Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ điện một chiều trên cơ sở lập trình LabVIEW

i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trường Đại học Giao Thông Vận Tải-Cơ Sở 2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Bộ môn : Kĩ Thuật Máy
Khoa: Cơ Khí
Sinh viên: Lê Sĩ Toàn lớp Cơ Điện Tử - K47
Liên hệ: 0909045179 | Email:
Tóm tắt yêu cầu, nội dung đề tài: Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển
động cơ điện một chiều trên cơ sở lập trình LabVIEW.
Số liệu cần thiết chủ yếu để thiết kế:





Nội dung của bản thuyết minh, yêu cầu giải thích tính toán của thiết kế tốt nghiệp:
1. Tìm hiểu động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu,
2. Xác định các thông số của động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu,
3. Tìm hiểu, nghiên cứu phần mềm mô phỏng LabVIEW ,
4. Thiết lập và chế tạo bộ điều khiển PID nhằm đạt được các chỉ tiêu về thời gian quá độ
và ổn định tốc độ cho động cơ điện một chiều dưới tải trọng nhất định.
5. Kết luận.

ii
LỜI CẢM ƠN
Sau gần 6 tháng thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu và thiết kế bộ điều

khiển PID để điều khiển động cơ điện một chiều trên cơ sở lập trình LabVIEW”
đã phần nào được hoàn thành. Ngoài sự cố gắng, nỗ lực hết mình của bản thân em
cũng đã nhận được rất nhiều những sự giúp đỡ, góp ý, quan tâm và khích lệ đến từ gia
đình, nhà trường, các thầy cô và bạn bè trong quá trình nghiên cứu.
Trước tiên con xin cảm ơn ba mẹ đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện tốt để
con học tập và hoàn thành đề tài này.
Em xin cảm ơn tất cả các thầy cô trường Đại học Giao Thông Vận Tải – Cơ Sở 2
đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập. Đặc
biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Nguyễn Trường Giang, thầy đã trực
tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và luôn động viên tinh thần cho em trong suốt quá trình làm đề
tài.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các bạn bè của tôi đã luôn động viên,
giúp đỡ tôi về nhiều mặt để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

iii
TÓM TẮT
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện
xoay chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ
rất tốt (dải điều chỉnh tốc độ rộng), khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá
tải. Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công
nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải
mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều.
Việc động cơ điện một chiều được sử dụng khá rộng rãi trong thời đại hiện nay
dẫn đến việc thiết kế ra một hệ thống điều khiển cho động cơ sao cho hệ thống hoạt
động ổn định, chất lượng tốt…được các kĩ sư khá quan tâm và phát triển.
Trong phạm vi đề tài tác giả sẽ trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các
phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Từ

đó tác giả sẽ mô hình hóa động cơ và sẽ thiết kế Bộ điều khiển PID Số (mô phỏng và
giao tiếp máy tính) để điều khiển động cơ điện một chiều nhằm đạt được các chỉ tiêu
về thời gian quá độ và ổn định tốc độ cho động cơ điện một chiều dưới tải trọng nhất
định.
Tuy nhiên do thời gian và trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể
tránh khỏi những sai xót, vì vậy tác giả rất mong nhận được những ý kiến chỉ bảo của
các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn sinh viên để đồ án được thêm hoàn thiện.


iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN II
TÓM TẮT III
MỤC LỤC IV
DANH SÁCH BẢNG BIỂU VI
DANH SÁCH HÌNH VẼ VII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài: 1
1.2 Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều 1
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 10
2.1 LabVIEW là gì?: 10
2.2 Lập trình với LabVIEW Error! Bookmark not defined.
2.3 Một số khối (hàm thức) của LabVIEW……………………………………… 18
2.4 LabVIEW trong các ứng dụng mô phỏng 3D Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PIDERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1 Khái niệm 22
3.2 Khâu tỷ lệ P (Proportional) 22
3.3 Khâu tích phân I(Integral): 24
3.4 Khâu vi phân D (Derivative) 25
3.5 Khâu tích phân-tỷ lệ PI (Proportional – Integral) 26

