Do an dieu khien dong co dc bang PCi/USB 6221 tren co so labview

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI ĐẠI HỌ HỌC CÔNG NGHIỆ NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ NGHỆ ĐIỆ ĐIỆN N TỬ TỬ

ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN HỌ HỌC PHẦ PHẦN 2B ĐIỀU ĐIỀ U KHIỂ KHIỂN TỐC TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG CARD CARD PCI PCI / USB 6221 TRÊN CƠ SỞ PHẦ PHẦN MỀ MỀM LABVIEW

Giảng viên hƣớ ng ng dẫn : Th.s Nguyễn Ngọc Sơn Sinh viên thực hiện: MSSV: 10062211 Đặng Xuân Toản Hồ Viết Đạt 10251791 ĐHĐT6A Lớ p : Khoá : 2010 -2014 Email: Xuantoan287@ [email protected] gmail.com TP. Hồ Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 2013


ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN HỌ HỌC PHẦ PHẦN 2B ĐIỀU ĐIỀ U KHIỂ KHIỂN TỐC TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG CARD PCI 6221 6221 TRÊN CƠ SỞ PHẦ PHẦN MỀ MỀM LABVIEW

Giảng viên hƣớ ng ng dẫn : Th.s Nguyễn Ngọc Sơn Sinh viên thực hiện: MSSV: Đặng Xuân Toản 10062211 Hồ Viết Đạt 10251791 ĐHĐT6A Lớ p : Khoá : 2010 -2014 TP. Hồ Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 2013


ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN HỌ HỌC PHẦ PHẦN 2B ĐIỀU ĐIỀ U KHIỂ KHIỂN TỐC TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG CARD PCI 6221 6221 TRÊN CƠ SỞ PHẦ PHẦN MỀ MỀM LABVIEW

Giảng viên hƣớ ng ng dẫn : Th.s Nguyễn Ngọc Sơn Sinh viên thực hiện: MSSV: Đặng Xuân Toản 10062211 Hồ Viết Đạt 10251791 ĐHĐT6A Lớ p : Khoá : 2010 -2014 TP. Hồ Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 2013

Đồ Án Học Phần 2B

GVHD: Th.s Nguyễn Ngọc Sơn

LỜ I MỞ MỞ ĐẦ ĐẦU U Trong quá trình công nghi ệ p hóa- hiện đại hóa đất nƣớ c. c. Tự động hóa là yếu tố không thể thiếu trong một nền công nghiệ p hiện đại. Nói đế n tự động hóa thì máy tính là ợ đắc lực nhất và không thể thiếu đƣợ c trong r ất nhiều lĩnh vự c, đặc biệt một công cụ hỗ tr ợ đắ trong đo lƣờng và điề u khiển. Việc ứng dụng máy tính vào k ỹ thuật đo lƣờng và điề u khiển đã đem lại nhiều k ết quả đầy tính ƣu việ t. Các thi ết bị, hệ thống đo lƣờng và điề u khiển ghép nối vớ i máy tính có độ chính xác cao, th ờ i gian thu thậ p dữ liệu ngắn. Nhƣng điều đáng quan tâm nhất là mức độ tự động hóa trong việc thu thậ p và xử lý k ết quả đo, kể cả việc lậ p bảng thống kê, đồ họa, cũng nhƣ in ra kết quả. Để đo lƣờng và điề u khiển hệ thống thì ngoài các thi ết bị ghép nối vớ i máy tính, còn có Sm ột chƣơng trình nạp vào máy tính để xử lý và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống. Việc ứng dụng máy tính vào trong các h ệ thống truyền động điề u khiển tốc độ, vị trí ngày càng ph ổ biến. Ví dụ nhƣ trong các dây truyề n lắ p ráp các sản phẩm k ỹ thuật cao, trong việc gia công s ản phẩm có hình dạng, kích thƣớc đƣợ c vẽ trƣớ c trên máy tính, trong cơ cấu truyền động cho tay máy, ngƣời máy, cơ cấu ăn dao máy cắ t gọt kim loại quay anten, kính viễn vọng, trong các h ệ thống bám, tùy động,… LabVIEW là một ngôn ngữ lậ p trình chuyên nghiệp trong lĩnh vự c tự động hóa, là một môi trƣờ ng ng lậ p trình cho phép tạo ra các chƣơng trình sử dụng kí hiệu đồ họa giúp tạo lên những giao diện chƣơng trình chuyên nghiệ p. Nó chứa đựng r ất nhiều khả năng, sức mạnh khi phát triển và thực thi các ứng dụng tự động hóa: đo lƣờ ng, ng, thu thậ p, phân tích, xử lí dữ liệu... Thế giớ i thiết bị ảo của labVIEW r ất gần gũi và liên kết chặt chẽ vớ i thế giới điều khiển tự động thực.

2



LỜ I CẢM CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành g ửi lờ i cảm ơn đến nhà trƣờ ng ng và các th ầy cô trong khoa điện tử đã tận tình dạy dỗ và dìu d ắt chúng em trong su ốt thờ i gian học vừa qua, để chúng em có ki ến thức chuyên môn, để chúng em có thể làm việc và giúp ích cho xã hội. Để thực hiện thành công đồ án này em xin chân thành c ảm ơn sự hƣớ ng ng dẫn, chỉ đạo tận tình của thầy Nguyễ Nguyễn Ngọc Ngọc Sơn, thầy đã hƣớ ng ng dẫn tận tình giúp chúng em đị nh hƣớ ng, ng, góp ý và cung c ấp ý tƣởng cũng nhƣ chỉ dẫn về tài liệu và các ti ến trình thực hiện đồ án. Sự hƣớ ng ọng để chúng em có th ể hoàn thành đề tài ng dẫn của thầy là yếu tố quan tr ọng đƣợ c giao. đỡ và động viên trong suốt Cuối cùng em xin g ửi lờ i cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ và quá trình làm đồ án. Do kinh nghi ệm và trình độ còn hạn chế nên phần thể hiện và trình ất mong đƣợ c sự giúp đỡ và bày của chúng em còn nhi ều khiếm khuyết.R ất và tham khảo ý kiến của các Th ầy cô để chúng em có thể phát triển thêm đề tài. Chúng em xin chân thành c ảm ơn ! Sinh viên thực hiện Đặng Đặng Xuân Toả Toản Đạt Hồ Viết Viết Đạt

3



NHẬ NH ẬN XÉT (Giáo viên hƣớ ng ng dẫn) ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................... ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................... ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................... ................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................. 4



NHẬN XÉT (Hội đồng phản biện) .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. 5



MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU: Trang CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU..............................................................................10 1.1. Lý do chon đề tài .............................................................................10 1.2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................10 1.3. Đối tƣợ ng phạm vi nghiên c ứu ........................................................10 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứ u .................................................................10 1.5. Ý nghĩa khoa họ c và thực tiễn của đề tài .......................................10 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆ N MỘT CHIỀU.................11 2.1. Khái quát về động cơ điện một chiều ...............................................11 2.2. Cấu tạo cơ bản máy điện một chiều ...................................................11 2.2.1. Cấu tạo .............................................................................................. 11 2.2.2. Nguyên lý hoạt động .........................................................................13 2.2.3. Phân loại động cơ điện một chiều .....................................................13 2.3. Điều KHIỂN ĐỘNG CƠ DC. ............................................................14 2.3.1. Khái niệm chung ...............................................................................14 2.3.2. Cảm biến (Encorder) .........................................................................15 2.3.3. Các phƣơng trình cơ bản của máy điện một chiều ...........................16 2.3.4. Các phƣơng pháp điề u khiển tốc độ động cơ . ...................................17 CHƢƠNG 3 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂ N PID.....................................18 3.1. Bộ điều khiển PID tƣơng tự.................................................................18 3.2. Lý thuyết điều khiển bộ điều chỉnh PID số .........................................19 3.2.1. Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) ................................................ 19 3.2.2. Khâu tích phân I ...............................................................................20 3.2.3. Khâu điều khiển vi phân D: (hoạt động dạo hàm) ...........................21 3.2.4. Khâu tích phân tỉ lệ (PI) ...................................................................21 3.2.5. Khâu PID ..........................................................................................21 3.3. Các phƣơng pháp thiế t k ế bộ điều chỉnh PID ......................................23 3.3.1. Phươ ng pháp Ziegler-chols .............................................................. 23 3.3.2. Phươ ng pháp Chien-Hrones-Reswick .............................................. 25 CHƢƠNG 4 Lập trình trong môi trƣờ ng labview ....................................26 4.1. Khái quát chung v ề phần mềm labview ..............................................26 4.1.1. Giớ i thiệu về LABVIEW ..................................................................26 4.1.2. Các chức năng chính của LABVIEW ..............................................26 4.2. Thiết bị ảo (VI- Vitual Instrument) .....................................................26 4.2.1. Front panel .......................................................................................27 4.2.2. Sơ đồ khối (Block Diagram) .............................................................27 4.3. K Ỹ THUẬT LẬP TRÌNH LABVIEW................................................28 4.3.1. Khởi động chƣơng trình ...................................................................28 4.3.2. Công cụ trên thanh giao diện ............................................................30 6



