Điều khiển động cơ DC không chổi than sử dụng PID số trên cơ sở vi điều khiển STM32F103

Trường đại học Bách khoa Hà Nội ĐỀ TÀI: Điều khiển động DC không chổi than sử dụng PID số sở vi điều khiển ĐỀ TÀI: Điều khiển động DC không chổi than sử dụng PID số sở vi điều khiển STM32F103 STM32F103 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Quang Địch  Sinh viên thực hiện: Đặng Hữu Tuấn Minh - 20162696 Tổng quan STM32F103 Vi điều khiển STM32F103 thuộc dòng ARM Cortex M3 Dịng ARM Cortex bao gồm cấu hình khác kiến trúc ARMv7 • Cấu hình A cho ứng dụng tinh vi, yêu cầu cao chạy hệ điều hành mở phức tạp Linux, Android • Cấu hình R dành cho hệ thống thời gian thực • Cấu hình M tối ưu cho ứng dụng vi điều khiển, cần tiết kiệm chi phí Tổng quan STM32F103 • Trung tâm vi xử lý Cortex-M3 lõi dựa kiến trúc Harvard • Lõi Cortex có cấu trúc đường ống gồm tầng: Instruction Fetch, Instruction Decode Instruction Execute • • Là vi xử lý 32bit Hỗ trợ chế độ hoạt động Thread Handler (đặc quyền khơng đặc quyền) • • Khả địa hóa tới 4GB Tích hợp NVIC (Nested Vectored Interupt Controller) để xử lý ngắt linh hoạt nhanh chóng Tổng quan STM32F103 Các đặc điểm vi điều khiển STM32F103: • • • Sự tinh vi: Có ngoại vi tích hợp nhiều tính An tồn: STM32 cung cấp số tính phần cứng hỗ trợ ứng dụng cách tốt bao gồm phát điện áp thấp, hệ thống bảo vệ xung clock hai watchdogs Bảo mật: Bộ nhớ Flash STM32 khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng debug Khi tính bảo vệ đọc kích hoạt, nhớ Flash bảo vệ chống ghi để ngăn chặn mã không tin cậy chèn vào bảng vector ngắt • Dễ dàng viết phần mềm điều khiển: Có nhiều RTOS (Hệ điều hành thời gian thực) mã nguồn mở thương mại middleware (TCP/IP, hệ thống tập tin, v.v.) hỗ trợ cho họ Cortex Động không chổi than (BLDC motor): • Động BLDC (Brushless DC) thuộc nhóm động đồng nam châm vĩnh cửu khơng phải động chiều • Động đồng nam châm vĩnh cửu nhóm động xoay chiều đồng (tức rotor quay tốc độ với từ trường quay) có phần cảm nam châm vĩnh cửu Dựa vào dạng sóng sức phản điện động stator động mà nhóm ta Động BLDC chia thành loại: động (sóng) hình sin động (sóng) hình thang • Động BLDC loại động sóng hình thang, động cịn lại động sóng hình sin (ta gọi chung với tên PM – Permanent magnet Motor) Dạng sóng sức phản điện động động BLDC Động không chổi than (BLDC motor): Nội dung ĐCMC thơng thường Cấu trúc khí Mạch kích từ nằm stator Tính đặc biệt Đáp ứng nhanh dễ điều khiển ĐCMC không chổi than Mạch kích từ nằm rotor Đáp ứng chậm Dễ bảo dướng Cao áp: pha nối Y ∆ Sơ đồ đấu dây Nối vịng trịn Bình thường: dây pha nối Y có điểm trung tính nối đất Đơn giản nối ∆ pha Đơn giản nhất: nối pha Phương pháp chuyển mạch Tiếp xúc khí chổi than cổ góp Chuyển mạch điện từ sử dụng thiết bị bán dẫn Phương pháp xác định vị trí rotor Tự động xác định chổi than Sử dụng cảm biến vị trí Phương pháp đảo chiều Đảo chiều điện áp nguồn Sắp xếp lại thứ tự tín hiệu logic So sánh động DC thông thường động BLDC Cấu tạo động BLDC: Các thành phần động BLDC Cấu tạo động BLDC • Stator: bao gồm lõi sắt (các thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau) dây quấn với cách quấn dây khác động AC pha thông thường • Rotor: Về khơng có khác so với động nam châm vĩnh cửu khác Stator động BLDC Rotor động BLDC Cấu tạo động BLDC: • Cảm biến Hall: xác định vị trí từ trường rotor so với pha cuộn dây stator Cảm biến gắn Stator động Hoạt động cảm biến Hall Cảm biến Hall gắn stator động BLDC Cấu trúc nằm ngang động BLDC Cấu tạo động BLDC: • Bộ phận chuyển mạch điện tử: dây quấn phần ứng bố trí stator đứng yên nên phận đổi chiều dễ dàng thay đổi chiều điện tử sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo vị trí roto Nguyên lý hoạt động động BLDC: Để động BLDC hoạt động cần biết vị trí xác roto để điều khiển q trình đóng ngắt khóa bán dẫn, cấp nguồn cho cuộn dây stator theo trình tự hợp lí Mỗi trạng thái chuyển mạch có cuộn dây cấp điện dương, cuộn dây thứ cấp điện âm cuộn thứ không cấp điện Momen sinh tương tác từ trường tạo cuộn dây stator với nam châm vĩnh cửu Một cách lí tưởng, momen lớn xảy từ trường lệch 90 giảm xuống chúng di chuyển Để giữ động quay, từ trường tạo cuộn dây stator phải quay “đồng bộ” với từ trường rotor góc α Sơ đồ nguyên lý mạch động lực BLDC ... dạng sóng sức phản điện động stator động mà nhóm ta Động BLDC chia thành loại: động (sóng) hình sin động (sóng) hình thang • Động BLDC loại động sóng hình thang, động cịn lại động sóng hình sin (ta... phản điện động động BLDC Động không chổi than (BLDC motor): Nội dung ĐCMC thông thường Cấu trúc khí Mạch kích từ nằm stator Tính đặc biệt Đáp ứng nhanh dễ điều khiển ĐCMC khơng chổi than Mạch... hỗ trợ cho họ Cortex Động khơng chổi than (BLDC motor): • Động BLDC (Brushless DC) thuộc nhóm động đồng nam châm vĩnh cửu động chiều • Động đồng nam châm vĩnh cửu nhóm động xoay chiều đồng (tức