điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PID

Nội Dung
01
02
03
04
Chương 1:
Giới thiệu module
điều khiển băng tải
Chương 3:
Truyền thông giữa
các băng & Giao
tiếp máy tính
Chương 2:
Xây dựng bộ điều
khiển PID- Ổn định
tốc độ băng tải
Chương 4:
Thiết kế mạch
Altium
2

GIỚI THIỆU MODULE ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ BĂNG TẢI
CHƯƠNG I
Thông số kỹ thuật
Các tính năng
Linh kiện sử dụng
Tổng quan về module
 Được nạp sẵn firmware có thể sử dụng đi
dây dễ dàng
 Thiết bị giúp ổn định tốc độ của băng tải
bằng phương pháp PID
 Điều khiển giám sát bằng các nút nhấn
trên board hoặc trên giao diện máy tính
 Có thể giao tiếp với các module khác sử
dụng chuẩn giao tiếp UART
 Sử dụng vi điều khiển PIC giá thành rẻ
chống nhiễu tốt

CHƯƠNG I
• Nguồn cấp: tối đa 35VAC.
• 2-3 chân nối với động cơ(chân 2 dương,
chân 3 âm=> động cơ chạy thuận và
ngược lại).
• 4-7. Jump kết nối RS485, trong đó:
4-Vcc, 5-Rx, 6-Tx, 7-GND.
• 8-9. Nguồn nuôi Vs cho động cơ DC,
Vs_đm = 50VDC.
• Buton OFF: dừng băng tải
• Buton ON: khởi động băng tải
• Buton UP: tăng tốc độ thêm 10 m/ph mỗi
lần nhấn
• Buton DOWN: giảm tốc độ 10 m/ph mỗi
lần nhấn
• LCD: hiển thị tốc độ đặt,tốc độ thực, hay
các tham số PID của băng tải.
Các tính năng

CHƯƠNG I
Các tính năng

CHƯƠNG I
Các tính năng
 Khi ấn nút ON: các băng tải khởi động tuần tự theo thời gian lần lượt là:BT3 → BT2→BT1.
Mỗi băng tải khởi động cách nhau 5s.
 Khi ấn nút OFF: băng tải dừng tuần tự theo thời gian lần lượt là:BT3 → BT2→BT1.
Mỗi băng tải dừng cách nhau một khoảng thời gian là 5s.
 Khi ấn nút UP/DOWN tốc độ đặt của băng tải tăng/giảm thêm 10m/phút mỗi 1 lần ấn.
Đồng thời gửi dữ liệu tới các băng tải khác, để đồng bộ tốc độ giữa các băng.
 Ổn định tốc độ băng tải theo tốc độ đặt mong muốn dùng giải thuật PID. Đơn vị tốc độ là
m/phút. Hiển thị 2 thông số trên lên LCD được gắn ở trên board
 Ngoài ra, ta có thể điều khiển giám sát tốc độ của băng tải trên giao diện máy tính được
viết bằng ngôn ngữ C# winform.(Hình 2.5)
 Giao diện gồm các nút ON, OFF, kiểm tra trạng thái cổng COM, hiển thị tốc độ truyền, loại
cổng COM đang kết nối
 Gửi thông số tốc độ đặt, tham số PID để hiệu chỉnh tốc độ xuống băng tải.
 Hiển thị tốc độ của từng băng tải đưa lên máy tính, giám sát tốc độ qua đồ thì của từng
băng(thường dùng trong việc hiệu chỉnh tham số PID)

CHƯƠNG I
Các tính năng
Vi điều khiển PIC 18F448
 Thuộc loại vi điều khiển 8 bit
 40 chân, 5 port IO.có đầy đủ bộ timer, ngắt,
PWM
 Có 21 nguồn ngắt, 256 byte EEPROM
 Có 4 bộ timer, 1 module CCP
 Phạm vi điện áp hoạt động 2.0V-5.5V
 Dòng sink/source lên đến 25mA
 Bộ nhớ flash 16K bytes

