Sử dụng Card điều khiển số DSP DS1104 trong thiết kế bộ điều khiển số cho hệ điều khiển chuyển động

Cấu trúc phần cứng của DS1104 1. Cấu trúc tổng quan

• Các thành phần chủ yếu của DS1104 1. Bộ xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240
• Các khối dSPACE trong Simulink

Khi truy cập vào một thanh ghi cụ thể thì phải sử dụng lệnh vào/ra tương ứng, chẳng hạn như muốn truy cập vào thanh ghi 8-bit thì phải sử dụng lệnh vào/ra 8-bit, còn muốn truy cập vào thanh ghi 16-bit thì phải dùng lệnh vào/ ra 16 bit. Thanh ghi cài đặt (STP) là một thanh ghi chỉ ghi 8-bit dùng để điều khiển rất nhiều chế độ hoạt động và trạng thái của các tín hiệu điều khiển của DS1104, chẳng hạn trạng thái khởi động lại của DSP, Slave-DSP, TBC, các yêu cầu ngắt từ máy chủ tới DSP và chế độ tự động tăng/ giảm của thanh ghi địa chỉ. Các bộ điều khiển số DSP phối hợp TMS320 được tăng cường lừi CPU C2xLP khi thiết kế với chi phi thấp, cú nhiều khả năng xử lý hiệu xuất cao và một số điểm nổi trội trong tối ưu hoá ngoại vi cho các ứng dụng điều khiển động cơ và chuyển động.

- Module kép biến đổi 10-Bit Analog-to-Digital - 28 chân vào/ra có thể lập trình đơn và đa năng - Phase-Locked-Loop (PLL)-Based Clock Module - Watchdog Timer Module (With Real-Time Interrupt) - Module giao thức truyền thông nối tiếp (SCI). Trong chế độ này, tất cả các tìm nạp (fetch) lệnh đều được thực hiện từ bộ nhớ ngoài, thường là RAM trong các hệ thống phát triển DS1104 sử dụng chế độ vi xử lý của TMS320F240 để có được sự điều khiển bộ nhớ đầy đủ bởi máy chủ. Bờn cạnh phần lừi DSP 16-bit cố định, nó còn bao gồm một cổng vào/ra song song có thể chọn từng bit, 4 bộ định thời gian (timer), 6 mạch điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) có độ phân giải 40 ns, 4 đầu vào trực tiếp và một mạch vào/ra nối tiếp.

Chương trình PROM này sẽ được mở rộng bởi một chương trình bên ngoài đã được nạp vào RAM cung cấp tính năng tải (download) chương trình, cho phép các chương trình ứng dụng cụ thể của DSP được thực hiện song song với TMS320F240. TMS320P14 chứa một cổng nối tiếp kiểu UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – Mạch tích hợp dùng để chuyển chuỗi dữ liệu song song thành chuỗi dữ liệu nối tiếp dùng trong truyền thông không đồng bộ) hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông chuẩn. Để có thể sử dụng giao diện thời gian thực (Real-Time Interface - RTI) với Matlab, cài đặt Matlab, Simulink và Real-Time Workshop như đã được mô tả trong tài liệu hướng dẫn sử dụng tương ứng trước khi cài đặt phần mềm dSPACE.

Một số các tính năng cơ bản của Card DS1104 cho điều khiển chuyển động

- Các khối DS1104IN_Cx và DS1104OUT_Cx điều khiển một kênh số cụ thể (xác định), được lấy vào như một tham số bằng cách nhấn đúp chuột lên khối.  Counter có thể được reset bởi xung IDEX theo các chế độ sau: không reset bao giờ, hoặc reset sau khi phát hiện xung IDEX đầu tiên, hoặc bị reset sau mỗi lần phát hiện xung IDEX. DS1104 ENC_DPOS cho phép truy cập tới sai lệch vị trí encoder đã chia độ được đo giữa bước mô phỏng hiện tại và bước mô phỏng liền kề trước đó.

Khi chỉ mục được tìm thấy, nội dung bộ đếm tương ứng bị xoá và các biến của mô hình Simulink có thể được thiết lập lại (reset) một cách có chọn lựa. Khi tín hiệu PWM được đưa đến cực điều khiển của Trazitor công suất, làm Tranzitor công suất đóng cắt để biến đổi thành PWM của điện áp đặt lện tải, giống tương tự như tín hiệu điều chế. Tần số của của tín hiệu PWM thường cao hơn tần số của tín hiệu biến điệu, hoặc tần số cơ bản, vì vậy mà năng lượng cấp đến cho động cơ hoặc tải phụ thuộc chủ yếu vào tín hiệu điều biến.

T1/Tp biểu thị chế độ làm việc của vector phải trong cung tương ứng, trong khi đó T2/Tp biểu thị chế độ làm việc của của vector trái trong cung tương ứng.

Tạo ứng dụng với dSPACE và Simulink

Mở file chứa các biến Nhấn Ctrl-T để mở file *.tlc Gán biến cho các điều khiển Kéo và thả các biến cần phải theo dõi vào mỗi điều khiển từ tap ToolWindow ở phía bên d-ới màn hình của Layout. Control Desk là một phần mềm đi kèm trong hệ thống dSPACE, cho phép người dùng quan sát các biến, hiển thị tác động của các biến và hiệu chỉnh các tham số mô phỏng bằng cách tương tác trực tiếp với bo mạch DSP. Trong cửa sổ mới xuất hiện như hỡnh 2.34, gừ tờn ứng dụng vào ụ Experiment Name, chẳng hạn Example1 và tạo đường dẫn đến thư mục đặt các file mô phỏng bằng nhấn chuột vào ô Working.

