1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu thực thi bộ điều khiển robot công nghiệp trên nền tảng FPGA

87 46 0

Đang tải... (xem toàn văn)

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

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Cấu trúc

  • DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ:

  • DANH MỤC CÁC BẢNG

  • DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

  • MỞ ĐẦU

  • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG

    • 1.1. Giới thiệu về Robot

      • 1.1.1. Giới thiệu về công nghệ Robot hiện nay

      • 1.1.2. Các loại động cơ được sử dụng trong công nghệ Robot

      • 1.1.3. Các loại module điều khiển động cơ

      • 1.1.4. Nền tảng FPGA/DSP trong điều khiển Robot

    • 1.2. Các giải pháp và xác định bài toán

      • 1.2.1. Phân tích và lựa chọn giải pháp

      • 1.2.2. Kết luận chương

  • CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

    • 2.1. Sơ đồ khối tổng thể của hệ thống

    • 2.2. Sơ đồ đặc tả hệ thống

    • 2.3. Sơ đồ nguyên lý và các module của hệ thống

      • 2.3.1. Sơ đồ nguyên lý tổng thê

      • 2.3.2. Module điều khiển động cơ

      • 2.3.3. Module điều khiển hệ thống

      • 2.3.4. Module dò đường

    • 2.4. Lựa chọn cấu hình hệ thống

    • Để lựa chọn được cấu hình hệ thống phù hợp với yêu cầu bài toán, chúng tôi đã tìm hiều các hệ thông như trong phần 2.3 đã phân tích, và sau đó đưa ra các lựa chọn phù hợp để thiết kế thành mô hình như trong hình 2.7 dưới đây:

      • 2.4.1. Khối điều khiển hệ thống

      • 2.4.2. Khối điền khiển động cơ

      • 2.4.3. Khối dò đường

  • CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG

    • 3.1. Xây dựng phần cứng

      • 3.1.1. Dự án Quartus cơ bản

      • 3.1.2. Phát triển trên nền tảng dự án cơ bản

      • 3.1.3. Biên dịch và chạy chương trình

    • 3.2. Xây dựng phần mềm

      • 3.2.1. Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID)

      • 3.2.2. Ứng dụng giải thuật PID vào điều khiển robot

      • 3.2.3. Biên dịch và chạy chương trình

    • 3.3. Kết quả mô phỏng và kiểm thử

    • 3.3.1. Kết quả mô phỏng

    • Qua các bài mô phỏng trên máy tính để kiểm tra các giá trị kết quả của đầu ra sử dụng phần mềm SignalTap II Logic Analyzer để phân tích và đánh giá các kết quả đầu ra của các chân địa chỉ đã được thiết kế trong FPGA.

