Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật cơ điện tử và công nghiệp ô tô hiện đại, động cơ dòng điện một chiều (DC) giữ vai trò là cơ cấu chấp hành then chốt trong nhiều hệ thống truyền động và tự động hóa. Tuy nhiên, quy trình thiết kế truyền thống (gồm bốn giai đoạn tuần tự: xác định yêu cầu và thông số kỹ thuật, thiết kế, triển khai, thử nghiệm) bộc lộ nhiều điểm hạn chế. Việc quản lý thông tin thiết kế dựa trên văn bản dễ dẫn đến hiểu sai lệch; việc lập trình mã nguồn thủ công tốn thời gian và dễ phát sinh lỗi khi nạp lên phần cứng; các sai sót kỹ thuật thường chỉ được phát hiện muộn ở giai đoạn kiểm thử cuối cùng, làm gia tăng chi phí và kéo dài thời gian phát triển.

Để khắc phục nhược điểm trên, phương pháp tạo mẫu điều khiển nhanh (Rapid Control Prototyping - RCP) trong khuôn khổ Thiết kế hệ thống dựa trên mô hình (Model-Based System Design - MBSD) được ứng dụng nhằm thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết điều khiển và triển khai thực nghiệm. Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Minh Quân và Nguyễn Tấn Tài, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Trung Hiếu tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển động cơ DC theo quy trình RCP sử dụng thiết bị thời gian thực MicroAutoBox III của hãng dSPACE.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm:

  1. Tìm hiểu cấu tạo, thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và xu hướng phát triển của động cơ điện DC.
  2. Vận dụng phương pháp Thiết kế hệ thống dựa trên mô hình (MBSD) vào quy trình xây dựng và phát triển các ứng dụng kỹ thuật ô tô.
  3. Vận hành thiết bị tính toán thời gian thực dSPACE MicroAutoBox III.
  4. Ứng dụng phần mềm MATLAB/Simulink để thiết kế mô hình điều khiển động cơ DC, kết hợp với các công cụ chuyên dụng của dSPACE (ConfigurationDesk, ControlDesk) để thực thi và đánh giá thực nghiệm.
  5. Rèn luyện kỹ năng khai thác tài liệu chuyên ngành, sử dụng công cụ phần mềm kỹ thuật và thiết bị công nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình điều khiển động cơ DC được thiết kế, chế tạo và vận hành theo phương pháp Rapid Control Prototyping (RCP).
  • Phạm vi nghiên cứu: Đồ án tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết động cơ DC và tính ứng dụng trong ngành ô tô; xây dựng thuật toán điều khiển tốc độ, vị trí và xử lý tín hiệu lọc nhiễu trên MATLAB/Simulink; cấu hình và ghép nối phần cứng động cơ DC R02SAK0E, driver SHB700, module GPIO mở rộng với hệ thống dSPACE MicroAutoBox III; thực hiện kiểm nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm AML (Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) vào tháng 6 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình sử dụng trong đồ án bao gồm:

  • Quy trình Thiết kế hệ thống dựa trên mô hình (MBSD) và mô hình chữ V (V-Model): Hệ thống hóa các cấp độ mô phỏng vòng lặp gồm Mô phỏng mô hình trong vòng lặp (Model-in-the-Loop - MIL), Mô phỏng phần mềm trong vòng lặp (Software-in-the-Loop - SIL), Mô phỏng bộ xử lý trong vòng lặp (Processor-in-the-Loop - PIL) và Mô phỏng phần cứng trong vòng lặp (Hardware-in-the-Loop - HIL).
  • Phương pháp Tạo mẫu điều khiển nhanh (Rapid Control Prototyping - RCP): Cho phép thuật toán điều khiển chạy mô phỏng thời gian thực trên một máy tính phần cứng chuyên dụng kết nối trực tiếp với đối tượng điều khiển vật lý thực tế.
  • Lý thuyết động cơ điện DC: Phân tích các bộ phận cấu tạo chính gồm stator, rotor (phần ứng làm bằng nhiều đĩa thép cách điện nhằm giảm dòng điện xoáy), trục kim loại, thiết bị đầu cuối, nam châm vĩnh cửu, cuộn dây, chổi than bằng carbon và bộ chuyển đổi (cổ góp). Phân loại động cơ theo bốn nhóm: động cơ nam châm vĩnh cửu (PMDC), động cơ kích từ song song (Shunt-Wound DC), động cơ kích từ nối tiếp (Series-Wound DC), và động cơ kích từ hỗn hợp (Compound-Wound DC).
  • Nguyên lý điều khiển tốc độ bằng điều chế độ rộng xung (PWM): Điện áp trung bình cấp cho động cơ tuân theo công thức $V_{\text{trung bình}} = D \times V_{\text{đầu vào}}$ (trong đó $D$ là chu kỳ xung). Tần số điều chế được xác định trong khoảng từ 4 kHz đến 20 kHz nhằm cân bằng giữa việc giảm tiếng ồn cơ học và hạn chế tổn hao chuyển mạch của linh kiện bán dẫn (MOSFET hoặc BJT).
  • Lý thuyết xử lý tín hiệu và lọc nhiễu: Phân tích ba giải thuật lọc tín hiệu phản hồi gồm bộ lọc Kalman (ước lượng trạng thái đệ quy tối ưu cho hệ thống tuyến tính chịu nhiễu Gaussian), bộ lọc Median (lọc số phi tuyến sắp xếp cửa sổ trượt kích thước lẻ để loại bỏ nhiễu xung ngoại lai), và bộ lọc thông thấp Low Pass (loại bỏ thành phần tần số cao hơn tần số cắt $f_c$ thông qua cấu trúc lọc FIR hoặc IIR).

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Khảo sát tài liệu hướng dẫn phần cứng, phần mềm của hãng dSPACE kết hợp các công trình nghiên cứu về điều khiển động cơ DC.
  • Phương pháp thực nghiệm trên mô hình: Thiết kế thuật toán trên Simulink, tự động sinh mã nhúng, cấu hình giao tiếp I/O qua ConfigurationDesk, nạp thực thi thời gian thực trên MicroAutoBox III và theo dõi đáp ứng động học qua ControlDesk.

Nguồn dữ liệu:

  • Dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp từ cảm biến xung quang học (optical incremental encoder) gắn trên trục động cơ DC và tín hiệu đo dòng điện phần ứng (Active Current) truyền về từ mạch lái driver qua board I/O của hệ thống dSPACE.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển thực nghiệm được xây dựng từ các thành phần phần cứng và phần mềm chuyên dụng:

Cấu trúc phần cứng:

  • Bộ điều khiển thời gian thực dSPACE MicroAutoBox III (phiên bản double-deck): Sử dụng board xử lý trung tâm DS 1403 trang bị vi xử lý đa lõi kiến trúc ARM, tích hợp bộ nhớ RAM, Flash, cổng nguồn dải rộng từ 6 V đến 36 V, cổng kết nối máy chủ Host PC qua Ethernet tiêu chuẩn, cổng mạng Automotive Ethernet (AETH) và cổng USB. Hệ thống ghép nối với board giao tiếp ngoại vi DS 1513 và DS 1514 qua đầu nối ZIF, hỗ trợ các kênh Digital I/O, Analog I/O, kênh đọc encoder, ngõ xuất xung PWM/PFM, cùng các chuẩn giao tiếp truyền thông ô tô như CAN, LIN, UART.
  • Động cơ chấp hành: Động cơ điện một chiều mã hiệu R02SAK0E tích hợp cảm biến encoder quang học hai pha xuất tín hiệu vị trí và tốc độ.
  • Mạch công suất: Driver điều khiển động cơ model SHB700 (SHB 700) đảm nhận chức năng tiếp nhận xung PWM và tín hiệu điều khiển chiều quay để đóng cắt nguồn cho động cơ.
  • Nguồn cấp: Nguồn tổ ong chuyển đổi điện áp 12V - 10A cung cấp năng lượng hoạt động cho mạch động lực và driver.
  • Module GPIO mở rộng: Nhóm nghiên cứu thiết kế và gia công chế tạo riêng một module phần cứng mở rộng trung gian nhằm chuyển đổi các chân cắm mật độ cao từ đầu nối ZIF của board DS 1513 thành các đầu nối rời rạc cho tín hiệu Digital I/O và Analog I/O, phục vụ việc đấu nối an toàn trong thực nghiệm.

