Ứng dụng vi xử lý tín hiệu số TMS320 trong điều khiển, phục vụ công tác đào tạo tại trung tâm thí nghiệm trường đại học KTCN thái nguyên
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.72 MB, 27 trang )
1
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết cua đề tài.
Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên hiện đại và đang được thừa hưởng
những thành quả tiến bộ nhất của khoa học kỹ thuật. Cùng với sự phát triển của các
nghành khoa học kỹ thuật khác như điện tử, tin học, cơng nghệ điện tử viễn thơng, tự
động hóa các dây truyền sản xt vì vậy ngành tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ
nó góp phần tăng năng xuất lao động và giảm chi phí về giá thành của các mặt hàng vì
vậy tự động hóa khơng chỉ hiện đại và đa dạng mà cịn có nhiều phương án tối ưu
nhằm tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả trong sản xuất.
Là một giáo viên của khoa Điện - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái
Nguyên – Đại học Thái Nguyên. trực tiếp tham gia đào tạo, nên tôi rất quan tâm đến
hệ thống sử dụng điều khiển số vào ứng dụng điều khiển, trong đề tài này tôi muốn đề
cập đến việc sử dụng TMS320 vào trong điều khiển.
Xuất phát từ những lý do trên tôi chọn đề tài : “Ứng dụng vi xử lý tín hiệu số
TMS320 trong điều khiển, phục vụ công tác đào tạo tại trung tâm thí nghiệm
Trường Đại học KTCN Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu của luận văn
Xây dựng hệ thí nghiệm điều khiển động cơ sử dụng vi xử lý TMS phục vụ cho
công tác đào tào tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học
Thái Nguyên.
Trên cơ sở thiết bị hiện có của trường và nội dung chương trình đào tạo, dựa vào
kết quả nghiên cứu này, tiến hành triển khai thành các modul thực hành phục vụ công
tác đào tạo cho Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái
Nguyên.
3. Ý nghĩ khoa học và thực tiễn của đề tài
Nâng cao được chất lượng đào tạo nghề của nhà trường
Đáp ứng được yêu cầu của thực tế sản xuất do hiện nay trong thực tế đang sử
dụng rộng rãi hệ thông này trong các thiết bị đòi hỏi chất lượng điều khiển.
2
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT PHẦN CỨNG VI XỬ LÝ TMS320 VÀ PHẦN MỀM ĐI KÈM
1.1.Tổng quan về tms320
1.1.1 Cấu trúc dsp tms320f2812
1.1.1.1 Giới thiệu chung
TMS320F2812 và TMS320C2812, các thành viên của họ TMS320C28x ™
DSP, được tích hợp cao, hiệu suất cao, là giải pháp cho các yêu cầu ứng dụng điều
khiển.
Hình 1. 1 Sơ đồ nối chân TMS320F2812
3
1.1.1.2. Giới thiệu tóm tắt mơ tả
C28x ™ DSP thế hệ là thành viên mới nhất của nền tảng TMS320C2000 ™
DSP. C28x là một công cụ rất hiệu quả của C/C + +, cho phép người dùng để phát
triển không chỉ của hệ thống kiểm sốt mềm bằng một ngơn ngữ cấp cao, cũng cho
phép thực hiện thuật toán được phát triển bằng cách sử dụng C/C++.