    • 3.3.2. Kết quả kiểm thử

  • KẾT LUẬN

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nội dung

Nghiên cứu thực thi bộ điều khiển robot công nghiệp trên nền tảng FPGA Nghiên cứu thực thi bộ điều khiển robot công nghiệp trên nền tảng FPGA Nghiên cứu thực thi bộ điều khiển robot công nghiệp trên nền tảng FPGA luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG TIẾN NGHIÊN CỨU THỰC THI BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN NỀN TẢNG FPGA Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Trọng Tuấn Hà Nội - 2017 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi LỜI CAM ĐOAN viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu Robot 1.1.1 Giới thiệu công nghệ Robot 1.1.2 Các loại động sử dụng công nghệ Robot 1.1.3 Các loại module điều khiển động 11 1.1.4 Nền tảng FPGA/DSP điều khiển Robot 22 1.2 Các giải pháp xác định toán 33 1.2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp 33 1.2.2 Kết luận chương 34 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35 2.1 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống 35 2.2 Sơ đồ đặc tả hệ thống 35 2.3 Sơ đồ nguyên lý module hệ thống 37 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý tổng thê 37 2.3.2 Module điều khiển động 37 2.3.3 Module điều khiển hệ thống 38 2.3.4 Module dò đường 41 2.4 Lựa chọn cấu hình hệ thống 42 2.4.1 Khối điều khiển hệ thống 43 2.4.2 Khối điền khiển động 44 2.4.3 Khối dò đường 45 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 46 3.1 Xây dựng phần cứng 46 3.1.1 Dự án Quartus 46 i 3.1.2 Phát triển tảng dự án 47 3.1.3 Biên dịch chạy chương trình 53 3.2 Xây dựng phần mềm 66 3.2.1 Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) 66 3.2.2 Ứng dụng giải thuật PID vào điều khiển robot 67 3.2.3 Biên dịch chạy chương trình 71 3.3 Kết mô kiểm thử 73 3.3.1 Kết mô 73 3.3.2 Kết kiểm thử 73 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 78 ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ: Hình 1 Robot Công nghiệp Hình Robot y tế an ninh quốc phòng Hình Động chiều Hình Cấu tạo động DC Hình Động Servo Hình Cấu tạo động Servo Hình Động bước Hình Sơ đồ nguyên tắc điều khiển tải sử dụng PWM 11 Hình Mạch nguyên lý điều khiển tải PWM 12 Hình 10 Sơ đồ xung PWM 13 Hình 11 Tạo xung vuông phương pháp so sánh 14 Hình 12 Sơ đồ mạch L298 điều khiển động chiều 16 Hình 13 Sơ đồ khối chức DRV8833 17 Hình 14 Sơ đồ mạch FET+relay 18 Hình 15 Chu kỳ xung PWM động Servo 19 Hình 16 Module Driver A4988 20 Hình 17 Sơ đồ kết nối 21 Hình 18 Sơ đồ thực thi hệ thống DSP 26 Hình 19 Kiến trúc bên FPGA 27 Hình 20 Cấu trúc Logic Block 27 Hình 21 Sơ đồ tích hợp cứng 29 Hình 22 Sơ đồ khối tích hợp mềm 30 Hình Sơ đồ cấu chúc hệ thống 35 Hình 2 Sơ đồ khối hệ thống 36 Hình Sơ đồ thiết kế phần cứng điều khiển hệ thống 37 Hình Mạch điều khiển motor 38 Hình Sơ đồ khối Kit DE0 Nano 40 Hình Sơ đồ mạch module dò đường 42 Hình Mơ hình hệ thống 42 iii Hình Khối điều khiển Kit DE0 Nano 43 Hình Khối điều khiển động L298 44 Hình 10 Khối dò đường 45 Hình Thành phần HPS hps_0 hệ thống Qsys 46 Hình Cổng AXI Master thành phần HPS 47 Hình 3 Tìm thêm thành phần PIO 48 Hình Cấu