW với ứng dụng rộng rãi, phần mềm kết nối, điều khiển, kiểm tra nhƣ phần cứng điều khiển đo đạc LabVIEW có khả kết nối với nhiều thiết bị giúp tập hợp liệu dễ dàng, đồng thời cung cấp tính kết nối tới hầu hết thiết bị đo, dễ dàng kết hợp ứng dụng LabVIEW vào hệ thống đại Bố cục đề tài: Nội dung đề tài chúng em gồm chƣơng: Chƣơng 1: Giới thiệu phần mềm LabVIEW Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết thực nghiệm Chƣơng 3: Tính tốn thực đề tài Chƣơng 4: Kết luận TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 1.1 Tổng quan LabVIEW 1.1.1 LabVIEW gì? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) ngơn ngữ lập trình đồ họa sử dụng biểu tƣợng (Icon) thay cho dòng lệnh để tạo ứng dụng 1.1.2 Vai trò LabVIEW - Kiểm tra, đo kiểm phân tích tín hiệu kỹ thuật (đo nhiệt độ, phân tích nhiệt độ ngày) - Thu thập liệu (Data Acquisition ), (thu thập giá trị áp suất, cƣờng độ, dòng điện,…) - Điều khiển thiết bị ( điều khiển động DC, điều khiển nhiệt độ lò …) - Phân loại sản phẩm (dùng chƣơng trình xử lý ảnh để phân biệt sản phẩm bị lỗi, phế phẩm) - Báo cáo công nghiệp (thu thập, phân tích liệu báo cáo cho ngƣời quản lý xa thông qua giao thức truyền TCP/IP mơi trƣờng mạng Ethernet) - Giao tiếp máy tính truyền dẫn liệu qua cổng giao tiếp ( hỗ trợ hầu hết chuẩn giao tiếp nhƣ USB, PCI, COM, RS-232, RS-485) Hình 1.1: Phạm vi ứng dụng LabVIEW 10 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cơ, ta cần điều chỉnh độ lớn Duty - cycle PWM ta điều chỉnh điện áp cấp vào động Hình 3.3: Cấu tạo L298 Có mạch cầu H chip L298D nên điều khiển đối tƣợng với chip Mỗi mạch cầu bao gồm đƣờng nguồn Vs, đƣờng current sensing (cảm biến dòng), phần cuối mạch cầu H không đƣợc nối với GND mà bỏ trống cho ngƣời dùng nối điện trở nhỏ gọi sensing resistor Động đƣợc nối với đƣờng OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 dùng mạch cầu bên phải) Một chân En (EnA EnB cho mạch cầu) cho phép mạch cầu hoạt động, chân En đƣợc kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sang hoạt động Các đƣờng kích bên mạch cầu đƣợc kết hợp với nhƣng mức điện áp ngƣợc cổng Logic NOT Nhƣ vậy, có đƣờng kích cho cầu H gọi In1 In2 (hoặc In3, In4) Để motor hoạt động phải kéo đƣờng kích lên cao đƣờng giữ mức thấp, ví dụ In1=1, In2=0 Khi đảo mức kích đƣờng In, động đảo chiều quay Ngoài ra, chip L298D có đƣờng Vss cấp điện áp cho phần logic (5V) GND chung cho logic motor 59 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông thƣờng, thiết kế mạch driver cho motor ngƣời ta thƣờng dành đƣờng điều khiển PWM dùng điều khiển vận tốc, DIR điều khiển hƣớng En cho phép mạch hoạt động Chip L298D có sẵn đƣờng En nhƣng đƣờng điều khiển In1 In2 không thật chức nhƣ mong muốn Vì thế, thiết kế mạch logic phụ với ngõ vào PWM DIR ngõ đƣờng điều khiển In1 In2 Bảng chân trị mạch logic cần thiết kế nhƣ sau: Bảng bảng chân trị mạch logic cho driver L298D PWM DIR In1 In2 0 0 0 1 1 Từ bảng chân trị này, viết hàm bool cho ngõ In1 In2: In1=PWM.NOT(DIR) In2=PWM.DIR Mạch logic có dạng nhƣ Hình 3.2.2 Hình 3.4: Mạch logic cho L298 Vậy với mạch logic này, đƣờng DIR có chức đảo chiều động đƣờng PWM điều khiển vận tốc động tín hiệu PWM 60 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1.2 Cấu trúc hệ điều khiển Hình 3.5: Cấu trúc hệ điều khiển Cơ sở nguyên lý thực sơ đồ điều khiển PID dành cho đối tƣợng điều khiển động chiều: - Thực điều khiển thông qua điều khiển thiết kế Labview - Sử dụng Encoder quang làm cấu phản hồi tốc độ - Giao tiếp USB chuẩn thông qua card USB 9090 hiển thị đặc tính hệ thống theo phƣơng pháp điều chế độ rộng xung PWM - Hiển thị Labview tốc độ động cơ, điều chỉnh cho đáp ứng tốc độ đạt xấp xỉ với tốc độ đặt nhất, tức điều chỉnh cho sai số gần 61 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mơ hình điều khiển PID: Hình 3.6: Mơ hình điều khiển PID cho động DC Đóng vai trò khối điều khiển, Card hocdelam 9090 sử dụng nguồn 5V từ máy tính, modul driver L298 sử dụng nguồn 12 đến 24 V, chịu dòng tối đa 2A, tiếp nhận hai tín hiệu điều xung logic từ card 3.2.Tính tốn tham số : * Nhận dạng đối tƣợng Trong thực tế, ngƣời thiết kế thƣờng nhận dạng đối tƣợng phƣơng pháp thực nghiệm Đối với động chiều ta sử dụng hai phƣơng pháp để nhận dạng đối tƣợng phƣơng pháp thực nghiệm phƣơng pháp lý thuyết Nhƣng sử dụng phƣơng pháp lý thuyết để xác định hàm truyền đối tƣợng gặp nhiều khó khăn việc tổng hợp khâu động học hàm truyền đối tƣợng thƣờng khơng xác hệ thống thƣờng gồm nhiều khâu Do đó, phƣơng pháp thực nghiệm phƣơng pháp em chọn Thông số cho trƣớc: Động DC hoạt động với điện áp từ 12- 24V, tốc độ tối đa 3000 vòng / phút, encoder quang tƣơng đối 256 xung/ vòng, hoạt động với công suất tối đa từ 30 – 50 W 62 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Để nhận dạng động cần thu thập liệu theo mơ hình sau: Input Đối tƣợng Output Cấp điện áp đầu vào trực tiếp cho động (Input), sau lấy giá trị tốc độ động (Output), thời gian lấy mẫu khoảng 100ms Quá trình lấy mẫu diễn tƣơng đối nhanh nên chúng em sử dụng LabVIEW vào việc thu thập liệu Hình 3.7: Giao diện thu thập liệu Sau cho động chạy khoảng thời gian định, kích chuột phải biểu đồ weaform chart LabVIEW, chọn export data to excel, LabVIEW xuất đƣợc nhiều định dạng khác Tuy nhiên, tính xuất liệu đƣợc tích hợp phiên LabVIEW 2010, 2011, 2012 cao Đây file excel sau thu thập đƣợc: Hình 3.8: File excel sau thu thập từ LabVIEW 63 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP * Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung PWM (pulse width modulation) biến điệu độ rộng xung Trong thiết bị điện tử, thƣờng dùng PWM để điều tốc, mơ-men động DC có hiệu Mẫu dùng PWM để điều khiển động DC có điện áp 220V, dòng tới 2,9A Ngun tắc điều chế độ rộng xung: PWM tạo dựng nguyên tắc chuyển tải lƣợng từ A đến B dƣới dạng xung vng tồn áp (biên độ xung gần với điện áp nguồn cung cấp) liên tiếp Trong mức lƣợng tỷ lệ thuận với thời gian mở xung (độ rộng xung tính đơn vị thới gian.Tần số xung PWM cố định hay biến đổi (thƣờng cố định tần số xung chuyển mạch) Với tần số cố định, chu kỳ t tổng thời gian mở xung t(on) với thời gian tắt xung t(off) t = t(on) + t(off) Tỷ lệ thời gian mở chu kỳ xung độ sâu điều biến độ rộng xung, đặc trƣng thành thuật ngữ " duty" Ví dụ, tần số xung KHz > t = ms Với t(on)=0,5 ms > ta có độ điều biến 50 Hình 3.9 Điều chế độ rộng xung Đây phƣơng pháp đƣợc thực theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực nhiện vụ mạch van bán dẫn 64 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Hình 3.10: Sơ đồ xung van điều khiển đầu Xét hoạt động đóng cắt van bán dẫn Dùng van đóng cắt Mosfet Giản đồ xung mạch nguyên lý điều khiển tải PWM giản đồ xung chân điều khiển dạng điện áp đầu dùng PWM Trong khoảng thời gian - t0 ta cho van G mở toàn điện áp nguồn U d đƣợc đƣa tải Còn khoảng thời gian t0 - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì với t0 thay đổi từ T ta cung cấp toàn bộ, phần hay khóa hồn tồn điện áp cung cấp cho tải Hình 3.11: Sơ đồ điều khiển van xung PWM Cơng thức tính giá trị trung bình điện áp tải: Gọi t1 thời gian xung sƣờn dƣơng (khóa mở ) T thời gian sƣờn âm dƣơng, Umax điện áp nguồn cung cấp cho tải Với D = t1/T hệ số điều chỉnh đƣợc tính tức PWM Nhƣ ta nhìn hình đồ thị dạng điều chế xung ta có : Điện áp trùng bình tải : + Ud = 12.20 = 2.4V ( với D = 20 ) + Ud = 12.40 = 4.8V (Với D = 40 ) 65 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ + Ud = 12.90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP = 10.8V (Với D = 90 ) *Tính tốn vận tốc quay động : -Vì đồ án sử dụng Encoder 200 xung nên ta có : V = Encoder/200 (vòng/s) Với Encoder = Giá trị xung encoder đo đƣợc 1s Nhƣ từ xung trả Encoder ta tính vận tốc encoder (vòng/s) hay vị trí động so với vị trí đo ban đầu (vòng) 3.3 Thuật tốn điều khiển : Hình 3.12 : Thuật tốn điều khiển chương trình 66 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.4 Mơ hình hồn thành Hình 3.13 Mơ hình hồn thành 67 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG N KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.5 Phần mềm ( Giao diện điều khiển Labview) Block Diagram Hình 3.14 Giao diện sơ đồ khối ( Block Diagram)vận tốc labVIEW 68 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.15 Giao diện sơ đồ khối ( Block Diagram)vị trí labVIEW 69 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Front Panel Hình 3.16: Giao diện điều khiển vận tốc ( Front Panel) Hình 3.17: Giao diện điều khiển vị trí ( Front Panel) 70 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.6.Kết điều khiển vận tốc sử dụng PID - Điều khiển vận tốc sử dụng PID Hình 3.18 Đƣờng đặc tính tốc độ sử dụng PID 71 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG : KẾT LUẬN 4.1 Các kết thu đƣợc - Tìm hiểu LabVIEW bản, giao thức kết nối, phần mềm nhúng vào LabVIEW, công cụ kèm - Thiết kế thi cơng hồn thành giao diện ngƣời dùng ( Front Panel) sơ đồ khối ( Block Diagram) LabVIEW để điều khiển tốc độ động - Thiết kế thi cơng hồn thành mạch điều khiển - Hồn thành thuyết minh theo thời gian đƣợc giao 4.2 Những hạn chế - Ứng dụng LabVIEW nhiều, nhƣng thời gian có hạn nên em chƣa tìm hiểu đƣợc nhiều.Giao thức kết nối LabVIEW với thiết bị đa dạng nhƣng thực giao thức USB - Đối tƣợng thực động chiều, chƣa thể thực đƣợc với nhiều loại động khác nhƣ pha, pha… 4.3 Hƣớng phát triển đề tài LabVIEW công cụ mạnh đo lƣờng điều khiển Ứng dụng LabVIEW điều khiển đƣợc nhiều đối tƣợng lĩnh vực khác Chúng ta sử dụng LabVIEW để kiểm tra, giám sát tự động trình sản xuất hay đánh giá chất lƣợng sản phẩm Chúng ta dùng LabVIEW để đo tín hiệu tƣơng tự tốc độ cao hay ứng dụng để liên kết với PLC phần cứng công nghiệp khác Em mong hệ sinh viên sau tiếp tục nghiên cứu, tìm hƣớng khác việc ứng dụng LabVIEW vào điều khiển tự động, hiệu thực tế 72 TRƢỜNG ĐH SPKT HƢNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tài liệu tham khảo Nguyễn Bá Hải - Lập trình LabVIEW – Trình độ bản, - Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 2011 Nguyễn Phùng Quang: Bài giảng điều khiển số LabVIEW Tutorial Manual- National Instrucment Coporation Nguyễn Thị Lan Hƣơng- Phạm Thị Ngọc Yến- Nguyễn Việt Tùng- Lab VIEW Thiết vị đo giao diện ngƣời- máy – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2008 Exercises NI Lab VIEW Hands On Workshop – National Instruments Internet: http://www.ni.com\ http://dieukhientudong.htm www.hocdelam.com www.dientuvietnam.com 73 ... nhƣ VI sơ đồ khối VI tầng cao Bạn có số vơ tận chất tầng phân cấp 1.3 Những công cụ lập trình LabVIEW Các cơng cụ lập trình LabVIEW bao gồm công cụ để tạo thiết bị ảo Nó bao gồm cơng cụ bảng giao... nghiệp có trình độ tự động hóa cao, National Instrucments tiên phong đứng đầu dụng cụ ảo, phƣơng pháp đo đạc tự động hóa kỹ sƣ , nhà khoa học công nghiệp LabVIEW nhằm nâng cao khả đo lƣờng công nghiệp... cáo, phân tích nâng cao, thơng tin liên lạc sở liệu, phân tích âm rung động - Bộ công cụ kết nối sở liệu (LabVIEW Database Connectivity Toolkit) - Bộ cơng cụ xử lý tín hiệu nâng cao (LabVIEW Advanced