1. Memory Bus ( Hardvard Bus Architecture ) [6]
2. Peripheral Bus [6]
3. Real – Time JTAG và Analysis [6]
4. External Interface. (dao diện bên ngoài) [6]
5. Flash. [6]
6. Các khối nhớ M0, M1 SARAMs và L0, L1, H0 SARAMs [6]
7. Boot ROM. [6]
8. Bảo mật (Security) [6]
9. Thiết bị ngoại vi ngắt khối mở rộng (PIE) [6]
10. External Interrupts (ngắt ngoài) (XINT1, XINT2, XINT13, XNMI) [6]
11. Mạch dao động (Oscillator) và PLL. [6]
12. bộ giám sát (watchdog) [6]
13. Peripheral Frames 0, 1, 2 (PFn) [6]
14. Bộ xen kênh vào/ra đa năng [6]
15. 32 bit CPU – timer (0, 1, 2) [6]
16. Kiểm soát thiết bị ngoại vi [6]
17. Ngoại vi nối tiếp [6]
18. On- chip ADC. [6]
1.1.2. Cổng vào ra số ( Digital I/O )
1.1.3 Chuyển đổi tương tự số ( ADC)
1.1.4. Hệ thống ngắt F2812
1.1.5. Modul quản lý sự kiện (EV )
1.2. Các môi trường phần mềm hỗ trợ phát triển dsp f281x
Môi trường làm việc có thể có sử dụng trình biên dịch CCS, mơi trường lập trình đồ
họa ViSsim, Matlab…
1.2.1 Sử dụng trình biên dịch CCS (Code Composer Studio)
1.2.2. Sử dụng mơi trường lập trình đồ họa ViSsim
1.2.3. Matlab và gói phần mềm hỗ trợ lập trình cho DSP TIC2000
1.3. Ví dụ ứng dụng tms320 vào trong điều khiển
Ví dụ 1: Ứng dụng DSP TMS320F28x và Matlab trong lĩnh vực điều khiển tự động
Việc kết hợp giữa IC DSP TMS320F28x và Matlab sẽ tạo ra nhiều bộ điều
khiển linh hoạt, giúp người học nắm rõ hơn các giải thuật điều khiển trong lĩnh vực tự
động hóa mà khơng cần thiết phải thí nghiệm trên nhiều đối tượng.
Ví dụ 2: sử dụng TMS320 trong điều khiển động cơ một chiều
Động cơ này có gắn sẵn một encoder để phản hồi tốc độ và vị trí được kết nối
với các chân QEP tương ứng của DSP TMS320F2812.
4
Hình 1. 2 Cấu trúc điều khiển số vị trí động cơ DC servo phản hồi
DSP TMS320F12812 nhận và đếm các xung này bằng bộ định thời mục đích
chung. Căn cứ trên số xung đếm được và khoảng thời gian lấy mẫu để tính tốn ra tốc
độ động cơ và vị trí .
5
CHƯƠNG 2
ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ TMS320 VÀO THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
2.1. Đặt vấn đề.
Trong thực tế sản xuất hiện nay, chuyển động thẳng là dạng chuyển động phổ
biến, xuất hiện nhiều, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí
Cho đến nay việc tạo ra các chuyển động thẳng hầu hết được thực hiện một
cách gián tiếp thông qua các động cơ quay tròn với những ưu thế như bền vững, không
nhạy với nhiễu, độ tin cậy cao,… Tuy nhiên đối với những hệ thống này do phải bổ
sung các cơ cấu chuyển đổi trung gian như hộp số, trục vít,… nên dẫn đến sự phức tạp
về kết cấu cơ khí, bên trong nó những dao động riêng, tổn hao năng lượng cũng như
ảnh hưởng đến chất lượng chuyển động của hệ thống. Việc sử dụng loại động cơ có
khả năng tạo chuyển động thẳng trực tiếp cho phép loại bỏ những nhược điểm nói trên
Các hệ truyền động dùng động cơ truyền động thẳng phát triển rất nhanh.
Những cải tiến vẫn tiếp tục diễn ra trên toàn bộ dải công suất của sản phẩm.
2.2 Khái Quát về đối tượng điều khiển
2.2.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng.
Một hệ thống chuyển động thẳng có thể được thực hiện bằng hai cách trực tiếp
hoặc gián tiếp, trong đó hệ thống chuyển động thẳng gián tiếp được xây dựng dựa trên
động cơ quay và ĐCTT sẽ được sử dụng trong hệ chuyển động thẳng trực tiếp:
ĐCTT là một loại động cơ tạo trực tiếp chuyển động thẳng, là một lớp học đặc
biệt của động cơ servo không chổi than đồng bộ, làm việc như động cơ mô-men xoắn.
Để hiểu được nguyên lý của ĐCTT, ta chỉ cần hình dung ra một động cơ quay tròn bất
kỳ (một chiều, xoay chiều, từ kháng, bước …) với hai bộ phận: phần tĩnh (stator) và
phần động (rotor). Một trong hai bộ phận đó là nơi dịng năng lượng điện đến (phía sơ
cấp), bộ phận còn lại là dòng năng lượng rời đi dưới dạng cơ (phía thứ cấp).