3.6 Khâu PD (Proportional – Derivative) 27
3.7 Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) 28
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU 30

v
4.1 Mô hình hóa động cơ điện một chiều 30
4.2 Thiết lập bộ điều khiển PID cho động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm
vĩnh cửu. 31
4.3 Mô hình giao tiếp máy tính PC điều khiển động cơ điện một chiều kích từ
bằng nam châm vĩnh cửu… ……… ………………………………………… 39
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56





vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chức năng của các đường dẫn tới chân ở cổng RS-232…………… …….15
Bảng 4.1: Tác động của việc tăng các thông số K
P
, K
I,
K
D
một cách độc lập 38
Bảng 4.2: Chức năng của các cổng vào/ ra Card USB 9001…………………….…….40
Bảng 4.3: Thông số kĩ thuật của card USB 9001…………………………………………….42

vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình trong chương 1:
Hình 1.1: Cấu tạo bên ngoài của động cơ điện một chiều 1
Hình 1.2: Cấu tạo bên ngoài của động cơ điện một chiều. 2
Hình 1.3: Cấu tạo của cổ góp điện 3
Hình 1.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu 4
Hình1.5: Nguyên lý hoạt động của DCVC 5
Hình1.6: Băm áp một chiều nối tiếp; a. Sơ đồ nguyên lí; b. Đường cong điện áp 6
Hình1.7: Sơ đồ hoạt động với tải điện cảm; a. Sơ đồ nguyên lí; b. Đường cong điện áp,

dòng điện 7
Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt băm áp song song; a. Sơ đồ nguyên lí; b. Đường cong
điện áp, dòng điện 8
Hình trong chương 2:
Hình 2.1: Giao diện chính của phần mềm LabVIEW phiên bản 2009…………….….11
Hình 2.2: Một robot dưới nước (Spider) được phát triển dựa trên lập trình
LabVIEW…………………………………………….………… ……………… 12
Hình 2.3: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW…………………… … 13
Hình 2.4: Giao diện làm việc của phần mềm LabVIEW…………………………… 14
Hình 2.5: Khởi tạo control để nhập x …………………………………… …………15
Hình 2.6: Biến x xuất hiện bên cửa sổ Block Diagram……………………………….16
Hình 2.7: Khởi tạo hai hàm bình phương và căn thức bên cửa sổ Block Diagram 16
Hình 2.8: Nối dây tín hiệu giữa biến x và hai hàm bình phương và căn thức…….… 17
Hình 2.9: Khởi tạo các Indicator (output)…………………………………………….17
Hình 2.10: Cửa sổ Front Panel cuối cùng thu được………………………………… 17
Hình 2.11: Kết quả thu được khi nhập x=16 và x=-4…………………………….… 18
Hình 2.12: Khối While Loop………………………………………………………….18

viii
Hình 2.13: Khối Case Structure……………………………………………………….18
Hình 2.14: Khối Flat Sequence………………………………………………… ….19
Hình 2.15: Khối Flat Sequence……………………………………………………….19
Hình 2.16: Hàm While Until Next ms Multiple………………………………………19
Hình 2.17:Các hàm tính toán trong LabVIEW……………………………………… 20
Hình 2.18:Các hàm so sánh trong LabVIEW…………………………………………20
Hình 2.19: Ứng dụng LabVIEW để mô phỏng một vật bị ném xiên ……………… 21
Hình 2.20: Ứng dụng LabVIEW để mô phỏng cánh tay robot 2 bậc tự do………… 21
Hình trong chương 3:
Hình 3.1: Khâu tỉ lệ (P).………………………………………………………………22
Hình 3.2: Quá trình đáp ứng của hệ thống khi sử dụng luật điều khiển P………… 24

Hình 3.3: Khâu tích phân (I)………………………………………………… …… 24
Hình 3.4: Khâu vi phân (D).…………………………………………………… ……25
Hình 3.5: Khâu PI…………………………………………………………………… 26
Hình 3.6: Khâu PD. ………………………………………………………………… 27
Hình 3.7: Khâu PID………………………………………………………………… 28
Hình trong chương 4:
Hình 4.1: Nguyên lý động cơ điện một chiều……………………………………… 30
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển DC motor………………………………33
Hình 4.3: cổng đầu vào……………………………………………………………… 34
Hình 4.4: Sơ đồ cấu trúc hàm truyền của hệ thống……………………………….… 35
Hình 4.5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi có khâu PID……….………………….….36
Hình 4.6: Thuật toán mô phỏng được viết bởi phần mềm LabVIEW…………… ….37
Hình 4.7: Kết quả khảo sát và chọn bộ thông số………………………………….… 38
Hình 4.8: Động cơ nhãn hiệu DB036GA229 xuất xứ từ Nhật Bản……………… …39
Hình 4.9: Card giao tiếp USB 9001 của Hocdelam Group……………………… ….39
Hình 4.10: Sơ đồ chân của card USB 9001……………………………………….… 40
Hình 4.11: Mạch động lực 3A-DCS HIPO của Hocdelam Group……………………45

