Nghiên cứu thiết kế và điều khiển vi bước micro stepping ứng dụng bơm dịch đối lưu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HỌC VIÊN : VÕ CƢỜNG Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN VI BƢỚC ( MICRO STEPPING ) ỨNG DỤNG BƠM DỊCH ĐỐI LƢU LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số ngành: 60520114 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HỌC VIÊN : VÕ CƢỜNG Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN VI BƢỚC ( MICRO STEPPING ) ỨNG DỤNG BƠM DỊCH ĐỐI LƢU LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số ngành: 60520114 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến Sĩ Nguyễn Duy Anh TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hƣớng dẫn khoa học : Tiến Sĩ Nguyễn Duy Anh Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Công nghệ TP HCM ngày 25 tháng năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên TS Ngô Cao Cƣờng PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến TS Nguyễn Quốc Hƣng TS Võ Hoàng Duy TS Nguyễn Hùng Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thƣ ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƢỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Võ Cƣờng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/11/1966 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử MSHV: 1241840002 I- Tên đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Điều Khiển Vi Bƣớc ( Micro stepping) Ứng Dụng Bơm Dịch Đối Lƣu II- Nhiệm vụ nội dung: Nhiệm vụ: - Thực luận văn chọn đƣợc đồng ý chấp thuận giao nhiệm vụ thực từ trƣờng phòng quản lý sau đại học Nội dung: - Thực nghiên cứu sở lý thuyết luận văn, giải thuật cần áp dụng - Thi công mô hình III- Ngày giao nhiệm vụ: 12/06/2013 IV- Ngày hồn thành nhiệm vụ: 15/12/2013 V- Cán hƣớng dẫn: Tiến Sĩ Nguyễn Duy Anh CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết quả, mơ hình thực nghiệm nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn đƣợc cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Võ Cƣờng ii LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian tham gia học chƣơng trình cao học thực luận văn thạc sĩ, nhận đƣợc giảng dạy, giúp đỡ, hƣớng dẫn, góp ý nhiều quý Thầy Cô môn Cơ điện tử, khoa Cơ điện tử Trƣờng Đại học Công Nghệ Tp.HCM q Thầy Cơ Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp HCM Trƣớc tiên, chân thành cám ơn quý Thầy tham gia giảng dạy chƣơng trình cao học ngành Cơ điện tử, giúp chúng tơi tích lũy thêm kiến thức sâu rộng chuyên môn, cung cấp cho biện pháp nghiên cứu lĩnh vực điều khiển Tôi chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Nguyễn Duy Anh, ngƣời Thầy giảng dạy, hƣớng dẫn góp ý giúp tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tp.HCM, ngày 17 tháng 11 năm 2013 Học viên Võ Cƣờng iii TÓM TẮT Thiết bị bơm dịch đối lƣu thiết bị Y tế nên cần đƣợc thiết kế hoạt động với độ ổn định cao, thiết bị sử dụng động DC không chổi quét (Brushless DC Motor) dùng bơm dịch đối lƣu cần lƣu lƣợng bơm ổn định điều kiện áp lực tải hệ thống phản hồi thay đổi Từ nhu cầu điều khiển đối tƣợng có tham số phản hồi ln bị thay đổi điều khiển PID kinh điển khơng thể đảm bảo chất lƣợng đáp ứng điểm làm việc Vì vậy, việc thay đổi thơng số điều khiển PID để thích nghi với thay đổi hệ thống theo thời gian đặc biệt quan trọng Với lý đó, luận văn đƣa phƣơng án thiết kế điều khiển Self-Tuning PID, với giá trị Kp, Kd, Ki đƣợc tính tốn dựa tảng lý thuyết Fuzzy Logic, ứng dụng việc điều khiển động DC không chổi quét (BLDC MOTOR) Mặt khác thiết bị bơm dịch đối lƣu cịn đƣợc thiết kế mạch điều khiển tồn hệ thống vận hành nhƣ: theo dõi áp suất đƣờng bơm dịch lúc điều trị, áp suất ngƣỡng báo động thiết lập đƣợc ngƣời sử dụng, điều khiển hệ thống van thủy lực đóng mở theo yêu cầu sử dụng, điều khiển ngƣỡng an toàn báo động cố iv ABSTRACT The pump solution in use for medical equipment should be designed to operate with high reliability, this device used a brush DC motor (Brushless DC Motor) solution pump flow convection should stabilize under conditions of pressure and load feedback system is always changing From demand control subjects with feedback parameters are altered, the classic PID controller can not meet the quality assurance