sử dụng vi sử lý, vi điều khiển để nhận dạng tham số và điều khiển động cơ một chiều

1


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Ỹ THUẬT CÔNG NGHIỆP



NGUYỄN VIẾT TRUYỀN



SỬ DỤNG VI XỬ LÝ, VI ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NHẬN DẠNG
THAM SỐ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA





Thái Nguyên - 2014

2


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỞ ĐẦU
Động cơ một chiều với ưu điểm về dải điều chỉnh tốc độ rộng, dễ điều chỉnh tốc
độ, mô men lớn nên được sử dụng nhiều trong các hệ thống truyền động như
, truyền động
các máy nghiề
ộ
Vấn đề đặt ra là phải nhận dạng và thay đổi
được các tham số điều khiển để phù hợp với yêu cầu công nghệ sử dụng để điều
khiển chính xác đối tượng. Ngày nay việc ứng dụng các bộ điều khiển số trong kỹ
thuật cho ta các khả năng điều chỉnh chính xác, dễ dàng hơn nên việc ứng dụng nó
ngày càng được nhân rộng.
ộ , Vi xử lý,
Vi điều khiển trong công nghi để
ớng điều khiển chính xác hơn, linh hoạt hơn cùng các cơ sở
khoa học kể trên là lý do tôi chọn đề tài:
.
Bố cục của luận văn bao gồm ba chương
Chƣơng 1:
=const trong .
Chƣơng 2:
=const.
Chƣơng 3: m.
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt
tình của thầy giáo hướng dẫn TS. Cao Xuân Tuyển, sự giúp của các thầy cô trong
bộ môn Tự động hoá Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Phòng

3


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

sau Đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên,
, Xưởng Thực hành Điện tử công suất
Trường Cao Đẳng Nghề công nghiệp Thanh hóa và các anh chị đồng nghiệp.
Do hạn chế về thời gian và tài liệu tham khảo nên luận văn chắc chắn không
tránh khỏi sự thiếu sót. Kính mong được sự quan tâm, góp ý của các thầy cô
và bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 3 tháng 8 năm 2014
Học viên

Nguyễn Viết Truyền












4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

CHƢƠNG I:
M=CONST TRONG .
1.1 Tổng quan chung
1.1.1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu
Động cơ một chiều (DC) được ứng dụng trong các hệ thống điều khiển công
nghiệp vì chúng rất dễ điều chỉnh tốc độ, mô men lớn, Vấn đề đặt ra khi sử dụng
động cơ DC là các động cơ này là ta phải đi nhận dạng các thông số để biết được
các thông tin về chúng, từ đó mới có thể mô hình hóa được các động cơ DC dưới
dạng toán học. Mô hình toán học giúp ta có thể dự đoán được hành vi của hệ thống
và thiết kế bộ điều khiển cho toàn bộ hệ thống. Do ta không có các tham số của
động cơ nên ta phải đối mặt với vấn đề là làm sao để kiểm soát cũng như điều khiển
đối tượng này một cách chính xác.
1.1.2. Tổng quan về nhận dạng tham số điều khiển
Mục đích của việc nhận dạng các tham số là đi tiến hành xây dựng một mô hình
toán chính xác, thiết kế bộ điều khiển chính xác, dự đoán hành vi của đối tượng,
nghiên cứu sản xuất khả thi với các tham số tìm được và xác định thông tin còn
thiếu.
Từ mô hình, ta cần lưu ý rằng có sự thay đổi trong điện cảm của phần ứng với
dòng điện phần ứng, do vậy các phương pháp thông thường để nhận dạng tham số
động cơ DC là không chính xác và dẫn tới việc điều khiển sẽ kém chất lượng.
Do vậy, phải sử dụng các kỹ thuật đánh giá để ước lượng các giá trị tham số chưa
biết hoặc thiếu chính xác với độ chính xác theo yêu cầu. Các phương pháp đánh giá
có thể được chia thành hai loại như sau: Đánh giá ngoài tuyến (offline) và đánh giá
trực tuyến (online)
Có rất nhiều kỹ thuật đã được sử dụng để nhận diện tham số, mỗi kỹ thuật có
những ưu và nhược điểm riêng. Ta có thể liệt kê một số kỹ thuật như sau:

5


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

[1] Năm 1975, W. Lord và J. H. Hwang đã chỉ ra rằng các kỹ thuật mô hình hóa
tuyến tính có thể được áp dụng cho các động cơ DC kích từ riêng biệt nếu tìm được
các tham số mô hình theo điều kiện làm việc động học. Họ sử dụng kỹ thuật của
Pasek để xác định kiểu mô hình và tất cả các tham số của mô hình từ một đáp ứng
dòng điện của động cơ với đầu vào điện áp kích từ dạng bước. Phương pháp Pasek
là một trong số những kỹ thuật đầu tiên được sử dụng trong việc nhận dạng các
tham số của động cơ DC. Nó xác định kiểu mô hình mẫu của động cơ DC hiệu suất
cao và tất cả các tham số mô hình chỉ dựa trên đáp ứng dòng điện của thiết bị với
một đầu vào là điện áp phần ứng dạng bước với tốc độ ở trạng thái xác lập. Nhưng
phương pháp này gây ra một số vấn đề về thiết bị đo lường. Kỹ thuật này đòi hỏi
phải đọc được chính xác dạng sóng quá độ giữa hai điểm, đây là điều khó có thể
thực hiện được khi có nhiễu. Đồng thời phương pháp này cũng đo một số điểm trên
đường cong đáp ứng thời gian của dòng điện, điều này khiến cho nó rất nhạy cảm
với nhiễu chuyển mạch dòng điện, và do đó phương pháp này là không chính xác
đối với các động cơ giá rẻ đang được sử dụng một cách rộng rãi trong công nghiệp.
[2] Năm 1983, R. Schulz đưa ra kỹ thuật đáp ứng tần số để đo các tham số của động
cơ hiệu suất cao. Mô hình động cơ bậc hai dưới điều kiện cụ thể được thể hiện
tương đương với một mạch điện cộng hưởng mắc nối tiếp. Việc đo đáp ứng tần số
của động cơ khi được coi là mạch trở kháng, tạo nên nền tảng của kỹ thuật đo lường
có rất nhiều ưu điểm trong thực tế. Các kết quả được so sánh với các phép đo lường
được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp thông thường. Phương pháp
đáp ứng tần số xác định các tham số của động cơ DC hiệu suất cao bằng cách coi
mô hình đồng cơ bậc hai là một mạch trở kháng (mạch RLC), và hiệu chỉnh các giá
trị của các phần tử trên mạch RLC để tìm ra đáp ứng của động cơ DC và tính đến

một số mối liên quan giữa các tham số của động cơ DC. Phương pháp này sử dụng
một tín hiệu AC có tần số xác định 1kHz. Tuy nhiên phương pháp này không phù
hợp với bài toán khi có nhiễu do nó nhạy cảm với nhiễu.
[3] Năm 1991, S. Weerasooriya và M. A. El-Sharkawi đã đưa ra mạng nơron nhân
tạo dựa trên hệ thống điều khiển tốc độ hiệu suất cao cho động cơ DC. Mục đích là

