5. Chương trình giao tiếp giữa máy tính và NI 9205
5.9. Chương trình điều khiển vị trí động cơ bằng module NI9505 và NI 9205
5.9.1. Chương trình điều khiển trên FPGA main
Hình 5.68 Chương trình quản lý điều khiển vị trí
Chương trình điều khiển trên chip FPGA main tương tự như chương trình thu thập dữ liệu từ NI 9205 và chương trình điều khiển vị trí động cơ từ NI 9505.
5.9.2. Chương trình giao tiếp giữa máy tính và NI 9505, NI 9205
105
Hình 5.69 Giao diện để thiết lập các thông số
106
Chương trình điều khiển tương tự như điều khiển vị trí của NI 9505 nhưng giá trị điểm đặt sẽ thay đổi bằng cách dùng thiết bị NI 9205 đọc giá trị biến trở trả về và tính toán ra góc mong muốn gửi về cho thiết bị NI 9505.
Hình 5. 71 Chư ơng t rìn h điều khi ển NI 95 05 v à NI 9205
107
5.9.3. Kết quả đạt được
Hình 5.72 Kết quả đạt được khi vị trí 90
Hình 5.73 Kết quả hình ảnh thực tế ở vị trí 90
Nhận xét:
- Đồ thị bám tốt với giá trị điểm đặt.
- Độ vọt lố thấp (0.7%).
- Thời gian đáp ứng nhanh (30 mili giây).
108
Hình 5.74 Kết quả thực hiện được ở vị trí 180
Hình 5.75 Kết quả hình ảnh thực tế ở vị trí 180
Nhận xét:
- Độ thị bám tốt với giá trị điểm đặt.
- Độ vọt lố thấp (2%).
- Thời gian đáp ứng nhanh (30 mili giây).
109
Hình 5.76 Kết quả thực hiện bám theo giá trị điểm đặt
Nhận xét:
- Khi xoay biến trở góc quay bám theo tốt với giá trị điểm đặt luôn thay đổi.
- Độ vọt lố thấp (3%).
- Thời gian đáp ứng nhanh (50 mili giây)
- Sai số xác lập thấp (3%).
Kết luận: Bộ điều khiển đáp ứng mong muốn đặt ra: thời gian đáp ứng ( < 0.5s), độ vọt lố hệ thống ( < 5%) và kết quả thực tế mô hình đáp ứng tương đối chính xác ( > 95%). Tuy nhiên, giá trị điểm đặt càng lớn thì độ vọt lố càng tăng, thời gian đáp ứng gần như không thay đổi và vẫn còn dao động chưa hoàn hảo. Những mặt hạn chế:
- Khi xoay biến trở giá trị điểm đặt còn nhiễu chưa hoàn toàn ổn định.
110
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1. Những kết quả đã đạt được
- Hoàn thành đúng thời hạn mô hình đã lên thiết kế: khung chịu lực, khung gá thiết bị, sơ đồ mạch điện đã đề ra, bố trí các cảm biến, công tắc và thiết bị. Đặc biệt sản phẩm mang tính gọn, nhẹ, dễ tháo lắp, thay thế các thiết bị và tiện cho nhu cầu di chuyển.
- Hoàn thành mô hình điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ. Bên cạnh đó còn hỗ trợ việc đọc, ghi các tín hiệu tương tự (Analog), tín hiệu số ( igital), và đọc cảm biến dòng điện. Mô hình còn được phát triển “Từ tín hiệu của chiết áp có thể thay đổi tốc độ mong muốn của động cơ”. Kết quả đạt được như sau:
Thời gian đáp ứng hệ thống bắt đầu ổn định: < 100ms.
Độ vọt lố của hệ thống: < 1%.
Sai số trạng thái tĩnh: < 1%.
- Mô hình được thực hiện dựa trên các phần cứng có sẵn của National Instruments và phù hợp với phần lớn các thiết bị khác có sẵn ngoài thị trường, rất thuận lợi cho việc tìm kiếm và thay thế. Mô hình cũng phù hợp phần mềm LabVIEW thuận tiện cho việc học lập trình LabVIEW nói riêng và phù hợp với việc học tập và thực hành lập trình nhúng nói chung.
6.2. Những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án
- Thi công mô hình còn khó khăn và tốn thời gian vì khi gia công các kích thước không chính xác như bản vẽ. Khi thiết kế và tìm mua sản phẩm không tương thích nhóm bị mất thời gian trong việc tìm kiếm và thiết kế lại. Khối lượng sản phẩm còn khá nặng việc vận chuyển sẽ gây khó khăn.
- Việc tìm kiếm tài liệu, thiết bị điều khiển thích hợp với các thiết bị hãng gặp khó khăn. Đồng thời gặp khó khăn trong việc tìm kiếm các nguồn thông tin dự án hoặc chương trình điều khiển có sẵn.
- Khó khăn trong việc lập trình vì có nhiều chương trình con của hãng chúng ta phải thực hiện khuôn mẫu của hãng. Chương trình trên FPGA main khá dài và mỗi thiết bị có một cách giao tiếp đọc trạng thái riêng đồng thời việc thực hiện kết nối, điều khiển, nhúng chương trình phức tạp.
