THÔNG TIN TÀI LIỆU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG THUẬT TOÁN PID VỚI SỰ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỪ MÁY TÍNH MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển PID Hình 2.2 Các tiêu chí điều khiển PID .3 Hình 3.1 Sơ đồ khối PIC 16F877A .6 Hình 3.2 Sơ đồ chân PIC 16F877A .7 Hình 3.3 Bộ nhớ chương trình PIC 16F877A .8 Hình 3.4 Sơ đồ nhớ liệu PIC 16F877A Hình 3.5 Sơ đồ chân L293 .10 Hình 3.6 Nguyên tắc hoạt động L293 11 Hình 3.7 Sơ đồ chân LCD 16x2 11 Hình 3.8 Sơ đồ chân động DC Encoder 12 Hình 3.9 Sơ đồ chân USB UART CP2102 14 Hình 4.1 Sơ đồ khối .16 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý 16 Hình 4.3 Mặt trước mơ hình thực tế 17 Hình 4.4 Mặt sau mơ hình thực tế 18 Hình 4.5 Mạch thực tế hoạt động 19 Hình 4.6 Điều khiển động máy tính 20 Hình 4.7 Đồ thị tốc độ động theo thời gian .20 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng tổng quan VĐK PIC 16F877 Bảng 3.2 Chức chân L293 .10 Bảng 3.3 Chức chân LCD 16x2 .11 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VĐK: Vi điều khiển DC: Direct Curent LCD: Liquid-Crystal Display PIC Personal Intelligent Communicator PID Propotional Integral Derivative POT Percent of Overshoot PWM: Pulse Width Modulation SISO Single Input Single Output ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG / 32 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu: Đề tài xuất phát từ hệ thống thực tế sử dụng thuật toán PID Bảo đảm ổn định chất lượng cao hệ thống Ứng dụng toán học vào điều chỉnh sai số, tùy vào yêu cầu hệ thống mà điều chỉnh hệ số phù hợp Nhằm ứng dụng kiến thức học vào thực tế hiểu rõ thêm thuật toán PID với điều khiển vi điều khiển PIC 16F877 Em xin thực đề tài “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG THUẬT TOÁN PID VỚI SỰ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỪ MÁY TÍNH” 1.2 Nguyên lý thiết kế: - Thiết kế mơ hình phần cứng gồm: + Khối nguồn gồm nguồn: nguồn 5V cung cấp cho mạch 12V cung cấp cho động DC + Khối bàn phím nhập thông số lệnh điều khiển + Khối xử lý nhận lệnh thông số điều khiển từ bàn phím, tiến hành điều khiển động theo yêu cầu hiển thị trạng thái tốc độ động lên LCD 16x2 + Khối giao tiếp máy tính thơng qua USB UART CP2102 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THUẬT TỐN PID 2.1 Lý thuyết thuật tốn PID: - PID cách viết tắc từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân), Derivative (đạo hàm) thuật toán điều khiển dùng nhiều ứng dụng điều khiển tự động với yêu cầu xác, nhanh ổn định Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG / 32 - PID áp dụng cho hệ thống SISO Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển PID[1] - Công thức đầy đủ điều khiển PID là: F=Kp*e + Ki*(In-1+()*dt+Kd* Trong đó: + F: hàm ngõ + Kp,Ki,Kd: thông số điều khiển PID + e: sai số tín hiệu đặt tín hiệu thực tế 2.2 Một số tiêu chí để kiểm tra hệ thống sử dụng điều khiển PID: - Các tiêu chí để đánh giá hệ thống sư dụng điều khiển PID là: + Độ vọt lố (POT) + Sai số xác lập (exl) + Thời gian xác lập (txl) Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG / 32 Hình 2.2 Các tiêu chí điều khiển PID[1] - Hệ thống tối ưu nếu: + Độ vọt lố POT(%) nhỏ tốt + Sai số xác lập exl nhỏ tốt + thời gian xác lập txl nhỏ tốt - Ảnh hưởng Kp,Ki,Kd đến hệ thống: + Khi Kp tăng dẫn đến exl giảm khiến cho txl tăng chưa có vọt lố giảm có vọt lố Khi Kp q lớn hệ ổn định + Khi Ki tăng triệt tiêu exl + Khi Kd tăng hệ thống đạt đến giá trị đặt chậm ổn định giảm độ vọt lố - Từ thông tin trên, xác định mục tiêu điều khiển là: Triệt tiêu sai số xác lập, giảm thời gian xác lập độ vọt lố, hạn chế dao động có 2.3 Cách thức xác định thơng số PID: - Có cách để xác định thơng số PID: phương pháp tính tốn phương pháp thử sai (thủ công) + Phương pháp thử sai: Chọn trước thông số Kp,Ki,Kd thay đổi đến thỏa mãn chất lượng mà hệ thống yêu cầu Ưu điểm phương pháp không cần công thức tính tốn Nhược điểm: tốn thời gian khơng tránh khỏi sai số + Phương pháp tính tốn: dùng giải thuật Zeigler Nichols thu thông số Kp,Ki,Kd tương đối xác khơng hồn tồn tốt Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG / 32 2.4 Áp dụng thuật toán PID vào đề tài: Gọi F tốc độ mà ta thiết lập cho động đạt được, với yêu cầu xác ổn định Gọi e sai số tốc độ động chạy thực tế với tốc độ mà ta thiết lập, thực tế sai số lớn phải cần mức điện áp để giảm giá trị sai số e nhỏ tốt Và ta có cơng thức: F=Kp*e