6


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

để đạt được độ điều khiển bám chính xác của tốc độ, đặc biệt là khi chưa biết các
tham số tải và động cơ. Động học phi tuyến chưa biết của động cơ và tải được thu
thập bằng mạng nơron nhân tạo. Việc thực hiện nhận dạng vàg các thuật toán điều
khiển được đánh giá bằng cách mô phỏng chúng dựa trên mô hình động cơ DC
thông thường. Cách thông thường được dùng để xác định đặc tính của động cơ DC
là đi thực hiện các kiểm tra riêng rẽ cho từng thông số, nhưng cách này không chỉ
gây mất thời gian mà còn có thể tạo ra các kết quả sai lệch nếu các tham số được đo
ở điều kiện tĩnh hoặc không tải. Phương pháp này giả thiết hệ thống là hệ SISO và
không thể tìm được các tham số động cơ DC và không phù hợp với mục đích của
luận văn.
[4] Năm 2001, S. Saab và R. Abi Kaed-Bey đã chỉ ra rằng các tham số của một
động cơ DC có thể ước lượng được bằng thực nghiệm thông qua phép đo rời rạc
bằng một đồng hồ đo lực tích hợp sẵn. Các đầu ra của đồng hồ đo lực là các kết quả
đo rời rạc của dòng điện phần ứng, vận tốc góc, điện áp phần ứng (đầu vào hệ
thống), và các lực do động cơ sinh ra. Họ đã sử dụng thuật toán bình phương cực
tiểu để thực hiện nhận dạng tham số của động cơ DC mà không cần sử dụng bộ
chuyển đổi D/A và bộ khuếch đại công suất. Hệ thống vật lý nghiên cứu được mô tả
dưới dạng các tham số và sau đó cực tiểu hóa hàm mục tiêu theo các tham số bằng
quá trình lặp. Tại cực tiểu của hàm mục tiêu, các giá trị của các tham số mô tả cấu

trúc thực của hệ thống vật lý. Thay vì đi tạo ra nghiên cứu chi tiết và phát triển một
mô hình dựa trên mức độ chuyên sâu về vật lý và kiến thức, ta đi đề xuất một mô
hình toán cho phép đủ để mô tả bất cứ phép đo đầu vào và đầu ra nào quan sát
được. Điều này làm giảm khối lượng công việc mô hình hóa đi một cách đáng kể.
[5] Năm 2004, A. Dupuis, M. Ghribi và A. Kaddouri đã đơn giản hóa việc nhận
dạng offline các tham số của động cơ bằng cách đề xuất một phương pháp mới dựa
trên tối ưu hóa bằng cách sử dụng thuật toán gen trội đa mục đích. Thuật toán gen
phân loại không trội (NSGA-11) cũng được sử dụng để cực tiểu hóa sai lệch giữa
các đáp ứng dòng điện và vận tốc của dữ liệu và mô hình ước lượng. Tính bền vững
của phương pháp cũng được thể hiện bằng cách ước lượng các tham số của động cơ

7


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DC theo 4 trường hợp khác nhau. Các kết quả mô phỏng đã chỉ ra rằng phương
pháp này ước lượng một cách thành công các tham số của động cơ và cũng có thể
đồng thời nhận dạng được mômen tải. Nhược điểm của phương pháp này là thường
phải tính toán cả các kiểu hàm giống nhau gây mất nhiều thời gian.
[6] Năm 2006, R. Garrido và R. Miranda đã đề xuất một phương pháp mới để nhận
dạng vòng kín của cơ cấu servo DC điều khiển vị trí. Vòng lặp quanh servo được
khép kín bằng bộ điều khiển tỷ lệ vi phân (PD). Mô hình servo được điều khiển một
cách đồng thời bằng một bộ điều khiển PD thứ hai. Sai lệch và đạo hàm của sai lệch
giữa đầu ra của cả servo thực và servo mẫu được sử dụng để nhận dạng tham số
động cơ, ngược lại các tham số này được sử dụng để cập nhật mô hình mẫu. Các
thuộc tính của tổ hợp nhận dạng được nghiên cứu bằng lý thuyết ổn định Lyapunov,
một nghiên cứu về cách sử dụng mạng nơron đa lớp để đo hàm truyền của hệ thống
điện để sử dụng trong bộ ổn định hệ thống điện (PSS) hiệu chỉnh và đánh giá độ tắt
dần PSS. Mục tiêu đặt ra là đo nhanh chóng và chính xác hàm truyền có liên quan