4.3.2.1. Thanh công cụ trên front panel ......................................................30 4.3.2.2. Thanh công cụ trên Block Diagram............................................... 30 4.3.3. Các công c ụ hỗ tr ợ lậ p trình .............................................................31 4.3.3.1. Tool Panel ......................................................................................31 4.3.3.2. Bảng điều khiển (Controls Palette)................................................32 4.3.3.3. Bảng chức năng Functions Palette ................................................32 4.3.4. Các khối lậ p trình thông dụng .......................................................... 33 CHƢƠNG 5 GIỚI THIỆU VỀ CARD PCI 6221.......................................37 5.1. Tổng quan về card PCI 6221 ...............................................................37 5.2. Sơ đồ nối chân .....................................................................................38 5.3. Thông số kĩ thuật .................................................................................39

5.3.1. Đầu vào tƣơng tự ..............................................................................39 5.3.2. Đầu ra tƣơng tự .................................................................................40 5.3.3. Kỹ thuật số I/O .................................................................................41 5.3.4. Lập trình thời gian / Bộ đếm ............................................................41 5.3.5. I/O k ết nối mô tả tín hiệu ..................................................................41

CHƢƠNG 6 Thiết K ế Phần Cứng Và Giao Diện Điều Khiển ...................43 6.1. Phƣơng Án Thiế t K ế ..........................................................................43 6.1.1. Yêu cầu thiết k ế ................................................................................43 6.1.2. Thiết k ế .............................................................................................43 6.1.3. Modul Driver L298...........................................................................43 6.1.4. Phƣơng pháp điề u khiển ...................................................................44 6.2. Giao diện điều khiển bằng máy tính ....................................................44 6.2.1. Front Panel và Block diagram c ủa chƣơng trình ..............................45 6.2.1.1. Kết nối Dac đọc giá trị encoder .....................................................45 6.2.1.2. K ết nối đầu ra xuất xung PWM Analog Output ............................46 6.2.1.3. Khâu hiệu chỉnh PID .....................................................................48 6.2.1.4. Tạo nút tắt dừng .............................................................................48 6.3. Giao diện và chƣơng trình ...................................................................49 7



6.3.1. Giao diện chính Front Panel .............................................................49 6.3.2. Chƣơng trình Block Diagram ...........................................................50 6.3.3. K ết quả đạt đƣợ c ...............................................................................50 K ẾT LUẬ N TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình ảnh Hình 1. Động cơ Servo

trang 11

Hình 2 : Mặt cắt ngang máy điện một chiều

12

Hình 3: Các thành phần của động cơ DC Servo

12

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điệ n một chi ều

13

Hình 5: Các lo ại động cơ điện một chiều Hình 6 : Nguyên lý đế m của Encoder.

14

Hình 7 : Hình dạng đĩa encoder

15

Hình 8 : xung đầu ra của econder

16

Hình 9:Cấu trúc bộ điều khiển PID

18

Hình 10 : Sơ đồ bộ điều khiển PID số Hình 11: Chống bão hòa tích phân Hình 12: Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S

22 23 23

Hình 13 : Đáp ứng nấc của hệ kín khi k = k th

24

Hình 14: Đáp ứng nấc của hệ thích hợ p cho phƣơ ng pháp Chien-

25

15

Hrones-Reswick

Hình 15 : Giao diện front panel

27

Hình 16 : Giao diện của sơ đồ khối. Hình 17: Thanh công c ụ giao diện front panel Hình 18: Thanh công c ụ giao diện Block Diagram Hình 19: Bảng điều khiển (Controls Palette)

28 30 30 32 8



Hình 20: Bảng chức năng Functions Palette Hình 21: Các kí hi ệu trong toán học

33

Hình 22: Các toán tử so sánh

34

Hình 23: Khối PID

34

Hình 24: Khối biểu diễn đồ thị

35

Hình 25: Các hàm

35

Hình 26: Các biến

36

Hình 27: Khối k ết nối Ni DAQ I/O

36

Hình 28: Card PCI 6221

37

Hình 29: Sơ đồ nối chân Hình 30 : Sơ đồ Modul Driver L298

38 43

Hình 31: Giao diện chính Front Panel

49

Hình 32: Chƣơng trình Block Diagram

50

Hình 33: K ết quả đạt đƣợ c Hình 34: Mô hình thực nghiệm 1

50

Hình 35: Mô hình thực nghiệm 2

52

51

9



CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1.

LÝ DO CHON ĐỀ TÀI

Ngày nay,vớ i sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đòi hỏi sự tăng trƣở ng tƣơng ứng trong hạ tầng cơ sở k ỹ thuật.Và nhiệm vụ của ngƣờ i k ỹ sƣ là tìm và xử lý các bài toán đặt ra trong quá trình tính toán đó,đồ ng thờ i giám sát và có th ể đƣa ra hình ảnh mô phỏng cụ thể. Một trong những bài toán khó đó là điề u khiển chính xác vị trí c ủa một đối tƣợ ng cụ thể nhƣ động cơ,cơ cấu tr ục Vít-me,..Và công c ụ r ất mạnh để có thể xử lý,mô phỏng bài toán trên là LabVIEW.

1.2.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨ U CỦA ĐỒ ÁN

Trong phạm vi nghiên c ứu của đồ án chúng em ch ủ yếu nghiên cứu về cách thức sử dụng phần mềm Labview cơ bản nhƣ: cách tạ o giao diện , lập trình sơ đồ khối , tạo thiết bị ảo (VI) và thi ết bị con Sub VI, ….. Nghiên cứu card PCI 6221 t ừ đó kết hợ p với Labview để tạo ra một ứng dụng cụ thể trong đo lƣờng và điề u khiển.

1.3.

ĐỐI TƢỢ NG PHẠM VI NGHIÊN CỨ U Đối tƣợ ng nghiên cứu chung của đồ án là:

-

Phần mềm Labview Carb PCI 6221

Phạm vi nghiên c ứu: Do phạm vi nghiên cứu ngắn nên chúng em ch ỉ tậ p trung nghiên cứu một ứng dụng quen thuộc của Labview và card PCI 6221. Đó là điề u khiển tốc độ động cơ DC dùng card PCI 6221 trên cơ sở phần mềm Labview.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U. Để thực hiện nghiên cứu đề tài khoa học này, chúng em đã k ết hợ p 3 phƣơ ng pháp sau: - P hươ ng pháp nghiên c ứ u lý thuy ế t : Nghiên cứu các vấn đề v ề ứng d ụng điều khiển PID số, các mô hình động cơ điện một chiều, điều khiển và giám sat trên n ền phần mềm Labview. - Phươn g pháp mô phỏng : Sử dụng công cụ tính toán và mô ph ỏng trong phần mềm Labview, tạo dữ liệu mô phỏng và nhận dạng mô hình th ực nghiệm động cơ. - Phương pháp thự c nghiệm: Thiết k ế mạch phần cứng để điều khiển,hệ thống giám sát. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰ C TIỄN CỦA ĐỀ TÀ K ết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện một phƣơ ng pháp điều khiển mớ i khắc phục đƣợ c một số nhƣợ c điểm của các phƣơ ng pháp ĐK tƣơng tự. 1.4.

10



CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Hiện nay động cơ điện một chiều vẫn đƣợ c dùng r ất phổ biến trong các h ệ thống truyền động điện chất lƣợ ng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài W đến hàng MW. Đây là loại động cơ đa dạng và linh ho ạt, có thể đáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc, và hãm v ớ i tải tr ọng nặng. Động cơ điện một chiều cũng dễ dàng đáp ứng vớ i các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ r ộng và đảo chiều nhanh vớ i nhiều đặc tuyến quan hệ mômen – tốc độ. Trong động cơ điện một chiều, bộ biến đổi điện chính là các m ạch chỉnh lƣu điều khiển. Chỉnh lƣu đƣợ c dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ . Chỉnh lƣu ở đây sử dụng chỉnh lƣu cầu 3 pha. 2.2. CẤU TẠO CƠ BẢN MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.2.1. Cấu tạo 2.1.