Khi hình dung tăng dần bán kính của động cơ tiến tới vơ cùng, ta sẽ có phần
stator dưới dạng trải dài và phần rotor sẽ là phần di động trên bề mặt trải dài đó. Thông
qua sự tương tác điện từ giữa cuộn dây (phần chính) và nam châm vĩnh cửu (phần
phụ), năng lượng điện được chuyển thành năng lượng cơ học tuyến tính với một mức
độ cao về hiệu quả.
Hình 2. 1 Hình ảnh ĐCTT thu được khi trải dài động cơ quay tròn
6
Từ những hình dung trên ta có thể rút ra hai điều sau:
- Có thể tạo ra ĐCTT có nguyên lý từ bất kỳ động cơ quay tròn kinh điển nào.
- Có thể áp dụng các phương pháp điều khiển quen biết cho ĐCTT tương ứng.
2.2.2 Khái quát về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính.
ĐCTT có ngun lý kế thừa từ động cơ quay nên phần lớn những nghiên cứu
đối với động cơ này có nguồn gốc từ các nội dung đã thực hiện đối với động cơ quay
bởi mối quan hệ tương đương về cấu tạo giữa hai nhóm động cơ này. Tuy vậy, do cịn
có những đặc điểm riêng đặc trưng cho ĐCTT
2.2.2.1 Nguyên lý điều khiển chung
Cũng như những phương pháp đã được thực hiện đối với động cơ quay, lúc này
phương pháp điều khiển cho ĐCTT vẫn dựa trên hai hướng chính dựa vào nguyên lý
điều khiển vector và nguyên lý điều khiển vô hướng.
2.2.2.2 Phương pháp điều khiển.
Cũng như đối với động cơ quay, nhiệm vụ điều khiển ĐCTT gồm hai nội dung
chính, đó là đảm bảo chất lượng về mặt động học và động lực học.
2.3. Mơ hình hóa ĐCTT
Chất lượng làm việc của hệ thống điều khiển phụ thuộc nhiều vào tính chính
xác của mơ hình đối tượng điều khiển mà cụ thể ở đây là ĐCTT. Do đó những nghiên
cứu liên quan đến bản chất cấu tạo hay phương pháp mơ hình hóa động cơ cũng được
quan tâm. Về bản chất cấu tạo của động cơ, các nghiên cứu đi sâu vào việc khai thác
đặc điểm tổng quát về động cơ khi họ coi những thành phần như: phân bố mật độ từ
trường,… khơng phải là hàm điều hịa theo vị trí mà chỉ có tính chất tuần hồn hay xác
định mơ hình động cơ bằng phương pháp phần tử hữu hạn,…
ĐCTT có nguồn gốc từ động cơ quay nhưng ở ĐCTT vẫn tồn tại những đặc
điểm riêng mà khơng có ở động cơ quay. Khơng giống như động cơ quay, các điểm
phân bố dọc theo bề mặt khe hở có vai trị tương đương nhau thì ở ĐCTT, có sự phân
biệt giữa 2 khu vực đầu, cuối với nhóm các điểm nằm giữa về mặt diễn biến điện từ và
xuất hiện hiện tượng đầu – cuối (Endeffect) trong động cơ loại này, gây ảnh hưởng
đến lực, từ thông hình thành trong động cơ kéo theo cần những cấu trúc điều khiển có
khả năng khắc phục hiện tượng này.
Vậy ưu thế của việc sử dụng ĐCTT trong hệ chuyển động thẳng nói chung. Với
những hệ thống địi hỏi độ chính xác cao thì sử dụng ĐCTT là phù hợp.
2.3.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của động cơ tuyến tính
1. Nguyên lý cấu tạo: Về cấu tạo động cơ truyền động thẳng có 3 loại:
Loại stato ngắn được sử dụng nhiều hơn cả. Phần tĩnh (stato) khơng cịn ý nghĩa
nữa mà là phần lấy năng lượng vào là phần sơ cấp còn phần ứng là phần thứ cấp. Cuộn
dây nối với nguồn điện thường được đặt trên phần sơ cấp. Động cơ truyền động thẳng
đồng bộ được sử dụng khi mạch từ là nam châm vĩnh cửu. Phổ biến hơn cả là động cơ
truyền động thẳng không đồng bộ.
