Đồ án Thiết kế và thi công mạch điều khiển tốc độ động cơ dc sử dụng thuật toán Pid

ỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Thiều Đoàn Quang Huy MSSV: 16341011 Chuyên ngành: CNKT Điện Tử Truyền Thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 3 Khóa: 2016 Lớp: 163410A I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG THUẬT TOÁN PID II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Nhóm tiến hành việc khảo sát các loại vi điều khiển, lựa chọn động cơ DC, khảo sát các linh kiện liên quan để tiến hành thiết kế mạch.  Tiến hành tìm hiểu và thu thập các số liệu từ các trang mạng và sách về lập trình vi điều khiển ARM. Tham khảo các mô hình điều khiển động cơ để xây dựng lên mô hình điều khiển.  Tìm hiểu các mô hình điều khiển động cơ để lựa chọn và tham khảo cách thức hoạt động phù hợp cho mô hình. 2. Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về bộ điều khiển PID DRIVER để điều khiển tốc độ của động cơ DC.  NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình phần mạch điều khiển.  NỘI DUNG 3: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển động cơ DC.  NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho Vi điều khiển, thiết kế giao diện màn hình để điều khiển.  NỘI DUNG 5: Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế. ii  NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.Nguyễn Minh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH iii TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : THIỀU ĐOÀN QUANG HUY Lớp: 163410A MSSV: 16341011 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG THUẬT TOÁN PID. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 25/09/2017 Tìm tài liệu về bộ điều khiển PID DRIVER để điều khiển 01/10/2017 tốc độ của động cơ DC. Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn 01/10/2017 giải pháp thiết kế và thi công mô hình phần mạch điều 15/10/2017 khiển. 15/10/2017 Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ DC. 29/10/2017 29/10/2017 Thiết kế lưu đồ giải thuật và kiểm tra độ ổn định của 10/11/2017 mạch đã thi công. 10/11/2017 Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển. 28/11/2017 28/11/2017 Thiết kế giao diện hiển thị để điều khiển động cơ DC. 15/12/2017 Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương 15/12/2017 trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của 02/01/2018 mô hình. 02/01/2018 Viết báo cáo thực hiện. 15/01/2018 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv LỜI CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và đề tài trước đó. Các số liệu trong đề tài này được nhóm thu thập từ các tài liệu hướng dẫn và tham khảo một số đề tài liên quan từ đó nhóm đã nghiên cứu và phát triển để thực hiện đề tài này. Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018 Sinh viên thực hiện THIỀU ĐOÀN QUANG HUY v LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học tập ở trường cùng với những kiến thức được các Thầy Cô giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã được các Thầy Cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy, Cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung, đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện được đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy Nguyễn Minh Tâm đã trực tiếp hướng dẫn tận tình cho nhóm trong suốt quá trình làm đồ án, cảm ơn Thầy đã giành thời gian quý báu để hướng dẫn cho nhóm, hỗ trợ các thiết bị cũng như đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm mỗi khi gặp khó khăn. Bên cạnh đó nhóm xin cảm ơn tập thể lớp 163410A đã cùng đồng hành với nhóm trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Các bạn đã cùng nhau giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm và tạo thêm động lực để nhóm có thể hoàn thành được đồ án này. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè. Những người đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơn mọi người Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy Cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện THIỀU ĐOÀN QUANG HUY vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động ..................................................... 5 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển theo sai lệch ......................................................... 6 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển bù nhiễu................................................................ 6 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển theo sai lệch và bù nhiễu ...................................... 7 Hình 2.5 Qúa trình điều khiển với các hệ số Kp khác nhau .............................................. 8 Hình 2.6 Ảnh hưởng khâu hiệu chỉnh tỷ lệ-tích phân với các hằng số thời gian ............. 10 Hình 2.7: Ảnh hưởng khâu hiệu chỉnh tỷ lệ-vi phân với các hằng số thời gian ............... 12 Hình 2.8 So sánh các khâu hiệu chình PD, PI, PID ....................................................... 13 Hình 2.9 Sơ đồ pipline ................................................................................................... 15 Hình 2.10 Sơ đồ module STM32F103VET617 ............................................................... 16 Hình 2.11 Sơ đồ động cơ DC ......................................................................................... 17 Hình 2.12 Cấu tạo của Rotor ......................................................................................... 18 Hình 2.13: Stator của động cơ điện một chiều ............................................................... 19 Hình 2.14: Cổ góp và chổi than ..................................................................................... 