đến đầu ra công suất điện với đầu vào điện áp đặt AVR PSS của hệ thống có đối
tượng làm việc dưới điều kiện làm việc bình thường. Tuy nhiên chưa đánh giá được
sai lệch khi thực hiện, đặc biệt là khi có biến động về nhiễu hệ thống.
[7] Năm 2007, W. Aung đã mô tả phép phân tích dựa trên mô hình mẫu và mô
phỏng động cơ DC và các đạp hàm phần hệ thống điều khiển, phần cứng, phần
mềm. Với việc mô hình hóa động cơ DC, ta có thể phân tích được động cơ này bằng
các kỹ thuật của đáp ứng bước, đáp ứng xung và giản đồ Bode nhờ MATLAB
Simulink. Tất cả các dữ liệu dựa trên mạch nội tại của động cơ DC đơn giản và các
đặc tính của nó có thể phân tích được bằng cả việc tính toán thiết kế hệ thống điều
khiển hoặc bằng phần mềm Matlab. Phương pháp này sử dụng hệ thống nhận dạng
phức tạp đòi hỏi các kỹ thuật cao, phức tạp và chi phí thực hiện lớn.
Trong luận văn này tôi trình bày thêm một cách tiếp cận hệ thống nhận dạng
nhanh chóng và hiệu quả dựa trên luật mở rộng của Taylor (Taylor Alexander)

8


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Trong việc thực hiện, đáp ứng tốc độ động cơ dưới điện áp không đổi được lấy mẫu,
sau đó chuẩn hóa các mẫu để có được hệ số trong chuỗi Taylor. Với việc thu thập
đầy đủ về các thông số cần thiết, động cơ được mô hình hóa phục vụ cho việc thiết
kế bộ điều khiển.
Phương pháp này có các đặc điểm sau:
- Tất cả các tham số động cơ đáng kể đến đều được xác định đồng thời trong một
điều kiện tải và động.
- Không cần phải đo các đại lượng không điện.
- Các kết quả là các giá trị đầu ra trung bình để cực tiểu hóa các sai lệch do nhiễu
gây ra.
- Không cần dùng đến các thiết bị đo lường phức tạp.

1.2. Quá trình nhận dạng tham số điều khiển
1.2.1. Cơ sở của phƣơng pháp
Xét các phương trình động cơ DC sau đây :


(1.1)

(1.2)

(1.3)
Với: V: là điện áp đặt vào động cơ
Kt: là hằng số mô-men xoắn ,
R: là điện trở phần ứng,
L: điện cảm phần ứng,
J: là hệ số quán tính ,
Tcog: là ma sát động
Đáp ứng tốc độ trong miền Laplace là

9


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


(1.4)
Xét hai trường hợp:
- Trường hợp1: Nhiễu mô-men xoắn là không đáng kể
Đầu vào điện áp quá lớn, chúng ta có thể bỏ qua các mô-men xoắn nhiễu trong
đáp ứng tốc độ. Trong trường hợp này , chúng ta có thể xem xét các mô hình động
cơ DC sau đây

(1.5)
Các hệ số thu được từ phương trình trên tạo chuỗi đường cong phù hợp với dữ liệu
đápứng tốc độ động.
- Trường hợp 2: Tính toán có kể đến nhiễu Mô-men xoắn .
Cho rằng nhiễu mô-men xoắn trong động cơ DC là đáng kể.

(1.6)
Nhiễu mô-men xoắn thông thường bao gồm các mô-men xoắn cogging (nhớt) và
mô-men xoắn ma sát. Các mô-men xoắn cogging là khá phức tạp và không được đề
cập ở đây. Cả hai động và nhớt va chạm được coi và được giả định là liên tục trên
trung bình dưới một tốc độ động cơ không đổi.
Với một động cơ cấp điện áp ổn định và nhiễu thay đổi liên tục (bỏ qua các mô-men
xoắn cogging hoặc xem ảnh hưởng cogging mô-men xoắn ở tốc độ nhỏ hơn trung
bình), đáp ứng tốc độ:

(1.7)


10


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Như trong phần trước, áp dụng các phần mở rộng các đáp ứng trong miền Laplace,
sau đó mở rộng theo cấp số nhân trong miền thời gian sử dụng luật Taylor, ta có
được đáp ứng theo thời gian:

(1.8)
Dựa trên các hệ số, chúng ta có

(1.9)

