www.tinhgiac.com Khảo sát đặc tính động học của hệ thống dùng board PC104

1

Bài 10: Khảo sát đặc tính động học của hệ thống dùng board PC104
10.1.Mục tiêu
-Sinh viên khảo sát đáp ứng tần số và đáp ứng thời gian của đối tượng động cơ
DC. Hàm truyền động cơ Dc với ngõ vào điện áp phần ứng và ngõ ra tốc độ là
một quán tính bậc nhất. Hàm truyền động cơ Dc với ngõ vào là điện áp phần ứng
và ngõ ra là vị trí góc là khâu bậc hai.
-Ứng dụng card PC104 trong điều khiều khiển.
10.2. Nội dung
10.2.1. Board PC104
Phần cứng
Sơ đồkhối phần cứng được mô tảnhư ởHình 1. Trong đó, bo mạch PC104CARD
là phần cứng trung tâm trong bài thí nghiệm. Bo mạch PC104CARD xây dựng
trên nền tảng FPGA của Altera có khảnăng giao tiếp với máy tính thông qua phần
mềm Matlab/ Simulink/ Real-time Windows Target với các tính năng sau:
• Digital Input / Digital Output: 8 DI / 8 DO.
• Điều rộng xung (PWM): 4 kênh độphân giải 0.1% (~ 10bit).
• Encoder: 4 kênh encoder x4.
• Analog Input: 4 kênh ADC 12bit tầm đo 0 – 10V.
• Analog Output: 3 kênh DAC 12bit tầm 0 – 2V.
• Giao tiếp với máy tính thông qua cổng máy in theo chuẩn EPP.
Động cơDC sửdụng trong bài thí nghiệm có điện áp định mức 24VDC và encoder
độphân giải 400 xung/vòng. Tín hiệu điều rộng xung Pulsevà hướng Dir sẽđiều
khiển động cơchạy với tốc độvà chiều quay mong muốn:
• Điện áp cấp cho động cơsau khi qua Motor Driver sẽbằng *24/1000 PWM T
(V), trong đó PWM T là giá trị điều rộng xung từ(0 – 1000) tương ứng với độphân
giải 0.1%.
• Tốc độcủa động cơ(đơn vịvòng/phút) được tính theo phương pháp đo thời gian
một chu kỳxung encoder A và hướng quay được xác định thông qua so sánh lệch
pha của 2 tín hiệu encoder A và B.

• Vịtrí của động cơ được tính toán qua mạch encoder x4, có nghĩa là khi động
cơquay 1 vòng (3600) ta sẽ đọc được 4x400 = 1600 xung.
Ngõ ra Analog Output (AO) cho ra giá trịtốc độvà vịtrí hiện tại của động cơtheo
giá trịanalog. Kênh AO thứnhất xuất ra giá trịtừ(0V – 2V) dùng cho giá trị đặt,
kênh AO thứhai xuất ra giá trịtừ(0V – 2V) tương ứng với tốc độquay của động cơ
từ(0 rpm – 1000 rpm), kênh AO thứba xuất ra giá trịtừ(0V – 2V) tương ứng với vị
trí của động cơtừ(0 vòng 00– 10 vòng). Ngõ vào Analog Input nhận tín hiệu điều
khiển analog đểxuất ra tín hiệu điều rộng xung tới động cơ. Các ngõ analog này sẽ
Hướng dẫn thí nghiệm điều khiển tự động (bổ sung)-©Huỳnh Minh Ngọc


2

được sửdụng trong bài thí nghiệm thiết kếbộ điều khiển PID liên tục.

Hình 1: Sơ đồ phần cứng bài thí nghiệm.
10.2.2.Phần mềm Matlab/Simulink và Realtime Windows Target.
Phần mềm
Phần mềm sửdụng trong các bài thí nghiệm này là bộphần mềm Matlab/ Simulink/
Real-time Windows Target. Công cụReal-time Windows Target cho phép mô hình
Simulink có khảnăng kết nối với phần cứng bên ngoài và chạy theo thời gian thực.
Đểbiên dịch và chạy mô hình Simulink liên kết với phần cứng sinh viên phải thực
hiện các bước trình tựsau:
• Tạo hoặc mởmột file simulink như ởHình 2.
• Vào menu Simulation ->Configuration, chọn mục Solver đểcài đặt các thông
sốvềthời gian mô phỏng (Simulation time) và phương pháp mô phỏng (Solver
Options) như ởHình 3.
• Vào menu Tool -> Real-Time Workshop -> Build Model (hoặc nhấn chuột trái
vào biểu tượng Incremental Build) đểbiên dịch mô hình.
• Sau khi mô hình biên dịch thành công, vào menu Simulation -> Connect To

Target (hoặc nhấn chuột trái vào biểu tượng Connect To Target) đểkết nối mô
hình Simulink tới phần cứng.
• Vào menu Simulation -> Run (hoặc biểu tượng Run) đểtiến hành chạy mô hình.

Hướng dẫn thí nghiệm điều khiển tự động (bổ sung)-©Huỳnh Minh Ngọc


3

Hình 2. Mô hình Simulink kết nối phần cứng

Hình 3. Cài đặt các thông sốmô phỏng
10.2.3. Động cơ DC.
Đáp ứng tần số.
Đáp ứng tần số của hệ bậc nhất với ngõ vào hình sin.
Mô hình động cơ DC.
Hướng dẫn thí nghiệm điều khiển tự động (bổ sung)-©Huỳnh Minh Ngọc


4

10.2.4. Sơ đồ kết nối bài thí nghiệm.
10.3. Thí nghiệm
Khảo sát đặc tính thời gian và đáp ứng tần số của động cơ DC.
10.3.1. Khảo sát đáp ứng thời gian.
10.3.2.Khảo sát đáp ứng tần số.
10.4.Kiểm tra đánh giá.

Hướng dẫn thí nghiệm điều khiển tự động (bổ sung)-©Huỳnh Minh Ngọc