Hình 1. Động cơ Servo Giống nhƣ các loại động cơ điện khác, động cơ điện một chiều cũng gồm có stator và rotor ….Động cơ điện một chiều gồm có stator, rotor, cổ góp và chổi điện

11



Hình 2 : mặt cắt ngang máy điện một chiều

Hình 3 Các thành phần của động cơ DC Servo Stator : còn gọi là phần c ảm, gồm dây quấn kích thích đƣợ c qu ấn tậ p trung trên các cực từ stator. Các c ực từ stator đƣợ c ghép cách điện từ các lá thép k ỹ thuật điện đƣợ c dậ p định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm, và đƣợ c g ắn trên gông từ bằng thép đúc, cũng chính là vỏ máy. Rotor : còn đƣợ c gọi là ph ần ứng, gồm lõi thép phần ứng và dây quấn phần ứng. lõi thép phần ứng có hình tr ụ, đƣợ c ghép từ các lá thép k ỹ thuật điện ghép cách điện vớ i nhau. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, đƣợ c đặt vào các rãnh trên lõi thép rotor. Các phần tử dây quấn rotor đƣợ c nối tiế p nhau thông qua các lá góp trên c ổ góp. Lõi thép phần ứng và cổ góp đƣợ c cố định trên tr ục rotor. C ổ góp vàch ổ i đ i ện : làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng.

12



2.2.2. Nguyên lý hoạt động

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý làm vi ệc của động cơ điện một chiều Một khung dây abcd hai đầu nối vớ i 2 phiến góp, đặt trong từ trƣờ ng của một nam châm vĩnh cửu N-S, hai ch ổi điện A và B đặt cố định và tỳ sát lên trên 2 phi ến góp. Đặt điện áp một chiều U vào hai ch ổi than A, B. Khi đó trong dây quấ n phần ứng sẽ sinh ra dòng điện Iƣ. Các thanh d ẫn ab, cd có dòng điệ n chạy qua, lại đƣợc đặt trong từ trƣờ ng của nam châm vĩnh cửu lại chịu tác dụng của lực Fđt tác dụng làm cho roto quay. Chiều quay của roto cùng chi ều vớ i lực điện từ đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay đƣợ c nửa vòng thì vị trí các thanh d ẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau đo đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều của lực tác dụng không đổi đả m bảo động cơ có chiều quay không đổ i. Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ Uk nào đó thì trong dây quấ n kích từ sẽ xuất hiện dòng kích t ừ ik và do đó mạch từ của máy s ẽ có từ thông . Tiếp đó đặt một giá trị điệ n áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phấn ứng sẽ có một dòng điện I chạy qua. Tƣơng tác giữa đòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành mômen điện từ. Giá trị mômen điện từ đƣợc tính nhƣ sau:



   

Trong đó các p: số đôi cặp cực của động cơ. n: số thanh đẫn phần ứng dƣới một cực từ. a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng. k: hệ số kết cấu của máy. Và mômen điện từ này kéo cho phần ứng quay quanh trục. 2.2.3. Phân loại động cơ điện một chiều Dựa vào hình th ức kích từ, ngƣờ i ta chia động cơ điện một chiều thành các lo ại sau: Động cơ đ iện một chiề u kích t ừ độc l ậ p: Dòng điện kích từ đƣợ c lấy từ nguồn riêng biệt so v ớ i phần ứng. Tr ƣờ ng hợ p đặc biệt, khi từ thông kích từ đƣợ c tạo ra bằng nam châm v ĩ nh cữu, ngƣờ i ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích v ĩ nh cửu. Động cơ đ iện một chiề u kích t ừ song song: Dây quấn kích từ đƣợ c nối song song vớ i 13



mạch phần ứng. Động cơ đ iện một chiề u kích t ừ nố i tiế p: Dây quấn kích từ đƣợ c mắc nối tiế p vớ i mạch phần ứng. Động cơ đ iện một chiề u kích t ừ hỗ n hợ p: Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiế p. Trong đó, cuộn kích từ song song thƣờ ng là cuộn chủ đạo. Hình 1.3 trình bày các loại động cơ điện một chiều

Hình 5: Các lo ại động cơ điện một chiều a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lậ p b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiế p d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợ p 2.3. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC 2.3.1. Khái niệm chung Điều khiển tốc độ là một yêu cầu: cần thiết tất yếu của các máy sản xuất. Ta biết r ằng hầu hết các máy s ản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta l ựa chọn các tốc độ khác nhau để tối ƣu hóa quá trình sả n xuất. Muốn có đƣợ c các tốc độ khác nhau trên máy ta có th ể thay đổi cấu trúc của máy nhƣ tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc độ của chính dộng cơ truyền động. Tốc độ làm việc của động cơ do ngƣời điề u khiển quy định đƣợ c gọi là tốc độ đặt. Trong quá trình làm vi ệc, tốc độ của động cơ có thể bị thay đổi vì tốc độ của động cơ phụ thuộc r ất nhiều vào các thong s ố nguồn, mạch và tải nên khi các thông s ố thay đổi thì tốc độ động cơ sẽ bị thay đổi theo. Tình tr ạng đó gây ra sai số về tốc độ và có th ể không cho phép. Để khắc phục ngƣờ i ta dùng những phƣơng pháp ổn đị nh tốc độ. Độ ổn định tốc độ còn ảnh hƣở ng quan tr ọng giải đièu chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ ) và khả năng quá tải của động cơ. Độ ổn định càng cao thì khả năng mở r ộng và mômen quá tải càng lớ n. Có r ất nhiều phƣơng pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ nhƣ: Điều chỉnh tham số. Điều chỉnh điện áp nguồn. Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ. 14



2.3.2. Cảm biến (ENCODER) : Phƣơng pháp đo tốc độ động cơ thông dụ ng nhất hiện nay dùng c ảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hi ệu từ encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này đƣợc đƣa vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thờ i gian cho phép t ừ đó ta có thể tính đƣợ c giá tr ị vận tốc của động cơ. Đây cũng là phƣơng pháp mà ngƣờ i ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm....

Hình 6 : Nguyên lý đếm của Encoder. Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Ngƣờ i ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua đƣợ c, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia c ủa đĩa, ngƣời ta đặ t một con mắt thu. Vớ i các tín hi ệu có, hoặc không có ánh sáng chi ếu qua, ngƣờ i ta ghi nhận đƣợc đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Nhƣ vậy là encoder s ẽ tạo ra các tín hi ệu xung vuông và các tín hi ệu xung vuông này đƣợ c cắt từ ánh sáng xuyên qua l ỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó. Đố i với encoder mình đang dùng thì nó có 2 tín hiệ u ra lệch pha nhau 90. Hai tín hiệu này có thể xác định đƣợ c chiều quay của động cơ.