19 Hình 2.15 Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều ................................................. 21 Hình 2.16 Encoder động cơ DC ..................................................................................... 21 Hình 2.17 Hai kênh A và B lệch pha nhau trong ............................................................ 22 Hình 2.18 OptoPC817 ................................................................................................... 23 Hình 2.19 Mosfet IRF3205 ............................................................................................ 24 Hình 2.20 Cấu tạo Mosfet .............................................................................................. 25 Hình 2.21 Hoạt động của Mosfet ................................................................................... 26 Hình 2.22 IC SN74HCO2N ............................................................................................ 27 Hình 2.23 IC SN74HC14N ............................................................................................. 28 Hình 2.24 Phần mềm Visual studio 2012 ....................................................................... 29 Hình 2.26 Chạy file vs_ premium ................................................................................... 31 Hình 2.27 Click vào I agree the license sau đó chọn Next .............................................. 32 Hình 2.28 Bắt đầu cài đặt Install ................................................................................... 32 Hình 2.29 Qúa trình chờ cài đặt .................................................................................... 33 x Hình 2.30 Cài đặt giao diện thành công ........................................................................ 33 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................................... 34 Hình 3.2 Khối xử lý trung tâm ....................................................................................... 36 Hình 3.3 Khối Driver ..................................................................................................... 37 Hình 3.4 Khối Logic ...................................................................................................... 37 Hình 3.5 Khối Nguồn 5V................................................................................................ 38 Hình 3.6 Khối Nguồn 3.3V ............................................................................................. 38 Hình 4.1 Mạch in lớp trên .............................................................................................. 40 Hình 4.2 Mạch in lớp dưới ............................................................................................. 41 Hình 4.3 Mạch in 3D lớp trên ........................................................................................ 41 Hình 4.4 Mạch in 3D lớp dưới ....................................................................................... 42 Hình 4.5 Hình ảnh khối nguồn và điều khiển ................................................................. 45 Hình 4.6 Hình ảnh mạch PID DRIVER được đóng gói .................................................. 46 Hình 4.7 Mạch PID DRIVER được đặt vào bên trong hộp ............................................. 46 Hình 4.8 Mô hình hệ thống hoàn chỉnh .......................................................................... 47 Hình 4.9 Lưu đồ điều khiển chương trình chính ............................................................. 48 Hình 4.10 Giao diện trình biên dịch Keil uVision5 ........................................................ 49 Hình 4.11 Giao diện trình biên dịch STM32CubeMX ..................................................... 51 Hình 4.12 Giao diện điều khiển PID .............................................................................. 52 Hình 5.1 Điều khiển động cơ Planet (24V, 60W) ........................................................... 55 Hình 5.2 Điều khiển động cơ (24V, 19W) ...................................................................... 55 Hình 5.2 Điều khiển động cơ (24V, 38W) ...................................................................... 56 Hình 5.3 Trường hợp Kp, Kd, Ki=1 ............................................................................... 56 Hình 5.5 Trường hợp Kp, Kd, Ki=0.001 ........................................................................ 57 Hình 5.6 Trường hợp Kp, Kd, Ki=0.005 ........................................................................ 57 Hình 5.3 Kết luận rút ra được từ việc thay đổi hệ số Kp, Kd, Ki từ thực nghiệm ............ 58 x x LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện...............................................................................42 xiii xiii TÓM TẮT Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp thì bộ điều khiển PID có ứng dụng khá rộng rãi, một giải pháp đa năng cho các ứng dụng cả Analog cũng như Digital. Thống kê cho thấy có tới hơn 90% các bộ điều khiển sử dụng trong thực tế là PID. Rõ ràng nếu có thiết kế và chọn lựa các thông số hợp lý cho bộ điều khiển PID thì việc đạt được các chỉ tiêu chất lượng mong muốn là khả thi. Bộ điều khiển PID cũng giúp người sử dụng dễ dàng tích hợp cũng như chọn các luật điều khiển như : tỉ lệ(P), tích phân(I), tỉ lệ tích phân(PI), tỉ lệ vi phân(PD) sao cho phù hợp đối với các đối tượng điều khiển. Nhiều quá trình trong công nghiệp việc sử dụng bộ điều khiển PID là không thể thay thế như khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ Ngay cả những lý thuyết điều khiển hiện đại cũng không cho ta những hiệu quả cao như bộ điều khiển PID mang lại.Ngoài ra bộ điều khiển PID còn ứng dụng nhiều trong điều khiển thích nghi,bền vững vẫn mang lại hiệu quả cao trong các cơ cấu chỉnh định Ngày nay động cơ điện một chiều được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của khoa học & đời sống như: Trong các dây chuyền sản xuất, ô tô điện, tàu thủy, máy bay. Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và quen thuộc trong ngành điều khiển tự động. Trên cơ sở muốn tìm hiểu thuật toán PID em xin chọn đề tài : Điều khiển động cơ DC motor với giải thuật PID xiii MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...................................................................................ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.....................................................................iv LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................................v LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................vi MỤC LỤC............................................................................................................................vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ...............................................................................................................ix LIỆT KÊ BẢNG............................................................................................................................xii TÓM TẮT.....................................................................................................................................xiii Chương1. TỔNG QUAN..................................................................................................1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................. 1 1.2 MỤC TIÊU ................................................................................................................... 2 1.3 GIỚI HẠN .................................................................................................................... 3 Chương2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................................4 2.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................................. 4 2.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN .................................................................................. 4 2.2.1 Điều khiển (control).................................................................................................... 4 2.2.2 Điều khiển học (cybernctics) ...................................................................................... 4 2.2.3 Lý thuyết điều khiển tự động ...................................................................................... 5 2.2.4 Hệ thống điều khiển tự động (Automatic control system) ......................................... 5 2.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG .......... 5 2.4 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN ............................................................ 6 2.4.1 Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch ........................................................................... 6 2.4.2 Nguyên tắc điều khiển phương pháp bù nhiễu .......................................................... 6 2.4.3 Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch và bù nhiễu ....................................................... 7 2.5 THUẬT TOÁN PID SỐ ................................................................................................ 7 2.5.1 Quy luật tỉ lệ P ............................................................................................................ 7 2.5.2 Quy luật tích phân (I).................................................................................................. 8 2.5.3 Quy luật tỉ lệ tích phân . ..............................................................................................9 2.5.4 Quy luật tỉ lệ vi phân ................................................................................................ 10 2.5.5 Quy luật điều khiển tỉ lệ vi tích phân (Proportional Integral Derivative) ................ 12 2.6 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ....................................................................................... 14 2.6.1 Giới thiệu về vi điều khiển ARM. ............................................................................ 14 2.7 ĐỘNG CƠ DC (MOTOR) .......................................................................................... 17 2.7.1 Khái niệm động cơ điện 1 chiều ............................................................................... 17 2.7.2 Cấu tạo chung của động cơ DC ................................................................................ 17 2.7.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều .......................................................... 20 2.8 ENCODER CỦA ĐỘNG CƠ ĐIẸN 1 CHIỀU ........................................................... 21 2.9 OPTO PC817 ............................................................................................................... 23 2.10 IC MOSFET IRF3205 ............................................................................................... 24 2.10.1 Giới thiệu IC Mosfet IRF3205 ............................................................................... 24 2.10.2 Cấu tạo của Mosfet ................................................................................................. 25 2.10.3 Nguyên lý hoạt động của Mosfet IRF3205 ............................................................ 