ix
Hình 4.12: Cảm biến Encoder của SHARP……………………………………….… 46
Hình 4.13: Dây cabple kết nối giao tiếp giữa USB 9001 và máy tính PC………… 46
Hình 4.14: Mô hình giao tiếp máy tính PC điều khiển DC Motor……………………47
Hình 4.15: Sơ đồ đấu nối mạch giao tiếp máy tính PC điều khiển DC motor………. 47
Hình 4.16: Chương trình điều khiển vị trí động cơ DC MOTOR sử dụng thuật toán
PID…………………………………………………………………………………….49
Hình 4.17: Thuật toán của bộ điều khiển PID……………………………… ……….49
Hình 4.18: Giao diện người dùng điều khiển vị trí DC MOTOR) ………….……… 50
Hình 4.19: Thông số cho bộ điều khiển PID………………………………………….51
Hình 4.20: Chương trình điều khiển tốc độ động cơ DC MOTOR sử dụng thuật toán
PID…………….………………………………………………………………………52

Hình 4.21: Giao diện người dùng điều khiển tốc độ DC MOTOR… ………….… 53
Hình 4.22: Thông số cho bộ điều khiển PID điều khiển tốc độ DC…………………54
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
Mục đích của đề tài:
Hiểu một cách toàn diện về cấu tạo, nguyên lí hoạt động của một động cơ điện một
chiều thông thường nói chung và động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh
cửu nói riêng. Từ đó thiết kế và chế tạo được bộ điều khiển PID cho động cơ điện một
chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nhằm đạt được các chỉ tiêu về thời gian quá độ
và ổn định tốc độ cho động cơ điện một chiều (DC motor) dưới tải trọng nhất định.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
Đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển động cơ điện
một chiều trên cơ sở lập trình LabVIEW” sẽ thiết kế bộ điều khiển PID để điều
khiển động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu đồng thời thiết kế bộ
thí nghiệm điều khiển DC motor không tải trọng với mô hình thật và mô phỏng trên cơ
sở sở lập trình LabVIEW.
1.2 Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều
1.2.1 Động cơ điện một chiều thông thường
 Cấu tạo:
Cấu tạo bên ngoài:

Hình 1.1: Cấu tạo bên ngoài của động cơ điện một chiều.
Chú thích:
Cấp nguồn: là 2 dây dẫn điện (1 chiều) từ nguồn phát tới nuôi động cơ, nguồn điện
phát một chiều thường có điện áp từ 6Vol, 12Vol đến hàng ngàn Vol.
2
Vỏ kim loại: Là vỏ bọc động cơ, tác dụng bảo vệ động cơ tránh những tác động của
môi trường. Động thời cũng để định vị động cơ vào vị trí làm việc.
Trục động cơ: Để truyền mô men quay của động cơ tới cơ cấu công tác.

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và
an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có
tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Nắp máy thường làm bằng gang.
Cấu tạo bên trong:

Hình 1.2: Cấu tạo bên trong của động cơ điện một chiều.
Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ
máy.
Cực động cơ (cực chính): là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ
thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong động cơ điện
nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông . Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và
3
Cực từ phụ: được đặt bên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều . Lõi thép
của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn
mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ
những bulông.
Cuộn bù: có tác dụng khử méo dạng từ thông phân bố trên bề mặt Roto do ảnh
hưởng của cuộn dây phần ứng.
Cổ góp điện:

Hình 1.3: Cấu tạo của cổ góp điện
Là cụm chi tiết phức tạp nhất của máy điện một chiều vì trong kết cấu của nó có
rất nhiều lá đồng (được gọi là lam đồng) xếp xen kẽ với các tấm mi ca cứng tạo thành
vành tròn (được gọi là vành góp). Các chi tiết của cổ góp có hình dạng rất phức tạp,
ghép lại với nhau bằng mặt côn được chế tạo với các yêu cầu nghiêm ngặt về bề mặt
gia công cùng các kích thước có cấp chính xác cao.