Hình 7 : Hình dạng đĩa encoder 15



Hai xung đƣa ra lệch nhau một góc 90 độ nếu vòng ngoài nhanh pha hơn vòng trong thì động cơ quay từ trái sang ph ải và ngƣợ c lại

Hình 8 : xung đầu ra của econder 2.3.3. Các phƣơng trình cơ bản của máy điện một chiều: Suất điện động phần ứng E=K (1) Điện áp phần ứng U= E+R Ƣ IƢ (2) Mômen phần ứng M= K (3) Trong đó: U: điện áp của lƣới điện một chiều E: suất điện động cảm ứng trong cuộn dây rotor khi nó quay trong từ trƣờng do cuộn dây kích từ tạo ra. : từ thông trên mỗi cực (Wb) IƢ: dòng phần ứng (A) U: điện áp phần ứng (V) R Ƣ: điện tr ở phần ứng (Ω) : tốc độ động cơ(rad/s) : mômen phần ứng của động cơ (Nm) : hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ Từ công thức (1) và (3), ta có:    (4)  







 

      (5) Hay      

Với động cơ một chiều kích từ độc lậ p, nếu điện áp kích từ đƣợc duy trì không đổ i, có thể giả thiết r ằng từ thông động cơ không đổi khi mômen động cơ thay đổi.Khi đó ta có:



K =constant (6) Nhƣ vậy đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập là một đƣờng thẳng. Tốc độ không tải của động cơ xác định bởi điện áp cung cấp U và từ thông kích từ K . Tốc độ động cơ giảm khi mômen tải tăng và độ ổn định tốc độphụ thuộc vào điện trở phần ứng R Ƣ . Trong thực tế do phản ứng phần ứng, từ thông giảm do mômen tăng dẫn đến tốc độ động cơ suy giảm ít hơn là tính toán theo công thức trên. Với mômen lớn từ thông có thể suy giảm đến mức độ dốc đặc tính cơ trở nên dƣơng dẫn đến hoạt động không ổn định. Vì vậy, cuộn bù thƣờng hay đƣợc sử dụng để làm giảm hiệu ứng khử từ của phản



16



ứng phần ứng. Với động cơ công suất trung bình, độ sụt tốc khi tải định mức so với khi không tải khoảng 50%. Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp, từ thông là một hàm của dòng phần ứng. Nếu giả thiết động cơ hoạt dộng trong vùng tuyến tính của đặc tính từ hóa, có thể xem từ thông tỉ lệ bậc nhất với dòng phần ứng, nghĩa là: =K ktI (7) Thay (7) vào (1), (4) vào (5) ta đƣợc: M= KK ktI2Ƣ (8)    (9)   





           √    

(10)

R ƣ lúc này là tổng của điện trở mạch phần ứng và điện trở phần kích từ. Đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp đƣợc vẽ nhƣ hình trên . Có thể thấy rằng tốc độ của động cơ suy giảm nhiều theo mômen tải. Tuy nhiên trong thực tế, các động cơ tiêu chuẩn thƣờng đƣợc thiết kế làm việc tại các cánh chỏ (Knê - point) của đặc tính từ hóa khi mang tải định mức. Với tải trên định mức, mạch từ động cơ bão hòa, khi đó từ thông không thay đổi nhiều theo dòng tải  dẫn đến đặc tính cơ tiệm cận với đƣờng thẳng. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi momen khởi động cao và có thể quá tải nặng. Với momen tải nặng, từ thông động cơ cũng tăng theo. 2.3.4. Các phƣơng pháp điều khiển tốc độ động cơ





Từ các phƣơng trình trên ta biể u diễn quan hệ giữa tốc độ độ- momen, điện áp, dòng phần ứng, từ thông và điện tr ở . Ta có thể thấy rằng tốc độ động cơ có thể đƣợc điều khiển bằng các phƣơng pháp sau: Điều chỉnh điện áp phần ứng. 1. Điều chỉnh từ thông. 2. Điều chỉnh điện trở phần ứng . 3. Phƣơng Pháp điều khiển độ rộng xung PWM. 4. Về phƣơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ƣu việt hơn so với loại động cơ khác, không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển dơn giản hơn đồng thời đạt chất lƣợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Trong thực tế có hai phƣơng pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ . Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ . Trong các phƣơng pháp trên : Phƣơng Pháp điều khiển độ rộng xung PWM đƣợc sử dụng là thích hợp nhất.

17



CHƢƠNG 3 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID Một vấn đề điều khiển có thể có nhiều đặc điểm khác nhau nhƣ độ ổn định của vòng kín và vòng hở , loại bỏ đƣợ c nhiễu loạn bƣớ c, thờ i gian thiết lập, đỉnh vọt lố, thờ i gian xác lập, độ dốc suy giảm .Chúng em nhận thấy r ằng PID có lẽ là thiết k ế điều khiển hồi tiếp đƣợ c sử dụng nhiều nhất, nó đã đảm bảo đƣợ c những điều kiện cần thiết khi điề u chỉnh động cơ nhƣ đã nói ở trên. Các bộ điều khiển PID là lớ p thiết lậ p tốt nhất trong hệ thống điều khiển, hơn nữa cùng vớ i kiến thức đã đƣợ c học trong nhà trƣờ ng mà niềm mong muốn tìm hiểu k ỹ hơn về bộ điều khiển PID , do yêu cầu của đề tài nên chúng em quy ết định chọn bộ điều khiển PID để điều khiển cho động cơ DC của mình. 3.1. BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TƢƠNG TỰ PID là cách viết tắt của các từ Propotional (t ỉ lệ), Integral (tích phân) và Derivative (đạo hàm). Tuy xuất hiện r ất lâu nhƣng đế n nay PID vẫn là giải thuật điều khiển đƣợ c dùng nhiều nhất trong các ứng dụng điều khiển tự động. Bộ điều khiển PID đƣợ c sử dụng r ộng rãi trong thực tế để điều khiển các đối tƣợ ng khác nhau nhƣ nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mức chất lỏng trong bồn chứa…Lý do bộ điều khiển này đƣợ c sử dụng r ộng rãi là vì nó có khả năng triệt tiêu sai s ố xác lập, tăng đáp ứng quá độ , giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ điều khiển đƣợ c chọn lựa thích hợ p. Do sự thông dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra đờ i các bộ điều khiển thƣơng mại r ất thông dụng. PID là bộ điều khiển hoàn hảo gồm ba tính ch ất sau: Phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ đƣợ c giao (tỷ lệ P). Làm việc có tích lũy kinh nghiệm để thực hiện tốt nhiệm vụ (tích phân I). Luôn có sang kiến và phản ứng nhanh nhạy vớ i sự thay đổi tình huống trong quá trình thực hiện nhiệm vụ (vi phân D). Cấu trúc của b ộ điều khiển PID (hình 2.1) g ồm có ba thành ph ần là khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D).Khi s ử dụng thuật toán PID nhất thiết ph ải lựa chọn chế độ làm việc là P, I hay D và sau nó là đặ t tham số cho các chế độ đã chọn,có ba thuật toán c ơ b ản đƣợ c s ử dụng là P,PI và PID. -

Hình 9: Cấu trúc bộ điều khiển PID Bộ PID có nhiệm vụ đƣa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá 18



độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lƣợ ng: - Nếu sai lệch t ĩ nh e(t) càng lớ n thì thông qua thành phần u P(t), tín hiệu điều chỉnh u(t) càng lớ n. - Nếu sai lệch e(t) chƣa bằng 0 thì thông qua thành ph ần uI(t), PID vẫn còn tạo tín hiệu điều chỉnh.

Bộ điều khiển PID đƣợ c mô tả bằng mô hình vào-ra:

Trong đó:

              = = hhằệng sốs tốỷ th lệờ i gian tích phân   = hằng số thờ i gian vi phân

3.2. LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BỘ ĐIỀU CHỈNH PID SỐ Luật PID trên miền thờ i gian (liên tục) đƣợ c mô tả bở i công thức: Trong đó:

              = = hhằệng sốs tốỷ th lệờ i gian tích phân   = hằng số thờ i gian vi phân

3.2.1. Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P)

Đƣợc đƣa vào hệ thống nhằm làm giảm sai số xác lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây vọt lố cao do đó vị trí sẽ không đúng theo yêu cầu. Tín hiệu ra của bộ điều khiển có dạng: U(t)=K p.e(t) 19



Nghĩa là tín hiệu ra chỉ đơn giản là tích của hệ số sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực. Sai lệch tĩnh: đối vớ i quy luật điều chỉnh P, khi tốc độ động cơ bằng vớ i tốc độ đặt e=0 thì tín hiệu điều khiển  cũng bằng 0 và do đó tốc độ động cơ sẽ bị kéo giảm xuống. Vì vậy muốn u ≠ 0 thì e phải khác 0. Nghĩa là phả i luôn có một sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hi ệu đầu ra thực tế của tín hiệu điều khiển. Giảm sai lệch tĩnh: nếu tăng  đủ lớn để sai lệch tĩ nh có thể tạo ra một tín hiệu để duy trì một momen đủ lớ n giữ cho động cơ quay. Rõ ràng tăng  thì có thể giảm đƣợ c sai lệch tĩnh. Tuy nhiên, nếu  tăng quá lớ n thì có th ể bị dao động không ổn định. 3.2.2. Khâu tích phân I

     



Điều khiển hoạt động I: Độ lệch tăng bởi sự quan hệ giữa vị trí đặt của hệ điều khiển và vị trí hiện tại, và giữ sau khi hệ thống điều khiển đạt trạng thái bền. Sự lệch này gọi là sai số. Nếu nhƣ sai số xảy ra trong bộ điều khiển mà chỉ thực hiện điều khiển tỉ lệ, thì nó sẽ thiếu chính xác. Giảm và loại sai số để vị trí điều khiển hợp với điểm đặt. Khâu P thƣờng đƣợc dùng để kết hợp với bộ điều khiển tích phân I.

           Bản chất là phép tính x ấ p xỉ diện tích của hàm e(t) -

-

Xấ p xỉ theo nguyên tắc hình chữ nhật:

              Xấ p xỉ theo nguyên tắc hình thang:                    

Trong đó: T là chu kỳ trích mẫu 20



3.2.3. Khâu điều khiển vi phân D: (hoạt động dạo hàm)

Đƣợc đòi hỏi phải bù, đƣợc thực hiện đúng với biến đặt tỉ lệ, mức nghiêng của độ lệch: Khai triển thành chuỗi:

|                Vi phân xấ p xỉ bậc 2:         )      ) Vi phân xấ p xỉ bậc 1: |               -

-

3.2.4. Khâu tích phân tỉ lệ (PI) Khiến hệ trở thành vô sai. Muốn tăng độ chính xác của hệ thống ta phải tăng hệ số khuếch đại. Song đối với hệ thống thực bị hạn chế thì sự có mặt của khâu PI là bắt buộc. 3.2.5. Khâu PID` Các bộ hiệu chỉnh PID đƣợc ứng dụng nhiều dƣới dạng thiết kế điều khiển hay thuật toán hiệu chỉnh bằng phần mềm. Nếu tín hiệu đầu vào là sai số e(t), tín hiệu đầu ra là điều khiển điện áp u(t) thì:

   *  ∫  + (1) Ta có hàm truyền đạt của khâu hiệu chỉnh PID:    (2)        Hoặc ở dạng khác:           

(3)

21



Theo nguyên tắc tích phân hình thang thì:

 ∫    ∑{ }

(4)

    { } (5)      ∑{ }   { } (6) Thay đổi chỉ số từ K thành (K -1) và trừ hai vế của phƣơng trình ta có:        [       ]               (7) Nếu các đặt các hệ số:        (8)        (9)    (10) Thì:         (11) Còn phần đạo hàm thì: Nhƣ vậy:

Mô hình bộ điều khiển PID số:

P_sel

K

P

K

Ref_input

i

1 Mea_input

I_sel

Ctr_output

1 z

1 1 K .(1  z )

D_sel

d

Hình 10 : Sơ đồ bộ điều khiển PID số 22



Một vấn đề quan tr ọng cần quan tâm để thiết k ế bộ điều khiển PID là việc hạn chế các hiện tƣợ ng bão hòa tích phân (Winup).V ấn đề này r ất thƣờ ng gặ p khi thực thi luật điều khiển PID. Hiện tƣợ ng bão hòa tích phân là hi ện tƣợng đầ u ra của bộ điều khiển vẫn tiế p tục tăng quá mức giớ i hạn do tích lũy của thành phần tích phân v ẫn còn khi sai lệch điều khiển đã trở về 0. Giải quyết vấn đề 4 phƣơng pháp: Khi sai lệch mô hình b ằng 0, ta thực hiện tách bỏ thành phần tích phân hoặc xóa tr ạng thái của nó bằng vòng lặ p. Giảm hệ số khuếch đại để đầu ra nằm trong giải cho phép không quá l ớ n. Thực hiện thuật toán bù tích phân b ằng phản hồi giá tr ị thực đo đƣợ c. Đặt một khâu giớ i hạn ở đầu ra của bộ điều khiển và sử dụng thuật toán bù. Hai phƣơng pháp cuối có ƣu điểm hơn cả và thƣờng đƣợ c hầu hết các bộ điều khiển công nghiệ p hỗ tr ợ. Giải pháp đa năng và áp dụng nhiều trên thực tế thực hiện Anti_winup là điề u khiển bám (tracking) th ực chất cải thiện thành phần tích phân I: -y

KT

d

s

Actuator model E= r - y

K K T i



Actuator



1

s

1

_ 

+

e

S

T i

Hình 11: Chống bão hòa tích phân 3.3. Các phƣơng pháp thiết k ế bộ điều chỉnh PID

3.3.1. Phƣơ ng pháp Ziegler-chols Phƣơ ng pháp Ziegler-Nichols là pháp th ực nghiệm để xác định tham số bộ điều khiển P, PI, hoặc PID bằng cách dự vào đáp ứng quá độ của đối t ƣợ ng điều khiển. Tùy theo đặc điểm của từng đối tƣợ ng, Ziegler và Nichols đƣa ra hai phƣơ ng pháp lựa chọn tham số của bộ điều khiển: Phƣơ ng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất: Phƣơ ng pháp này áp dụng cho các đối tƣợ ng có đáp ứng đối vớ i tín hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S (hình 2.4) nhƣ nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ…

Hình 12: Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S 23



Thông số của các bộ điều khiển đƣợ c chọn theo bảng sau: Bảng 2.1: Các tham số PID theo phƣơ ng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất Thông số BĐK K p TI TD P

T 2 /(k.T 1 )

-

-

PI

0,9T 2 /(k.T 1 )

T 1 /0,3

-

PID

1,2T 2 /(k.T 1 )

2T 1

0,5T 1

Phƣơ ng pháp Ziegler-Nichols thứ hai: Phƣơ ng pháp này áp dụng cho đối tƣợ ng có khâu tích phân lý t ƣở ng nhƣ mực chất lỏng trong bồn chứa, vị trí hệ truyền động dùng động cơ… Đáp ứng quá độ của hệ h ở của đối tƣợ ng tăng đến vô cùng. Phƣơ ng pháp này đƣợ c thực hiện nhƣ sau [4]:

- Thay bộ điều khiển PID trong hệ kín bằng bộ khuếch đại (hình 2.4). - Tăng hệ số khu ếch đại tớ i giá tr ị tớ i hạn k th để hệ kín ở ch ế độ biên giớ i ổn định, tức là h(t) có d ạng dao động điều hòa. - Xác định chu k ỳ Tth của dao động.

Hình 13 : Đáp ứng nấc của hệ kín khi k = k th Thông số của các bộ điều khiển đƣợ c chọn theo bảng sau:

24



Bảng 2.2: Các tham số PID theo phƣơ ng pháp Ziegler-Nichols thứ 2 Thông số BĐK Kp T I

T D

P

0,5k th

-

-

PI

0,45k th

0,85T th

-

PID

0,6k th

0,5T th

0,125T t h

2.3.2. Ph ươ ng pháp Chi en-H r ones-Reswi ck

Phƣơ ng pháp này cũng áp dụng cho các đối tƣợ ng có đáp ứng đối vớ i tín hiệu vào là hàm n ấc có dạng chữ S (hình 2.6) nhƣng có thêm điều kiện: b/a>3 *Cách tính Kp, Ti, Td: Nhìn chung đối với việc điều khiển vị trí động cơ DC, thì ngoài phƣơng pháp khử sai ra hầu nhƣ không còn phƣơng pháp nào khác để xác định thông số PID. Nghĩa là ta chọn một giá trị nào đó của các thông số và cho hệ thống chạy thử, thay đổi các thông số này theo chiều hƣớng hệ ổn định và đạt chất lƣợng nhƣ mong muốn, đến khi nào ta chọn đƣợc các thông số tối ƣu thì việc chọn các thông số PID chấm dứt. Tuy nhiên, dể quá trình chọn thông số PID trở nên đơn giản ta dùng phƣơng pháp Ziegler Nichol để tính thông số PID từ hàm truyền của động cơ, và lấy các thông số này để thử hệ thống, thay đổi vài lần các giá trị gần với thông số này ta sẽ đƣợc hẹ thống tối ƣu. Lý do các giá trị tìm đƣợc từ phƣơng pháp Ziegler - Nichol không phải là các tối ƣu, là do phƣơng pháp Ziegler - Nichol chỉ áp dụng cho hệ thống có quán tính lớn, còn động cơ DC đáp ứng nhanh. Theo phƣơng pháp 1 của nguyên tắc hiệu chỉnh Zieg ler-Nichol (cho PID):

  

  

 

Với T1,T2 đƣợc xác định từ đƣờng đặc tuyến tốc độ của động cơ:

Hình 14 : Đặc tính tốc độ động cơ 25



CHƢƠNG 4 LẬP TRÌNH TRONG MÔI TRƢỜ NG LABVIEW 4.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 4.1.1. Giớ i thiệu về LABVIEW LABVIEW (viết tắt của nhóm từ L aboratory Vi rtual I nstrumentation En gineeri ng W orkbench ) là một phần mềm máy tính đƣợ c phát tri ển bở i công ty National Instruments, Hoa k ỳ. LABVIEW còn đƣợ c biết đến nhƣ là một ngôn ngữ lậ p trình vớ i khái niệm hoàn toàn khác so v ớ i các ngôn ngữ lậ p trình truyền thống nhƣ ngôn ngữ C, Pascal. Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh tr ực quan trong môi trƣờ ng soạn thảo, LABVIEW đã đƣợ c gọi vớ i tên khác là lậ p trình G (viết tắt của Graphical , nghĩa là đồ họa). LABVIEW (Virtual Instrument Engineering Workbench) là m ột môi trƣờ ng phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ hoạ, thƣờng đƣợ c sử dụng cho mục đích đo lƣờ ng, kiểm tra, đánh giá, xử lý, điều khiển các tham s ố của thiết bị. LABVIEW là một ngôn ngữ lập trình đa nang, giống nhƣ các ngôn ngữ lậ p trình hiện dại khác. LABVIEW gồm có các thƣ việ n thu nhận dữ liệu, một loạt các thiết bị điều khiển, phân tích dữ liệu, biểu diễn và lƣu trữ dữ liệu. Nó còn có các công cụ phát triển đƣợ c thiết k ế riêng cho việc nối ghép và điều khiển thiết bị. LABVIEW khác v ớ i các ngôn ngữ lập trình thông thƣờ ng ở điểm cơ bản là: các ngôn ngữ lập trình khác thƣờng dùng trên cơ chế dòng lệnh, trong khi đó LABVIEW dùng ngôn ngữ lậ p trình Graphical dể tạo ra các chƣơng trình ở dạng sơ dồ khối. 4.1.2. Các chức năng chính của LABVIEW Thu thậ p tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài nhƣ cảm biến nhiệt dộ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ, ... Giao tiế p vớ i các thi ết bị ngoại vi thông qua nhi ều chuẩn giao tiế p thông qua các cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet …. Mô phỏng và xử lý các tín hi ệu thu nhận đƣợc để phục vụ các mục dích nghiên cứu hay mục đích của hệ thống mà ngƣờ i lậ p trình mong muốn. Xây dựng các giao di ện ngƣờ i dùng một cách nhanh chóng và th ẩm mỹ hơn nhiều so vớ i các ngôn ngữ khác nhƣ Visual Basic, Matlab,.. Cho phép thực hiện các thuật toán diều khiển nhƣ PID, Logic mờ ( Fuzzy Logic), một cách nhanh chóng thông qua các ch ức năng tích hợ p sẵn trong LABVIEW. Cho phép k ết hợ p vớ i nhiều ngôn ngữ lậ p trình truyền thống nhƣ C, C++, ... 4.2. Thiết bị ảo (VI- Vitual Instrument): Lập trình Labview trên cơ sở thiết bị ảo. Các đối tƣợ ng trong thiết bị ảo đƣợ c sử dụng để mô phỏng các thiết bị thực, nhƣng chúng đƣợc đƣa vào bở i phần mềm. Các VI (thiết bị ảo) tƣơng tự nhƣ các hàm trong các ngôn ngữ lậ p trình khác. 26



4.2.1. F ront panel: Là giao diện của ngƣời sử dụng. Ví dụ sau đây minh họa front panel.

Hình 15 : Giao diện front panel - Xây dựng front panel v ớ i các bộ điều khiển (controls) và các hi ển thị (Indicators), chúng đƣợ c sử dụng vớ i các chức năng vào ra dữ liệu. Các điều khiển bao gồm các núm (knobs), nút ấn (push buttons), mặt đồng hồ và các thi ết bị vào dữ liệu khác. Control là các đối tƣợng đƣợc đặ t trên Front Panel để cung cấ p dữ liệu cho chƣơng trình. Nó tƣơng tự nhƣ đầu vào cung cấ p dữ liệu. - Indicator là đối tƣợng đƣợc đặt trên Front Panel dùng để hiển thị kết quả, nó tƣơng tự nhƣ bộ phận đầu ra của chƣơng trình. Các bộ hiển thị là các đồ thị, LED, và các hiển thị khác. Các bộ điều khiển mô phỏng các tín hiệu vào và cung cấp dữ liệu cho sơ đồ khối của VI còn bộ hiển thị mô phỏng các tín hiệu đầu ra và hiển thị quá trình phát hay nhận dữ liệu ra mặt máy (font panel).

4.2.2. Sơ đồ khối (Block Diagram) : Block Diagram của 1 VI là một sơ đồ đƣợc xây dựng trên môi trƣờng Labview, nó có thể gồm nhiều đối tƣợng và các hàm khác nhau để tạo các câu lệnh để chƣơng trình thực hiện. Block Diagram là một mã nguồn đồ hoạ của 1 VI. Các đối tƣợng trên Front Panel đƣợc thể hiện bằng các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram, không thể loại bỏ các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram. Các thiết bị đầu cuối chỉ mất đi sau khi loại bỏ đối tƣợng tƣơng ứng trên Front panel. 27



Block Diagram của 1 VI đơn giản đƣợc thể hiện nhƣ ở hình dƣới đây :

Hình 16 : Giao diện của sơ đồ khối. Cấu trúc của một Block Diagram gồm các thiết bị đầu cuối (Terminal), Nút (Node) và các dây nối (wire) - Terminal: là các cổng mà dữ liệu truyền qua giữa Block Diagram và Front panel, và giữa các Node trong Block Diagram. Các Terminal nằm ở dƣới dạng các Icon của các Function - Nodes: là các phần tử thực hiện chƣơng trình, chúng tƣơng tự nhƣ các mệnh đề, toán tử, hàm và các chƣơng trình con trong các ngôn ngữ lập trình thông thƣờng - Wires: là các dây nối dữ liệu giữa các node

4.3. K Ỹ THUẬT LẬP TRÌNH LABVIEW 4.3.1 Khởi động chƣơng trình Nhấ p vào biểu tƣợ ng biểu tƣợng Labview nhƣ hình bên. Ta có đƣợ c giao diện bên hình (a) dƣớ i. Vào File/New VI để vào môi trƣờ ng lậ p trình hình

28



+ Front Panel: giao diện với ngƣờ i sử dụng + Block Diagram: Giao diện dạng sơ đồ khối cung cấ p mã nguồn 29



4.3.2. Công cụ trên thanh giao diện 4.3.2.1. Thanh công cụ trên front panel

12

3 4

5

6

7

8

9

10

Hình 17: Thanh công cụ giao diện front panel

Trong đó: 1. Nút chạy chƣơng trình (thanh không sáng – bị vỡ : lỗi, phải sửa lại chƣơng trình) 2. Nút chạy lặ p 3. Nút dừng cƣỡng ép chƣơng trình 4. Nút tạm dừng 5. Text setting (màu s ắc, định dạng, kích thƣớ c- phông)

6. Gióng đều đối tƣợ ng theo hàng dọc và ngang 7. Phân bố các đối tƣợ ng

8. Thay đổi kích thƣớc các đối tƣợ ng 9. Lệnh bổ sung 10. Cửa sổ tr ợ giúp

4.3.2.2. Thanh công cụ trên Block Diagram

1 23 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 15 Hình 18: Thanh công cụ giao diện Block Diagram

16

30



1. 2. 3.

Nút chạy chƣơng trình (thanh không sáng – bị vỡ : lỗi, phải sửa lại chƣơng trình)

4. 5.

