Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, các dây chuyền sản xuất tự động hóa đòi hỏi sự đồng bộ và chính xác tuyệt đối trong khâu vận chuyển vật liệu. Thống kê từ các hệ thống sản xuất tích hợp (CIM) cho thấy hệ thống băng tải chiếm hơn 40% tổng năng lượng tiêu thụ trong khâu hậu cần nội bộ, và khoảng 15-20% lỗi phân loại hàng hóa xuất phát từ sự bất ổn định về tốc độ khi tải trọng thay đổi đột ngột.

Đề tài "Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát Tốc Độ Băng Tải" (Đồ án liên môn PBL2 - Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, hướng dẫn bởi PGS.TS Lê Tiến Dũng) giải quyết bài toán cốt lõi: duy trì ổn định tốc độ chuyển động tịnh tiến của băng chuyền chịu tải trọng biến thiên phi tuyến ($200\text{g} - 1000\text{g}$) bằng thuật toán điều khiển số trên nền tảng vi điều khiển.

+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                                    SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TỔNG THỂ                            |
|                                                                                       |
|  [ Nguồn 220VAC ] ---> [ Biến Áp & Chỉnh Lưu ] ---> [ Cầu H (MOSFET) ] ---> [ Động Cơ DC ]
|                                                              |                    |   |
|                                                         [PC817 Cách Ly]           | [Encoder]
|                                                              ^                    |   |
|  [ Cảm Biến Dòng ACS712 ] <----------------------------------+                    v   v
|             |                                                |             [ Băng Chuyền ]
|             v                                                |                    |
|       [ ADC Input ] ---> [ Vi Điều Khiển Arduino Uno (PID) ]-+                    v
|                                                                            (v = 0.25 m/s)
+---------------------------------------------------------------------------------------+

Vấn đề kỹ thuật đặt ra

  • Động cơ một chiều (DC Motor) kích từ độc lập chịu ảnh hưởng lớn từ phản ứng phần ứng và sụt áp khi tải thay đổi, khiến tốc độ sụt giảm từ 15% đến 30% nếu chạy vòng hở.
  • Nhiễu điện từ do đóng cắt công suất và hiện tượng đập mạch điện áp sau chỉnh lưu gây sai số cho tín hiệu điều khiển của vi điều khiển.
  • Yêu cầu chuyển động đa chu kỳ: tăng tốc, ổn định vận tốc $v = 0.25\text{ m/s}$ ($\omega = 16.67\text{ rad/s}$), giảm tốc, dừng và đảo chiều trong dải thời gian định sẵn từ $0\text{s}$ đến $7.5\text{s}$.

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế cơ cấu truyền động: Tính toán quy đổi mô-men tải $T_L$, quán tính hệ thống $J_L$ về trục động cơ với bán kính rulo $r = 0.015\text{ m}$, vận tốc băng tải định mức $v = 0.25\text{ m/s}$.
  2. Thiết kế tầng công suất: Chế tạo bộ nguồn cách ly gồm máy biến áp $220\text{VAC}/15\text{VAC}$, chỉnh lưu cầu 1 pha, bộ lọc tụ điện $C = 10000\mu\text{F}$, mạch ổn áp cấp nguồn kép ($5\text{VDC}$ và $15\text{VDC}$) và mạch cầu H dùng cặp MOSFET kênh P (IRF9540) và kênh N (IRF540).
  3. Phát triển tầng thu thập tín hiệu: Tích hợp Encoder quang học gia số 2 kênh A-B độ phân giải 2970 xung/vòng và module cảm biến dòng điện Hall tuyến tính ACS712 5A.
  4. Mô hình hóa và mô phỏng: Xây dựng mô hình toán học động cơ DC trên MATLAB/Simulink R2022b, thiết kế bộ điều khiển PID trong miền rời rạc với chu kỳ lấy mẫu $T_s = 10\text{ms}$.
  5. Hiện thực hóa phần mềm: Lập trình nhúng thuật toán PID số trên vi điều khiển ATmega328P (Arduino Uno), triệt tiêu sai số xác lập ($e_{ss} < 1.5%$), thời gian đáp ứng ($t_s < 0.8\text{s}$) và độ quá điều chỉnh ($\sigma% < 5%$).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng công nghệ

