3.6.1. Tính toán
Khi động cơ tải 50% thì khối encoder xuống xung với tần số 𝑓𝑖𝑛 = 24,69 𝐻𝑧, từ đó ta có điện áp ngõ ra của khối F/V sau khi chuyển đổi:
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑓𝑖𝑛 × 2,09 ×𝑅𝐿
𝑅𝑆 × (𝑅𝑡𝐶𝑡)
= 24,69 × 2,09 × 100𝑘
12𝑘 + 2,4𝑘× 6,8𝑘 × 0,01 × 10
−6 = 0,024 (𝑉)
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1. Mô phỏng trên phần mềm proteus
Hình 43. Mô phỏng toàn mạch
Hình 44. Vỏ hộp thiết bị Sử dụng Hộp nối dây 200x200x65mm NPA20065V Nanoco:
Thông tin sản phẩm:
• Chất liệu: nhựa tổng hợp chống cháy • Loại: hộp nối dây
• Kích thước: 200mm x 200mm x 65mm
▪ Nguyên nhân chọn vỏ hộp: vì giá thành rẻ và được bán rộng rãi trên thị trường, kích thước phù hợp với bo mạch ta thiết kế
4.3. Thiết kế mạch in và mạch mô phỏng 3D
Hình 45. Mô phỏng mạch in
Hai điểm V+, V- lần lượt là nơi cấp điện áp 15V và mass vì một số cổng opamp dùng điện áp -15V nên ta tạo một mạch đảo tín hiệu dùng opamp từ chân V+
F1: là chân của động cơ được nối với tín hiệu đầu vào của khối công suất. F3: là chân của động cơ được nối với mass của nguồn
Hình 47. Lớp nối dây phía dưới của mạch in Giải thích mạch in:
▪ Ta thực hiện vẽ mạch 2 lớp sử dụng linh kiện rời để lắp mạch ▪ Hai điểm V+, V- lần lượt là nơi cấp điện áp 15V và mass
▪ vì một số cổng opamp dùng điện áp -15V nên ta tạo một mạch đảo tín hiệu dùng opamp từ chân V+
F1: là chân của động cơ được nối với tín hiệu đầu vào của khối công suất. F3: là chân của động cơ được nối với mass của nguồn
F2: là chân xung của khối encoder nối với khối chuyển đổi F-V
Hình 48. Mạch mô phỏng 3D
4.4. Đánh giá kết quả mô phỏng
Mạch đã đạt được 90% yêu cầu thiết kế, đảm bảo có đầy đủ các khối trong mô hình thiết kế ban đầu.
Trên cơ bản, mạch hoạt động tốt ở khoảng tải từ 10% đến 80%. Thời gian xác lập dưới 20s đối với tải 10-30% và dưới 7s đối với các tải còn lại.
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1. Các kết quả đạt được
Đã thiết kế và chạy thành công mô phỏng Simulink/ Matlab bộ điều khiển PID cho động cơ 1 chiều DC, thực nghiệm được giá trị mong muốn.
Với việc thiết kế mạch, lựa chọn các linh kiện dựa trên cơ sở lý thuyết ta thực hiện mô phỏng trên proteus ta thấy mạch đã hoạt động được và đã đạt được mục tiêu chính khi thiết kế.
Xây dựng và hoàn thiện mô phỏng đề tài trên phần mềm proteus và đã giải quyết được bài toàn điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều DC với giải thuật PID: Thời gian đáp ứng và thời gian quá độ tương đối hợp lý.
Mức độ hoàn thiện: Mạch đã đạt được 90% yêu cầu thiết kế, đảm bảo có đầy đủ các khối trong mô hình thiết kế ban đầu.
Độ ổn định: Trên cơ bản, mạch hoạt động tốt ở khoảng tải từ 10% đến 80%. Thời gian xác lập dưới 20s đối với tải 10-30% và dưới 7s đối với các tải còn lại.
Sự chính xác: dựa trên thực nghiệm ta thấy mạch có độ chính xác khá cao.
