Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯äNG Đ¾I HàC QUÀN LÝ VÀ CÔNG NGHà HÀI PHÒNG ---------------------------------------------- Đâ ÁN TàT NGHIàP NGÀNH ĐIàN TĀ ĐàNG CÔNG NGHIàP Sinh viên : Trịnh Đình H¿o GiÁng viên h°ãng d¿n : ThS Đß Anh Dũng HÁi Phòng -2022 1 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯äNG Đ¾I HàC QUÀN LÝ VÀ CÔNG NGHà HÀI PHÒNG ----------------------------------- NGHIÊN CĄU THIÀT KÀ Bà ĐIÂU KHIÄN TàC Đà ĐàNG C¡ DC SERVO Đâ ÁN TàT NGHIàP Đ¾I HàC Hà CHÍNH QUY NGÀNH ĐIàN TĀ ĐàNG CÔNG NGHIàP Sinh viên thāc hián: Trịnh Đình H¿o GiÁng viên h°ãng d¿n: ThS Đß Anh Dũng HÁi Phòng - 2022 2 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯äNG Đ¾I HàC QUÀN LÝ VÀ CÔNG NGHà HÀI PHÒNG ---------------------------------------------- NHIàM VĀ Đ TÀI TàT NGHIàP Sinh viên : Trịnh Đình H¿o - MSV : 2013102007 Lãp : DCL 2401 Ngành: Điện Tự Đáng Công Nghiệp Tên đà tài : Nghiên cāu thiÁt kÁ bá điÃu khiÅn tốc đá đáng c¢ DC Servo 3 NHIàM VĀ Đ TÀI 1.Nái dung và các yêu cầu cần giÁi quyÁt trong nhiám vā đà tài tát nghiáp ( và lý luÁn, thāc tißn, các sá liáu cần tính toán và các bÁn v¿). Các sá liáu cần thiÁt đÅ tính toán. &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 4 CÁC CÁN Bà H¯âNG D¾N Đ TÀI TàT NGHIàP Há và tên : Hác hàm, hác vß : C¢ quan công tác : Tr°ßng Đ¿i học qu¿n lý và công nghệ H¿i Phòng Nái dung h°ãng d¿n: …………………………………………………………………………. Đà tài tốt nghiệp đ°ÿc giao ngày 20 tháng 6 năm 2022 Yêu cầu ph¿i hoàn thành xong tr°ớc ngày 10 tháng 9 năm 2022 Đã nhÁn nhiệm vā ĐTTN Đã giao nhiệm vā ĐTTN Sinh viên Giảng viên hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2022 TR¯æNG KHOA TS.
Đoàn Hÿu Chąc 5 Cáng hòa xã hái chă nghĩa Viát Nam Đác lÁp - Tā do - H¿nh phúc ------------------------------------- PHIÀU NHÀN XÉT CĂA GIÀNG VIÊN H¯âNG D¾N TàT NGHIàP Há và tên giÁng viên: Đß Anh Dũng Đ¢n vß công tác: Tr°ßng Đ¿i học Qu¿n lý và Công nghệ H¿i Phòng Há và tên sinh viên: Trßnh Đình HÁo Chuyên ngành: Điện Tự Đáng Công Nghiệp Nái dung h°ãng d¿n : Toàn bá đà tài 1. Tinh thần thái đá căa sinh viên trong quá trình làm đà tài tát nghiáp. Đánh giá chÃt l°ÿng căa đã án/khóa luÁn ( so vãi nái dung yêu cầu đã đà ra trong nhiám vā Đ.N, trên các mặt lý luÁn, thāc tißn, tính toán sá liáu. Ý kiÁn căa giÁng viên h°ãng d¿n tát nghiáp Đ°ÿc b¿o vệ Không đ°ÿc b¿o vệ ĐiÅm h°ớng d¿n Hải Phòng, ngày.năm 2022 GiÁng viên h°ãng d¿n ( ký và ghi rõ họ tên) 6 Cáng hòa xã hái chă nghĩa Viát Nam Đác lÁp - Tā do - H¿nh phúc ------------------------------------- PHIÀU NHÀN XÉT CĂA GIÀNG VIÊN CHÂM PHÀN BIàN Há và tên giÁng viên &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& Đ¢n vß công tác:.
