TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN BLDC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN BLDC Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Tùng Lâm Sinh viên thực : Trần Việt Thắng Lớp : CN-ĐK & TĐH 01 MSSV : 20146666 Hà nội, 6-2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Tìm hiểu thiết kế điều khiển cho động chiều không chổi than BLDC” em tự thiết kế hướng dẫn TS Nguyễn Tùng Lâm Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hồn tồn trách nhiệm Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Việt Thắng MỤC LỤC Danh sách hình vẽ DANH SÁCH HÌNH VẼ Danh sách bảng biểu DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Danh sách bảng biểu Danh sách từ viết tắt DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT BLDC: Brushless Direct Current (một chiều không chổi than) ĐCMC: Động chiều PWM: Pulse With Modulation (Điều chế độ rộng xung) USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter (truyền thông nối tiếp đồng không đồng bộ) ADC: Analog Digital Convert (chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số) SPI: Serial Peripheral Interface (giao diện ngoại vi nối tiếp) I2C: Inter – Integrated Circuit (Bus giao tiếp IC với nhau) Lời nói đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, giới chứng kiến thay đổi to lớn sản xuất công nghiệp việc áp dụng thành tựu cách mạng khoa học công nghệ Cùng với thay đổi sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ tự động hố có bước phát triển vượt bậc trở thành ngành mũi nhọn giới Các hệ thống tự động hoá sử dụng động điện truyền thống thường thiết kế với phần tử tương tự tương đối rẻ tiền Điểm yếu hệ thống tuơng tự chúng nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ tuổi thọ thành phần Một nhược điểm hệ thống khó mở rộng nâng cấp Các cấu trúc điều khiển số khắc phục tất nhược điểm cấu trúc truyền động tương tự cách sử dụng xử lý lập trình việc nâng cấp trở nên dễ dàng thực phần mềm Các xử lý tín hiệu số tốc độ cao cho phép thực toán điều khiển số yêu cầu độ phân giải cao, tốc độ khối lượng tính tốn lớn chẳng hạn tốn điều khiển thời gian thực Ngồi ra, chúng cịn cho phép tối thiểu hố thời gian trễ mạch vòng điều khiển Những điều khiển hiệu suất cao cho phép giảm dao động momen, giảm đáng kể tổn thất công suất tổn thất cơng suất điều hồ bậc cao gây rotor Các dạng sóng liên tục cho phép tối ưu hố phần tử cơng suất lọc đầu vào Những tiến gần ngành Vật liệu từ (Nam châm vĩnh cửu), ngành điện tử cơng suất, chế tạo xử lý tín hiệu số Lời nói đầu tốc độ cao, kỹ thuật điều khiển đại ảnh hưởng đáng kể đến việc mở rộng ứng dụng hệ truyền động động chiều khơng chổi than kích thích vĩnh cửu nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng hoá, thiết bị, xử lý thị trường cạnh tranh khắp giới Là sinh viên ngành Cử nhân Điều khiển Tự động hoá Đại học Bách Khoa Hà Nội, em có hội tiếp xúc với động chiều không chổi than nhận thấy ứng dụng to lớn động thực tiễn nên em định thực đề tài thực tập cơng nghiệp để nghiên cứu điều khiển hệ truyền động động hướng dẫn TS Nguyễn Tùng Lâm Với giúp đỡ nhà trường viện Điện em nhận đề tài tốt nghiệp "Tìm hiểu thiết kế điều khiển cho động chiều không chổi than BLDC" Với nội dung bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan động chiều khơng chổi than BLDC Chương 2: Mơ hình tốn học phương pháp điều khiển động BLDC Chương 3: Thiết kế điều khiển cho động BLDC Chương 4: Ứng dụng động BLDC thực tiễn Chương 5: Kết thực nghiệm Do khả hạn chế nên chắn đồ án em không tránh khỏi nhiều thiếu sót Em mong nhận đóng góp thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tùng Lâm, thầy cô Viện kỹ thuật điều khiển tự động hóa tận tình hướng dẫn, góp ý để em hồn thành đồ án Lời nói