CHƯƠNG I
Các tính năng
Động cơ GA25 encoder
 Tốc độ cực đại: 1000rpm
 Điện áp định mức: 12VDC
 Số xung encoder: 24 xung
 Dây đỏ: nguồn cấp cho motor
 Dây đen: GND nguồn cấp
encoder
 Dây vàng: kênh trả xung A
 Dây lục: kênh trả xung B
 Dây xanh dương: nguồn cấp
cho encoder
 Dây trắng: dây nguồn động cơ

CHƯƠNG I
Các tính năng
IC MAX487
 Tốc độ bit Max= 2,5Mbps
 Có thể kết nối tối đa 32 thiết bị trên bus
485.
 Điện áp hoạt động : -7V ~ 12V (ổn định
nhất ở 5V)
 Bus Max485 truyền dữ liệu Vi sai bằng 2
dây A,B nên khoảng cách truyền lớn, khả
năng chống nhiễu tốt.
 Với A-B > 200mV sẽ tạo mức logic 1.
 Với B-A>200mV sẽ tạo mức logic 0.

CHƯƠNG I
Các tính năng
IC L298
 Nguồn cấp Vs lên đến 50V
 Nguồn cấp logic Vss = 7V
 Điện áp cho phép V_en và điện áp đầu vào Vin
từ -0.3 – 7V
 L298N có 2 mạch diode cầu có thể điều khiển 2
động cơ,chân IN1 và IN2 cùng với chân enable A
được nối với vi điều khiển dùng để điều khiển
chiều quay hoặc tốc độ quay của động cơ.chân
OUT1 và OUT 2 nối với 2 đầu động cơ, nếu điện
áp OUT1 > OUT2 động cơ chạy thuận, ngược lại
OUT1 < OUT2 động cơ chạy ngược.chân Vs và
chân SENSA nối với nguồn nuôi động cơ, Vs định
mức = 50V hoặc tùy thuộc vào điện áp định mức
của động cơ.

XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BĂNG TẢI
CHƯƠNG II
𝝎(𝒔)
𝐔(𝒔)
=
𝐊
𝐋𝐉𝒔𝟐 + 𝑹𝑱+𝑳𝒃 𝒔+ 𝑹𝒃+𝑲𝟐
 Momen quán tính của roto: J =
𝑘𝑔.𝑚2
𝑠2
 Hệ số cản trên trục roto: b = N.m.s
 Hằng số sức điện động: Ke =
N.m
A
 Điện trở phần ứng: R (Ω)
 Điện cảm phần ứng: L (H)
 Điện áp nguồn DC cấp cho mạch phần ứng: U (V)
 Vận tốc quay của roto: 𝜔 (rad/s)
(10)
 mô tả toán học của động cơ một chiều
Nhận dạng hàm truyền
Xác định hệ số PID
Chu kỳ lấy mẫu
Điều khiển tốc độ
Lập trình hàm PID
Kết quả mô phỏng

CHƯƠNG II  Thuật toán đo tốc độ động cơ

CHƯƠNG II  Sơ đồ kết nối

CHƯƠNG II  Điều chế độ rộng xung PWM
UOUT = (TON /T)*U
Trong đó: TON là thời gian xung điện áp ở mức
cao trong một chu kỳ T
: TOFF là thời gian xung điện áp ở
mức thấp trong một chu kỳ T
Chu kỳ PWM = [(PR2)+1].4.TOSC.(giá trị Prescale của TMR2)
Từ công thức trên ta tính được giá trị khởi tạo cho timer2:
setup_timer_2(t2_div_by_16,249,1);

CHƯƠNG II
 Tính toán cấu hình cho timer 1
GT = 65536 - Tdelay.Fosc/(4.prescaler)
Thay số với: T_delay = 0.1s
: Fosc = 20MHz
: prescaler = 8
Ta được: GT = 65536 – 0.1 x 20.106 /(4x8) = 3036