Loại stato ngắn (hình a); Loại stator dài (hình b) ; Loại stator răng lược (hình c).
7
Hình 2. 2 Cấu tạo của động cơ truyền động thẳng
2. Động cơ tuyến tính đồng bộ được sử dụng khi mạch từ là nam châm vĩnh cửu.
Nguyên tắc làm việc của động cơ tuyến tính giống như động cơ quay.
ĐCTT thu được khi trải dài động cơ quay tròn. Nam châm đặt trên mặt phẳng,
như thể hiện trong hình bên dưới. Một vận chuyển giữ các cuộn dây có thể chạy trên
các nam châm
Coil Coil Coil Coil
4
1
2
3
S
N
N
S
N
S
N
S
N
Nguyên lý làm việc gắn với các chế độ làm việc
- Chế độ nửa bước (HALF STEP CONTROL)
S
8
Nguyên lý chuyển đổi:
Step 1
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
S
S
N
S
N
S
N
N
S
N
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
Step 2
S
S
N
S
N
S
N
S
N
S
N
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
Step 3
S
N
S
N
N
N
S
Step 4
S
S
N
N
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
N
S
S
N
Step 5
S
N
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
N
S
N
N
S
S
Step 6
S
N
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
N
S
Step 7
S
N
S
N
S
N
S
N
S
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
S
S
Step 8
N
N
N
S
S
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
S
S
N
N
S
Hình 2. 3: Chuyển mạch của rotor ở chế độ nửa bước
9
+ Giản đồ xung cho chế độ nửa bước như sau:
-
Hình 2. 4 Giản đồ dạng xung ở chế độ nửa bước
Chế độ bước đủ một pha được cấp xung (một pha ON) (wave drive)
Step 1
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
N
S
N
S
S
N
S
Step 2
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
N
S
N
S
S
N
N
S
Step 3
N
S
Step 4
N
N
S
N
S
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
s
N
S
Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4
S
N
S
N
N
S
Hình 2. 5: Sơ đồ mô tả chế độ bước đủ một pha được cấp xung
+ Giản đồ xung cho chế độ một pha ON:
N
10
Hình 2. 6: Giản đồ dạng xung ở chế độ một pha ON
- Chế độ bước đủ khi cả hai pha được cung cấp xung (hai pha ON)
Nguyên lí chuyển đổi:
Coil
1
S
Step 1
S
N
S
N
S
N
S
N
Coil
3
N
S
N
S
N
S
N
N
S
N
Coil
3
S
N
Coil
2
N
Coil
2
N
S
Coil
2
S
Coil
4
N
Coil
4
S
Coil
3
S
S
Coil
1
S
Step 4
N
S
Coil
1
N
Step 3
Coil
4
N
Coil
3
N
N
Coil
1
N
Step 2
S
Coil
2
S
Coil
4
S
Hình 2. 7 :Ché độ bước đủ hai pha được cung cấp xung
Hình 2. 8: Giản đồ dạng xung ở chế độ hai pha ON
11
2.3.2. Mơ hình tốn học động cơ tuyến tính tương tự như động cơ bước unipolar
dω
+ Bω + Tl (2.7)
Các phương trình chuyển động của động cơ: TM = J
dt
dθ
= ω vận tốc góc
(2.9)
dt
d ω (−km I a sin(N θ )) + km I b cos(N θ ) − Bω − Tl
=
tải tăng tốc
(2.10)
dt
J
dI a (Va − R I a + km sin(N θ )
=
dòng điện qua cuộn a
(2.11)
dt
L
dòng điện qua qua cuộn b
2.3.3. Mơ hình hóa động cơ tuyến tính ba pha loại ĐB – KTVC
(2.12)
Hình 2. 9 Biểu diễn các đại lượng vật lý thông qua hệ trục tọa độ trong ĐCTT kiểu ĐB
– KTVC 3 pha
$$
1. Khi xét trên hệ αβ , dq, d q
disβ 2π v
disα 2π v
−
ψ
−
ψ
÷ p sin θ và usβ = Rsisβ + Lsβ
÷ p sin θ (2.14)
dt τ
dt τ
Mơ tả mơ hình động cơ tuyến tính ĐCĐB– KTVC 3 pha trên hệtrục (α,β).