đầu Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Việt Thắng 10 Chương 5: Kết thực nghiệm 5.2 Ứng dụng mạch điều khiển thực tế Hình 5.6 Động BLDC di chuyển khoang chứa hàng 74 Chương 5: Kết thực nghiệm Qua ưu điểm động BLDC Qua hộp số thiết kế liền với động cơ, nên quay động tạo lực lớn di chuyển khoang chứa hàng lớn Tỷ số truyền, dựa nguyên tắc đòn bẩy nhà bác học Acsimet: “lợi lần lực thiệt nhiêu lần quãng đường” TST =  Trong đó: TST: Tỷ số truyền TC: thứ cấp SC: sơ cấp - TST > 1: lợi lực (thiệt quãng đường) - TST < 1: lợi quãng đường (thiệt lực) Xét với động 90ZWN24-120P với hộp số 90JB50G1538-B có tốc độ 30v/phút động có tốc độ 1500v/phút Vậy lực di chuyển tăng lên 50 lần so với lực động chưa qua hộp số 75 Chương 5: Kết thực nghiệm Hình 5.7 Hộp số động BLDC • Kết đạt được: - Động hoạt động ổn định, tiếng ồn động gây nhỏ - Mạch hoạt động tốt, van mosfet khơng q nóng q trình hoạt động động - Điều khiển tốc độ đơn giản, hoạt động êm ái, dải điều chỉnh rộng - Thay đổi chiều quay đơn giản, khơng có tượng trùng dẫn van thay đổi chiều - Quá trình dừng, hãm hoạt động tốt - Dễ dàng điều khiển 76 Kết luận KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian quy định để thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực, cố gắng tìm hiểu thân bảo giúp đỡ tận tình giảng viên khoa bạn bè lớp, đến em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp Trong đề tài tốt nghiệp, em thực yêu cầu sau: - Tìm hiểu tổng quan động chiều không chổi than BLDC, đưa cấu tạo yếu tố điện - loại động Tìm hiểu trình bày nguyên lý hoạt động, đường - đặc tính động Tìm hiểu phương pháp điều khiển chuyển động - điều khiển tốc độ động Thiết kế điều khiển động Các lĩnh vực ứng dụng động BLDC Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân cịn có nhiều hạn chế, thiếu sót nên em chưa hồn thành đề tài cách xuất sắc Em mong muốn nhận bảo, sửa chữa, đóng góp ý kiến thầy cô, bạn bè lớp để em thực hiện, hồn thành đề tài tốt củng cố thêm kiến thức cho thân Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Tùng Lâm, thầy cô viện Điện, bạn bè lớp giúp đỡ em nhiều Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Việt Thắng 77 Kết luận 78 Phụ lục PHỤ LỤC P1 Code động chiều không chổi than BLDC // Khai báo biến cho Hall sensor 1, int Hall1; int Hall2; int Hall3; int HallVal = 0; // Gía trị đọc từ cảm biến Hall int mSpeed; // Tốc độ động int EN; int phanh; int huong; int shunt; byte Data[2]; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(2, INPUT); // Hall1 pinMode(3, INPUT); // Hall2 pinMode(4, INPUT); // Hall3 pinMode(A0, INPUT); pinMode(A1, INPUT); pinMode(A2, INPUT); 79 Phụ lục pinMode(5, OUTPUT); // CpinMode(6, OUTPUT); // BpinMode(7, OUTPUT); // A- pinMode(9, OUTPUT); // A+ pinMode(10, OUTPUT); // B+ pinMode(11, OUTPUT); // C+ /* // Cài đặt tần số PWM cho chân 9, 10, 11 lên 32 KHz // Code cài đặt lấy từ http://usethearduino.blogspot.com/2008/11/changing-pwm-frequency-onarduino.html */ // Cài đặt tần số PWM cho chân 9,10 lên 32 kHz //First clear all three prescaler bits: int prescalerVal = 0x07; //create a variable called prescalerVal and set it equal to the binary number "00000111" TCCR1B &= ~prescalerVal; //AND the value in TCCR0B with binary number "11111000" //Now set the appropriate prescaler bits: int prescalerVal2 = 1; //set prescalerVal equal to binary number "00000001" TCCR1B |= prescalerVal2; //OR the value in TCCR0B with binary number "00000001" // Cài đặt tần số PWM cho chân 3,11 lên 32 kHz //First clear all three prescaler bits: TCCR2B &= ~prescalerVal; //AND the value in TCCR0B with binary number "11111000" 80 Phụ lục //Now set the appropriate prescaler bits: TCCR2B |= prescalerVal2; //OR the value in TCCR0B with binary number "00000001"//First clear all three prescaler