Tiêu chí Điều khiển vòng hở (Triac/Biến trở) Mạch điều khiển tương tự (Op-Amp PI) Hệ thống số PID nhúng (Đề tài)
Độ chính xác duy trì tốc độ Kém (Sai lệch $> 20%$ khi đổi tải) Khá (Sai lệch $3% - 5%$) Rất cao (Sai lệch $< 1.5%$)
Khả năng triệt tiêu nhiễu Không có Trung bình (Dễ trôi điểm làm việc do nhiệt) Cao (Nhờ bộ lọc số và thuật toán tích phân)
Khả năng đảo chiều & hãm Thủ công bằng relay cơ khí Phức tạp, dễ xung đột logic Tự động hóa hoàn toàn qua phần mềm và cầu H
Khả năng giám sát thời gian thực Không hỗ trợ Giới hạn qua đồng hồ cơ Hỗ trợ hiển thị và phản hồi trực tiếp qua UART
Chi phí linh kiện Rất thấp Trung bình Tối ưu, linh kiện phổ biến công nghiệp

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must have (Bắt buộc): Mạch cầu H chịu dòng tức thời $\ge 2.25\text{A}$, cách ly quang Opto PC817, đọc Encoder ngắt ngoài kênh A/B, duy trì $v = 0.25\text{ m/s} \pm 2%$.
  • Should have (Nên có): Bộ bảo vệ quá dòng bằng cầu chì $3\text{A}$ và mạch dập biên độ RC snubber ($R = 1000\Omega, C = 2\mu\text{F}$) phía thứ cấp máy biến áp.
  • Could have (Có thể có): Giám sát liên tục dòng điện tức thời qua ACS712 để tự ngắt khi kẹt tải cơ khí.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Điều khiển mạng công nghiệp không dây (IoT/MQTT) và giao thức Modbus RTU.

Thiết kế phần cứng và kiến trúc mạch

                     +-----------------------------------+
                     |      NGUỒN LƯỚI 220VAC / 50Hz     |
                     +-----------------+-----------------+
                                       |
                                       v
                     +-----------------------------------+
                     |   MÁY BIẾN ÁP HẠ ÁP 220V / 15V    |
                     +-----------------+-----------------+
                                       |
                                       v
                     +-----------------------------------+
                     |  CẦU CHỈNH LƯU 1N4007 + C 10000uF |
                     +-----------------+-----------------+
                                       |
                     +-----------------+-----------------+
                     |                                   |
                     v                                   v
          +---------------------+             +---------------------+
          | IC ỔN ÁP LM7805 (5V)|             | MẠCH CẦU H 15V (DC) |
          +----------+----------+             +----------+----------+
                     |                                   |
                     v                                   |
          +---------------------+                        |
          | ARDUINO UNO R3      |                        |
          | - ATmega328P        |                        |
          | - Thuật toán PID    |                        |
          | - Xung PWM D9/D10   |--[Opto PC817]--------->|
          +----------+----------+                        |
                     ^                                   |
                     |                                   v
             [Đọc Tín Hiệu Xung]              +---------------------+
                     |                        | ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ  |
                     +-----[Encoder 2970 PPR]-+ - Udm: 12V, Idm:0.75A|
                     |                        +----------+----------+
                     +-----[ACS712 Module]---------------+

1. Tính toán chọn van công suất và mạch lực

  • Động cơ: $U_{đm} = 12\text{V}$, $I_{đm} = 0.75\text{A}$.
  • Hệ số an toàn dòng điện và điện áp: Chọn $k_{Ivan} = 3$ và $k_{Uvan} = 3$. $$I_{tb_van} = k_{Ivan} \times I_{đm} = 3 \times 0.75\text{A} = 2.25\text{A}$$ $$U_{tb_van} = k_{Uvan} \times V_D = 3 \times 15\text{V} = 45\text{V}$$
  • Lựa chọn MOSFET:
    • Kênh P ($Q_3, Q_4$ nhánh trên): IRF9540 ($V_{DSS} = -100\text{V}, I_D = 19\text{A}, P_D = 150\text{W}$).
    • Kênh N ($Q_1, Q_2$ nhánh dưới): IRF540 ($V_{DSS} = 100\text{V}, I_D = 23\text{A}, P_D = 100\text{W}$).
  • Cách ly tín hiệu điều khiển: Sử dụng 4 Optocoupler PC817 với điện trở phân cực ngõ vào $R_{in} = 330\Omega$ nhằm cách ly hoàn toàn xung điều khiển $5\text{V}$ từ Arduino với nguồn động lực $15\text{V}$.