CHƯƠNG II

CHƯƠNG II  Kết quả đo được lưu trên excel

CHƯƠNG II Form: u1=xlsread(' “đường dẫn chứa file excel” .xlsx',1,'A3:A482')

CHƯƠNG II  Đồ thị đáp ứng đầu ra và đầu vào của động cơ
Nhận xét: đồ thị vận tốc không có trễ, tốc độ ở trạng thái xác lập chưa ổn định
với dao động 25 vòng/ph tải thời điểm điện áp định mức 12V.sau nhận dạng ta
thu được hàm truyền và đồ thị của nó với độ chính xác lên đến 93.55% so với đồ
thị tốc độ đo được, hình 3.12.

CHƯƠNG II  Ta thu được hàm truyền của động cơ
𝐺𝑝 𝑠 =
53.558
(1 + 3.8727𝑠)(1 + 0.31332𝑠)
↔ 𝐺𝑝 𝑠 =
53.558
1.2134𝑠2 + 4.18602𝑠 + 1
Nhận xét: hàm truyền tìm được hoàn toàn phù
hợp với mô hình lý thuyết (khâu quán tính bậc
hai không trễ), Do đó hàm truyền đối tượng thu
được là đáng tin cậy. (công thức số 10)

CHƯƠNG II
 Xác định các hệ số Kpid
Bộ điều khiển PID vẽ trên simulink Đồ thị đáp ứng thu được khi sử dụng bộ PID

CHƯƠNG II
 Xác định các hệ số Kpid

CHƯƠNG II
 Thông số PID thu được là:
Kp = 4.03164129552165
Ki = 1.44789294500494
Kd = 1.17095683841646
Nhận xét: tham số PID tìm được ở
trên thì đáp ứng quá độ của hệ thống
kín liên tục đạt được các tiêu chí với
độ vọt lố (8.68%), thời gian quá độ
nhanh (khoảng 0.09s) và sai lệch
tĩnh bằng 0.

CHƯƠNG II
 Xác định thời gian lấy mẫu sử dụng matlab
>> T = 1;
>>Kp = 4.03164129552165;
>>Ki = 1.44789294500494;
>>Kd = 1.17095683841646;
>>z = tf('z',T);
>>dz = Kp + Ki*(T/2)*(z+1)/(z-1) + (Kd/T)*((z-1)/z);
>>gp = tf([53.558],[1.2134 4.19 1]);
>>gpz = c2d(gp, T, 'zoh');
>>g = feedback(series(dz,gpz), 1);
>>step(g)

CHƯƠNG II  Xác định thời gian lấy mẫu sử dụng matlab

CHƯƠNG II
 Thuật toán
điều khiển tốc
độ

CHƯƠNG II
 Thuật toán xử lý các hàm ngắt
TocDo = (SoXung/ThoiGianLayMau)*60s)/DoPhanGiaiEncoder

CHƯƠNG II
 Qui đổi tốc độ động cơ sang tốc độ băng tải
Tốc độ băng tải (m/ph) = Chu vi trục rulo (tang trống) * số vòng rulo quay trên phút (vg/ph)
Ta chọn chu vi trục rulo và tỷ số truyền giống với mô hình băng tải belt mini có gắn động cơ GA25 với chu vi trục
rulo = 0.2m. tỷ số truyền là 1/2. Với tốc độ động cơ cực đại là 1000 v/p, nên tốc độ băng tải có thể lên tới tối đa
100m/ph

CHƯƠNG II
 Cấu trúc 1 chương trình trong vi điều khiển
Khai báo hàm, thư viện, biến,...
O1
Function
Tính toán vận tốc, buton,
hiển thị,...
03
Main Loop
Cấu hình PWM, timer,ngắt,...
02 Setup