Nút tạm dừng

Nút chạy lặ p Nút dừng cƣỡng ép chƣơng trình

Kích vào nút lệnh Highlight Execution ta sẽ thấy luồng dữ liệu chạy trong sơ đồ khối. Khi ta kích l ại nút lệnh này quá trình s ẽ bị dừng lại. 7. Kích vào nút lệnh Step into dùng dể lặ p từng bƣớ c một trong vòng l ặ p, subVI. 8. Kích vào nút lệnh Step over dùng dể bỏ qua một vòng lặ p hoặc một subVI. 9. Kích vào nút lệnh Step out dùng dể nhảy ra ngoài vòng lặ p hoặc subVI. 10. Dùng dể thiết lậ p font cho VI bao gồm kích thƣớ c, kiểu loại, màu sắc. 11. Dùng dể sắ p xế p các dối tƣợ ng thẳng hàng nhau bao g ồm các đƣờ ng thẳng đứng, mép trên, trái … 12. Dùng để phân bổ các đối tƣợng … 13. Lựa chọn Reorder khi ta có các đối tƣợ ng gối lên nhau và ta mu ốn định nghia đối tƣợng là đứng trƣớc hay đứ ng sau. Việc lựa chọn một trong các đối tƣợ ng vớ i việc định vị vị trí của nó r ồi sau đó di chuyển lên phía trƣớ c hay di chuyển về phía sau…

4.3.2. Các công cụ hỗ trợ lập trình Việc lậ p trình trên Labview cần sử dụng các bản: Tools Palette, Controls Panelette, Functions Palette, các b ản đó cung cấ p các chức năng để ngƣờ i sử dụng có thể tạo và thay đổi trên Front Panel và Block Diagram 4.3.2.1. Tool Panel Tool Panel xu ất hiện trên cả Front Panel và Diagram. B ảng này cho phép n gƣờ i sử dụng có thể xác lậ p các chế độ làm việc đặc biệt của con tr ỏ chuột. Khi lựa chọn một công cụ, biểu tƣơng của con tr ỏ sẽ đƣợc thay đổi theo biểu tƣợ ng của con tr ỏ đó. Nếu thiết lậ p chế độ tự động lựa chọn công cụ và ngƣờ i sử dụng di chuyển con tr ỏ qua các đối tƣợ ng trên Front Panel hoặc Block Diagram, Labview s ẽ tựu động lựa chọn công cụ phù hợ p trên bảng tool palette. Để truy cậ p vào Tool Palette ta chọn Menu: View/Tools palette. Các công cụ Tool Palette gồm có:

31



4.3.2.2. Bảng điều khiển (Controls Palette) Bảng điều khiển chỉ duy nhất xuất hiện trên front Panel. B ảng điều khiển chứa các bộ điều khiển (control) và các b ộ hiển thị (Indicator). Bảng điều khiển đƣợ c minh họa hình sau Bảng điều khiển đƣợ c sử dụng để thiết k ế cấu trúc mặt hiển thị gồm các thiết bị: các công tắc, các lo ại đèn, các loại màn hình hi ển thị… Vớ i bảng điều khiển này, ngƣờ i sử dụng có thể chọn các thiết bị chuẩn do hãng cung c ấ p. Bảng điều khiển dùng để cung cấ p dữ liệu đầu vào và hi ển thị k ết quả đầu ra.

Hình 19: Bảng điều khiển (Controls Palette)

4.3.2.3. Bảng ch ức năng Functions Palette Bảng Funtions palette ch ỉ xuất hiện trên Block diagram. B ảng này chứa các VI và các hàm mà ngƣờ i sử dụng xây dụng để xây dụng nên các khối lƣu đồ . Bảng Function palette đƣợ c minh họa trong hình. Vớ i bảng Function palette, ngƣờ i lậ p trình thực hiện các cú pháp nhƣ: Phép lậ p, phép lựa chọn thông qua các nhóm hàm, ch ức năng đã đƣợ c cung cấ p bên cạnh đó từ bảng này ngƣờ i sử dụng ngƣờ i sử dụng có thể tạo ra và sử dụng lại các hàm. Các hàm toán học đƣợ c minh h ọa thông qua các biểu tƣợ ng. Khi muốn lựa chọn thực hiện một hàm nào đó thì ngƣờ i sử dụng chọn biểu tƣợ ng thể hiện cho hàm đó và có thể kéo thả ở bất kì vị trí nào trên Block Diagram sau đó xác đị nh những đầu vào và đầu ra cần thiết.

32



Hình 20: Bảng chức năng Functions Palette 4.3.3. Các khối lập trình thông dụng Các khối cơ bản thƣờng đƣợ c sử dụng: Các kí hiệu trong toán học: Functions/ Numeric /Numeric

Hình 21: Các kí hiệu trong toán học 33



-

Các toán tử so sánh: Functions/Comparison/Comparison

-

Hình 22: Các toán tử so sánh Khối PID: Control design & Simulation / PID

23: Khối PID 34



-

Khối biểu diễn đồ thị: Controls /Express/Grap Indicator

-

Hình 24: Khối biểu diễn đồ thị Các hàm: Functions/ Programming/Structures

Hình 25: Các hàm 35





Các biến: Controls/Numeric controls

Hình 26: Các biến -

Khối k ết nối Ni DAQ I/O : Functions/ Express/ Input/ DAQ assist

Hình 27: Khối k ết nối Ni DAQ I/O 36



CHƢƠNG 5 GIỚ I THIỆU VỀ CARD PCI 6221 5.1.

TỔNG QUAN VỀ CARD PCI 6221

National Instruments PCI-6221 là dòng M Series có chi phí thấp đa chức năng dùng thu thậ p dữ liệu (DAQ) nhằm tối ƣu hóa các vấn đề nhạy cảm về chi phí . Ngoài ra khi xem xét t ốc độ cao các thi ết bị dòng M cho tốc độ lấy mẫu nhanh hơn 5 lầ n hoặc độ chính xác cao c ủa các dòng M cho độ phân giải gấ p 4 lần và độ chính xác cao hơn. Các dòng thiết bị chi phí thấ p M k ết hợp các tính năng tiên tiến nhƣ bộ điều khiển hệ thống NI-STC 2 , bộ khuếch đại lập trình đƣợ c NI-PGIA 2 , và công ngh ệ hiệu chỉnh NI-MCal để tăng hiệu suất và độ chính xác.

Hình 28: Card PCI 6221

37



5.2. SƠ ĐỒ NỐI CHÂN

Hình 29: Sơ đồ nối chân

38



DAQmx bộ đếm / thờ i gian Pins Bộ đếm / thờ i gian tín hiệu Pin mặc định Số (Tên)

5.3.

CTR 0 SRC

37 (PFI 8)

CTR 0 GATE

3 (PFI 9)

CTR 0 AUX

45 (PFI 10)

CTR 0 OUT

2 (PFI 12)

CTR 0 A

37 (PFI 8)

CTR 0 Z

3 (PFI 9)

CTR 0 B

45 (PFI 10)

CTR 1 SRC

42 (PFI 3)

CTR 1 GATE

41 (PFI 4)

CTR 1 AUX

46 (PFI 11)

CTR 1 OUT

40 (PFI 13)

CTR 1 A

42 (PFI 3)

CTR 1 Z

41 (PFI 4)

CTR 1 B

46 (PFI 11)

Thông số kĩ thuật

5.3.1. Đầu vào tƣơng tự - 16 đầu vào Ai từ A0….A15 và 8 đầu vào Ai GND - Độ phân giải: 16 bit - Tỉ lệ lấy mẫu : Tối đa 250 KS /s 39



- Dải đầu vào : ± 10 V, ± 5 V, ± 1V, ±0V - Điện áp đầu vào tối đa ( Tín hiệu+ chế độ thông thƣờng) : ± 11V - Tỉ số loại bỏ kiểu chung CMMR: 92dB - Thời gian chính xác: 50 ppm tỉ lệ mẫu - Thời gian giải quyết : 50 ns - Đầu vào khớp nối : DC - Thiết bị này:

AI+ AI GND: 820Ω AI- AI GND : 820Ω - Nhiễu xuyên âm : 100 kHz - Băng thông tín hiệu nhỏ ( -3dB) : 700 kHz - Kích thƣớc đầu vào FIFO: 4095 mẫu - Quét danh sách bộ nhớ: 4095 mục

5.3.2. Đầu ra tƣơng tự - 2 đầu ra A0.0 và A0.1

Độ phân giải DAC : 16 bit Độ chính xác tƣơng đối DNL: ±1 LSB Đơn điệu: 16 bit đảm bảo Tốc độ cập nhật tối đa 1 kênh ..................................... 833 kS / s 2 kênh ................................... 740 kS / s mỗi kênh 3 kênh ................................... 666 kS / s mỗi kênh 4 kênh ................................... 625 kS / s mỗi kênh Thời gian chính xác : 50 ppm tỷ lệ mẫu Thời gian giải quyết : 50 ns Dải đầu ra : ± 10 V Đầu ra khớp nối : DC Trở kháng đầu ra : 0,2 Ω Dòng đầu ra tại ổ đĩa : ± 5 mA Bảo vệ quá tải : ± 25 V Bảo vệ quá dòng : 10 mA Trạng thái on: ± 20mV1 Trạng thái off: 400 mV 200ms -