(1.10)
(1.11)
1.2.2. CARD thu thập tín hiệu và điều khiển
Sử dụng card ADVANTECH PCL - 818L
PCL - 818L là CARD với nhiều chức năng được sử dụng để đo lường và điều
khiển. Do tính năng ưu việt của nó việc tìm hiểu hoạt động của nó là rất cần thiết để
tiếp cận với kỹ thuật thu thập số liệu bằng máy DAS (Data Acquisition System) .
Dưới đây là các chức năng chính của CARD :
- Chuyển đổi A / D 16 kênh tốc độ lấy mẫu 12-bit 40000 / s
- Chuyển đổi D / A 1 kênh 12 bit
- 16 đầu vào kỹ thuật số TTL
- 1 bộ đếm / định thời 16 bit cho người sử dụng

11


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 1.1: Vị trí cầu nối, biến trở và đầu nối của Card PCL -818L

Hình 1.2 : Sơ đồ khối của CARD PCL - 818L

12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 1.3 : Sơ đồ các đầu nối của Card PCL- 818L
Đọc kết quả dạng điện áp
status = DRV_AIVoltageIn(DriverHandle, lpAIVoltageIn).
Type PT_AIVoltageIn
chan As Integer
TrigMode As Integer
voltage As Long ' FLOAT far *voltage
End Type.
Đặt tỷ lệ chuyển đổi
status = DRV_AIScale(DriverHandle, lpAIScale)
Type PT_AIScale
reading As Integer
MaxVolt As Single
MaxCount As Integer

13


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

offset As Integer
voltage As Long ' FLOAT far *voltage
End Type
Đặt số kênh quét
status = DRV_MAIConfig(DriverHandle, lpMAIConfig)
Type PT_MAIConfig
NumChan As Integer

StartChan As Integer
GainArray As Long ' USHORT far *GainArray
End Type.
Đọc kết quả nhị phân nhiều kênh
status = DRV_MAIBinaryIn(DriverHandle,lpMAIBinaryIn)
Type PT_MAIBinaryIn
NumChan As Integer
StartChan As Integer
TrigMode As Integer
ReadingArray As Long 'USHORT far *Reading
End Type
Đọc kết quả điện áp nhiều kênh
status = DRV_MAIVoltageIn(DriverHandle,lpMAIVoltageIn)
Type PT_MAIVoltageIn
NumChan As Integer
StartChan As Integer
GainArray As Long 'USHORT far *GainArray
TrigMode As Integer
VoltageArray As Long 'FLOAT far *VoltageArray
End Type.

14


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Đặt cấu hình xuất điện áp
status = DRV_AOConfig(DriverHandle,lpAOConfig)
Type PT_AOConfig
chan As Integer

RefSrc As Integer
MaxValue As Single
MinValue As Single
End Type
Xuất điện áp
status = DRV_AOVoltageOut(DriverHandle,lpAOVoltageOut)
Type PT_AOVoltageOut
chan As Integer
OutputValue As Single „ñieän aùp caàn xuaát ra
End Type
Tỷ lệ giữa nhị phân và điện áp
status = DRV_AOScale(DriverHandle,lpAOScale)
Type PT_AOScale
chan As Integer
OutputValue As Single
BinData As Long ' USHORT far *BinData
End Type
Xuất điện áp ra theo trị nhị phân
status = DRV_AOBinaryOut(DriverHandle,lpAOBinaryOut)
Type PT_AOBinaryOut
chan As Integer
BinData As Integer
End Type

15


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Đọc ngõ vào số

status = DRV_DioReadPortByte(DriverHandle,lpDioReadPortByte)
Type PT_ReadPortByte
Port As Integer „ soá cuûa port
ByteData As Long ' USHORT far *ByteData
End Type
Xuất ngõ ra số
status = DRV_DioWritePortByte(DriverHandle,lpDioWritePortByte)
Type PT_DioWritePortByte
Port As Integer
Mask As Integer
state As Integer
End Type
Lập trình cho Card PCL818L
Xem Phụ lục 1: Lập trình cho Card PCL818L

1.3. Thực hiện và kết quả
Để thực hiện các thuật toán , một giao diện chương trình LabVIEW được tạo ra để
điều chế độ rộng xung (PWM) và một bộ mã hóa quang học với kết quả đầu ra số
gắn trên trục động cơ.
Xét trường hợp sau:
L= 20.25 (mH).
R= 1.64 (Ω).
Te = L / R = 0,00122 (giây).