CHƯƠNG II
 Lập trình xử lý thuật toán PID

CHƯƠNG II
====
 Ổn định tốc độ băng tải với tốc độ đặt

TRUYỀN THÔNG GIỮA CÁC BĂNG TẢI & GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
CHƯƠNG III
 Tìm hiểu về truyền thông UART
UART
Bộ truyền nhận nối tiếp
bất đồng bộ
Khái niệm
Cách kết nối
Sử dụng 2 dây RX-TX
đơn công, bán song
công, song công
Ứng dụng
COM, RS232,modems,etc
Đơn giản, chi phí thấp, dễ
triển khai
Frames
Bit Start/ Bit Stop
Data Bit
Parity Bit(optional)
UART – RS485
Truyền dữ liệu
Nhận dữ liệu
Giao tiếp máy tính
UART – RS485

CHƯƠNG III
 Tìm hiểu về RS485
Khái niệm
Kết nối
2 dây và 4 dây
Nhược điểm
Thời gian đáp
ứng chậm.
Ưu điểm
Có thể kết nối
với 32 thiết bị
khoảng cách
lên đến 1200m
Cách dùng
Sử dụng dây
chuyển đổi
USB-RS485
Cấu tạo
Là phương thức
giao tiếp kết nối
với máy tính và
các thiết bị khác
các sợi dây
được xoắn lại
với nhau theo
từng cặp
UART – RS485
Nhận dữ liệu
UART – RS485

CHƯƠNG III
 Truyền dữ liệu
UART – RS485
Nhận dữ liệu

CHƯƠNG III
 Đoạn code xử lý truyền dữ liệu
UART – RS485
Nhận dữ liệu

CHƯƠNG III
 Nhận dữ liệu
UART – RS485
Nhận dữ liệu
Nhận dữ liệu

CHƯƠNG III
 Đoạn code xử lý nhận dữ liệu
UART – RS485
Nhận dữ liệu
Nhận dữ liệu

CHƯƠNG III
UART – RS485
Nhận dữ liệu
 Giao diện C# winform

CHƯƠNG III
UART – RS485
Nhận dữ liệu
 Mô phỏng proteus
Khảo sát đồ thị vận tốc khi sử dụng hệ số PID từ Matlab

CHƯƠNG III
UART – RS485
Nhận dữ liệu
 Mô phỏng proteus
Đồ thị vận tốc khi đã hiệu chỉnh lại hệ số PID

THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM ALTIUM
CHƯƠNG IV
UART – RS485
Mạch PCB
Kết luận chung
 Sơ đồ nguyên lý
Mạch nguyên lý

CHƯƠNG IV
UART – RS485
Mạch PCB
Kết luận chung
 Sửa lỗi trước khi update sang sơ đồ PCB
Mạch nguyên lý

CHƯƠNG IV
Mạch nguyên lý
Mạch PCB
Kết luận chung
 2 lớp layer sau khi phủ đồng
Mạch PCB

CHƯƠNG IV
Mạch nguyên lý
Kết luận chung
 Mặt trước của module băng tải
Mạch PCB

CHƯƠNG IV
Mạch nguyên lý
Mạch PCB
Kết luận chung
 Hình ảnh mặt sau của module
Mạch PCB

CHƯƠNG IV
Mạch nguyên lý
Mạch PCB
Nhận dữ liệu
 Kết quả đạt được
Kết luận chung
 Hạn chế của đề tài
 Xây dựng được thuật toán
PID ổn định tốc độ băng tải
 Hiểu thêm về các giao thức
phổ biến trong công nghiệp
 Nâng cao kỹ năng lập trình
C, học được ngôn ngữ lập
trình mới (C# winform)
 Quy trình thiết kế một
board mạch bằng phần
mềm Altium
 Kỹ năng giải quyết vấn đề;
nghiên cứu tìm tòi một
công nghệ mới, kiến thức
mới
 Thuật toán chưa tối ưu, thiết bị
chưa thể chạy một cách mượt
mà
 Chưa giải quyết được nhiễu
trong khi truyền dữ liệu giữa
các băng
 Đề tài mới chỉ dừng lại ở mức
mô phỏng.

điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PID

điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PID

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PID

Similar to điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PID (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PID