Một số hạn chế:
Chưa đạt được hiệu chỉnh 90% tải, ở mức này, tải không hoàn toàn ổn định và sai số cao.
Ở khoang tải cao (80%) thì độ chính xác có sự sai lệch với sai số trong khoảng 1 đến 2. Thời gian xác lập khá cao nên kết quả hiệu chỉnh chưa tối ưu.
Hạn chế về việc học tập trực tuyến nên chưa xây dựng được mô hình thực tế của đề tài. Do đó, các kết quả của đề tài đều dựa trên kết quả mô phỏng (sai lệch khá nhiều so với thực tế). Tuy nhiên, chất lượng mô phỏng cũng chấp nhận được.
5.2.Một số đề xuất và hướng phát triển đề tài
Để nâng cao chất lượng thiết kế mạch điều khiển, cụ thể với đối tượng động cơ 1 chiều trong bài báo cáo này, ta đề xuất một số giải pháp như sau:
▪ Về phần cứng:
• Thiết kế bổ sung các khối hiển thị tốc độ, điện áp, cường độ dòng điện.
• Kết hợp các giao thức truyền thông nhằm đồng bộ tốc độ động cơ, xây dựng các phần mềm vận hành, giám sát.
▪ Về phần mềm:
• Thực nghiệm lại bộ điều khiển PID để thời gian xác lập được tối ưu nhất.
• Sử dụng các công cụ tối ưu hóa như các toolbox của MATLAB làm các phương tiện xử lý trung gian nhằm thu được các bộ thông số tối ưu.
Ngoài ra, ta phải thực nghiệm nhiều lần, thu thập nhiều kết quả để so sánh và có thêm kinh nghiệm chỉnh định. Từ đó mới nâng cao chất lượng của bộ điều khiển.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Hà, Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, Tp. HCM, 2016.
[2]. PGS.TS. Lưu Thế Vinh, Giáo trình Linh kiện điện tử, Nhà xuất bản Đại học Công nghiệp, TP. HCM, 2019.
[3]. ThS. Huỳnh Minh Ngọc, Bài giảng Cơ sở Kỹ thuật tự động, Trường Đại học Công nghiệp TP. HCM, 2020.
[4]. ThS. Trương Năng Toàn, Bài giảng Kĩ thuật số, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, 2017.
[5]. TS.KH Thân Ngọc Hoàn, Đồ án thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ DC, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, 2019.
[6]. Điều chế độ rộng xung – Wikipedia tiếng Việt
[7]. https://howtomechatronics.com/how-it-works/electronics/how-to-make-pwm-dc- motor-speed-controller-using-555-timer-ic/
[8]. LMx31x Precision Voltage-to-Frequency Converters, Texas Instruments, SNOSBI2C –JUNE 1999–REVISED SEPTEMBER 2015.
[9]. Control Tutorials for MATLAB and Simulink - Motor Speed: PID Controller Design (umich.edu)
[10].Control Tutorials for MATLAB and Simulink - Motor Speed: System Modeling (umich.edu) [11].http://datasheetcatalog.com [12].https://www.slideshare.net/trongthuy3/luan-van-thiet-mach-dieu-chinh-toc-do- dong-co-dien-mot-chieu-hay [13].https://hoplongtech.com/tin-tuc/dong-co-dien-1-chieu-la-gi-nguyen-ly-hoat-dong- va-ung-dung [14].http://tailieuso.udn.vn/bitstream/TTHL_125/84/2/Toan%20van.88.pdf https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E1%BB %83n_PID [15].https://prosensor.vn/pid-la-gi/ [16].https://baoanjsc.com.vn/tin-hang/mach-nguon-la-gi-phan-loai-va-ung-dung-cua- mach-nguon-_2_69_31670_vn.aspx [17].https://www.slideshare.net/trongthuy3/luan-van-thiet-mach-dieu-chinh-toc-do- dong-co-dien-mot-chieu-hay