Cổ góp điện có nhiều kết cấu khác nhau. Ở Máy điện một chiều (MĐMC) từ vài
chục kW trở lên, cổ góp có kết cấu bạc ép (xem hình 1.3). Cổ góp được tạo thành từ
việc ghép nhiều chi tiết (có thể lên đến trên 2.000 chi tiết), bằng nhiều loại vật liệu
khác nhau như đồng đỏ , mi ca cứng, mi ca mềm, thép 45, thép CT5, sơn cánh kiến,
băng sợi tổng hợp Khi làm việc, cổ góp chịu tác động rất lớn của lực ly tâm, nhiệt độ
cao (có thể lên đến 1300
o
C) phát sinh từ lực ma sát của viên than lên vành góp và từ
tia lửa do tiếp xúc của viên than không ổn định, do dòng đảo chiều và do độ lệch
đường trung tính hình học của cụm chổi than, một chi tiết chế tạo không đạt yêu cầu
4
kỹ thuật, thực hiện không chuẩn xác một bước công nghệ, cổ góp sẽ bị phá huỷ khi
làm việc, dẫn đến sự cố của MĐMC.
 Phân loại: Theo kiểu kích từ thì động cơ một chiều được phân ra những loại sau:
Động cơ một chiều kích từ độc lập
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
Động cơ một chiều kích từ song song
Động cơ một chiều kích từ bằng nam châp vĩnh cửu.
1.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (DCVC)
1.2.2a Cấu tạo:
Động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (DCVC) - là trường hợp đặc
biệt của động cơ một chiều kích từ độc lập. Cuộn dây kích từ trên Stator được loại bỏ
và thay bằng một cặp nam châm vĩnh cửu.

Hình 1.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
Một DCVC thì bao gồm 6 phần chính như sau:
Phần ứng hay rô to;
Cổ góp;
Chổi than;
Trục động cơ;

5
Miếng nam châm tạo từ trường;
Bộ phận cung cấp dòng một chiều;
1.2.2b Nguyên lý hoạt động của DCVC:
(




Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của DCVC
Khi động cơ được cấp điện, dòng điện đi vào cuộn dây (như 1 khung dây) của
Rotor thông qua cơ cấu chổi than - cổ góp. Theo nguyên tắc bàn tay trái sẽ có 1 ngẫu
lực điện từ đặt lên khung dây và làm cho khung dây quay tức rotor quay, động cơ hoạt
động. Theo hình bên, cuộn dây quấn trên rotor được mô tả như khung dây ABCD. Đặt
bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến
ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90˚ chỉ chiều của
lực điện từ tác dụng lên dây dẫn. Trục của rotor theo hình trên sẽ quay theo chiều
ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ ngoài vào trong).
1.2.2c Điều khiển DCVC
Phương trình điện áp của động cơ điện một chiều












 






 


















Ở chế độ xác lập:











 







Φ


ơịậố


6





đệáầứ



đệởầứ
Φừôíí


ằốốđộđộơ
Như vậy ta thấy rằng để điều khiển được tốc độ động cơ ta có thể thay đổi:
 Điện áp phần ứng.
 Điện trở phần ứng.
Trong kĩ thuật, phương pháp hay được dùng để điều khiển tốc độ của động cơ là
phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. Để thay đổi điện áp phần ứng hay điện áp ra
tải (động cơ) người ta thường dùng phương pháp Băm áp một chiều hay phương pháp
PWM.
 Phương pháp băm áp một chiều
Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. Điều
chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh được trị số trung bình điện áp tải.
Các bộ băm áp một chiều có thể thực thiện theo sơ đồ mạch nối tiếp (phần tử
đóng cắt mắc nối tiếp với tải) hoặc theo sơ đồ mạch song song (phần tử đóng cắt được
mắc song song với tải).
 Băm áp một chiều nối tiếp:
Nguyên lí băm áp một chiều nối tiếp:

Hình 1.6: Băm áp một chiều nối tiếp; a. Sơ đồ nguyên lí;
b. Đường cong điện áp
7
Trị số trung bình điện áp một chiều được tính:

























àầốđóắ
Nếu coi γ=




thì:


γ



Hoạt động của sơ đồ với tải điện cảm

Hình1.7: Sơ đồ hoạt động với tải điện cảm; a. Sơ đồ nguyên lí;
b. Đường cong điện áp, dòng điện
Phương trình vi phân:




 











 


 











Trong đó:
i – dòng điện tải;
R
d
– điện trở tải;
L
d
– điện cảm tải;
I
bd
– dòng điện ban đầu của chu kì đang xét (mở hay đóng khóa K);
8
I
XL
– dòng điện xác lập của chu kì đang xét;
Độ nhấp nhô dòng điện được tính:
 

  










  








Biên độ dao động đòng điện phụ vào 4 thông số: γ U
1
, L
d
và chu kì chuyển mạch
khóa K (T
CK
).