111 - Thuật toàn điều khiển tốc độ chưa thực sự tối ưu còn dao động nhỏ.
- Thay đổi vị trí mong muốn bằng chiết áp còn nhiễu, giá trị không cố định.
- Thiết bị NI 9403 bị lỗi không nhận thiết bị nên chưa có kết quả thực nghiệm thiết bị này.
6.3. Định hướng phát triển
- Tối ưu hóa thuật toán điều khiển để hạn chế tối đa dao động nhỏ. Có thể phát triển chương trình điều khiển cho riêng bản thân.
- Kiểm tra lại thiết bị NI 940 để có thể kết nối với mô hình để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
- Trang bị thêm các chức năng điều khiển: con lắc thăng bằng, nhận diện xử lý ảnh, mô hình mạng CAN, mô hình GPS. Ngoài ra, chúng ta còn có thể phát triển để đáp ứng điều khiển trong công nghiệp, ứng dụng thực tế trên xe như: điều khiển vị trí bướm ga, điều khiển phanh ABS, đọc các tín hiệu cảm biến trên xe, điều khiển tốc độ động cơ trên xe điện.
112
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW cơ bản, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.
Hồ Chí Minh, 2011.
- Nguyễn Trung Hiếu, Hệ thống điều khiển tự động, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp. Hồ Chí Minh, 2018.
- Phạm Quốc Hùng, LabVIEW and NI Technologies in Teaching and Research, Trường
Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh, 2011.
- Phan Đạt, Nguyễn Tiến Vỹ, Mô hình hóa và ứng dụng NI CompactRIO trong điều khiển hệ thống bướm ga điện tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2016.
- National Instruments, Getting Started with CompactRIO, Texas, 2009.
- National Instruments, Getting Result with CompactRIO and LabVIEW, Texas.
- National Instruments, Getting Started with the LabVIEW FPGA module, Texas.
- National Instruments, LabVIEW FPGA and CompactRIO Getting Started Tutorial, Texas.
- National Instruments, NI cRIO-9075/ 9076 User Manual and Specifications, Texas.
- National Instruments, NI 9205 Operating Instructions and Specifications, Texas.
- National Instruments, NI 9205/ 9206 Calibration Procedure, Texas.
- National Instruments, NI 9234 Getting Started Guide, Texas.
- National Instruments, NI 9234 Calibration Procedure, Texas.
- National Instruments, NI 9403 Operating Instructions and Specifications, Texas.
- National Instruments, NI 9505 Operating Instructions and Specifications, Texas.
- LabVIEW, LabVIEW Help, Hoa Kỳ.
113
PHỤ LỤC Giới thiệu module NI 6009
Thiết bị NI 6009
NI USB 6009 là thiết bị gồm có 8 kênh đơn Analog Input, 2 kênh Analog Output, 12 kênh Digital Output, và bộ đếm Counter 32 bit, cổng giao tiếp USB tốc độ cao. Tham khảo bảng so sánh tính năng NI 6008 và NI 6009 dưới đây:
114
Các tính năng NI USB 6009
Đặc tính Chỉ thỉ lỗi Khắc phục
Độ phân giải kênh Analog Input
12 bits 14 bits
Tỉ lệ lấy mẫu tối đa kênh AI
10 kS/s 48 kS/s
Cấu hình DIO Tùy chỉnh cấu hình mỗi
kênh
Tùy chỉnh cấu hình mỗi kênh
115
Cài đặt NI USB 6009
- Cài đặt phần mềm cho ứng dụng (LabVIEW).
- Cài đặt DAQ (NI – DAQmx cung cấp sự hỗ trợ cho khách hàng trong việc sử dụng
các thiết bị thu thập dữ liệu và điều khiển tín hiệu NI).
Cách cài đặt DAQmx:
ước 1: Giải nén file Rar. Sau đó chọn setup.exe
Giải nén file Rar
116
Chọn đường dẫn lưu file
ước 3: Lựa chọn tùy chỉnh cài đặt.
117
ước 4: Sau đó chọn cài đặt.
Lựa chọn Next
118
Chọn Accept
ước 5: Kiểm tra đã cài river AQ thành công hay chưa. Chọn NI MAX
Kiểm tra đã cài river AQ - Kết nối đầu jack kết nối như hình sau.
119
Sơ đồ kết nối NI USB 6009
- Sau khi thực hiện bước trên chúng ta có thể chọn chân dùng để điều khiển bằng cách chọn đúng kênh được in trên jack kết nối như hình sau:
120
- Cắm NI USB 6009 với vào sợi cáp USB vào máy tính.
- Nháy đúp vào biểu tượng NI MAX để mở Measurement & Automation Explorer (MAX).
Ứng dụng NI MAX
- Chọn My System => Devices and Interfaces, kiểm tra NI USB 6009 được kết nối chưa.
