LUẬN VĂN Thiết kế chế tạo thử nghiệm điều khiển LinDrive -1- GIỚI THIỆU Báo cáo bao gồm 03 phần: Phần I: Trình bày tìm hiểu xung quanh đối tượng động thực tế sử dụng Lý việc là: Khi mua động từ hãng cung cấp LinMot, truyền động động tuyến tính bao gồm compact hệ thống động cơ+drive+phần mềm Do vậy, tài liệu hãng cung cấp chủ yếu quan điểm dành cho người sử dụng, lập trình ứng dụng (application) Các thơng số điện động khiêm tốn, gây khó khăn định cho cơng việc tiến hành thiết kế chế tạo thử nghiệm điều khiển LinDrive Phần II: trình bày thao tác thực thực nghiệm mạch thiết kế theo phiên lần Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy thiết kế không phù hợp với điều kiện nghiên cứu ban đầu Thiết kế phù hợp điều kiện nghiên cứu trước cho kết ổn định, cần tinh giảm linh kiện, hạ giá thành phù hợp cho thương phẩm Phần III trình bày cải tiến mạch thiết kế lần 2, bổ xung mạch bảo vệ điện tử cơng suất, mạch CPLD để thay đổi linh hoạt phương thức kết hợp giao hoán kênh điều khiển, kết đo thực tế -2- PHẦN I: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ VÀ CẢM BIẾN ĐI KÈM Các thông số kèm theo catalog sản phẩm có sau: Thơng số Giá trị Đơn vị Lực tác động 39 (8,77) (Ibf/A) Dòng điện cực đại 15 A Điện trở pha 25/80°C 3.1/3.7 Ω Điện cảm pha 3.1 mH Loại sensor vị trí Sine/cosine Tốc độ cực đại 1.7 m/s Đường kính stator 48 mm Chiều dài stator 290 Mm Chiều dài slider 630 mm Các thông số khiêm tốn Đặc biệt gần khơng có thơng tin cảm biến vị trí gắn liền với động Thơng tin cảm biến có là: Cảm biến dạng cách ly hiệu ứng Hall Là dạng có chu kỳ lặp lại sin/cos Được cấp điện áp vào 5V Có hai kênh điện áp ra, khơng có tín hiệu zero -3- Để tìm hiểu cảm biến, nhóm nghiên cứu nối động vào điều khiển hãng, lập trình để slider chuyển động theo quỹ đạo lặp lại với tốc độ không đổi Sử dụng chức quan sát đồ thị (dữ liệu thu thập qua cổng COM RS232), thu kết sau: Hình 1.1: Thí nghiệm cảm biến vị trí Trong Đường 1: Tín hiệu Sine Đường 2: Tín hiệu Cosine Đường 3: Góc chuyển mạch Đường 4: Vị trí tính tốn -4- Sine Cosine 4.5V Sine_s = 2.5V Cosine_s=0.5V 2.5V Hướng trái 60mm (60/540mm length) Phương pháp thử nghiệm: - Cấp nguồn 5V cho mạch sensor động - Dịch chuyển động cực hạn trái (điểm lấy mốc, khuyên sắt) - Dịch chuyển từ từ rotor sang trái (hướng người nhìn), đo max, min, bước hai tín hiệu sensor 0.5V 0.3V Cực hạn trái (cơ khí) Hình 1.2: Tương quan tín hiệu cảm biến vị trí thực Từ thí nghiệm, có kết luận cảm biến vị trí sau: Điện áp nguồn ni 5V, điện áp tín hiệu sine theo vị trí, có giá trị = 0.5V, max=4.5V Điểm zero tín hiệu sine điện áp 2.5V Tín hiệu sine cosine lệch pha π/2 Chu kỳ tín hiệu sine/cosine phản ánh bước cực nam châm slider Mỗi cặp cực nam châm có chiều dài 60mm, tổng hành trình 540mm (09 cặp) Từ thơng số cảm biến có được, mạch phần cứng để nhận tín hiệu vị trí tính tốn sau: -5- Hình 1.3: Trị số linh kiện cho mạch nhận tín hiệu cảm biến Tầng khuếch đại đầu bao gồm hai khuếch đại thuật toán U701A U701B tạo thành mạch khuếch đại vi sai, hệ số khuếch đại 1:1, mục đích tạo trở kháng cao đầu vào Tầng thứ hai tầng khuếch đại với hệ số khuếch đại 5:3 Trong giá trị cực đại điện áp vào chọn 5V, giá trị điện áp cực đại 3V Chọn R705 R706 điện trở 10k, R hồi tiếp cần có 6k Tuy nhiên, điện trở 6k loại linh kiện nên chọn giải pháp mắc song song hai điện trở 12k Tụ C705 đóng vai trị mạch lọc thông thấp Điện trở R713 diode zener D704 đóng vai trị mạch bảo vệ điện áp vào kênh ADC DSP //ADCINA2, Sensor Sine RawData = (AdcRegs.ADCRESULT4>>4)&0x0FFF; // Remove LSB unused bits Tmp = (float)(RawData*3.0)/4095.0; // Scale to 0-3V, integer calculating Tmp = Tmp*5/3; // Scale to 0-5V, float calculating Tmp = Tmp - 2.5; // Zero point is 2.5V if (Tmp>2.0) Tmp=2.0; // high limit -6- if (TmpfSinValue=Tmp; //ADCINB2, Sensor Cosine RawData = (AdcRegs.ADCRESULT5>>4)&0x0FFF; // Remove LSB unused bits Tmp = (float)(RawData*3.0)/4095.0; // Scale