Quy trình triển khai phần mềm:

  • MATLAB/Simulink: Xây dựng sơ đồ khối chức năng hoàn chỉnh gồm khối đọc tín hiệu encoder (Digital Incremental Encoder In), khối điều khiển vận tốc, khối điều khiển vị trí tích hợp thuật toán tính toán góc quay nhỏ nhất, khối giới hạn bão hòa (Saturation), khối phát xung điều chế (PWM/PFM Out), cùng các khối chức năng lọc tín hiệu Kalman Filter, Median Filter, Low Pass Filter.
  • ConfigurationDesk: Thiết lập cấu hình phần cứng, gán các cổng vào/ra vật lý của board DS 1513 tương ứng với các biến tín hiệu trong mô hình Simulink, sau đó biên dịch và nạp ứng dụng thời gian thực xuống bộ xử lý DS 1403.
  • ControlDesk: Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển người dùng (HMI) thời gian thực, cho phép đặt giá trị vận tốc, góc quay mong muốn, thay đổi các thông số điều khiển trực tuyến và ghi nhận đồ thị phản hồi của hệ thống.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày bối cảnh ứng dụng của điều khiển tự động trong hệ thống cơ điện và vai trò của động cơ DC trong công nghiệp, robot và phương tiện giao thông. Tác giả phân tích ưu thế của mô hình tạo mẫu nhanh RCP trong việc rút ngắn thời gian phát triển và giảm thiểu chi phí nghiên cứu. Chương này xác định rõ mục đích nghiên cứu (gồm 5 mục tiêu cụ thể), phương pháp tiếp cận dựa trên tài liệu dSPACE, đối tượng nghiên cứu là mô hình động cơ DC theo phương pháp RCP, cùng phạm vi thực hiện tại phòng thí nghiệm AML thuộc Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 phân tích chi tiết quy trình thiết kế truyền thống và chỉ ra các hạn chế cố hữu liên quan đến tài liệu văn bản, lập trình thủ công và việc phát hiện lỗi muộn. Tác giả giới thiệu giải pháp Thiết kế hệ thống dựa trên mô hình (MBSD) theo mô hình chữ V, phân tích bản chất của bốn giai đoạn mô phỏng: MIL (mô phỏng mô hình toán học thuần túy trên máy tính), SIL (kiểm tra mã nguồn tự sinh), PIL (chạy mã nguồn trên vi xử lý mục tiêu mô phỏng) và HIL (kết nối bộ điều khiển nhúng thực tế với mô hình đối tượng mô phỏng thời gian thực).

Nội dung tiếp theo hệ thống hóa toàn diện về động cơ DC: khái niệm, tốc độ không tải thông thường đạt khoảng 15.000 RPM, cấu tạo chi tiết 8 bộ phận (stator, rotor, trục, thiết bị đầu cuối, nam châm, cuộn dây, chổi than, bộ chuyển đổi), nguyên lý quay dựa trên lực từ trường, và đặc tính của 4 loại động cơ (PMDC, Shunt-Wound, Series-Wound, Compound-Wound). Tác giả làm rõ nguyên lý điều khiển tốc độ bằng PWM và phân tích cơ sở toán học của ba bộ lọc tín hiệu: bộ lọc Kalman (thuật toán ước lượng đệ quy dự đoán - cập nhật), bộ lọc Median (thuật toán sắp xếp cửa sổ trượt số lẻ lấy giá trị trung vị để triệt tiêu nhiễu xung), và bộ lọc Low Pass (nguyên lý suy giảm tần số cao vượt tần số cắt $f_c$ với hai cấu trúc FIR và IIR).

Chương 3: Thiết kế mô hình điều khiển động cơ DC theo mô hình RCP

Chương 3 giới thiệu bản chất của phương pháp RCP, nhấn mạnh sự khác biệt giữa RCP (thuật toán mô phỏng thời gian thực kết nối với hệ thống thực) và HIL (bộ điều khiển thực kết nối với mô hình đối tượng mô phỏng). Tác giả trình bày cấu trúc phần cứng của hệ thống dSPACE MicroAutoBox III, bao gồm board xử lý DS 1403 (vi xử lý ARM, dải điện áp cấp nguồn từ 6 V đến 36 V, các cổng USB, Host PC, AETH) và board giao tiếp DS 1513 qua cổng ZIF. Ba ứng dụng tiêu biểu của MicroAutoBox III trong công nghiệp ô tô được khảo sát gồm: phát triển hộp điều khiển động cơ (ECU), phát triển hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao (ADAS: AEB, ACC, LKA) và kiểm thử hệ thống truyền động.