16


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Đầu tiên, áp dụng các thuật toán để không có nhiễu mô-men xoắn. Để áp dụng

thuật toán này, một phần đáp ứng tốc độ do điện áp đầu vào được giả định chiếm ưu
thế. Để đáp ứng điều kiện này, ta có bảng tham số 1
Bảng tham số 1:


Hình 1.4: Đáp ứng dòng điện (đầu vào : đen, đo lường : đỏ,)

Để chứng minh tính hiệu quả của thuật toán, tôi đã cấp hai điện áp 2 volt và 10 volt
cho động cơ, động cơ ở hai cấp điện áp khác nhau có ma sát động thay đổi theo tốc
độ, cũng có thể cho phép chúng ta tính toán hệ số giảm chấn. Để ước lượng Tm,
đồng thời tốc độ động cơ trong cả hai giai đoạn quá độ và trạng thái ổn định được
lấy mẫu tại 1 kHz trong một giây. Trong mỗi thử nghiệm, động cơ được điều khiển
nhiều lần và ước lượng tham số được tính trung bình.

17


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Kết quả được tóm tắt trong bảng 2 cột 2 cung cấp cho các giá trị ước tính bằng
cách sử dụng thuật toán để không có nhiễu, và cột 3 cung cấp cho các giá trị thu
được bằng cách sử dụng thuật toán xem xét có nhiễu, giá trị trong cột thứ tư là tính
bằng cách sử dụng các giá trị từ bảng 1.
Lưu ý: Kb = 0,0233 volt /(rad/s), và kt = 0,0183 Nm / A được sử dụng để tính toán
cột thứ tư của bảng.
Bảng tham số 2:

Để chứng minh thêm hiệu quả của đề xuất các thuật toán, tôi so sánh với các
phương pháp nhận dạng thông thường. Đầu tiên, tôi cấp cho động cơ điện áp đầu
vào (10 volt tối đa ) và đo tốc độ động cơ tốc độ tại một tỷ lệ lấy mẫu 10 kHz. Thí

nghiệm với 3 trường hợp cụ thể đó là :
Trường hợp không tải
Trường hợp tải = định mức
Trường hợp tải = 1,2 định mức.
Sau đó, đáp ứng tần số đã được tính toán thông qua quang phổ phân tích. Dựa trên
các dữ liệu đáp ứng tần số tính toán, tôi sử dụng Matlab nhận dạng hệ thống hộp
công cụ để xác định một mô hình bậc hai. Mô hình tốt nhất tìm thấy là:

(1.12)
Sử dụng hệ số mô hình, chúng ta nhận:
Tm = 0.0177s, te =3ms, kt =0.031 volts/(rad/s).

18


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Và kết quả nhận được là:
- Trường hợp không tải:

Hình 1.5: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ trường hợp không tải
- Trường hợp khi tải là định mức

Hình 1.6: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ tải định mức.



19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Trường hợp với tải = 1,2 đm

Hình 1.7: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ tải =1,2đm
Nhận thấy đáp ứng dòng điện giữa đầu vào và đo lường không chênh lệch nhau
nhiều ở các trường hợp đã xét.
Như vậy, thực hiện quá trình nhận dạng trên ta xác định được các tham số động cơ
K
e

Hằng số sức phản điện động
K
t

Hằng số momen quay
J

Momen quán tính của

rotor



để phục vụ cho quá trình mô hình hóa, mô phỏng động cơ và thay đổi các tham số
điều khiển để thay đổi tốc độ động cơ.
Kết luận: Phương pháp nhận dạng này cho phép chúng ta nhận dạng được các tham
số động cơ đơn giản hơn và sử dụng được các thiết bị sẵn có để thực hiện. Tính khả
thi của phương pháp được đề xuất đã được thể hiện qua mô phỏng và thử nghiệm

20


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

bằng cách so sánh đường đặc tính của tốc độ động cơ thực với đường đặc tính của
tốc độ của mô hình nghiên cứu trong miền z và miền s. Từ đó có thể kết luận rằng
việc nhận dạng tham số động cơ DC đã xác định được các tham số động cơ đạt
được chất lượng theo yêu cầu đặt ra.



















