2.3 .Mạch Điều Khiển Robot Tự Hành
2.3.3.Khối mạch công suất
a. Phân tích lựa chọn phương pháp điều khiển.
Bản chất của việc điều khiển Mobile robot thực ra là điều khiển các động cơ của robot đó. Mobile robot được xây dựng bao gồm 2 động cơ dẫn động 2 bánh sau. Hướng đi của robot sẽ do tốc độ của 2 bánh này quyết định, do vậy nó yêu cầu phải thay đổi chiều quay liên tục, đảo chiều quay.
Hình 2.11:Mơ hình Mobile Robot.
Động cơ sử dụng ở đây là động cơ một chiều, kích từ độc lập. Có 3 cách để điều khiển tốc độ động cơ là :
+ Thay đổi từ thông động cơ
+ Thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ + Thay đổi trở phụ vào phần ứng động cơ
Động cơ sử dụng là loại nam châm vĩnh cửu nên từ thơng là khơng đổi. Do đó chỉ có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách là thêm trở phụ vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ. Họ đặc tính cơ của hai phương pháp điều chỉnh tốc độ trên là như sau:
Hình 2.12a là họ đặc tính cơ động cơ điện một chiều khi thay đổi điện trở phụ mắc vào phần ứng, trong đó: Rf1> Rf2>Rf3>Rf = 0 Ω. Hình 2.12b là họ đặc tính cơ động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng, trong đó : U1< U2 < U3 < U= Uđm.
Hình 2.12. Họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi.
a. Thêm điện trở phụ; b. Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng.
Trong hai phương pháp trên, rõ ràng phương pháp điều chỉnh điện áp là có nhiều ưu điểm hơn vì :
- Thứ nhất: khi thay đổi tốc độ động co bằng thay đổi điện áp thì độ cứng đặc tính cơ khơng đổi, cịn khi thay đổi tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ thì đặc tính cơ là thay đổi (nhỏ hơn).
- Thứ hai: thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ khơng gây ra tổn hao năng lượng, cịn khi sử dụng điện trở phụ sẽ gây ra tổn hao trên trở phụ.
- Thứ ba: thay đổi trở phụ mắc vào phần ứng động cơ làm cho hằng số thời gian động cơ thay đổi dẫn đến các đặc tính quá độ thay đổi, điều này là không tốt, cần tránh.
Từ những điểm trên, ta lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ. Một phương pháp thường sử dụng ở đây để thay đổi điện áp vào động cơ là phương pháp băm xung ( điều chế độ rộng xung PWM ). b. Thiết kế mạch lực. 0 Rf = 0 Rf3 Rf2 Rf1 U = Udm U3 U2 U1 0
Hình 2.13: Khối mạch cơng suất.
Điều chỉnh độ rộng xung là sử dụng các xung điện để đóng ngắt nguồn với tải một cách có chu kỳ. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bán dẫn như Thyristor, Mosfet, IGBT, Tranzitor bipolar. Ở đây, 2 động cơ là công suất nhỏ nên ta sử dụng Mosfet vì điều khiển đơn giản hơn và thơng dụng.
Nguyên lý của phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM.
Hình 2.14. Nguyên lý băm xung điện một chiều.
Ur
T tm
Một xung được phát ra sẽ có chu kì là T, trong đó có thời gian xung ở mức cao là tm và thời gian xung ở mức thấp. Khi xung ở mức cao chính là lúc nó mở các van, cấp điện áp cho động cơ. Điện áp cấp trong một chu kì xung được tính :
Ur = Uv. tm / T
c. Lựa chọn động cơ
Hình 2.15.Động cơ.
- Động cơ sử dụng là động cơ một chiều có tốc độ 500RPM, sử dụng điện áp 12V. Có hộp giảm tốc để tăng mơ men kéo và giảm tốc.