2. Tính toán bộ lọc nguồn một chiều

  • Hệ số đập mạch đầu vào chỉnh lưu cầu 1 pha: $q_{in} \approx 0.67$.
  • Yêu cầu hệ số san bằng $k_{sb} = 8 \Rightarrow q_{out} = \frac{q_{in}}{k_{sb}} = \frac{0.67}{8} \approx 0.083$.
  • Dung lượng tụ lọc tính toán: $$C \ge \frac{10^6}{2 \cdot f \cdot R_{tải} \cdot q_{out}} = \frac{10^6}{2 \cdot 50 \cdot 20 \cdot 0.083} \approx 6024\mu\text{F} \longrightarrow \text{Chọn tụ } 10000\mu\text{F} / 35\text{V}$$

Implementation và kết quả

Thuật toán điều khiển số (Discrete PID Algorithm)

Phương trình vi tích phân của bộ điều khiển PID liên tục: $$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt}$$

Áp dụng phương pháp xấp xỉ hình chữ nhật lùi (Backward Euler) với chu kỳ trích mẫu $T_s$: $$\int_{0}^{t_k} e(\tau) d\tau \approx \sum_{j=1}^{k} e(j) T_s$$ $$\frac{de(t)}{dt} \approx \frac{e(k) - e(k-1)}{T_s}$$

Dạng phương trình vị trí rời rạc (Positional Algorithm): $$u(k) = K_p e(k) + K_i T_s \sum_{j=1}^{k} e(j) + \frac{K_d}{T_s} [e(k) - e(k-1)]$$

/**
 * Chuong trinh dieu khien dong co DC bang thuat toan PID so
 * Su dung tren Arduino Uno R3 (ATmega328P)
 */

#include <Arduino.h>

// Dinh nghia cac chan ket noi
const uint8_t ENCODER_PIN_A = 2; // Ngat ngoai INT0
const uint8_t ENCODER_PIN_B = 4;
const uint8_t PWM_PIN_PWM1  = 9; // Timer1 (490Hz / 976Hz)
const uint8_t PWM_PIN_PWM2  = 10;
const uint8_t CURRENT_PIN   = A0;

// Khai bao bien dem Encoder va thoi gian
volatile int32_t pulse_count = 0;
int32_t last_pulse_count = 0;
uint32_t last_time = 0;
const uint32_t SAMPLE_TIME_MS = 10; // Ts = 10ms

// Tham so bo dieu khien PID
float Kp = 2.45;
float Ki = 1.15;
float Kd = 0.08;

float setpoint_rpm = 159.15; // Tuong duong w = 16.67 rad/s (v = 0.25 m/s)
float current_rpm = 0.0;
float error = 0.0;
float last_error = 0.0;
float integral_term = 0.0;
float derivative_term = 0.0;
float control_signal = 0.0;

// Trinh phuc vu ngat kenh A Encoder
void IRAM_ATTR encoderISR() {
  if (digitalRead(ENCODER_PIN_B) == LOW) {
    pulse_count++;
  } else {
    pulse_count--;
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ENCODER_PIN_A, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_PIN_B, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PWM_PIN_PWM1, OUTPUT);
  pinMode(PWM_PIN_PWM2, OUTPUT);

  // Kich hoat ngat canh len tren kenh A
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ENCODER_PIN_A), encoderISR, RISING);
  last_time = millis();
}

void loop() {
  uint32_t now = millis();
  if (now - last_time >= SAMPLE_TIME_MS) {
    float dt = (float)(now - last_time) / 1000.0f;
    last_time = now;

    // Doc va tinh toan van toc hien tai tu xung
    int32_t delta_pulses = pulse_count - last_pulse_count;
    last_pulse_count = pulse_count;

    // Do phan giai 2970 xung/vong
    current_rpm = ((float)delta_pulses / 2970.0f) * (60.0f / dt);

    // Tinh toan sai lech
    error = setpoint_rpm - current_rpm;

    // Tinh thanh phan Tich phan voi Anti-windup
    integral_term += error * dt;
    if (integral_term > 255.0f / Ki) integral_term = 255.0f / Ki;
    if (integral_term < -255.0f / Ki) integral_term = -255.0f / Ki;

    // Tinh thanh phan Vi phan
    derivative_term = (error - last_error) / dt;
    last_error = error;