hình thành phần PIO 49 Hình Tạo kết nối HPS thành phần PIO 50 Hình giao diện pio_led hệ thống 51 Hình ban đầu hóa pio_led_external_connection_export u0 soc_system 51 Hình thành phần Qys hệ thống 52 Hình Các thành phần Qys hệ thống 52 Hình 10 Thêm vào thành phần Qys 53 Hình 11 file TCL cho SDRAM DDR3 HPS 66 Hình 12 Sơ đồ khối giải thuật PID 67 Hình 13 Sơ đồ khối ứng dụng giải thuật PID vào robot dò đường 68 Hình 14 Lưu đồ thuật tốn hiệu chỉnh PID 70 Hình 15 Biên dịch copy file vào thẻ nhớ Sockit 72 Hình 16 Thực thi chương trình Putty 72 Hình 17 Kết đầu mô qua SignalTap 73 Hình 18 Vận tốc robot hiệu chỉnh Kp (với: Kd=0; Ki=0) 75 Hình 19 Vận tốc robot hiệu chỉnh Kd (với: Kp=30; Ki=0) 76 Hình 20 Vận tốc robot hiệu chỉnh Ki (với: Kp=30; Kd=5) 76 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Bảng chân điều khiển động bước 22 Bảng Tóm tắt ứng dụng sử dụng DSP 25 Bảng Kết thực nghiệm hiệu chỉnh PID ………………………………75 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt SoC system-on-a-chip FPGA Field-programmable gate array DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số PWM Pulse-width modulation điều chế độ rộng xung IC integrated circuit Vi mạch ADC Analog-to-digital converter Mạch chuyển đổi tương tự số HPS hard processor system Hệ thống xử lý phần cứng DC Direct Current dòng điện chiều PID Proportional Integral Derivative Cơ chế phản hồi vòng điều khiển RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên SRAM Static Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh CPLD Hệ thống vi mạch Complex Programmable Logic Device Mạch tích hợp phần tử mảng logic lập trình vi mạch lập trình PLA Programmable Logic Array mảng logic lập trình HDL Hardware Description Language ngơn ngữ mơ tả phần cứng vi LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, công nghệ phát triển robot vô mạnh mẽ ứng dụng nhiều thực tế, ứng dụng robot sản xuất công nghiệp, cánh tay lắp ráp, vận tải hàng hóa theo vạch đường có sẵn Ứng dụng robot y tế, cánh tay thao tác phẫu thuật cho người bệnh… Ứng dụng robot an ninh quốc phòng, robot chiến đầu, xe tăng tự vận hành, thiết bị bay tự động… Ứng dụng ngành vũ trụ … Ngoài ra, cơng nghệ robot cịn dùng ứng dụng xử lý tình mơi trường đặc biệt nhiều hướng phát triển khác phát triển Trên cở sở học thiết kế thử nghiệm robot công nghiệp di chuyển theo vạch đường định trước tảng công nghiệp FPGA/DSP Sử dụng phương pháp tạo độ rộng xung PWM để điều khiển động thuật toán PID để thay đổi hướng theo kết trả từ dò đường Do kiến thức hạn hẹp thời gian thực không nhiều nên đề tài tơi cịn nhiều hạn chế Mặc dù phần thiết kế tính tốn chi tiết mạch thiết kế phần cứng tảng FPGA, lập trình phần mềm cơng nghệ SoC, thơng số đơi cịn mang tính lý thuyết thiên lập trình, chưa có tính ứng dụng cao Tơi mong đóng góp sửa chữa để đề tài mang tính khả thi Tơi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Trọng Tuấn hướng dẫn chúng tơi hồn thành luận văn vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu luận văn riêng chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Hà nội, ngày tháng Học viên (Ký ghi rõ họ tên) viii năm MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghệ robot ngành khoa học mẻ so với nhiều ngành khác tốc độ phát triển nhanh, khả ứng dụng vô to lớn Các ứng dụng bật công nghệ robot như: Robot công nghiệp giúp phát triển nhanh công nghiệp, robot chiến đấu, robot tự hành, robot cảnh sát,… đem lại nhiều lợi ích to lớn nhiều lĩnh vực khác từ giải trí, học tập, lao động, quân sự, v.v… Trong ứng dụng công nghiệp, robot tự động vận hành thực nhiều công việc nặng nhọc mà người cần nhiều thời gian công sức để thực Từ suy nghĩ đó, tơi định nghiên cứu xây dựng mơ hình phát triển robot mang tính thực tiễn cao Mơ hình robot sử dụng tảng FPGA/DSP cơng nghệ SoC công nghệ phát triển thịnh hành ngày Do chọn nghiên cứu thực đề tài: “Nghiên cứu thực thi điều khiển Robot công nghiệp tảng FPGA”, đối tượng sử dụng nghiên cứu để xác định độ xác tính tốn đặt Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài là: - Thực thi điều khiển chuyển động sử dụng Kit SoC ứng dụng tảng FPGA Altera để xây dựng mơ hình xe robot - Kiểm thử đánh giá kết thực thi điều khiển đối tượng mơ hình giả lập Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết tảng FPGA DSP - Nghiên cứu kỹ thuật lập trình cơng nghệ SoC - Nghiên cứu thuật tốn dị đường PID - Nghiên cứu phương pháp điều chế độ rộng xung PWM // pwm9_conduit_end_export (pwm[9]), // pwm9_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm10_conduit_end_export (pwm[10]), // pwm10_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm11_conduit_end_export (pwm[11]), // pwm11_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm12_conduit_end_export (pwm[12]), // pwm12_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm13_conduit_end_export (pwm[13]), // pwm13_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm14_conduit_end_export (pwm[14]), // pwm14_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm15_conduit_end_export (pwm[15]), // pwm15_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm16_conduit_end_export (pwm[16]), // pwm16_conduit_end.writeresponsevalid_n // pwm17_conduit_end_export (pwm[17]), // pwm17_conduit_end.writeresponsevalid_n dc_motor_left_conduit_end_motor_p (MTRL_P), dc_motor_left_conduit_end_motor_n (MTRL_N), dc_motor_right_conduit_end_motor_p (MTRR_P), dc_motor_right_conduit_end_motor_n (MTRR_N), sensor_ex_s1_in (s1), // sensor_ex.s1_in sensor_ex_s2_in (s2), // (s3), // s2_in sensor_ex_s3_in s3_in 64 .sensor_ex_s4_in (s4), // (s5), // s4_in sensor_ex_s5_in s5_in sensor_ex_CLP (clp), // CLP sensor_ex_NEAR (near), // NEAR sensor_ex_s_data () // s_data // sensor_ex_reset_reset (1'b0) // sensor_ex_reset.reset ); assign LED[7] = heart_beat[23]; reg [23:0] heart_beat; always @ (posedge FPGA_CLK2_50) begin heart_beat Start Compilation” Khi xử lý biên dịch thành cơng, file soc_system.sof tạo Người phát triển sử dụng file để cấu hình FPGA chương trình Quartus thơng qua USB-Blaster II board DE0-Nano-SoC Bởi file tcl điều khiển SDRAM DDR3 cho HPS thực thi my_first_hps_fpga_base, giữ dự án Nếu khơng dùng án my_first_hps_fpga_base để phát triển, nhớ phải thực thi tạo file tcl hình 3.11 trước thực bắt đầu biên dịch File kịch TCL tạo cách nhấn vào menu “Tools->TCL Scripts…” 65 Các file tcl _parameters.tcl _pin_assignments.tcl thực thi, tên hệ thống Qsys Chạy kịch để gán ràng buộc cho thành phần SDRAM DDR3 Hình 11 file TCL cho SDRAM DDR3 HPS 3.2 Xây dựng phần mềm 3.2.1 Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ hiệu chỉnh sai số giá trị biến đo giá trị mong muốn đạt đến cách tính tốn xuất “hành động điều chỉnh” nhanh chóng để giữ cho lỗi mức nhỏ Bộ điều khiển bao gồm thông số: Proportional (P), Integral (I) Derivative (D), thể qua sơ đồ khối phương trình tổng quát hình: 66 Hình 12 Sơ đồ khối giải thuật PID Phương trình PID tổng quát: U(t) = Kpe(t) + Ki + Kd (2) - Hàm lỗi e(t) thời điểm t: độ lệch giá trị mong muốn giá trị đo được: e(t) = Vset – Vmo(t) (3) Trong đó: Vset: Setpoint Value (giá trị điện áp mong muốn) Vmo(t): Measurable Output Value (giá trị điện áp đo thời điểm t) - Proportional P(t) (hàm tỉ lệ): điều khiển tỉ lệ với giá trị lỗi P(t) = Kpe(t) (4) Trong đó: Kp : số tỉ lệ, tham số dùng để tinh chỉnh - Integral I(t) (hàm tích phân): điều khiển tương ứng với mức lỗi tích lũy theo thời gian I(t) = Ki (5) Trong đó: Ki : số điều chỉnh hàm tích phân - Derivative D(t) (hàm vi phân): điều khiển tương ứng với tốc độ thay đổi lỗi, hay độ dốc lỗi theo thời gian D(t) = Kd (6) Trong Kd số điều chỉnh hàm vi phân 3.2.2 Ứng dụng giải thuật PID vào điều khiển robot a) Mơ hình PID áp dụng cho robot dò đường 67 Giải thuật PID tích hợp vào giải thuật điều khiển robot dị đường để tính tốn xuất giá trị PWM điều khiển động gắn với bánh sau robot dựa vào độ sai lệch giá trị đo đạc ngõ vào giá trị mong muốn Độ sai lệch, hay gọi giá trị lỗi, tính tốn giải thuật PID độ lệch trạng thái robot so với đường Có nghĩa là, độ sai lệch giá trị cảm biến so với giá trị cảm biến trường hợp robot chạy thằng phía trước Việc áp dụng giải thuật PID robot dị đường sử dụng cảm biến quang trình bày sơ đồ khối sau: Hình 13 Sơ đồ khối ứng dụng giải thuật PID vào robot dị đường - Vị trí mục tiêu Vset: trung tâm đường đi, vị trí mà ta muốn robot hướng đến - Vị trí thực Vmo(t): vị trí thực robot, lêch bên trái bên phải so với đường robot - Lỗi e(t): độ sai lệch vị trí mục tiêu vị trí thực robot, giá trị âm dương 0, tính theo cơng thức (3) - Hệ số Kp, Ki, Kd số tương ứng sử dụng để điều chỉnh ảnh hưởng khâu tỉ lệ, khâu tích phân khâu vi phân - 68 b) Giải thuật PID Giải thuật PID chuỗi phép toán để xác định giá trị khâu điều khiển tỉ lệ, khâu điều khiển vi phân khâu điều khiển tích phân Sau đó, kết hợp với giá trị lại với xuất giá trị điều độ rộng xung PWm để điều khiển động bánh sau robot - Khâu điều khiển tỉ lệ tính tốn độ lệch robot, xác định robot lệch phải hay lệch trái đường xuất giá trị PWM để điều khiển hai động giúp robot quay vị trí mục tiêu (áp dụng cơng thức (3) (4)) Độ lệch: e(n) = Vmo(n) – Vset (7) Dáp ứng khâu tỉ lệ: P(n) = Kpe(n) (8) Trong đó: n số lần lấy mẫu Hằng số Kp lớn điều chỉnh lớn lỗi lớn Ngược lại, Kp nhỏ đáp ứng điều chỉnh nhỏ lỗi - Khâu điều khiển tích phân tính tốn dựa sai số tích lũy theo thời gian Robot lệch xa đường sai số tích lũy lớn Khâu thể khứ robot có bám đường tốt hay khơng (áp dụng cơng thức (4)) Sai số tích lũy: E(n) = (9) Đáp ứng khâu tích phân: I(n) = Ki E(n) (10) Trong đó: n số lần lấy mẫu - Khâu vi phân tính tốn dựa sai số Khâu cho biết tốc độ robot dao động qua lại đường (áp dụng công thức (6)) Tốc độ dao động: (11) Đáp ứng khâu vi phân: D(n) = Kd (12) - Cuối cùng, giá trị PWM để xuất điều khiển cho động robot áp dụng công thức (2), (7) – (12) PWM = P(n) + I(n) + D(n) = Kp e(n) + Ki I(n) + Kd D(n)  PWM = Kp [Vmo(n) - Vset] + Ki + Kd [e(n) – e(n-1)] 69 (13) c) Hiệu chỉnh thuật toán PID Khi sử dụng giải thuật PID để điều khiển robot dò đường, kết ban đầu cho thấy robot hoạt động không mong đợi Trường hợp lý giải giá trị hệ số Kp, Ki, Kd chưa phù hợp Mỗi robot có đặc tính vật lý khác hệ số phải thay đổi để phù hợp Lưu đồ thuật tốn hiệu chỉnh PID Hình 14 Lưu đồ thuật toán hiệu chỉnh PID 70 3.2.3 Biên dịch chạy chương trình B1: Viết file biên dịch (Makefile) với nội dung sau: # TARGET = smart_car # CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihfCFLAGS = -g -I ${SOCEDS_DEST_ROOT} ${SOCEDS_DEST_ROOT}/ip/altera/hps/altera_hps/hwlib/include -I -I ${SOCEDS_DEST_ROOT}/ip/altera/hps/altera_hps/hwlib/include/soc_cv_av LDFLAGS = -g CC = $(CROSS_COMPILE)gcc ARCH= arm build: $(TARGET) $(TARGET): main.o $(CC) $(LDFLAGS) $^ -o $@ -pthread %.o : %.c $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@ -pthread PHONY: clean clean: rm -f $(TARGET) *.a *.o *~ B2: Mở phần mềm Embedded_Commanshell altera Thực lệnh hình 3.15 đây: 71 Hình 15 Biên dịch copy file vào thẻ nhớ Sockit B3: Mở phần mềm Putty chọn kết nối cổng Serial, COMx, 115200 sau kết nối thực thi phần mềm hình 3.16 dưới: Hình 16 Thực thi chương trình Putty 72 3.3 Kết mơ kiểm thử 3.3.1 Kết mô Qua mơ máy tính để kiểm tra giá trị kết đầu sử dụng phần mềm SignalTap II Logic Analyzer để phân tích đánh giá kết đầu chân địa thiết kế FPGA Hình 17 Kết đầu mô qua SignalTap Trong hình 3.17 chân địa đầu cần kiểm tra đánh giá là: MTRL_N, MTRL_P dùng để tạo xung PWM điều khiển động trái; MTRR_N MTRR_P dùng để tạo xung PWM điều khiển động phải; s1->s5 thể kết đầu cảm biến đèn LED từ U1->U5; near kết đầu cảm biến gần 3.3.2 Kết kiểm thử Bảng 3.1 thể giá trị vận tốc trung bình V(m/s) đo từ thực nghiệm robot điều khiển phương pháp PWM vịng kín đoạn đường thẳng có chiều dài 10m Kết ghi nhận thông qua việc hiệu chỉnh thông số Kp, Ki Kd giải thuật PID dựa vào lưu đồ giải thuật 73 hình 3.14 Vì trình thực nghiệm sinh nhiều giá trị khác nên bảng 3.1 thể kết lần thử nghiệm, cụ thể sau: Lần Kp Kd Ki Vận tốc 0 0.7 0 0.9 10 0 0.87 15 0 0.95 20 0 25 0 1.1 30 0 1.3 35 0 1.22 40 0 1.2 10 45 0 1.17 11 30 1.24 12 30 1.27 13 30 1.3 14 30 1.34 15 30 1.38 16 30 1.3 17 30 1.37 18 30 1.3 19 30 0.1 1.33 20 30 0.2 1.38 21 25 0.3 1.4 22 30 0.4 1.41 23 35 0.5 1.53 24 40 0.6 1.71 25 45 0.7 1.83 74 Lần Kp Kd Ki Vận tốc 26 30 0.8 27 30 0.9 1.82 28 30 1.0 1.75 29 30 1.1 1.72 30 30 1.2 1.70 Bảng Kết thực nghiệm hiệu chỉnh PID Các số liệu bảng 3.1 thể đồ thị hình (3.18 -3.20) Trong đồ thị hình 3.18, thể trình hiệu chỉnh Kp, giữ cố định Kd=0, Ki=0, robot di chuyển với vận tốc V=1.3 (m/s) giá trị vận tốc cực đại giá trị Kp=30 Hình 18 Vận tốc robot