Thực tế ta tăng Kp lớn động đạt đến tốc độ đặt trước nhanh, nhiên xảy vọt lố, đồng nghĩa với việc sai số e lúc có giá trị âm tạo xu hướng động giảm tốc độ, trình lập lập lại Nếu sử dụng đạo hàm làm thành phần thắng giảm vọt lố động Vậy ta có điều khiển sau: F=Kp*e + Kd* Nếu thành phần D P chênh lệch với lớn động chưa đạt đến tốc độ mong muốn dừng lại Khi ta thêm thành phần cộng dồn sai số, thành phần I điều khiển Lúc công thức là: F=Kp*e + Kd*+Ki*(In-1+()*dt CHƯƠNG 3: LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH 3.1 Vi điều khiển PIC 16F877: 3.1.1 Sơ lược VĐK PIC16F877: PIC tên viết tắt “ Programmable Intelligent Computer”, PIC16F877A dòng PIC phổ biến, đầy đủ tính phục vụ cho hầu hết tất ứng dụng thực tế PIC 16F877 có tập lệnh gồm 35 lệnh độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi xung clock, hoạt động tần số 20Mhz chu kì 200ns Bảng 3.1 Bảng tổng quan VĐK PIC 16F877 Đặc tính ROM chip RAM nội Bộ định thời Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính Dung lượng 8K byte 368 byte định thời bits định thời 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 10 / 32 bits Số chân 40 Số cổng nối tiếp cổng song song cới tín hiệu nối tiếp Nguồn ngắt 15 Điện áp hoạt động 5V Độ bền 100.000 lần ghi/xóa Tần số hoạt động Tối đa 20Mhz Ngồi PIC 16F877 có port chuyển đổi ADC (Analog to Digital 3.1.2 Converter Sơ đồ khối PIC 16F877: Hình 3.1 Sơ đồ khối PIC 16F877[3] Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 19 / 32 - Tốc độ baud: Tham số đặc trưng cho trình truyền liệu tốc độ truyền liệu hay tốc độ bit Tốc độ thiết lập cho bên phát bên thu - Bit chẵn lẻ: Dùng để kiểm tra lỗi CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 4.1 Sơ đồ khối: Khối nút nhấn Khối nguồn Khối động nhập thông số Khối giao tiếp với máy tính Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật PID KhốiTốn xử lý Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính điều khiển Khối hiển thị ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 20 / 32 Hình 4.1 Sơ đồ khối 4.2 Sơ đồ nguyên lý: Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý 4.3 Mạch thực tế: Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 21 / 32 Hình 4.3 Mặt trước mơ hình thực tế Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 22 / 32 Hình 4.4 Mặt sau mơ hình thực tế Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 23 / 32 Hình 4.5 Mạch thực tế hoạt động Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 24 / 32 Hình 4.6 Điều khiển động máy tính Hình 4.7 Đồ thị tốc độ động theo thời gian CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Ưu điểm nhược điểm: Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 25 / 32 - Ưu điểm: Mơ hình nhỏ gọn, thực lệnh thơng số điều khiển, kết nối với máy tính - Nhược điểm: Mạch chạy chưa ổn định, chưa đưa khác biệt cách điều khiển khác - Kết đạt được: Thiết kế mô hình hoạt động thực gần đầy đủ yêu cầu ban đầu Điều khiển động quay thuận, nghịch, đạt tốc độ mong muốn 5.2 Hướng phát triển - Động đạt đến tốc độ đặt nhanh ổn định - Điều khiển động giữ tốc độ thêm tải phụ vào Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 26 / 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi %E1%BB%83n_PID [2].https://voer.edu.vn/m/tim-hieu-ngon-ngu-lap-trinh-visual-basic/cae67df7 [3] http://ww1.microchip.com [4] Nguyễn Đăng Quang (09-2009) Giáo trình Microsoft Visual Basic [5] https://robotics.stackexchange.com/ [6] Lê Đức Hạnh (2017) “Lập trình vi điều khiển học PIC ứng dụng” Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 27 / 32 PHỤ LỤC A (ĐOẠN MÃ CHO VĐK) #include #include #DEVICE *=16 ADC=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #USE DELAY(CLOCK=20000000) #use rs232(baud=4800,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) #include #include #define k1 RD0 #define k2 RD1 #define k3 RD2 #define k4 RD3 #define k5 RD4 #define k6 RD5 #define k7 RD6 #define td RC2 #define ch RA5 #define xung RB0 int16 speed=0,speed1=0,temp=0,temp1=0,PresetSpeed=0,duty=0; int8 count3=0,count30=0, i=0; int16 t; int1 chieu=1; char c; signed int16 e; float sum=0,PWM; void PID(void); void PID() { e=PresetSpeed-10*speed; sum+=e; PWM=(float)(1.455*e+0.0197*sum); PWM=ceil(PWM); Điều Khiển Động Cơ DC Dùng Thuật Toán PID Với Sự Điều Khiển Và Giám Sát Từ Máy Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG 28 / 32 if(PWM>1023) duty=1023; else {if(PWM
Ngày đăng: 08/03/2019, 22:25
Xem thêm: