DSpace at VNU: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển PID ghép nối giữa máy tính và vi điều khiển PSoC dùng cho động cơ robot di động

Thiết kế chế tạo bộ điều khiển PID ghép nối
giữa máy tính và vi điều khiển PSoC dùng cho
động cơ robot di động
Nguyễn Ngọc Hải
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn ThS ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thông; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Quang Vinh
Năm bảo vệ: 2008
Abstract: Tổng quan về kỹ thuật điều khiển, các đặc tính, đặc trưng của một quá trình điều khiển, chất lượng
của quá trình điều khiển và một số phương pháp hiệu chỉnh sớm pha, hiệu chỉnh trễ pha, hiệu chỉnh sớm-trễ pha,
bộ điều chỉnh P, PI, PD và PID. Nghiên cứu và khảo sát đặc tính của động cơ một chiều như cấu tạo, nguyên tắc
hoạt động, công suất điện, mômen điện từ để xây dựng mô hình toán học của động cơ một chiều. Tìm hiểu sâu
hơn về bộ điều khiển PID và xây dựng lý thuyết điều khiển PID cho động cơ một chiều, xác định tác dụng của
các thành phần điều khiển P, I, D lên hệ thống. Đồng thời thiết kế giao diện phần mềm bằng MATLAB và tìm
được tham số tối ưu cho hệ thống điều khiển động cơ robot di động bằng thực nghiệm để hình thành một hệ điều
khiển động cơ với độ chính xác và ổn định cao

Keywords: Bộ điều khiển; Kỹ thuật điện tử; Máy tính; Vi điều khiển; Động cơ robot

Content
MỞ ĐẦU
Các ứng dụng robot vào cuộc sống hiện nay hầu như không còn là điều mới mẻ. Các robot
được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, phục vụ cho thám hiểm, y học và trong rất
nhiều lĩnh vực khác. Hiện nay, hầu hết các hệ thống tự động trong công nghiệp đều có sự góp
mặt của các robot và mang lại hiệu quả hết sức to lớn với ưu điểm như: cung cấp khả năng điều
khiển chính xác, hiệu suất cao và có thể tạo ra một hệ thống sản xuất ổn định. Một trong những
nước phát triển ứng dụng robot công nghiệp điển hình là Nhật Bản. Đến cuối năm 1995 có
khoảng 387.000 robot công nghiệp được sử dụng tại quốc gia này và có khoảng 80.000 robot
công nghiệp được sử dụng tại Mỹ ở cùng thời điểm đó.
Bên cạnh các robot được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng trong công nghiệp, các robot
di động tự quản trị (hay là robot thông minh nhân tạo) hiện cũng đang là mối quan tâm đặc biệt

của hầu hết các phòng thì nghiệm robot trên thế giới vì những khả năng ứng dụng to lớn và hiệu
quả của nó. Robot di động tự quản trị là robot có khả năng tự hoạch định đường đi và định vị
thông tin (khả năng tự lập bản đồ và xác định vị trí chính xác của robot) trong quá trình di


chuyển trong môi trường nhằm thực hiện một nhiệm vụ đã được đặt ra từ trước. Với khả năng
này robot di động tự quản trị có thể dùng cho các nhiệm vụ thám hiểm đại dương, không gian…
hoặc ở những nơi nguy hiểm, độc hại để thay thế cho con người. Một robot di động tự quản trị
thường bao gồm: các hệ thống cảm biến để thu thập thông tin về môi trường xung quanh, một bộ
điều khiển trung tâm dùng cho việc hoạch định hoạt động của robot và một cơ cấu chấp hành, đó
là bộ phận giúp robot có thể di chuyển hoặc thao tác trong môi trường mà nó hoạt động, cụ thể ở
đây thường là các hệ thống mô-tơ, được điều khiển trực tiếp từ bộ điều khiển trung tâm.
Điều khiển chuyển động của robot tự quản trị rất quan trọng vì nó quyết định robot có thực
hiện đúng được chiến lược hoạch định của robot nhằm đạt đến được mục tiêu hay không, và
công việc chính của điều khiển hoạt động của robot chính là điều khiển hệ thống môtơ tạo ra các
chuyển động của robot.
Việc điều khiển chuyển động của robot gặp phải nhiều trở ngại như: các cơ cấu cơ khí khó
có thể được chế tạo hoàn toàn chính xác và đối xứng, bề mặt các môi trường chuyển động có độ
ma sát khác nhau, sai số sinh ra trong quá trình điều khiển… dẫn đến tốc độ của các môtơ khó ổn
định và đồng nhất. Những trở ngại vừa nêu trên làm cho robot di chuyển thẳng hoặc quay với độ
chính xác không cao do đó không đảm bảo được tính linh hoạt và hiệu quả của robot, và vì thế
cần phải có một bộ điều khiển mạnh và linh hoạt để có điều khiển môtơ một cách thực sự ổn
định và hiệu quả.
Với các vấn đề vừa đặt ra tôi đã chọn đề tài luận văn tốt nghiệp của mình là: “Thiết kế chế
tạo bộ điều khiển PID ghép nối giữa máy tính và vi điều khiển PSoC dùng cho động cơ
robot di động”. Luận văn chủ yếu trình bày lý thuyết về bộ điều khiển PID, bộ điều khiển PID
điều khiển động cơ robot di động có ghép nối với máy tính bằng vi điều khiển PSoC do chúng tôi
đã chế tạo và một số kết quả khảo sát ứng dụng bộ PID cho điều khiển động cơ robot di động.
Nội dung của luận văn chia làm bốn chương:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật điều khiển.

Chương 2: Động cơ một chiều và nguyên tắc điều khiển PID cho động cơ một chiều.
Chương 3: Xây dựng bộ điều khiển PID ứng dụng cho điều khiển động cơ robot di động.
Chương 4: Kết quả và thảo luận.
References
Tiếng Việt
1. Đoàn Hữu Chức (2007), Thiết kế chế tạo bộ điều khiển PID điều khiển mạch điện, tr. 3856, Luận văn Thạc sĩ khoa học Công nghệ Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công
nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
2. Lê Vũ Hà (2006), Kỹ thuật điều khiển, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.


3. Nguyễn Phùng Quang (2006), MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự
động, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. Ngô Diên Tập (2004), Đo lường và Điều khiển bằng máy tính, NXB Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
5. Ngô Diên Tập (2005), Kỹ thuật ghép nối máy tính, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Trần Quang Vinh, (2007), Cấu trúc máy vi tính, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội.
7. Trần Quang Vinh, Vũ Tuấn Anh, Phùng Mạnh Dương, Trần Hiếu (2006), “Xây dựng
robot di động được dẫn đường bằng các cảm biến siêu âm và cảm biến ảnh toàn phương”,
Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Cơ điện tử, tr. 153-160.
8. Trần Quang Vinh, Phùng Mạnh Dương, Trần Hiếu (2005), “Giám sát và điều khiển robot
di động qua mạng LAN vô tuyến và INTERNET”, Tạp chí khoa học, tr. 85-91.

Tiếng Anh
9. Allen J. Stubberud, Ivan J. Williams, Joseph J. DiStefano (1994), Feedback and Control
Systems, McGraw-Hill.
10. Brian R. Hunt, Ronald L. Lipsman, Jonathan M. Rosenberg, Kevin R. Coombes, John E.
Osborn, Garrett J. Stuck (2006), A Guide to MATLAB: For Beginners and Experienced
Users, Cambridge University Press.
11. Chi-Tsong Chen (2006), Analog and Digital Control System Design: Transfer-Function,
State-Space, and Algebraic Methods, Oxford University Press, USA.

12. Jan Axelson (1998), Serial Port Complete – Programming and Circuits for RS-232 and
RS-485 Links and Networks, Lakeview Research-Pap/Dsk edition, USA.
13. Manfred Schleicher, Frank Blasinger (2004), Control Engineering-A Guide for
beginners, JUMO GmbH & Co. KG Fulda, Germany.
14. Patrick Marchand, O. Thomas Holland (2003), Graphic and GUIs with MATLAB,
Chapman & Hall/CRC.