Há và tên sinh viên:. Phần nhÁn xét căa giÁng viên chÃm phÁn bián. Nhÿng mặt còn h¿n chÁ. Ý kiÁn căa giÁng viên chÃm phÁn bián Đ°ÿc b¿o vệ Không đ°ÿc b¿o vệ ĐiÅm ph¿n biện Hải Phòng, ngày.năm 2022 GiÁng viên chÃm phÁn bián ( ký và ghi rõ họ tên) 7 MĀC LĀC Nái Dung Sá trang CH¯¡NG 1 CÀU T¾O VÀ NGUYÊN LÝ HO¾T 1 ĐàNG ĐàNG C¡ DC SERVO.1 CÁu T¿o Đáng C¢ DC SERVO.2 Nguyên Lý ĐiÃu KhiÅn Đáng C¢ DC SERVO.
Tổng Quan VÃ Vi ĐiÃu KhiÅn AVR 9 2. Vi ĐiÃu KhiÅn AVR. Giới Thiệu VÃ AVR. Mát Số Chíp AVR Thông Dāng.
Đặc Tính Cÿa Atmega32. Cổng Vào Ra. Mô T¿ Các Thanh Ghi. Giao TiÁp Với I2C 23 2.
M¿ch N¿p Cho AVR. 26 CH¯¡NG 3 THUÀT TOÁN ĐIÂU KHIÄN PID 28 BÀNG CÁCH ĐIÂU CHÀ Đà RàNG PWM 3. Nguyên Lý ĐiÃu Xung PWM. ThuÁt Toán PID 30 3.
Khái Quát VÃ Bá ĐiÃu KhiÅn PID 3. Ph°¢ng Pháp Ziegler-Nichols. THIÀT KÀ Bà ĐIÂU KHIÄN PI 34 CHO ĐàNG C¡ DC SERVO 4. ThuÁt Toán ĐiÃu KhiÅn.
Ph°¢ng Trình Toán Học Bá PID. S¢ Đồ Khối M¿ch ĐiÃu KhiÅn. Tính Chọn Hệ Số Kp, KI 38 4. Code Cho Vi DiÃu KhiÅn.
39 KÁt LuÁn 49 Tài Liệu Tham Kh¿o 50 8 CH¯¡NG 1 CÂU T¾O VÀ NGUYÊN LÝ HO¾T ĐàNG ĐàNG C¡ DC SERVO.3 CÃu t¿o đáng c¢ DC SERVO. Đáng c¢ DC và đáng c¢ b°ớc vốn là những hệ hồi tiÁp vòng há - ta cÁp điện đÅ đáng c¢ quay nh°ng chúng quay bao nhiêu thì ta không biÁt, kÅ c¿ đối với đáng c¢ b°ớc là đáng c¢ quay mát góc xác định tùy vào số xung nhÁn đ°ÿc. Việc thiÁt lÁp mát hệ thống điÃu khiÅn đÅ xác định những gì ngăn c¿n chuyÅn đáng quay cÿa đáng c¢ hoặc làm đáng c¢ không quay cũng không dễ dàng.1: Mát đáng c¢ DC servo trong thāc tÁ Mặt khác, đáng c¢ servo đ°ÿc thiÁt kÁ cho những hệ thống hồi tiÁp vòng kín. Tín hiệu ra cÿa đáng c¢ đ°ÿc nối với mát m¿ch điÃu khiÅn.
Khi đáng c¢ quay, vÁn tốc và vị trí s¿ đ°ÿc hồi tiÁp và m¿ch điÃu khiÅn này. NÁu có bÁt kỳ lý do nào ngăn c¿n chuyÅn đáng quay cÿa đáng c¢, c¢ cÁu hồi tiÁp s¿ nhÁn thÁy tín hiệu ra ch°a đ¿t đ°ÿc vị trí mong muốn. M¿ch điÃu khiÅn tiÁp tāc chỉnh sai lệch cho đáng c¢ đ¿t đ°ÿc điÅm chính xác. Đáng c¢ servo có nhiÃu kiÅu dáng và kích th°ớc, đ°ÿc sử dāng trong nhiÁu máy khác nhau, từ máy tiện điÃu khiÅn bÁng máy tính cho đÁn các mô hình máy bay và xe h¢i.2: Các thành phần căa đáng c¢ DC servo.
Mát đáng c¢ DCservo tiêu biÅu gồm có các thành phần chính sau: • Stator: đ°ÿc g¿n liÃn với vỏ đáng c¢ • Rotor: là thành phần t¿o chuyÅn đáng quay • Chổi than và vành góp: giúp đ°a điện vào Rotor • Encoder: hay còn gọi là bá mã hóa vòng quay, ph¿n hồi xung, đ¢n vị tính (xung/vòng) Ngoài ra, DC servo còn có thể có thêm các thành phần sau: • Phanh đián từ: giúp hãm đáng c¢ trong tr°ßng hÿp cần thiÁt • Tachometer : là thành phần ph¿n hổi t°¢ng tự, thực chÁt là mát máy phát điện nhỏ, với điện áp phàn hổi đ°ÿc tính bÁng (vol/vòng quay) 1.4 Nguyên lý điÃu khiÅn đáng c¢ DC SERVO. ĐÅ điÃu khiÅn số vòng quay hay vÁn tốc đáng c¢ thì chúng ta nhÁt thiÁt ph¿i đọc đ°ÿc góc quay cÿa motor. Mát số ph°¢ng pháp có thÅ đ°ÿc dùng đÅ xác định góc quay cÿa motor bao gồm tachometer, hoặc dùng biÁn trá xoay, hoặc dùng encoder. Trong đó 2 ph°¢ng pháp đầu tiên là 10 ph°¢ng pháp analog và dùng optical encoder (encoder quang) thuác nhóm ph°¢ng pháp digital.
Hệ thống optical encoder bao gồm mát nguồn phát quang (th°ßng là hồng ngo¿i – infrared), mát c¿m biÁn quang và mát đĩa có chia rãnh. Optical encoder l¿i đ°ÿc chia thành 2 lo¿i: encoder tuyệt đối (absolute optical encoder) và encoder t°¢ng đối (incremental optical encoder). Trong đa số các DC Motor, incremental optical encoder đ°ÿc dùng đa số. Encoder th°ßng có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index).
Trong hình trên chú ý rÁng có mát lß nhỏ bên phía trong cÿa đĩa quay và mát cặp phat-thu dành riêng cho lß nhỏ này. Đó là kênh I cÿa encoder. Cữ mßi lần motor quay đ°ÿc mát vòng, lß nhỏ xuÁt hiện t¿i vị trí cÿa cặp phát-thu, hồng ngo¿i từ nguồn phát s¿ xuyên qua lß nhỏ đÁn c¿m biÁn quang, mát tín hiệu xuÁt hiện trên c¿m biÁn. Nh° thÁ kênh I xuÁt hiện mát <xung= mßi vòng quay cÿa motor.
Bên ngoài đĩa quay đ°ÿc chia thành các rãnh nhỏ và mát cặp thu- phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A cÿa encoder, ho¿t đáng cÿa kênh A cũng t°¢ng tự kênh I, điÅm khác nhau là trong 1 vòng quay cÿa motor, có N <xung= xuÁt hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và đ°ÿc gọi là đá phân gi¿i (resolution) cÿa encoder. Mßi lo¿i encoder có đá phân gi¿i khác nhau, có khi trên mßi đĩa chĩ có vài rãnh nh°ng cũng có tr°ßng hÿp đÁn hàng nghìn rãnh đ°ÿc chia.