Do đó để cải thiện chất lượng dòng điện tải (giảm nhỏ  ) có thể tác
động vào 

. Như vậy nếu chu kì chuyển mạch càng bé (hay tần số chuyển mạch 


càng lớn) thì biên độ đập mạch dòng điện càng nhỏ, chất lượng dòng điện 1 chiều càng

cao. Do đó bộ điều khiển băm áp một chiều nối tiếp thường được thiết kế với tần số
cao hàng chục kHz.

 Băm áp một chiều song song:
Nguyên lý băm áp một chiều song song:

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hoạt băm áp song song; a. Sơ đồ nguyên lí;
b. Đường cong điện áp, dòng điện.
0÷ t
1
: Khóa K đóng;
t
1
÷ T
CK
: Khóa K hở;
Dòng điện và điện áp được tính tương ứng khi khóa K đóng:










Và khi khóa K hở:








 








Tổn hao công suất khi băm áp song song:
9
 







 









 


 













 





 







Khi điều chỉnh, chu kì xung điện áp không đổi. Khi đó, cứ tăng t
1
thì giảm t
2
và
ngược lại. Khi cần giảm điện áp tải, cần tăng t
1
và giảm t
2
, Công suất tổn hao được tính
theo biểu thức trên tăng.
Do đó, băm áp song song không thích hợp khi tải nhận năng lượng từ lưới.

10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW
2.1 Giới thiệu về phần mềm LabVIEW
 LabVIEW là gì?
LabVIEW là một công cụ phần mềm hàng đầu công nghiệp trong việc phát triển
các hệ thống thiết kế, điều khiển và kiểm tra. Kể từ khi ra đời năm 1986, các kĩ sư và
nhà khoa học trên toàn thế giới đã tin cậy vào NI LabVIEW nhờ chất lượng ngày càng
cao, hiệu quả sản xuất lớn hơn.
Ngôn ngữ lưu đồ đồ họa của LabVIEW hấp dẫn các kĩ sư và nhà khoa học trên
toàn thế giới như một phương pháp trực giác hơn trong việc tự động hóa các hệ thống
đo lường và điều khiển. Ngôn ngữ lưu đồ kết hợp với I/O gắn liền và điều khiển giao
diện người sử dụng tương tác cùng đèn chỉ báo làm cho LabVIEW trở thành một sự
lựa chọn lí tưởng cho kĩ sư và nhà khoa học.
 Tên gọi LabVIEW?
LabVIEW là viết tắt của : Laboratory Virtural Instrumentation Engineering
Workbench (công cụ trong kĩ thuật- các thiết bị ảo trong phòng thí nghiệm)
 Lịch sử:
LabVIEW được thành lập vào năm: 1976 bởi công ty National Instruments (NI)
khi đó chủ yếu ứng dụng trong điều khiển, đo lường.
Năm 1986 LabVIEW cho ra đời phiên bản Labview 6.1 …
Và bây giờ phiên bản mới nhất là LabVIEW 2009.

11

Hình 2.1: Giao diện chính của phần mềm LabVIEW phiên bản 2009
 LabVIEW có thể làm được gì?
LabVIEW là 1 phần mềm lập trình Graphic (hay lập trình G).
Labview được dùng nhiều trong phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kĩ thuật
như: tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y
sinh,… Hiện tại ngoài phiên bản LabVIEW cho hệ điều hành Windows, Linux, hãng
NI đã phat triển các mô-đun LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA). Các ứng dụng
của LabVIEW có thể được tóm tắt như sau:
 Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ
webcam, vận tốc động cơ,…
 Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua các chuẩn giao tiếp: RS232,
RS485, USB, PCI, Ethernet. Để điều khiển nhưng thiết bị ở những nơi con
người không thể làm việc được, một ví dụ : Một con robot là một cái máy xúc
được điều khiển để làm việc dưới đáy biển, nơi mà con người khó có thể thực
hiện tốt những nhiệm vụ đặc biệt…

12

Hình 2.2: Một robot dưới nước (Spider) được phát triển dựa trên lập trình
LabVIEW.