Ta cũng tìm được mối liên hệ của các đại lượng này trên hệ trục (d, jq) như sau:
disd
R
usd
2π v Lsq
= − s isd +
(2.15)
÷ isq +
dt
Lsd
Lsd
τ Lsd
usα = Rsisα + Lsα
12
disq
dt
=−
Rs
2π v Lsd
2π v ψ p usq
isq +
+
÷ isq +
÷
Lsd
τ Lsd
τ Lsd Lsd
(2.16)
Mơ hình trạng thái động cơtuyến tính ĐB - KTVC trên hệ toạ độ dq như sau.
isd
usd
f
s
Với is = và us =
isq
u sq
d is f
= A f . is f + B f .usf + N is f + Sψ p v
(2.17)
dt
A f là ma trận hệthống. B f là ma trận đầu vào. N là ma trận ghép phi tuyến. S là ma
trận nhiễu.
2π Lsq
1
1
−
0
0
−
0
0
T
L
τ Lsd
sd
sd
f
f
; S = 2π (2.18)
;B =
; N =
A =
−
2π Lsd
1
1
0
−
0
−
0
τ Lsq
Tsq
Lsq
τ Lsq
Còn phải kể đến 1 số các phương trình mơ tả mối quan hệ giữa các thành phần
trong ĐCTT trên các hệ trục αβ,dq như sau:
2π v
Tốc độ góc điện ωe =
(2.36)
τ
Tốc độ điện ve = pv
(2.37)
2π
·
xp = θ = α , d
Góc điện θ e =
(2.38)
τ
m dve
Phương trình chuyển động F − Fc =
(2.39)
p dt
( )
cos ( θ )
e
isa
i = cos θ − 2π
sb e 3
isc
2π
cos θ e +
3
− sin ( θe )
2π
÷− sin θ e −
3
2π
÷− sin θ e +
3
isd
÷ i
sq
÷
(2.40)
2π
2π
cos θ e −
÷ cos θ e +
÷ isa
cos ( θ e )
isd
3
3
isb
(2.41)
i =
2π
2π
sq − sin ( θ ) − sin θ −
e
e
÷− sin θ e +
÷ i
3
3 sc
isq là thành phần quyết định đến lực đẩy chính F của động cơ. i sd là thành phần
tạo từ thông.
2. Khi xét đến hiệu ứng đầu cuối
Hiệu ứng đầu cuối được hình thành là do khơng giống như động cơ quay, vai
trị của các điểm dọc theo bề mặt tiếp xúc giữa phần động và phần tĩnh khơng có sự
13
tương đương, thể hiện ở diễn biến từ thông ở 2 điểm biên so với các điểm nằm trong
khu vực tiếp xúc [7,8].
Đối với ĐCTT loại KĐB sẽ chịu ảnh hưởng mạnh của hiệu ứng đầu cuối bởi nó
khơng chỉ tác động đến phân bố từ thông ở 2 biên mà còn ảnh hưởng dọc theo khe hở
giữa 2 phần động và tĩnh [7]. Ảnh hưởng đó sẽ càng lớn khi tốc độ của động cơ càng
nhanh. Sở dĩ có điều này là do hình thành 2 dịng điện xốy ở 2 biên sinh ra từ trường
tác động đến từ trường tổng và phân bố từ thông ở khu vực ở giữa 2 biên này sẽ chịu
tác động của từ thơng gây ra bởi dịng điện xốy khi đã suy giảm [7].
2.4. KHÁI QUÁT PHẦN CỨNG
Cấu hình phần cứng về cơ bản là sự kết hợp của một động cơ tuyến và vi điều
khiển với một kết nối nối tiếp với PC. Mơ tả sơ đồ phần cứng mạch hồn thiện sẽ tiến
hành xây dựng thuật toán phần mềm .
2.4.1 Mô tả cấu trúc điều khiển.
2.4.1.1 Đối tượng điều khiển:
2.4.1.2 Thiết bị điều khiển
Giới thiệu chung về TOP2812
2.4.1.3 Thiết bị đo lường
2.4.1.4 Bộ biến đổi (dùng biến tần)
Với động cơ tuyến tính có đặc điểm như động cơ bước mạch cứng sẽ sử dụng
TMS320 với ULN2803, với động cơ tuyến tính ĐB-KTVC thì ta sẽ sử dụng biến tần
ghép nối với động cơ như hình 2.34 và hình 2.35.