26 2.11 IC SN74HCO2N ........................................................................................................ 27 2.11.1 Giới thiệu IC SN74HCO2N ................................................................................... 27 2.12 IC SN74HC14N ......................................................................................................... 28 2.12.1 Giới thiệu IC SN74HC14N .................................................................................... 28 2.13 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ....................................................................................... 29 2.13.1 Tổng quan phần mềm C# ....................................................................................... 29 2.13.2 Giới thiệu về phần mềm Visual studio 2012 .......................................................... 29 2.13.3 Tính năng mới của Visual studio 2012 ................................................................... 30 2.13.4 Cách cài đặt Visual studio 2012 ............................................................................. 31 Chương3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ..................................................................34 3.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 34 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................................ 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .................................................................................... 34 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ....................................................................................... 35 a. Thiết kế khối xử lý trung tâm ........................................................................................ 35 Chương4. THI CÔNG HỆ THỐNG........................................................................40 4.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 40 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................................. 40 4.2.1 Thi công bo mạch ..................................................................................................... 40 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ................................................................................................... 45 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................................. 45 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển............................................................................................. 45 4.3.2 Thi công mô hình ...................................................................................................... 46 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................................... 48 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ....................................................................................................... 48 4.4.2 Phần mềm lập trình cho Vi điều khiển ARM ........................................................... 49 4.4.3 Phần mềm tạo Project cho ARM STM32CubeMX .................................................. 50 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ........................................ 52 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ............................................................................... 52 Chương5. KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ......................................................54 5.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH PHẦN CỨNG ......................................................................... 54 5.2 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ ................................................................... 55 Chương6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................59 6.1 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 59 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................................. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 61 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 62 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng của đời sống xã hội, của nền kinh tế quốc dân, của khoa học kỹ thuật của nền công nghiệp v.v bất cứ ở vị trí nào, bất cứ một công việc gì mỗi người trong chúng ta đều tiếp cận với điều khiển nó là khâu quan trọng cuối cùng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta. Kĩ thuật điều khiển trong tiến trình hoàn thiện lý thuyết cũng tạo cho mình nhiều phát triển có ý nghĩa hiện nay khi nhắc tới điều khiển con người dường như hình dung đến sự chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao hơn. Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp thì bộ điều khiển PID có ứng dụng khá rộng rãi, một giải pháp đa năng cho các ứng dụng cả Analog cũng như Digital thống kê cho thấy có tới hơn 90% các bộ điều khiển sử dụng trong thực tế là PID. Rõ ràng nếu có thiết kế và chọn lựa các thông số hợp lý cho bộ điều khiển PID thì việc đạt được các chỉ tiêu chất lượng mong muốn là khả thi. Bộ điều khiển PID cũng giúp người sử dụng dễ dàng tích hợp cũng như chọn các luật điều khiển như : tỉ lệ(P), tích phân(I), tỉ lệ tích phân(PI), tỉ lệ vi phân(PD) sao cho phù hợp đối với các đối tượng điều khiển. Nhiều quá trình trong công nghiệp việc sử dụng bộ điều khiển PID là không thể thay thế như khống chế nhiệt độ, mức, tốc độNgay cả những lý thuyết điều khiển hiện đại cũng không cho ta những hiệu quả cao như bộ điều khiển PID mang lại, ngoài ra bộ điều khiển PID còn ứng dụng nhiều trong điều khiển thích nghi, bền vững vẫn mang lại hiệu quả cao trong các cơ cấu chỉnh định. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Ngày nay động cơ điện một chiều được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của khoa học & đời sống như: Trong các dây chuyền sản xuất, ô tô điện, tàu thủy, máy bay. Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và quen thuộc trong ngành điều khiển tự động có thể thiết kế điều khiển cho đối tượng động cơ điện một chiều theo nhiều phương pháp như: dùng PLC & biến tần, điện tử công suất, vi điều khiểnMỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm khác nhau nhưng đều cùng chung mục đích là điều khiển tốc độ của động cơ trên cơ sở muốn tìm hiểu thuật toán PID em xin chọn đề tài: Điều khiển động cơ DC với giải thuật PID. 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế và thi công mạch PID DRIVER để điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, dùng vi xử lý STM32F103VET6 để điều khiển, ban đầu mình sẽ đưa tín hiệu đầu vào với tốc độ đặt như mong muốn khi cấp nguồn vào cho động cơ quoay thì đồng thời Encoder củng sẽ quoay chân A, B của Encoder đọc tín hiệu qua cảm biến và trả về giá trị xung, giá trị trả về được so sánh với giá trị tốc độ đặt mong muốn ban đầu sẽ cho một hàm sai số đưa tín hiệu hàm sai số này qua bộ PID, hàm PID sẽ xử lý và đưa ra tốc độ mình tính được thông qua xung mà mình đo được xem tốc độ đó có gần bằng với tốc độ đặt mà mình mong muốn ban đầu hay không, tính toán cho đến khi nào tốc độ ngõ ra gần bằng tốc độ mong muốn ban đầu thì kết quả thành công, Dùng ngôn ngữ lập trình C# để thiết kế giao diện điều khiển động cơ DC.  NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu cách sử dụng và phương thức hoạt động của mạch PID DRIVER  Viết chương trình cho vi điều khiển.  Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên giao diện.  Thiết kế và thi công phần cứng mạch.  Kết nối các khối vào module.  Chạy thử nghiệm hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  Viết sách luận văn.  Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.3 GIỚI HẠN Trong thời gian thực hiện đề tài là có hạn, với lượng kiến thức truyền đạt trong suốt khóa học và khả năng có hạn, nhóm thực hiện đề tài giải quyết được những vấn đề sau: - Thiết lập được giao diện để điều khiển động cơ và hiển thị trạng thái hoạt động của động cơ lên giao diện để quản lý. - Xác định được 3 thông số: Kp, Kd, Ki chuẩn nhất của bộ PID để tốc độ ngõ ra bằng với giá trị tốc độ đặt như mong muốn ban đầu. - Đảo được chiều quoay động cơ quoay thuận và quoay nghịch. - Điều khiển được nhìu động cơ với công suất khác nhau. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU Điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của khoa học và kỹ thuật lĩnh vực này hữu hiệu khắp nơi từ hệ thống phi thuyền không gian, hệ thống điều khiển tên lửa, máy bay không người lái, người máy, tay máy trong các quy trình sản xuất hiện đại, và ngay cả trong đời sống hàng ngày: Điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ v.v Theo mong muốn của đề tài là dùng giải thuật PID để điều khiển tốc độ của động cơ và đảo chiều quoay của động cơ, theo như mong muốn trong phạm vi đề tài có sử dụng khối vi điều khiển STM32F103VET6, khối mạch cầu H để điều khiển động cơ DC. Module STM32F103VET6 đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của mạch thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở (open-source) trong khi đó module cầu H được thiết kế tối ưu giá thành thấp phục vụ cho việc đảo chiều quoay của động cơ, sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu từng khối module củng như hoạt động của chúng phục vụ cho việc thực hiện đề tài. 2.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.2.1 Điều khiển (control) Là tập hợp tất cả các tác động có mục đích nhằm điều khiển một quá trình này hay quá trình khác. Theo một quy luật hay một chương trình cho trước. 2.2.2 Điều khiển học (cybernctics) Là khoa học nghiên cứu những quá trình điều khiển và truyền thông máy móc, sinh vật và kinh tế điều khiển học mang đặc trưng tổng quát và được phân chia thành nhiều lĩnh vực khác nhau như: toán điều khiển, điều khiển học kỹ thuật, điều khiển học sinh vật (phỏng sinh vật: bionics), điều khiển học kinh tế. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.3 Lý thuyết điều khiển tự động Là cơ sở lý thuyết của điều khiển học kỹ thuật điều khiển tự động là thuật ngữ chỉ quá trình điều khiển một đối tượng trong kỹ thuật mà không có sự tham gia của con người (automatic) nó ngược lại với quá trình điều khiển ở chế độ tay (manual). 2.2.4 Hệ thống điều khiển tự động (Automatic control system) Tập hợp tất cả các thiết bị kỹ thuật nhằm đảm bảo điều khiển tự động một quá trình nào đó được gọi là hệ thống điều khiển tự động 2.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Một hệ thống điều khiển gồm có 3 thành phần cơ bản đó là: - Đối tượng điều khiển (Object device) - Thiết bị điều khiển (Controler device) - Thiết bị đo lường (Measuring device) Sơ đồ tổng quát: y(t) u(t) e(t) x(t) C O z(t) M Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động. Các tín hiệu tác động trong hệ thống: u(t) : tín hiệu vào (input) y(t) : tín hiệu ra (output) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT x(t) : tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng (O) e(t) : sai lệch điều khiển z(t) : tín hiệu phản hồi 2.4 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN Có 3 nguyên tắc điều khiển cơ bản: 2.4.1 Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch x(t) u(t) e(t) y(t) C O z(t) M Hình 2.2: sơ đồ nguyên tắc điều khiển theo sai lệch Tín h