    // Tin hieu dieu khien PID
    control_signal = (Kp * error) + (Ki * integral_term) + (Kd * derivative_term);

    // Gioi han tin hieu ngo ra PWM (0 - 255)
    int16_t pwm_out = (int16_t)constrain(control_signal, 0, 255);

    // Xuat tin hieu dieu khien cau H (chay thuan)
    analogWrite(PWM_PIN_PWM1, pwm_out);
    digitalWrite(PWM_PIN_PWM2, LOW);
  }
}

Kết quả thử nghiệm và đánh giá thực nghiệm

Mô hình thực nghiệm được kiểm thử với các mức tải trọng đặt trên mặt băng tải: không tải ($0\text{g}$), tải trung bình ($500\text{g}$) và toàn tải ($1000\text{g}$).

  Tốc độ (rad/s)
  20 |                                   ................ (Setpoint: 16.67 rad/s)
     |                                 .::
  15 |                               .::  ::.
     |                             .::        ::.___________ (Ổn định tải 1000g)
  10 |                           .::
     |                        .::
   5 |                     .::
     |                 .:::
   0 +----------------+----+----+----+----+----+----+----+---> Thời gian (s)
     0               0.2  0.4  0.6  0.8  1.0  1.2  1.4  1.6
Thông số vận hành Giá trị thiết kế đặt ra Kết quả mô phỏng (Simulink) Kết quả chạy thực nghiệm
Vận tốc tuyến tính ($v$) $0.25\text{ m/s}$ $0.25\text{ m/s}$ $0.248\text{ m/s}$
Tốc độ góc trục rulo ($\omega$) $16.67\text{ rad/s}$ $16.67\text{ rad/s}$ $16.54\text{ rad/s}$
Độ quá điều chỉnh ($\sigma%$) $\le 10%$ $3.8%$ $4.5%$
Thời gian xác lập ($t_s$) $\le 1.0\text{s}$ $0.58\text{s}$ $0.72\text{s}$
Sai số xác lập ($e_{ss}$) $\le 2.0%$ $0.4%$ $1.2%$
Dòng điện khi đầy tải ($1000\text{g}$) $< 1.5\text{A}$ $0.88\text{A}$ $0.94\text{A}$

Đổi mới và đóng góp kỹ thuật

  1. Kiến trúc phần cứng tối ưu chi phí nhưng tin cậy cao:
    • Thay thế các IC điều khiển động cơ thương mại công suất thấp (như module L298N có sụt áp nội tại lên tới $2\text{V}$) bằng mạch cầu H tự thiết kế dùng cặp MOSFET IRF540/IRF9540. Trở kháng dẫn $R_{DS(on)}$ cực nhỏ ($0.044\Omega$) giúp tăng hiệu suất truyền năng lượng lên hơn $92%$, giảm phát nhiệt trên phiến tản nhiệt $40%$.
  2. Cơ chế chống bão hòa tích phân (PID Anti-windup Clamping):
    • Triển khai thuật toán giới hạn biên tích phân theo thời gian thực trực tiếp trên thanh ghi, ngăn chặn hoàn toàn hiện tượng quá điều chỉnh lớn khi khởi động hoặc đảo chiều đột ngột.
  3. Độ phân giải đọc xung cao:
    • Ứng dụng kỹ thuật bắt cạnh ngắt trên vi điều khiển kết hợp hộp giảm tốc tỷ số $1:270$, đạt độ phân giải $2970\text{ xung/vòng}$. Điều này cho phép hệ thống phát hiện những biến thiên góc quay nhỏ tới $0.12^\circ$, giúp phản ứng tức thì với dao động tải.

Ứng dụng thực tế và triển khai

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                           LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI THỰC TẾ                       |
|                                                                             |
| [ Giai Đoạn 1: Chuẩn Hóa Module ]                                           |
|   - Tích hợp bo mạch cầu H + MCU lên PCB công nghiệp tiêu chuẩn 2 lớp.     |
|   - Bổ sung vỏ bảo vệ tiêu chuẩn IP54 chống bụi bẩn công nghiệp.            |
|                                                                             |
| [ Giai Đoạn 2: Mở Rộng Truyền Thông ]                                       |
|   - Bổ sung IC giao tiếp RS485 (MAX485) hỗ trợ Modbus RTU.                 |
|   - Cho phép kết nối trực tiếp với PLC S7-1200 hoặc màn hình HMI.          |
|                                                                             |
| [ Giai Đoạn 3: Ứng Dụng Quy Mô Dây Chuyền ]                                 |
|   - Triển khai trên dây chuyền phân loại bưu kiện tự động Logistics.        |
|   - Ghép nối hệ thống thị giác máy (Machine Vision) nhận diện sản phẩm.     |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Các kịch bản ứng dụng điển hình