14
2.4.2. Mạch cứng sử dụng TMS320 và ULN2803
Hình 2. 10 Mạch cứng sử dụng TMS320 và ULN2803 ghép nối với các cuận dây của
động cơ
15
2.5. MÔ PHỎNG VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN
2.5.1 ĐCTT đồng bộ được sử dụng khi mạch từ là nam châm vĩnh cửu.
1. Sơ đồ chi tiết cho hệ
- mạch hở
Signal Builder
Ia
STEP
STEP
Ib
I a1
Load torque
DIR
0
I b1
DIR
TL
TL
A+
A+
A+
A-
AA-
B+
B+
B+
B-
100
BB-
C+
B+
C+
<Vph (V)>
I ref
<I ph (A)>
<Te (N*m)>
m
m
<w (rad/ s)>
V+
<w (rad/ s)>
<Theta (rad)>
ab->dq
T heta (degrees)
C-
C-
28 VDC
180/pi
Rad to de g
D+
dq
Scope1
D+
D-
ab
Scope
D-
V-
Driver
Hybrid Stepper Motor
Hình 2. 11 Sơ đồ khối mạch hở
- Mạch kín
Signal Builder
Ia
STEP
STEP
Ib
Ia1
Load torque
DI R
Ib1
D IR
0
TL
TL
A+
PID(z)
AA-
B+
B+
B+
B-
100
A+
A+
A-
BB-
C+
B+
C+
<Vph (V)>
I ref
Discrete PID Controll er
<I ph (A)>
<Te (N *m)>
m
m
<w (rad/s)>
V+
<w (rad/s)>
<T heta (rad)>
C-
28 VDC
180/pi
ab->dq
T heta (degrees)
CCRad to deg
D+
Driver
D+
D+
D-
V-
ab
Scope
dq
Scope1
DDHybrid Stepper Motor
Hình 2. 12 Sơ đồ khối mạch kín
2. Chức năng các khối:
3. Dạng điện áp, dòng, mơ men xoắn, góc bước sau khi mơ phỏng cho mạch hở:
Hình 2. 13 kết quả mơ phỏng trong Matlab của hệ hở
16
4. Dạng điện áp, dòng điện, mơ men xoắn, góc bước sau q trình mơ phỏng cho
mạch kín.
Hình 2. 14 Dạng điện áp , dịng điện, mơ men xoắn, góc bước sau q trình mơ phỏng
2.5.2. Động cơ tuyến tính đồng bộ - kích thích vĩnh cửu.
Sau khi nghiên cứu với động cơ tuyến tính tương tự như động cơ bước như trên
ta đi xét cho loại động cơ ĐB-KTVC như sau.
1. Xác định vận tốc tối ưu và thời gian tối ưu.
Tốc độ được tính tối ưu về thời gian trên cơ sở ta tính tốc độ, xác định vị trí trên
cơ sở tối ưu về thời gian.
t
Mục đích là điều khiển cho động cơ dịch chuyển một đoạn S, với S = ∫ v.dt
0
Áp dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác ta sẽ có đường đặc tính như hình 2.31.