Để có thể quan sát tác động của mỗi biến và hiệu chỉnh các tham số trong thời gian thực, trong khi hệ thống đang chạy, ta cần một loạt các nút ấn, con trượt, máy hiện sóng hoặc máy phân tích để điều khiển các biến.Vì vậy, ta cần tạo ra một giao. Cửa sổ thứ hai thực tế là một thanh công cụ (Toolbar) cho phép ta kéo và thả các điều khiển cần thiết cho thí nghiệm.Các điều khiển được hiển thị trong thanh công cụ Virtual Instruments (các dụng cụ ảo) cho phép ta điều khiển chỉ các biến mà biến đó có thể hiệu chỉnh trực tuyến (on-line). Để khởi động DSP, nhấn chuột vào biểu tượng hình tam giác màu xanh, nếu file example1.obj đã được nạp vào bộ nhớ của DSP thì nó sẽ bắt đầu chạy và biểu tượng Stop có dạng hình chữ nhật màu đỏ sẽ sáng lên.

Thao tác này nhằm đảm bảo rằng thí nghiệm sẽ nhớ tất cả các file *.sdf, các biến điều khiển, đường dẫn cho tất cả các file và sẽ mở tất cả các kết nối giữa lớp (layout) và các biến.

Tổng hợp hệ điều khiển chuyển động vị trí DC servo(theo phương pháp tương tự)

Mạch điều khiển biến đổi điện áp một chiều U đk thành xung điện áp thích hợp đưa vào mở Tranzitor cấp nguồn cho động cơ. Trong hệ điều chỉnh vị trí có ba mạch vòng: Mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ và mạch vòng vị trí. Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí còn lại như hình 3.10, trong đó ta lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua các bậc cao.

Tổng hợp mạch vòng vị trí cũng tương tự như tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta dùng tiêu chuẩn tối ưu mudule và hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ lấy là khâu bậc hai, bỏ qua các khâu bậc cao. Sau khi tổng hợp ra các bộ điều khiển, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển vị trí động cơ một chiều như trên hình 3.14. Để lập trình cho hệ thí nghiệm thực, thì trước hết ta phải mô phỏng đánh giá các kết quả tổng hợp hệ.

Với cấu trúc hệ điều khiển vị trí và đánh giá chất lượng hệ thông qua đặc tính mô phỏng ta có thể lập trình điều khiển hệ thực nghiệm dùng Card DS1104 bằng cách : thêm các khối xuất nhập dữ liệu ; loại bỏ mô hình bộ biến đổi công suất và mô hình động cơ ; hàm truyền các phần tử đo lường.

Hệ điều khiển vị trí động cơ DC Servo dùng bộ điều khiển Fuzzy logic ứng dụng Card DS1104

So với bộ điều khiển truyền thống, ưu điểm chính của bộ điều khiển mờ là không cần đòi hỏi mô hình toán học chính xác của hệ. Vì luật của bộ điều khiển mờ dựa trên kiến thức về hành vi của hệ và kinh nghiệm trong điều khiển, bộ điều hkiển mờ đòi hỏi mô hình ít chính xác hơn bộ điều khiển truyền thống. Nghiên cứu thực nghiệm về bộ điều khiển mờ trên Card điều khiển thời gian thực DS1104 là một giải pháp nhanh nhất để đưa bộ điều khiển mờ vào ứng dụng trong các hệ thống.

Trong phần này là một ứng dụng Card DS1104 trong phát triển bộ điều mờ cho hệ thống điều khiển vị trí. Với các thiết bị phần cứng không thay đổi, trong phần này ta chỉ đi vào nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển mờ cho hệ ứng dụng trên Card DS1104. Các đầu vào là sai lệch vị trí (e) và độ thay đổi của sai lệch vị trí trong thời gian lấy mẫu (e ), đầu ra là tín hiệu điều khiển (u).

Dựa vào việc chọn các tập mờ đầu vào, đầu ra và các luật luật điều khiển ở trên, chọn luật hợp thành là ‘Max-Min’ và giải mờ theo phương pháp trọng tâm.

Matador DC Servo Motor- Encoder 24 bit

- Động cơ được chế tạo đồng bộ kèm theo máy phát tốc một chiều, encoder 24 bit.

Bộ điều khiển tải và tải AS motor

Bước 4: Sử dụng C-compiler tạo mã C để nạp xuống card hardware, cài xen với hệ thống phần mềm điều khiển theo ngắt. Các đặc tính thực nghiệm hệ điều khiển chuyển động (Với chương trình điều khiển trong hình 3.34). Việc sử dụng Card DSP trong nghiên cứu phát triển các bộ điều chỉnh là một vấn đề rất cấp thiết.

Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp đã có hai Card DS1102 và DS1104 tại Trung tâm Thí nghiệm, nhưng chưa được sử dụng và khai thác có hiệu quả. Với kết quả nghiên cứu và hệ thực nghiệm đã xây dựng có thể được sử dụng để nghiên cứu phát triển các bộ điều chỉnh số, các phương pháp điều khiển mới.