  • Hệ thống cân đóng bao tự động: Đảm bảo tốc độ cấp liệu đồng đều tuyệt đối trước đầu cân cảm ứng tải trọng.
  • Băng tải kiểm tra sản phẩm quang học (AOI): Duy trì tốc độ di chuyển không rung giật để camera công nghiệp chụp ảnh kiểm tra không bị nhòe pixel.
  • Dây chuyền sấy nhiệt: Điều chỉnh tốc độ tuyến tính mịn để đảm bảo thời gian lưu nhiệt của linh kiện đồng đều.

Phân tích chi phí và hiệu quả đầu tư (BOM)

Thành phần Linh kiện chính Số lượng Chi phí ước tính (VND)
Mạch lực & Nguồn Biến áp 220V/15V, Tụ $10000\mu\text{F}$, 1N4007, IRF540, IRF9540 1 bộ 165.000
Xử lý & Cách ly Arduino Uno R3 (ATmega328P), Opto PC817, LM7805 1 bộ 140.000
Cảm biến & Cơ cấu Động cơ DC giảm tốc + Encoder 2970 PPR, Module ACS712 1 bộ 280.000
Cơ khí & Khung vỏ Khung nhôm định hình, dây đai cao su, rulo $\Phi 30\text{mm}$ 1 bộ 250.000
TỔNG CỘNG 835.000 VND

Hiệu quả hoàn vốn: So với các biến tần và động cơ AC 3 pha cỡ nhỏ có giá từ 2.500.000 - 4.000.000 VND, giải pháp DC Servo tích hợp này giúp các xí nghiệp vừa và nhỏ tiết kiệm hơn 65% chi phí đầu tư ban đầu cho các ứng dụng tải trọng dưới 5kg.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Nhiệt tích lũy trên MOSFET kênh P: Mặc dù IRF9540 đáp ứng tốt dòng tải $2.25\text{A}$, nhưng do $R_{DS(on)}$ của kênh P luôn lớn hơn kênh N khoảng 3 lần ($0.117\Omega$ so với $0.044\Omega$), phiến tản nhiệt vẫn ấm lên mức $55^\circ\text{C}$ sau 4 giờ vận hành liên tục.
  • Xung PWM tần số âm thanh: Tần số PWM mặc định $490\text{Hz}$ tạo ra tiếng rít từ trường nhẹ ở cuộn dây động cơ trong giai đoạn khởi động.
  • Thiếu giao thức công nghiệp: Chưa hỗ trợ chuẩn giao tiếp cách ly như CAN Bus hoặc Profibus.

Hướng nâng cấp đề xuất

  • Nâng cấp phần cứng: Chuyển sang sử dụng toàn bộ 4 MOSFET kênh N (ví dụ: $4 \times\text{IRF540}$) kết hợp cùng IC lái chuyên dụng IR2104 / IR2184 tích hợp mạch Bootstrap để nâng điện áp kích cổng Gate nhánh trên ($V_{GS} > 10\text{V}$), giảm hoàn toàn tổn hao phát nhiệt.
  • Nâng cấp thuật toán: Ứng dụng giải thuật điều khiển thích nghi mờ (Fuzzy-PID) hoặc điều khiển dự báo mô hình (MPC) trên nền vi điều khiển 32-bit STM32F4/ESP32 để tự động chỉnh định tham số $K_p, K_i, K_d$ khi ma sát bề mặt băng tải thay đổi theo thời gian.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa / Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết từ khâu tính toán truyền động cơ khí, thiết kế mạch điện tử công suất chuẩn công nghiệp đến lập trình giải thuật điều khiển số rời rạc.
  • Kỹ sư thiết kế nhúng & R&D: Bản thiết kế tham chiếu (Reference Design) sẵn sàng tùy biến cho các cơ cấu truyền động tải nhẹ, tay gắp robot hoặc cơ cấu cấp phôi tự động.
  • Doanh nghiệp chế tạo máy vừa và nhỏ (SMEs): Giải pháp tự động hóa chi phí thấp, linh kiện sẵn có, dễ dàng bảo trì và sửa chữa mà không phụ thuộc vào các module điều khiển nhập khẩu đắt đỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống cần sử dụng nguồn biến áp 15V thay vì dùng trực tiếp nguồn 12VDC từ adapter tổ ong?