ĐÅ điÃu khiÅn đáng c¢, b¿n ph¿i biÁt đá phân gi¿i cÿa encoder đang dùng. Đá phân gi¿i ¿nh h°áng đÁn đá chính xác điÃu khiÅn và c¿ ph°¢ng pháp điÃu khiÅn. Không đ°ÿc v¿ trong hình 1.2, tuy nhiên trên các encoder còn có mát cặp thu phát khác đ°ÿc đặt trên cùng đ°ßng tròn với kênh A nh°ng lệch mát chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B cÿa encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nh°ng lệch pha 90o.
BÁng cách phối hÿp kênh A và B ng°ßi đọc s¿ biÁt chiÃu quay cÿa đáng c¢.4: Ho¿t đáng căa mát encoder quang. Hình trên cùng trong hình 1.3 thÅ hiện sự bá trí cÿa 2 c¿m biÁn kênh A và B lệch pha nhau. Khi c¿m biÁn A b¿t đầu bị che thì c¿m biÁn B hoàn toàn nhÁn đ°ÿc hồng ngo¿i xuyên qua, và ng°ÿc l¿i. Hình thÁp là d¿ng xung ngõ ra trên 2 kênh.
Xét tr°ßng hÿp motor quay cùng chiÃu kim đồng hồ, tín hiệu <đi= từ trái sang ph¿i. B¿n hãy quan sát lúc tín hiệu A chuyÅn từ māc cao xuống thÁp (c¿nh xuống) thì kênh B đang á māc thÁp. Ng°ÿc l¿i, nÁu đáng c¢ quay ng°ÿc chiÃu kim đồng hồ, tín hiệu <đi= từ ph¿i qua trái. Lúc này, t¿i c¿nh xuống cÿa kênh A thì kênh B đang á māc cao.
Nh° vÁy, bÁng cách phối hÿp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định đ°ÿc góc quay (thông qua số xung) mà còn biÁt đ°ÿc chiÃu quay cÿa đáng c¢ (thông qua māc cÿa kênh B á c¿nh xuống cÿa kênh A). Đáng c¢ Dc servo đ°ÿc điÃu khiÅn bái tín hiệu từ vi điÃu khiÅn theo nguyên lý điÃu khiÅn đá ráng xung ( Pulse width modulation – PWM), sử dāng m¿ch cầu H 12 Hình 1.5: Ho¿t đáng căa m¿ch cầu H Trong hình 1.5, hãy xem 2 đầu V và GND là 2 đầu (+) và (-) cÿa ¿c qui, <đối t°ÿng= là đáng c¢ DC mà chúng ta cần điÃu khiÅn, <đối t°ÿng= này có 2 đầu A và B, māc đích điÃu khiÅn là cho phép dòng điện qua <đối t°ÿng= theo chiÃu A đÁn B hoặc B đÁn A. Thành phần chính t¿o nên m¿ch cầu H cÿa chúng ta chính là 4 <khóa= L1, L2, R1 và R2 (L: Left, R:Right). à điÃu kiện bình th°ßng 4 khóa này <má=, m¿ch cầu H không ho¿t đáng.
Gi¿ sử bÁng cách nào đó mà 2 khóa L1 và R2 đ°ÿc <đóng l¿i= (L2 và R1 v¿n má), có mát dòng điện ch¿y từ V qua khóa L1 đÁn đầu A và xuyên qua đối t°ÿng đÁn đầu B cÿa nó tr°ớc khi qua khóa R2 và và GND (nh° hình 2a). Nh° thÁ, với gi¿ sử này s¿ có dòng điện ch¿y qua đối t°ÿng theo chiÃu từ A đÁn B. Bây giß hãy gi¿ sử khác đi rÁng R1 và L2 đóng trong khi L1 và R2 má, dòng điện l¿i xuÁt hiện và lần này nó s¿ ch¿y qua đối t°ÿng theo chiÃu từ B đÁn A nh° trong hình 2b (V->R1->B->A->L2->GND).