hiệu chỉnh Kp (với: Kd=0; Ki=0) Trong đồ thị hình 3.19, cố định Kp=30, Ki=0 hiệu chỉnh Kd, robot di chuyển với vận tốc V=1.38 (m/s) giá trị vận tốc cực đại đạt giá trị Kd=5 Trong đồ thị hình 3.20, cố định Kp=30, Kd=5 hiệu chỉnh Ki, robot di chuyển với vận tốc V=2 (m/s) giá trị vận tốc cực đại đạt giá trị Ki=0.8 75 Hình 19 Vận tốc robot hiệu chỉnh Kd (với: Kp=30; Ki=0) Hình 20 Vận tốc robot hiệu chỉnh Ki (với: Kp=30; Kd=5) Từ kết thực nghiệm cho thấy hiệu khâu: điều khiển tỉ lệ, điều khiển vi phân điều khiển tích phân giải thuật PID điều khiển robot dò đường tốt Như vậy, qua thực nghiệm mơ hình robot thật, hệ số điều khiển PID chọn để robot di chuyển với vận tốc cực đại là: Kp = 30, Kd = Ki = 0.8 76 KẾT LUẬN Trong luận văn này, thành công đưa nghiên cứu ứng dụng SoC vào điều khiển động chiều phương pháp điều chế xung PWM Như biết tảng SoC tảng ứng dụng kết hợp hoàn hảo FPGA DSP Với yêu cầu toán “Nghiên cứu thực thi điều khiển Robot công nghiệp tảng FPGA” sử dụng tảng SoC để thiết kế hệ thống điều khiển robot theo yêu cầu toán Ưu điểm tảng SoC sử dụng chip vi xử lý ARM hiệu cao hệ điều hành linux thời gian thực giúp tối ưu xử lý, tính tốn thuật tốn hiệu xử lý SoC Ngoài cho phép người dùng dễ dàng thay đổi thiết kế phần cứng phần mềm để ứng dụng đưa vào tốn Trong luận văn chúng tơi ứng dụng tảng SoC để thiết kế phần cứng FPGA tạo xung PWM để điều khiển động sử dụng thuật toán PID phần mềm để điều chỉnh hướng robot theo vạch đường định trước, bước đầu thành công mặt hệ thống thuật tốn, nhiên q trình thiết kế thực thi có gặp số vấn đề chất lượng thiết bị động cơ, thiết bị cảm biến dị đường kết chưa tối ưu mong muốn 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Boumediène A., Brahim G and Brahim M., (14 January-June 2009), Setting Up PID DC Motor Speed Control Alteration Parameters Using Particle Swarm Optimization Strategy, Bechar University, Department of Electrical Engineering, B.P 417BECHAR (08000) Algeria, ISSN 1583-1078 [2] Cơ điện tử Việt Nam (http://codientu.org) [3] DE0_Nano_User_Manual_v1.9 – Terasic [4] DS-5+SoCkit+WorkshopUSA - Terasic [5] John A Shaw, (1 December 2003), the PID Control Algorithm: How it works, how totune it, and how to use it, 2nd Edition, Process Control Solutions [6] Seyed Yahya Moradi, Controling DC Motor Position, Using PID Controller Made by PIC Microcontroller Department of Electronic Engineering Faculty of Electrical Engineering, Sahand University of Technology 78 ... tính thực tiễn cao Mơ hình robot sử dụng tảng FPGA/ DSP cơng nghệ SoC công nghệ phát triển thịnh hành ngày Do chọn nghiên cứu thực đề tài: ? ?Nghiên cứu thực thi điều khiển Robot công nghiệp tảng FPGA? ??,... Giới thi? ??u Robot 1.1.1 Giới thi? ??u công nghệ Robot 1.1.2 Các loại động sử dụng công nghệ Robot 1.1.3 Các loại module điều khiển động 11 1.1.4 Nền tảng FPGA/ DSP điều khiển. .. đánh giá kết thực thi điều khiển đối tượng mơ hình giả lập Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết tảng FPGA DSP - Nghiên cứu kỹ thuật lập trình cơng nghệ SoC - Nghiên cứu thuật tốn

Ngày đăng: 14/02/2021, 17:55

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w