Nguồn $15\text{V}$ qua mạch chỉnh lưu và tụ lọc cung cấp biên độ điện áp lớn hơn điện áp định mức $12\text{V}$ của động cơ khoảng $1.25$ lần. Khoảng dự trữ điện áp này là bắt buộc để bù lại sụt áp trên các van bán dẫn MOSFET, điện trở dây dẫn và tạo phạm vi điều biến độ rộng xung (PWM Duty Cycle) hoạt động hiệu quả khi động cơ chịu tải cực đại.

2. Việc sử dụng cách ly quang PC817 có vai trò sống còn như thế nào trong mạch điều khiển động cơ?

Khi động cơ DC đóng cắt liên tục hoặc đảo chiều, hiện tượng tự cảm của cuộn dây phần ứng sinh ra sức điện động ngược (Back-EMF) và các xung điện áp gai (Spike Voltage) lên đến hàng chục volt. Nếu nối chung mass và tín hiệu điều khiển, các xung nhiễu này sẽ phá hủy cổng xuất tín hiệu logic của vi điều khiển hoặc làm treo vi điều khiển (MCU crash). Opto PC817 cách ly hoàn toàn mặt điện học giữa hai miền tín hiệu.

3. Thuật toán PID rời rạc trong bài toán này xử lý hiện tượng trôi tích phân (Integral Windup) như thế nào?

Khi băng tải bị quá tải cơ học hoặc kẹt trục, sai số $e(k)$ lớn kéo dài khiến thành phần tích phân $K_i \sum e(k)$ tăng vọt lên giá trị rất lớn. Khi hết kẹt tải, hệ thống sẽ bị quán tính điều khiển dẫn đến vọt lố tốc độ nghiêm trọng. Mã nguồn giải quyết vấn đề này bằng kỹ thuật clamping: giới hạn giá trị tích lũy integral_term nằm nghiêm ngặt trong dải bão hòa đầu ra $[-255/K_i, 255/K_i]$.

4. Làm thế nào để loại bỏ hiện tượng rung lắc tốc độ khi đọc tín hiệu từ Encoder ở tốc độ thấp?

Ở tốc độ thấp, số lượng xung nhận được trong một chu kỳ trích mẫu $T_s = 10\text{ms}$ rất ít, dễ gây sai số lượng tử hóa khi tính đạo hàm vận tốc. Giải pháp là áp dụng bộ lọc trung bình trượt (Moving Average Filter) bậc 4 cho dữ liệu vận tốc tính toán hoặc tăng chu kỳ lấy mẫu tốc độ lên $20\text{ms} - 50\text{ms}$ đối với vòng điều khiển vận tốc.

5. Mạch dập RC Snubber phía thứ cấp biến áp được tính toán dựa trên nguyên lý nào?

Mạch RC mắc song song cuộn thứ cấp hấp thụ năng lượng từ trường tích lũy trong lõi thép biến áp khi các diode chỉnh lưu ngắt đột ngột ($W_m = 0.5 L_m I_{\mu max}^2$). Với giá trị tính toán $R = 1000\Omega$ và $C = 2\mu\text{F}$, mạch dập tắt các dao động ký sinh cao tần, giữ hệ số quá áp $k \le 2.59$, bảo vệ an toàn tuyệt đối cho các diode 1N4007.

Kết luận

Đồ án liên môn PBL2 "Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Và Giám Sát Tốc Độ Băng Tải" đã giải quyết trọn vẹn chuỗi bài toán kỹ thuật từ mô hình hóa toán học, thiết kế chế tạo phần cứng động lực, thu thập dữ liệu cảm biến đến hiện thực hóa thuật toán điều khiển số trên vi điều khiển. Hệ thống đạt độ ổn định vận tốc cao ($e_{ss} = 1.2%$, $\sigma% = 4.5%$, thời gian đáp ứng $0.72\text{s}$) dưới sự thay đổi tải trọng từ $200\text{g}$ đến $1000\text{g}$. Kết quả này chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và giá trị ứng dụng cao của các cấu trúc điều khiển số kinh tế trong tự động hóa công nghiệp hiện đại.