to 0-3V, integer calculating Tmp = Tmp*5/3; // Scale to 0-5V, float calculating Tmp = Tmp - 2.5; // Zero point is 2.5V if (Tmp>2.0) Tmp=2.0; // high limit if (TmpfCosValue=Tmp; Hình 1.4: Đoạn chương trình tính tốn với cảm biến vị trí PHẦN II: THỰC HIỆN MẠCH LINDRIVE, V1.2 Vấn đề tụ boostrap: Điểm bật mạch điều khiển động tuyến tính mạch cơng suất sử dụng hai cầu H (H-bridge) với phương án điều khiển van kiểu mạch boostrap -7- Hình 2.1: Mạch điều khiển van Boostrap Căn vào tài liệu “AN-978: HV Floating MOS-Gate driver ICs”, trang 6, tính tốn tụ boostrap sau Tụ bootstrap mạch tụ C532, tác dụng tạo điện áp chênh so với VBUS để mở van phía áp cao Q531 Tụ nạp thời gian van Q531 off, với giả thiết lúc van Q532 on, kéo chân Vs IC U504 xuống GND (cho phép chênh 5V Vs-GND) Dòng nạp chảy từ Vcc(15V) qua diode D531 trở R531 (Diode xung) Các yếu tố sau ảnh hưởng đến giá trị điện dung tụ bootstrap: Điện áp ngưỡng mở cửa Gate van IQBS Dịng tiêu thụ tĩnh quiescent current khơng có xung PWM Dòng mạch nâng áp Dòng rò tiếp giáp gate-source Dòng rò tụ bootstrap Riêng dòng rò tụ bootstrap đáng để ý dùng tụ hóa Trong trường hợp khơng cần thiết, khơng nên dùng tụ hóa Loại tụ khơng-hóa (gốm…) bỏ qua Cơng thức tính sau: -8- I I 2Qg qbs ( max) Qls Cbs ( leak ) f f C Vcc V f VLS VMin Q g = Điện tích nạp high-side FET, IRF37100 130nC f = tần số điều chế, dự kiến f=10kHz ICbs(leak)= Dòng rị tụ Bỏ qua dùng tụ dán Iqbs(max) = Dòng tĩnh cực đại IC driver, IR2101 55uA V cc = Điện áp nguồn nạp tụ, thiết kế 15V V f = Điện áp rơi diode nạp Trong trường hợp mạch khó xác định bao gồm điện áp rơi trở R531 Tạm lấy Vf 1V V LS = Điện áp chân driver IC với GND Trong trường hợp mạch điện áp rơi FET IR3710: RDS x IDSmax = 23mΩ x 57A ≈ 1.3 V VMin = Hiệu điện tối thiểu VB VS, IR2101 9V Q ls= Điện tích để dịch mức (thường 5nC với loại dùng VBUS 600V, 20nC với loại 1200V) Lấy 5nC Kết luận: 55 106 130 10 9 10 9 10 10 146 nF C 15 1.3 Dùng tụ nhỏ hơn: Không mở van Dùng tụ lớn nhiều: Hỏng diode xung Chọn tụ: 224 474 105 Vấn đề kỹ thuật nạp trình lên flash on-chip TMS320F2812: TMS320F2812 có 03 vùng nhớ để chứa chương trình người dùng viết nạp vào là: Vùng nhớ SRAM-H0 (8k x 16): Nạp chương trình chạy tạm thời, bị xóa ngắt nguồn cung cấp -9- Vùng nhớ Flash (128k x 16): Khơng bị hủy chương trình ngắt nguồn Vùng nhớ XINTF: Giống ROM với vi điều khiển bit truyền thống Việc DSP chọn vùng nhớ để lấy chương trình khởi động phụ thuộc vào số chân chọn chip Trên thiết kế, chân nối với jumper chuyển để người dùng chuyển chế độ boot Khi nạp chương trình vào Flash, người dùng phải chuyển jumper sang vị trí chạy sau để DSP khởi động cấp nguồn Để nạp chương trình xuống DSP vào vùng Nhớ Flash SRAM-H0, phải thông qua giao diện JTAG Có 02 phương thức để thực việc này: Dùng “XDS510 USB JTAG Emulator” phần mềm SDConfig, SDFlash Bộ “XDS510 USB JTAG Emulator” có jack cắm vào cổng USB máy tính, jack 7x2 chân cắm vào card (xem trang http://www.spectrumdigital.com) Trên card tích hợp sẵn chip JTAG để người dùng nạp chương trình, debug thơng qua giao diện LPT (máy in) PC phần mềm Code Composer Studio (CCS) Texas cung cấp Tuy nhiên để CCS (của Texas) giao tiếp với card ezDsp (của hãng Spectrum Digital) cần có driver riêng, download từ trang web http://www.spectrumdigital.com - 10 - ... hành thiết kế chế tạo thử nghiệm điều khiển LinDrive Phần II: trình bày thao tác thực thực nghiệm mạch thiết kế theo phiên lần Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy thiết kế không phù hợp với điều. .. nghiên cứu ban đầu Thiết kế phù hợp điều kiện nghiên cứu trước cho kết ổn định, cần tinh giảm linh kiện, hạ giá thành phù hợp cho thương phẩm Phần III trình bày cải tiến mạch thiết kế lần 2, bổ xung... MẠCH LINDRIVE, V1.2 Vấn đề tụ boostrap: Điểm bật mạch điều khiển động tuyến tính mạch công suất sử dụng hai cầu H (H-bridge) với phương án điều khiển van kiểu mạch boostrap -7- Hình 2.1: Mạch điều