21

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

=CONST.
Điều khiển tốc độ động cơ một chiều có thể sử dụng bằng nhiều cấu trúc điều
khiển khác nhau, nhiều hệ điều khiển khác nhau. Trong nội dung luận văn này, tôi
xin trình bày cách sử dụng Vi xử lý, Vi điều khiển để thiết kế bộ điều khiển tốc độ
động cơ một chiều theo hướng điều khiển tích hợp và linh hoạt hơn từ việc sử dụng
Vi điều khiển PIC18F452 tới bộ điều khiển tích hợp mới DSP TMS320 có nhiều ưu
điểm hơn về khả năng kết nối và thay đổi chương trình điều khiển. Cụ thể :
2.1 Sử dụng Vi điều khiển PIC18F452.
2.1.1 Cấu trúc phần cứng.
2.1.1.1 Giới thiệu chung
a. Sơ đồ khối vi điều khiển PIC18F452

Hình 2.1: Sơ đồ khối của PIC 18F452


22


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Sơ đồ khối của PIC 18F452 gồm các khối:
+ Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory.
+ Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EPROM – Data EPROM.
+ Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register.
+ Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control.
+ Khối thanh ghi đặc biệt.
+ Khối ngoại vi timer.

+ Khối giao tiếp nối tiếp.
+ Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC.
+ Khối các port xuất nhập.
b. Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC18F452.
- Sơ đồ chân

Hình 2.2: Sơ đồ chân chân của PIC18F452

23


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

- Chức năng các chân của PIC18F452
Chân OSC1/CLK1(13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ vào
nhận xung clock từ bên ngoài.
Chân OSC2/CLK2(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung clock.
Chân (1) có 2 chức năng
: ngõ vào reset tích cực ở mức thấp.
Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC.
Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng
RA0,1,2: xuất/ nhập số.
AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2.
Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh thứ 2/
ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp chẩn cao của bộ AD.
Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ vào điện
áp chuẩn (cao) của bộ AD.
Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên ngoài cho
Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1.
Chân RA5/AN4/ / C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/ ngõ vào

chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2.
Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số.
Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP.
Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số.
Chân RB6/PGC(39): xuất nhấp số/ mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP.
Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.
Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào bộ giao động Timer1/ ngõ
vào xung clock bên ngoài Timer1.

24


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Chân RC1/T1OSI/CCP2(16) : xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer1/ ngõ vào
Capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2.
Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1, ngõ ra compare1, ngõ ra
PWM1.
Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ
ra chế độ SPI/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ I2C.
Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệu I2C.
Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI.
Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung đồng bộ
USART.
Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.
Chân RE1/ /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ ngõ vào
tương tự kênh thứ 6.
Chân RE2/ /AN7(10): xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiển port song song/
ngõ vào tương tự kênh thứ 7.

Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là các chân nguồn của PIC.
c. Đặc điểm của vi điều khiển PIC18F452
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC18Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14
bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối
đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14
bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng
256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Có 8 kênh chuyển đổi A/D
d. Tổ chức bộ nhớ
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC18F452 bao gồm bộ nhớ chương trình
(Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).

25


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC18F452 là bộ
nhớ flash. Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ
hóa bởi bộ đếm chương trình.
2.1.1.2. Thiết kế sơ đồ mạch.
a. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Đối tượng điều khiển : Động cơ 1 chiều, Udm=21,5V, có phản hồi tốc độ dùng
encoder, độ phân giải 200xung/vòng.

Hình 2.4: Encoder quang