Theo đường đặc tính ta có thể xác định:
Với:
a.t12
S =2
+ vtu .t2 = a.t12 + vtu .t 2
2
S = a.t12 + a.t1 .t 2
0 ≤ S ≤ Smax ; t1 ≥ 0; t2 ≥ t1
Hàm mục tiêu cần đạt
F = 2.t1 + t 2 → min
Nên ta có:
(2.44)
(2.45)
được
là
Hình 2. 33
17
v yc = a.t1 = a
s
2S 2
= a.s → t 12 =
− t1 ↔ t1 =
a
a
S
a
(2.49)
1
Việc đưa ra công thức (2.49) tính ra t dựa vào mối quan hệ quãng đường S và
gia tốc a rất có ý nghĩa, nó đã đưa ra cho chúng ta việc có thể tính toán được thời gian
tăng và giảm tốc cũng như đặt thời gian làm việc tối ưu…nhằm đưa ra phương pháp
tối ưu hóa trong việc điều khiển
2. Phương pháp dùng TMS320 và biến tần tạo tín hiệu điều khiển cho động cơ
Sơ đồ khối
Vi xử lý điều
Động cơ
Biến Tần
khiển số
tuyến tính
TMS320 sơ đồ khối sử dụng biến tần, vi xử lý trong điều khiển
Hình 2. 34:
Hình 2. 15: Sơ đồ ghép nối TMS320 với biến tần
3. Phương pháp tuyến tính hóa chính xác (TTHCX )
18
Áp dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác, và lấy kết quả của việc nghiên
cứu phương pháp này ta đi xây dựng cấu trúc tách kênh trực tiếp thiết kế trên cơ sở
phương pháp TTHCX
Hình 2. 16 Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC 3 pha sử dụng TTHCX
19
Mô phỏng hệ điều khển ĐCTT 3 pha thiết kế trên cơ sở phương pháp TTHCX
Hình 2. 17 Mơ hình mô phỏng điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC theo phương pháp
TTHCX
300
250
speed (rad/s)
200
150
100
50
0
-50
0
1
2
3
4
5
time (s)
6
7
8
9
10
Hình 2. 18 Kết quả đáp ứng tốc độ mô phỏng theo phương pháp TTHCX
Kết quả mô phỏng cho thấy với phương pháp TTHCX có khả năng làm cho
chất lượng điều khiển tốt hơn, bám, và ít sai lệch hơn nhiều
2.5.3. Phần mềm điều khiển
Trong phần mềm điều khiển, sử dụng CCS 3.3.0 để lập trình và upload trương
trình vào TOP2812 để đưa tín hiệu ra cho động cơ cần điều khiển
2.5.3.1. Mã chương trình đối với mạch hở
1. Chương trình trên CCS ứng với chế độ full driver (hai pha ON)
#include "DSP28_Device.h"
const Uint16 Forward[]={0X30,0X24,0X0C,0X18};
const Uint16 Backward[]={0X30,0X18,0X0C,0X24};
const Uint16 StopCtrl=0x00;
void Delay(Uint16);
void main(void)
{
unsigned int i;
InitSysCtrl();
20
DINT;
IER = 0x0000;
IFR = 0x0000;
InitPieCtrl();
InitPieVectTable();
InitGpio();
EINT;
ERTM;
for(;;)
{
for(i=0;i<4;i++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Backward[i];
Delay(600);
}
}
}
void Delay(Uint16 data)
{
Uint16
i;
int k;
for (i=0;i
for(k=0;k<20;k++)
{
;
}
}
}
2. Chương trình trên CCS ứng với chế độ wave driver (một pha ON)
#include "DSP28_Device.h"
const Uint16 Forward[]={0x08,0x10,0x20,0x04};
const Uint16 Backward[]={0x08,0x04,0x20,0x10};
const Uint16 StopCtrl=0x00;
void Delay(Uint16);
void main(void)
{
unsigned int i;
InitSysCtrl();
DINT;
IER = 0x0000;
IFR = 0x0000;
21
InitPieCtrl();
InitPieVectTable();
InitGpio();
EINT;
ERTM;
for(;;)
{
for(i=0;i<4;i++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Backward[i];
Delay(300);
}
}
}
void Delay(Uint16 data)
{
Uint16
i;
int k;
for (i=0;i
for(k=0;k<20;k++)
{
;
}
}
}
3. Chương trình trên CCS ứng với chế độ half driver (nửa bước)
#include "DSP28_Device.h"
const Uint16 Backward[]={0x0c,0x08,0x18,0x10,0x30,0x20,0x24};
const Uint16 StopCtrl=0x00;
void Delay(Uint16);
void main(void)
{
unsigned int i;
InitSysCtrl();
DINT;
IER = 0x0000;
IFR = 0x0000;
InitPieCtrl();
InitPieVectTable();
InitGpio();
EINT;
ERTM;
22
for(;;)
{
for(i=0;i<8;i++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Backward[i];
Delay(300);
}
}
}
void Delay(Uint16 data)
{
Uint16
i;
int k;
for (i=0;i
for(k=0;k<20;k++)
{
;
}
}
}
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương 2 nêu được việc ứng dụng của ĐCTT ngày càng rộng rãi. Tìm
hiểu về động cơ tuyến tính nói chung và tìm hiều ngun lý hoạt động, mơ hình tốn
học cho hai loại động cơ tuyến tính, thứ một là xét cho động cơ tuyến tính có ngun
lý như động cơ bước, thứ hai là xét cho loại động cơ tuyến tính ĐB-KTVC. Đồng thời
đã đi xây dựng được mơ hình phục vụ cho việc thí nghiệm cho hai loại ĐCTTkể trên
đồng thời tiến hành mô phỏng.