work at any point So, changing the parameters of the PID controller to adapt to the change of the system over time is particularly important For this reason, the thesis launched a design project of the SelfTuning PID controllers, the value of Kp, Kd, Ki is calculated based on Fuzzy Logic Theory and application of control brush DC motors (BLDC MOTOR) Other side pumping equipment services are also designed to save the controller operating system such as monitoring pressure on the pump at the treatment, pressure alarm thresholds can be set by the user, the hydraulic control valve system open request to use, control and alarm threshold when safety incidents v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix CHƢƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan nội dung nghiên cứu 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Tóm tắt luận văn CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT LUẬT ĐIỀU KHIỂN 2.1 Lý thuyết điều khiển PID 2.2 Lý thuyết luật điều khiển Fuzzy 2.3 Phƣơng thức điều khiển BLDC motor 10 2.4 Mơ hình hố Brushless DC motor 15 CHƢƠNG ĐIỀU KHIỂN BLDC MOTOR VỚI LUẬT ĐIỀU KHIỂN FUZZY SELF-TUNING PID 21 3.1 Bộ điều khiển Fuzzy Self-Tuning PID ( FST PID) cho BLDCM 21 3.2 Mơ hình Fuzzy self-tuning PID Simulink 26 3.3 Kết mô 30 vi CHƢƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 33 4.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống 33 4.2 Thiết lập chu trình hoạt động thiết bị 33 4.3 Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển 36 4.4 Mơ hình hồn thiện 40 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 41 5.1 Lƣu lƣợng thực nghiệm 41 5.2 Đánh giá sai số 42 5.3 Dạng sóng : áp, xung kích nhóm fet trên, nhóm fet dƣới, dòng phase A 42 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 46 6.1 Kết luận, đánh giá 46 6.2 Hƣớng phát triển đề tài 46 6.3 Các mặt hạn chế 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 48 H_Val[4-y]=Buf16 % 10; //chia lay so du Buf16 /=10; //chia lay so nguyen } // Hien thi LCD move_LCD(1,13); //di chuyen tro den dong cot 13 for(y=0;y7 giay moi luu Data //tam thoi ngung Flash } delay_ms(200); } } // //Config IO & TAG VALUE void Config_Parameters(){ int8 y; set_tris_a(0xFF); //all port A input set_tris_b(0xF0); //all port b input & Output set_tris_e(0x00); //all port A output Vi_Tri=0; UPDATE=0; //khong phai che dieu chinh gia tri //reset tag sign luu output_low(On_CMD); output_low(Led_Xanh); output_low(Led_Do); delay_ms(1000); init_LCD(); //khoi dong LCD clr_LCD(); //xoa toan bo LCD move_LCD(1,1); Load_Data(); //di chuyen tro den dong cot dau tien //Load Data move_LCD(1,1); //di chuyen tro den dong cot dau tien for(y=0;y90)y=2; } } } } void Kich3() { int8 d,y; d=input_b(); d &=0b00000111; if(d==06) { BDN=0; y=2; while(1) { if(BDNy)output_c(Off); d=input_b(); //Do Sensor d &=0b00000111; if(d!=06) { output_c(Off); return; } //Off Motor if(BDN>y+2) //chu ky PWM thu tang len 100uS { BDN=0; y=y+1; //tang PWM len 100uS if(y>90)y=2; } } } } void Kich2() { int8 d,y; d=input_b(); d &=0b00000111; if(d==02) { BDN=0; y=2; while(1) { if(BDNy)output_c(Off); d=input_b(); //Do Sensor d &=0b00000111; if(d!=02) { output_c(Off); return; //Off Motor } if(BDN>y+2) //chu ky PWM thu tang len 100uS { BDN=0; y=y+1; //tang PWM len 100uS if(y>90)y=2; } } } } void Kich1() { int8 d,y; d=input_b(); d &=0b00000111; if(d==03) { BDN=0; y=2; while(1) { if(BDNy)output_c(Off); d=input_b(); //Off Motor //Do Sensor d &=0b00000111; if(d!=03) { output_c(Off); return; } if(BDN>y+2) //chu ky PWM thu tang len 100uS { BDN=0; y=y+1; //tang PWM len 100uS if(y>90)y=2; } } } } void main() { int16 d,adc; int8 k; port_b_pullups(true); setup_adc_ports(ALL_ANALOG); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_spi(SPI_SS_DISABLED); setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_32); setup_timer_1(T1_DISABLED); setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1); setup_comparator(NC_NC_NC_NC); setup_vref(FALSE); enable_interrupts(INT_RTCC); enable_interrupts(GLOBAL); // TODO: USER CODE!! Init_Parameter(); d=2048; while(1) { if (!input(Off_CMD)||!input(Over_Cur)){ output_c(Off); delay_ms(2000); } else{ set_ADC_channel(0); //Chon ADC kenh for(k=0;k