Chương này công bố các thông số phần cứng thực nghiệm gồm động cơ DC R02SAK0E, driver SHB700, bộ nguồn tổ ong 12V - 10A, đồng thời trình bày toàn bộ quá trình thiết kế bản vẽ 2D, mô hình 3D và gia công thực tế module mở rộng GPIO cho bộ MicroAutoBox III.

Chương 4: Thực nghiệm mô hình động cơ điện DC

Chương 4 mô tả chi tiết quá trình xây dựng thuật toán điều khiển trên MATLAB/Simulink: thiết lập khối đọc tín hiệu encoder (kiểm tra xung, đo vận tốc và vị trí); thiết kế mô hình bộ điều khiển tốc độ; xây dựng thuật toán điều khiển vị trí có tích hợp logic tính toán góc quay nhỏ nhất để tối ưu thời gian di chuyển. Tiếp theo, tác giả trình bày các bước cấu hình kênh vào/ra trên ConfigurationDesk (chân Digital Incremental Encoder In, hai khối PWM/PFM Out, khối Voltage In), biên dịch mô hình sang file ứng dụng thời gian thực và thực hiện đấu nối vật lý giữa board DS 1513, driver SHB700 và động cơ DC.

Giao diện người dùng HMI được thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm ControlDesk. Các kịch bản thực nghiệm được triển khai gồm:

  • Vận hành động cơ ở mức tốc độ ổn định 500 RPM;
  • Thử nghiệm tăng tải cơ học bằng cách ghì trục động cơ, ghi nhận chu kỳ xung PWM tự động tăng để duy trì tốc độ;
  • Thử nghiệm dừng đột ngột và đảo chiều quay tức thời từ 0 sang -500 RPM, đo đạc thời gian đáp ứng của hệ thống;
  • Phân tích và so sánh dạng sóng dòng điện Active Current khi thay đổi trạng thái hoạt động;
  • Thử nghiệm điều khiển góc quay từ vị trí 20° đến 250°;
  • Thử nghiệm điều khiển góc quay từ mốc ban đầu 0° đến 180°, ghi nhận đồ thị sai số vị trí và đồ thị vận tốc;
  • Phân tích và so sánh hiệu quả khử nhiễu thực tế của ba bộ lọc tín hiệu (Kalman, Median, Low Pass).

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết các kết quả đạt được về mặt lý thuyết và chế tạo phần cứng, khẳng định tính hiệu quả của phương pháp RCP trên thiết bị dSPACE MicroAutoBox III. Đồng thời, tác giả đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao chất lượng mô hình.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính của đề tài:

  • Chế tạo và lắp ráp thành công mô hình phần cứng điều khiển động cơ DC hoàn chỉnh kết hợp thiết bị dSPACE MicroAutoBox III, driver SHB700, động cơ DC R02SAK0E và module mở rộng GPIO.
  • Hoàn thiện chuỗi công cụ phần mềm từ Simulink, ConfigurationDesk đến ControlDesk, cho phép nạp mã tự động và hiệu chỉnh thông số điều khiển trực tuyến trong thời gian thực mà không cần viết code nhúng thủ công.
  • Vận hành thành công thuật toán điều khiển tốc độ: Hệ thống duy trì ổn định vận tốc đặt 500 RPM; khi có ngoại lực ghì trục, chu kỳ xung PWM tăng lên tương ứng để bù mô-men; đáp ứng tốt kịch bản dừng khẩn cấp và đảo chiều quay động cơ (từ 0 sang -500 RPM).
  • Vận hành thành công thuật toán điều khiển vị trí: Động cơ quay chính xác đến vị trí 250° (từ mốc 20°) và vị trí 180° (từ mốc 0°); thuật toán tính toán góc quay nhỏ nhất hoạt động chính xác giúp rút ngắn hành trình dịch chuyển.
  • Đánh giá định lượng hiệu quả của ba bộ lọc tín hiệu: Bộ lọc Median triệt tiêu hiệu quả các xung nhiễu đột biến biên độ lớn; bộ lọc Low Pass làm phẳng tốt các dao động tần số cao; bộ lọc Kalman bám sát trạng thái động học của hệ thống.

Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật và các kịch bản thực nghiệm:

Hạng mục Chi tiết kỹ thuật / Kịch bản thực nghiệm Kết quả / Đặc tính ghi nhận
Thiết bị điều khiển dSPACE MicroAutoBox III (DS 1403 + DS 1513) Chạy mô phỏng thời gian thực, giao tiếp Ethernet
Cơ cấu chấp hành Động cơ DC R02SAK0E Tích hợp cảm biến encoder quang học hai pha
Mạch lái công suất Driver SHB700 (SHB 700) Nhận lệnh PWM và tín hiệu đảo chiều
Nguồn cấp động lực Nguồn tổ ong 12V - 10A Cung cấp điện áp ổn định cho motor và driver
Tần số điều chế PWM Khuyến nghị 4 kHz đến 20 kHz Giảm tiếng ồn động cơ và giảm tổn hao chuyển mạch
Thử nghiệm tốc độ 1 Đặt vận tốc 500 RPM, ghì trục tạo tải cản Chu kỳ xung PWM tự động tăng để duy trì 500 RPM
Thử nghiệm tốc độ 2 Dừng đột ngột và đảo chiều quay: 0 $\rightarrow$ -500 RPM Hệ thống đáp ứng nhanh, đảo chiều quay ổn định
Thử nghiệm vị trí 1 Dịch chuyển góc quay từ 20° đến 250° Bám sát vị trí đặt, sai số góc quay giảm về 0
Thử nghiệm vị trí 2 Dịch chuyển góc quay từ 0° đến 180° Tự động lựa chọn cung quay ngắn nhất
So sánh bộ lọc Đánh giá 3 bộ lọc: Kalman, Median, Low Pass Median lọc sạch nhiễu xung, Low Pass cắt tần cao

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

  • Kiến nghị ứng dụng phương pháp RCP và bộ thiết bị dSPACE vào các bài thực hành chuyên ngành kỹ thuật ô tô và cơ điện tử để sinh viên nhanh chóng tiếp cận quy trình R&D chuẩn công nghiệp.
  • Kiến nghị sử dụng module GPIO mở rộng tự chế tạo để bảo vệ các cổng tín hiệu của bộ MicroAutoBox III, tránh nguy cơ hư hỏng chân I/O đắt tiền trong quá trình thử nghiệm.

Đóng góp tự nêu của đề tài:

  • Thiết lập quy trình chuẩn về việc ứng dụng phương pháp RCP trên nền tảng phần cứng dSPACE MicroAutoBox III thế hệ mới kết hợp với MATLAB/Simulink tại phòng thí nghiệm AML.
  • Chế tạo thành công module phần cứng mở rộng GPIO, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối ngoại vi với board DS 1513 trong các nghiên cứu tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Thử nghiệm mới được thực hiện trên động cơ DC công suất nhỏ (R02SAK0E) với các tải cản cơ học đơn giản, chưa đánh giá hệ thống dưới các chu trình tải biến thiên phức tạp trong điều kiện vận hành thực tế của xe ô tô.
  • Các giao thức mạng truyền thông chuyên dụng trên xe ô tô tích hợp sẵn trên MicroAutoBox III (như CAN, LIN, FlexRay, Automotive Ethernet) chưa được khai thác đồng thời trong kịch bản điều khiển phân tán.

Hướng nghiên cứu tiếp theo do tác giả đề xuất:

  • Mở rộng thuật toán điều khiển cho các loại động cơ điện khác có công suất lớn hơn, đặc biệt là động cơ không chổi than (BLDC) hoặc động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) sử dụng trên xe điện và xe lai điện (EV/HEV).
  • Tích hợp mạng truyền thông CAN/LIN để truyền nhận dữ liệu điều khiển giữa mô hình động cơ và các cụm ECU khác trên xe.
  • Ứng dụng quy trình RCP và thiết bị MicroAutoBox III vào phát triển các cơ cấu chấp hành cụ thể trên ô tô như bướm ga điện tử, trợ lực lái điện (EPS) hoặc tích hợp kiểm thử các chức năng ADAS trong cấu hình Hardware-in-the-Loop (HIL).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa có định hướng nghiên cứu về thiết kế hệ thống nhúng theo mô hình MBSD và quy trình RCP/HIL.
  • Các nhóm nghiên cứu cần triển khai kết nối phần cứng và phần mềm dSPACE thế hệ MicroAutoBox III.

Các phần có giá trị tham khảo cao:

  • Quy trình từng bước cấu hình liên kết giữa mô hình Simulink, phần mềm ConfigurationDesk và giao diện thời gian thực ControlDesk.
  • Sơ đồ mạch và cấu trúc thiết kế module GPIO mở rộng kết nối với board DS 1513.
  • Dữ liệu và thuật toán xử lý tín hiệu thực nghiệm so sánh giữa ba bộ lọc Kalman, Median và Low Pass trên tín hiệu phản hồi thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống dSPACE MicroAutoBox III sử dụng trong đồ án gồm những board mạch phần cứng cụ thể nào? Hệ thống sử dụng phiên bản double-deck, gồm một board xử lý trung tâm DS 1403 (trang bị vi xử lý đa lõi kiến trúc ARM) và hai board giao tiếp ngoại vi I/O lần lượt là DS 1513 và DS 1514 kết nối qua đầu nối chuẩn ZIF.

  2. Tần số điều chế độ rộng xung (PWM) được tác giả lựa chọn trong dải nào và nhằm mục đích gì? Tác giả khuyến nghị điều chế sóng PWM trong khoảng từ 4 kHz đến 20 kHz. Dải tần này đủ cao để giảm thiểu tiếng ồn cơ học của động cơ ở tốc độ thấp, đồng thời đủ thấp để giảm thiểu tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển mạch của các linh kiện bán dẫn công suất (MOSFET hoặc BJT).

  3. Mục đích của việc thiết kế và chế tạo thêm module GPIO mở rộng cho bộ MicroAutoBox III là gì? Module GPIO mở rộng được chế tạo nhằm phân tách các chân tín hiệu mật độ cao từ đầu cắm ZIF của board DS 1513 thành các cổng kết nối Digital I/O và Analog I/O tiêu chuẩn, giúp việc đấu nối thực nghiệm với driver và động cơ diễn ra thuận tiện, an toàn, đồng thời bảo vệ các cổng tín hiệu của bộ điều khiển dSPACE.

  4. Trong kịch bản điều khiển vị trí, thuật toán xử lý như thế nào để động cơ quay đến góc đặt nhanh hơn? Mô hình thuật toán trên Simulink tích hợp khối tính toán góc quay nhỏ nhất, cho phép so sánh khoảng cách góc giữa vị trí hiện tại và vị trí mong muốn, từ đó tự động chọn chiều quay (cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ) có cung quay ngắn nhất.

  5. Hiện tượng gì xảy ra với tín hiệu điều khiển khi tác giả thực hiện ghì trục động cơ trong thử nghiệm giữ tốc độ 500 RPM? Khi ghì trục động cơ để tạo tải cản, bộ điều khiển phản hồi bằng cách tự động tăng chu kỳ xung (duty cycle) của tín hiệu PWM cấp cho động cơ nhằm bù lại phần mô-men bị cản trở và giữ tốc độ quay ổn định ở mức 500 RPM.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Minh Quân và Nguyễn Tấn Tài đã hoàn thành trọn vẹn việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình điều khiển động cơ DC theo phương pháp Rapid Control Prototyping (RCP) sử dụng thiết bị dSPACE MicroAutoBox III. Nghiên cứu đã chứng minh tính ưu việt của phương pháp MBSD trong việc loại bỏ bước lập trình mã nhúng thủ công, cho phép nạp mã tự động và hiệu chỉnh trực tiếp các thông số điều khiển tốc độ, vị trí và lọc nhiễu trong thời gian thực. Toàn bộ chuỗi quy trình từ lý thuyết mô hình hóa, thiết kế phần cứng mở rộng đến thực nghiệm kiểm chứng đều được thực hiện nhất quán, tạo cơ sở thực tiễn vững chắc cho việc ứng dụng công nghệ dSPACE vào nghiên cứu và phát triển các hệ thống cơ điện tử ô tô chuyên sâu.