 Mô phỏng và xử lí các tín hiệu thu nhận được để phục vị các mục đích nghiên
cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập tình mong muốn.
 Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn
nhiều so với các ngôn ngữ lập trình khác như Visual Basic, Matlab,…
 Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ ( Fuzzy
Logic), một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong
LabVIEW.

 Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++,
Matlab …

13

Hình 2.3: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW.
Như trên hình ta thấy dùng Card LabVIEW ta có thể giao tiếp với : motor,
webcam, các cảm biến… Chúng ta có thể kết nối các thiết bị này thông qua các card
gắn với cổng USB, PCI. Ta cũng có thể thực hiện giao tiếp nối tiếp các thiết bị này với
máy tính thông qua chuẩn giao tiếp RS232, RS485… Như trên hình vẽ ta thấy 1 một
loạt các ứng dụng, 1 ví dụ là chúng ta có thể sử dụng card LabVIEW để giao tiếp với
webcam, từ đó có thể điều được các thiết bị từ xa (ô tô chẳng hạn).
2.2 Lập trình với LabVIEW
Để làm việc với phần mềm LabVIEW ta thao tác trên 2 cửa sổ là Front Panel và
Block Diagram. Hai cửa sổ này sẽ xuất hiện sau khi ta khởi động phần mềm
LabVIEW.
14

Hình 2.4: Giao diện làm việc của phần mềm LabVIEW,
a- cửa sổ Front Panel, b- cửa sổ Block Diagram.
Cửa sổ Front Panel hay còn gọi là giao diện người dùng. Của sổ này dùng để
khởi tạo các Control (Input) và các Indicator (ouput). Nghĩa là trên cửa sổ này ta có thể
thiết lập các thông số đầu vào của một ứng dụng nào đó và có thể thấy được kết quả
khảo sát hay tính toán của ứng dụng đó.
Cửa sổ Block Diagram là cửa sổ dùng để người lập trình khởi tạo, viết các thuật
toán cho ứng dụng của mình. Đó bao gồm các hàm toán học (cộng, trừ, nhân, chia, đạo
hàm, tích phân, ma trận…), các hàm lặp (while loop), các hàm tạo trễ… Nghĩa là trên
cửa sổ Block Diagram chứa những thuật toán giải quyết các bài toán ứng dụng mà
người lập trình khởi tạo và có thể điều khiển và hiển thị kết quả trên cửa sổ Front
Panel.

15
Các hàm tính toán có liên quan trong của sổ Block Diagram được nối với nhau
bằng dây dẫn theo kiểu truyền tín hiệu. Đây cũng là một lợi điểm của LabVIEW so với
các phần mềm khác ở tính trực quan và dễ làm việc. Để hình dung được LabVIEW
làm việc ra sao, tác giả sẽ đưa ra một bài toán nhỏ và giải quyết nó trên phần mềm này.
Bài toán: Nhập vào từ bàn phím số x bất kì, phần mềm tính toán trả lại số bình
phương của x và căn của x:
Chương trình:
Tại của sổ Front Panel ta cần khởi tạo 1 biến đầu vào Control (Input) và 2 đầu ra
Indicator (output), một là bình phương của x, hai là căn của x. Muốn thực hiện điều
này ta Click chuột phải vào cửa sổ Front Panel, cửa sổ control hiện ra ngay sau đó, ta
click chọn numeric control để nhập x:

Hình 2.5: Khởi tạo control để nhập x.
Tiếp theo qua cưa sổ Block Diagram cũng sẽ tự động xuất hiện 1 control x như
hình 2.6:
16

Hình 2.6: Biến x xuất hiện bên cửa sổ Block Diagram.
Tiếp theo ta cần khởi tạo 2 hàm tính bình phương và căn thức, ta thực hiện như
sau: Click phải chuột lên cửa sổ Block Diagram, cửa sổ suất Functions xuất hiện ta
chọn thẻ Express Numeric:

Hình 2.7: Khởi tạo hai hàm bình phương và căn thức bên cửa sổ Block Diagram.