bits: } void disable(){ PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x00; analogWrite(9,mSpeed); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); } void Reverse() { // Chế độ quay ngược chiều kim đồng hồ switch (HallVal) { case 3: //AC PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x20; //D5=1 analogWrite(9,mSpeed); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); break; case 1: //AB PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x40; //D6=1 81 Phụ lục analogWrite(9,mSpeed); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); break; case 5: //CB PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x40; //D6=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(11,mSpeed); break; case 4: //CA PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x80; //D7=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(11,mSpeed); break; case 6: //BA PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x80; //D7=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,mSpeed); analogWrite(11,0); break; case 2: //BC 82 Phụ lục PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x20; //D5=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,mSpeed); analogWrite(11,0); break; } } void Forward() { // Chế độ quay chiều kim đồng hồ switch (HallVal) { case 1: //BA PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x80; //D7=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,mSpeed); analogWrite(11,0); break; case 5: //BC PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x20; //D5=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,mSpeed); analogWrite(11,0); break; case 4: //AC 83 Phụ lục PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x20; //D5=1 analogWrite(9,mSpeed); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); break; case 6: //AB PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x40; //D6=1 analogWrite(9,mSpeed); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); break; case 2: //CB PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x40; //D6=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(11,mSpeed); break; case 3: //CA PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0x80; //D7=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); 84 Phụ lục analogWrite(11,mSpeed); break; } } void brake(){ PORTD &= 0x1F; PORTD |= 0xFF; //D6=D7=D5=1 analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); } void uart() { if (Serial.available()>=3) { Data[0]=Serial.read(); if(Data[0]=='A'){ Data[1]=Serial.read()-48; Data[2]=Serial.read()-48; Data[3]=Serial.read()-48; mSpeed= Data[1] * 100 + Data[2] * 10 + Data[3] * 1; } } } void loop() { Hall1 = digitalRead(2); // Đọc giá trị đầu vào từ Hall 85 Phụ lục Hall2 = digitalRead(3); // Đọc giá trị đầu vào từ Hall Hall3 = digitalRead(4); // Đọc giá trị đầu vào từ Hall EN = digitalRead(A0); phanh = digitalRead(A1); huong = digitalRead(A2); HallVal = (Hall1) + (2*Hall2) + (4*Hall3); // Tính tốn giá trị Hall (chuyển giá trị số sang số 10) shunt = analogRead(A5); uart(); if (EN==LOW) disable(); if (EN==HIGH) if (shunt >=14) disable(); else if(huong==HIGH){ Forward(); if(huong==LOW) {disable(); delay(100); brake(); delay(200);} if(phanh==HIGH) {brake(); delay(200);} } else {Reverse(); if(huong==HIGH) {disable(); delay(100); brake(); delay(200);} if(phanh==HIGH) {brake(); delay(200);} } } 86 Danh mục tài liệu tham khảo 87 Danh mục tài liệu tham khảo DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [2] AN857 (2002), Brushless DC Motor Made Easy, Ward Brown Microchip Technology Inc [3] LSI/CSI, datasheet LS7560 – LS7561 [4] International Rectifier, datasheet IR2110 [6] International Rectifier, datasheet IRF-3205 [7] ATMEL Corporation, datasheet ATmega 328 88