23
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN
3.1. THỰC NGHIỆM
Sau quá trình triển khai lắp ráp và thử nghiệm tơi đã hồn tất được mạch thực
nghiệm có sơ đồ ngun lí giống trong luận văn, trong quá trình bảo vệ sẽ trình bày cụ
thể quá trình hoạt động của mạch.
Việc kết hợp giữa IC DSP TMS320F28x và CCS sẽ tạo ra nhiều bộ điều khiển
linh hoạt, giúp người học nắm rõ hơn các giải thuật điều khiển trong lĩnh vực tự động
hóa mà khơng cần thiết phải thí nghiệm trên nhiều đối tượng. Thực hành thành công là
cung cấp nền tảng cho người học, giúp người học có thể ứng dụng vào thực tế để cho
ra bộ điều khiển phù hợp với từng đối tượng cụ thể. Đó chính là mục tiêu của giáo dục
trong thời kỳ mới.
Hình 3. 1 ghép nối máy tính – TOP2812 và máy hiện sóng trong thí nghiệm
[1] Đối với động cơ tuyến tính đồng bộ được sử dụng khi mạch từ là nam châm
vĩnh cửu tương tự như động cơ bước:
Xung tín hiệu đưa vào các cuận dây của động cơ được chạy thực nghiệm và
được hiển thị trên máy hiện sóng như sau:
- Chế độ bước đủ một pha được cấp xung (một pha ON)
Hình 3. 2 Xung tín hiệu đưa vào cuận dây của động cơ ở chế độ bước đủ một pha
được cấp xung
24
-
Chế độ bước đủ khi cả hai pha được cung cấp xung (hai pha ON)
Hình 3. 3 Xung tín hiệu đưa vào cuận dây của động cơ ở chế độ bước đủ cả hai pha
được cung cấp xung
- Chế độ nửa bước (HALF STEP CONTROL)
Hình 3. 4 Xung tín hiệu đưa vào cuận dây của động cơ ở chế độ nửa bước
[2] Đối với động cơ tuyến tính đồng bộ - kích thích vĩnh cửu: về phần thực
nghiệm trong luận văn chỉ đưa ra thực nghiệm về phương pháp thứ nhất là dùng
TMS320 và biến tần để điều khiển động cơ, cịn phương pháp tuyến tính hóa chính xác
chỉ đưa ra mô phỏng.
25
Hình 3. 5 Đối tượng động cơ tuyến tính ĐB-KTVC
Hình 3. 6 ghép nối đối tượng điều khiển với biến tần, bo mạch và máy tính
3.2 KẾT LUẬN CHO PHẦN THỰC NGHIỆM
Đối ĐCTT giống với nguyên lý của động cơ bước, Sau khi viết chương trình
bằng CCS và nạp vào TMS320 và tiến hành chạy thực nghiệm ta đã thu được dạng
xung ra cấp cho động cơ giống như phần lý thuyết đã đưa ra.Tuy rằng do nhiều yếu tố
gây nhiễu nên dạng xung đo được vẫn xuất hiện nhiễu.
Đối với động cơ tuyến tính ĐB-KTVC sau khi tiến hành thực nghiệm ta được
kết quả thực nghiệm như giả thiết,
Như vậy có thể thấy qua q trình thí nghiện ở trên ta có thể rút ra kết luận sử
dụng TMS320 có nhiều ưu điểm. Có thể giúp việc điều khiển đối tượng đơn giản hơn.
Việc ứng dụng TMS320 cùng với việc kết hợp với các phần mềm như Matlab… sẽ tạo
ra nhiều bộ điều khiển linh hoạt như bộ điều khiểm mờ, thích nghi… Và có thể áp
dụng để điều khiển nhiều đối tượng khác nhau như động cơ bước, động cơ một chiều,
xoay chiều,…