121
Kiểm tra kết nối NI USB 6009
- Kiểm tra thiết bị NI USB 6009 bằng cách: nhấp chuột phải vào NI USB 6009 => Self- Test để biết thiết bị được cài đặt thành công hay không.
Chọn Seft-Test - Kết nối cáp vào các chân của thiết bị NI USB 6009.
- Thực hiện test thiết bị bằng cách: nhấp chuột phải vào NI USB 6009 => Test Panel. Nhấp vào Start để kiểm tra thiết bị.
122
Chọn Test Panel
Mô tả các chân kết nối của NI USB 6009
123
Chân kết nối NI USB 6009 Các chân kết nối NI USB 6009:
- GN : là điểm tham chiếu cho phương pháp đo kênh đơn analog input, điện áp đầu ra tín hiệu tương tự analog và tín hiệu số Digital.
- AI: là chân Analog Input gồm 8 kênh từ 0 đến 7. Theo phương pháp đo kênh đơn thì mỗi chân AI là một kênh đơn. Còn các phương pháp đo khác thì AI0 là dương (+) và AI4 là âm (-) của kênh 0. Tương tự các kênh khác sẽ có một cặp chân AI để hiển thị cho một kênh.
- AO: là chân Analog Output kênh 0 và 1 cung cấp điện áp analog đầu ra của của AO kênh 0 và AO kênh 1.
124
- P0: là Port 0 Digital Input hoặc Output từ kênh 0 đến 7. Chúng ta có thể cấu hình từng kênh là Input hoặc Output.
- P1: là Port 1 Digital Input hoặc Output từ kênh 0 đến 3. Chúng ta có thể cấu hình từng kênh là Input hoặc Output.
- PFI 0: là chân có thể cấu hình là ngắt phần cứng hoặc đếm sự kiện. - +2.5V: cung cấp một nguồn dương ra 2.5V.
- +5V: cung cấp một nguồn dương ra 5V 200mA.
Các thông số kỹ thuật
Tóm tắt các thông số NI USB 6009 Thông số chung
Chuẩn kết nối USB
Hỗ trợ hệ điều hành Window, Linux, Mac OS, Pocket
PC
Kiểu đo Điện áp, xung
Họ DAQ B Series
Đọc tín hiệu Analog
Số kênh 8SE/ 4DI
Tốc độ lấy mẫu 48Ks/s
Độ phân giải 14 bits
Ngưỡng điện áp giới hạn lớn nhất -10 tới 10 V
Ngưỡng điện áp nhỏ nhất -1 tới 1 V
Số kênh 2
Tốc độ cập nhật 150S/s
Độ phận giải 12 bits
Tín hiệu điều khiển dòng điện (Kênh/ Tổng)
5 mA/ 10 mA
Các chân xuất/ nhập tín hiệu số
125
òng điện vào và ra Sinking, Sourcing
òng điện (Kênh/ Tổng) 8.5 mA/ 102 mA
Bộ đếm và bộ hẹn giờ
Số bộ đếm, bộ hẹn giờ 1
Độ phân giải 32 bits
Tần số nguồn lớn nhất 5 MHz Độ rộng xung vào nhỏ nhất 100 ns Ngưỡng cực đại 0.5 V Độ ổn định 50 ppm Tác động (Triggering) Digital Cảm biến dòng
Các tính năng của cảm biến dòng ASC712
- Điện áp hoạt động 5.0 V.
- Độ phân giải ngỏ ra từ 66 đến 185 mA/ V.
- Điện áp bù ngỏ ra cực kỳ ổn định.
- Điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với dòng điện một chiều và xoay chiều.
- Độ trễ từ tính gần bằng không.
- Đường tín hiệu analog ít bị nhiễu.
- Đường truyền với tần số 80 kHz.
- Đường truyền thiết bị được chỉnh thông qua chân FILTER.
- Thời gian dòng điện ngỏ ra tăng mất 5 micro giây để đáp ứng dòng điện đầu vào.
- Tổng sai số ngỏ ra khoảng 1.5% ở nhiệt độ 25 .
126
Sơ đồ chân ACS712 Thông tin chi tiết các chân
Chân số Tên Mô tả
1 và 2 IP+ Chân mà dòng điện được truyền qua
3 và 4 IP- Chân mà dòng điện được truyền qua
5 GND Chân tín hiệu âm
6 FILTER Chân kết nối tụ điện để thiết lập băng thông
7 VIOUT Tín hiệu ngõ ra Analog
8 VCC Điện áp tham chiếu cho ACS712
Các thông số kỹ thuật của cảm biến ACS712
ưới đây là bảng thông số kỹ thuật yêu cầu cảm biến. Chúng ta có thể tham khảo. Thông sô kỹ thuật của cảm biến dòng ACS712
Các thông số Min Typ Max Units
Yêu cầu về nguồn cấp điện áp tham chiếu
Điện áp nguồn 4.5 5.0 5.5 V
òng điện nguồn - 10 13 mA
Tần số đường truyền - 80 - kHz
127
Phạm vi hoạt động tối ưu -5 - 5 A
Độ phân giải 180 185 190 mV/ A