3.1.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SINE PULSE WIDTH MODULATION 1. Kỹ thuật SinPWM
SinPWM là một kỹ thuật nghịch lưu bằng cách điều rỗng xung PWM kích mạch công suất MOSFET tạo ra tín hiệu AC gần sin (Pure Sine Inverters). Mức logic của xung PWM được quyết định bởi việc so sánh một sóng tam giác (sóng mang) và một sóng sin chuẩn (sóng điều khiển). Tần số sóng mang càng lớn thì tín hiệu AC dạng sine thu được càng “pure”.
GVHD: Trần Văn Hùng 37 SVTH: Nguyễn Đăng Tín Ngô Kiến Đạt
Hình 3.6 Sơ đồ dạng song Sine Pulse Width Modulation
Khi giá trị sóng mang nhỏ hơn sóng điều khiển, PWM ở mức thấp (inactive), khi giá trị sóng mang lớn hơn sóng điều khiển, PWM ở mức cao (active). Tín hiệu PWM thu được sẽ là SinPWM:
GVHD: Trần Văn Hùng 38 SVTH: Nguyễn Đăng Tín Ngô Kiến Đạt
Áp dụng vào vi xử lý dsPIC30F4011 ta có module PWM khi hoạt động ở chế độ Up/Down Count Mode with Double Updates có giá trị bộ đếm (PTMR) tăng/giảm tuyến tính nên tạo thành một dạng sóng digital tam giác.
Hình 3.7 Giá trị đầu ra PWM
Mức logic của ngõ ra phụ thuộc vào giá trị của thanh ghi PDCx, nếu PDCx nhỏ hơn PTMR thì ngõ ra tích cực, ngược lại thì ngõ ra thụ động. Căn cứ vào nguyên lý làm việc này, nếu giá trị PDCx có dạng sin digital thì ngõ ra PWM sẽ là SinPWM. Với thạch anh 7.3728 MHz, tỷ lệ nhân x16 ta có:
Tốc số thực hiện lệnh: Fcy = (7.3728 x 16)/4 = 29.4912 MHz. Chu kỳ lệnh: Tcy = 1/Fcy = 33.9 ns.
Đặt bộ đếm PWM có chu kỳ xung clock = ¼ Tcy, giá trị cực đại của bộ đếm là 2000 (PTMR = 2000). Khi đó tần số sóng mang là:
Fm = (
∗ ∗ )∗ =
∗ ∗ . ∗ = 3686.4 Hz ≈ 3.7 kHz
Tín hiệu điều khiển dạng digital sin được tạo ra bằng cách cập nhật giá trị (lấy mẫu) từ bảng sin tính sẵn (bảng sin 720 giá trị). Việc cập nhật được thực hiện thông qua một ngắt Timer với giá trị Timer (PRx) được tính là:
GVHD: Trần Văn Hùng 39 SVTH: Nguyễn Đăng Tín Ngô Kiến Đạt
PRx = Fcy / (720/số bước nhảy trong bảng sin) / tần số đặt.
Việc lựa chọn bước nhảy phải làm sao cho tín hiệu sin càng nhuyễn càng tốt và việc ngắt Timer không được ảnh hưởng đến chương trình chính. Do đó, số bước nhảy được chọn như sau:
Bảng 2: Mối lien hệ giữa tần số và bước nhảy
Tần số sóng sin Số bước nhảy
1~25 Hz 1 26~50 Hz 2 51~75 Hz 3 76~100 Hz 4 101~125 Hz 5 126~150 Hz 6 151~200 Hz 8 2. Lý thuyết PID
Điều khiển PID là dựa trên sai số e giữa giá trị đặt SP (set point) và giá trị đo PV (process variable) để tính toán ra giá trị điều khiển u(t)
( ) = + 1 +
Do hệ thống điều khiển số nên ta có dt là khoảng thời gian giữa 2 lần lấy mẫu, hay nói cách khác là chu kỳ lấy mẫu (tS). Khi đó ta có các giá trị tại thời điểm lấy mẫu là u(k), e(k),… và giá trị trước đó sẽ là u(k-1),e(k-1),....
Phương trình điều khiển sẽ trở thành:
( ) = ( ) + ( ) + ( − 1)
2 + [ ( ) − ( − 1)]
Đặt ( ) = ( )
( ) = ∑ ( ) ( )
GVHD: Trần Văn Hùng 40 SVTH: Nguyễn Đăng Tín Ngô Kiến Đạt
Ta có ( ) = ( ) + ( ) + ( )
3. Encoder
Gọi A (vòng/phút) là tốc độ trục động cơ.
Với bộ truyền động tỷ lệ 1:25, tốc độ ngõ ra là A/25 (vòng/phút).
Bánh răng ngõ ra là 22 răng, bánh răng encoder là 15 răng, tốc độ encoder sẽ là (A/25)*(22/15) = A*22/375 vòng/phút.
Encoder có độ phân giải 500 xung/vòng, tỷ lệ nhân xung của vi xử lý bằng 4 suy ra vi xử lý nhận được A*352/3 (xung/phút) hay A*88/45 (xung/giây).
Như vậy, nếu đặt chu kỳ lấy mẫu bằng 45/88 = 0.511364s thì số xung nhận được trong một chu kỳ chính là tốc độ của trục động cơ.