40



Đầu ra kích thƣớc FIFO : 8191 mẫu chia sẻ giữa các kênh sử dụng 5.3.3. Kỹ thuật số I/O Đặc điểm tĩnh - Tổng số: 24 + 8 (P0<0…7>) + 16 (PFI<0..7>) P1 và ( PFI <8…15>) Ngõ ra mass: D GND Bảo vệ điện áp đầu vào : : ± 20 V Điện trở kéo: 50 khz tối đa đến 20 khz tối thiểu Đặc điểm dạng sóng Thiết bị đầu cuối sử dụng: Port ( P0<0…7>) Kích thƣớc cổng/mẫu: lên đến 8 bit Dạng sóng ra ( DO ) FIFO : 2.047 mẫu Dạng sóng vào (DI) FIFO : 2.047 mẫu Tần số: 0-1 Mhz 5.3.4. Lập trình thời gian / Bộ đếm Bộ đếm : 2 kênh Độ phân giải : 32 bit Xung nhịp bên trong: 80 MHz, 20 MHz, 0.1 MHz Xung nhịp bên ngoài: 0 MHz - 20 MHz Độ chính xác: 50 ppm 5.3.5. I / O kết nối mô tả tín hiệu Bảng dƣới đây mô tả các tín hiệu đƣợc tìm thấy trên các kết nối I / O. -

Tên tín hiệu AI GND

Quan Hƣớng hệ -

AI <0 .. 15>

Thay đổi

AI SENSE AI SENSE 2

-

AO <0 .. 1>

AO GND -

AO GND

Mô tả

Ngõ vào Analog nối đất : Các thiết bị đầu cuối là điểm tham chiếu cho các phép đo AI kết thúc đơn và trả lại dòng sai lệch cho các thiết bị đo khác nhau. Ba quan hệ nối đất AI GND, AO GND, và D GND -đƣợc kết nối cùng nhau trên thiết bị. Đầu vào Tƣơng tự đầu vào kênh 0-15: Mỗi cặp kênh AI có thể đƣợc định dạng nhƣ cả hai đầu vào kết thúc đơn hoặc 1 đầu vào phân biệt Đầu vào Ngõ vào Analog Sense : Trong chế độ NRSE, tài liệu tham khảo cho mỗi AI <0 .. 15> tín hiệu là AI SENSE, tài liệu tham khảo cho mỗi AI <16 .. 63> tín hiệu là AI SENSE 2. Đầu ra Các kênh đầu ra tƣơng tự 0-3 : Các thiết bị đầu cuối cung cấp điện áp đầu ra của các kênh AO 0 -1. Đầu ra tƣơng tự nối đất: AO GND là tham chiếu 41


D GND

-

5V

D GND

PFI <0 .. 7> / D P1. <0 .. 7> PFI GND <8 .. 15> / P2. <0 .. 7>

NC

-


cho AO <0 ,1>. Ba quan hệ nối đất AI GND, AO GND, và D GND-đƣợc kết nối cùng nhau trên thiết bị. Kỹ thuật số nối đất : Chân này cung cấp cho các tín hiệu số tại các đầu nối vào/ra nhƣ cung cấp nguồn DC +5V và các chân P0. <0 .. 31>, PFI <0 .. 15> / P1/P2. Ba quan hệ nối đất AI GND, AO GND, và D GND đƣợc kết nối cùng nhau trên thiết bị. Đầu vào 5 V Nguồn điện -Các thiết bị đầu cuối cung cấp một hay đầu nguồn điện 5 V. ra Đầu vào Giao diện lập trình chức năng hay kỹ thuật số I / O hay đầu kênh 0-7 và kênh 8 đến 15 -Mỗi thiết bị đầu cuối có thể đƣợc cấu hình riêng nhƣ một thiết bị đầu cuối PFI ra hoặc một thiết bị đầu cuối kỹ thuật số I / O. Nhƣ một đầu vào, mỗi PFI thiết bị đầu cuối có thể đƣợc sử dụng để cung cấp một nguồn bên ngoài cho AI, AO, DI, DO và tín hiệu thời gian hoặc truy cập / đếm thời gian đầu vào. Nhƣ một đầu ra PFI, Có thể định tuyến nhiều khác nhau trong AI, AO, DI, DO hoặc tín hiệu thời gian cho mỗi thiết bị đầu cuối PFI. Bạn cũng có thể định tuyến các truy cập / giờ đầu ra cho mỗi thiết bị đầu cuối PFI. -

Không kết nối -Không kết nối tín hiệu với các thiết bị đầu cuối.

42



CHƢƠNG 6 THIẾT K Ế PHẦN CỨ NG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 6.1. PHƢƠNG ÁN THIẾT K Ế 6.1.1. Yêu cầu thiết k ế Tạo đƣợ c hệ thống điều khiển tốc độ động cơ có hồi tiế p, bao gồm cả phần thiết k ế phần cứng và tạo giao diện điều khiển trên máy tính. 6.1.2. Thiết k ế Về thiết k ế phần cứng: Bao gồm mạch điều khiển và mạch công suất + Mạch điều khiển: Sử dụng card PCI 6221 + Mạch công suất: sử dụng mạch điều khiển cầu H dùng L298 + Dùng phần mềm Labview để giao tiếp và điều khiển 6.1.3. Modul Driver L298 : Thành phần chính trong modul công su ất này là IC L298. L298 là m ột Driver tích hợ p 2 mạch cầu H bên trong vớ i chuẩn điều khiểnTTL, không có diode nội bảo vệ MOSFET, chịu tải tối đa trên mỗi cầu là 2A, điện áp vào tối đa là 40VDC. Logic 0 ở ngõ vào lên tớ i 1.5V ( khả năng khử nhiễu cao) Sơ đồ nguyên lý mạch công suất L298:

Hình 30 : Sơ đồ Modul Driver L298 Các chân IN1,2,3,4 là các tín hi ệu đầu vào, hai chân C,D, A,B điề u khiển ngõ ra động cơ, chân Enable dùng làm đầu vào băm xung PWM để điều khiển tốc độ động cơ, ta chỉ cần điều chỉnh độ lớ n Duty - cycle c ủa PWM là ta có th ể điều chỉnh điện áp cấ p vào động cơ. 43



Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L298D nên có thể điều khiển 2 đối tƣợng chỉ với 1 chip này. Mỗi mạch cầu bao gồm 1 đƣờng nguồn Vs, một đƣờng current sensing (cảm biến dòng), phần cuối của mạch cầu H không đƣợc nối với GND mà bỏ trống cho ngƣời dùng nối một điện trở nhỏ gọi là sensing resistor. Động cơ sẽ đƣợc nối với 2 đƣờng OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 nếu dùng mạch cầu bên phải). Một chân En (EnA và EnB cho 2 mạch cầu) cho phép mạch cầu hoạt động, khi chân En đƣợc kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sang hoạt động. Các đƣờng kích mỗi bên của mạch cầu đƣợc kết hợp với nhau và nhƣng mức điện áp ngƣợc nhau do một cổng Logic NOT. Nhƣ vậy, sẽ có 2 đƣờng kích cho mỗi cầu H gọi là In1 và In2 (hoặc In3, In4). Để motor hoạt động chúng ta phải kéo 1 trong 2 đƣờng kích này lên cao trong khi đƣờng kia giữ ở mức thấp, ví dụ In1=1, In2=0. Khi đảo mức kích của 2 đƣờng In, động cơ sẽ đảo chiều quay. Ngoài ra, trên chip L298D còn có các đƣờng Vss cấp điện áp cho phần log ic (5V) và GND chung cho cả logic và motor. 6.1.4. Phƣơng pháp điều khiển Điều khiển động cơ DC bằng cách điều biến độ r ộng xung Động cơ DC sử dụng trong dân dụng thƣờng chỉ hoạt động ở điện áp 24V trở lại. Một trong những phƣơng pháp để điều khiển mô tơ là sử dụng mạch điều chế độ rộng xung (PWM circuit - Pulse Wide Modulation). Mạch điều khiển mô tơ bằng phƣơng pháp PWM hoạt động dựa theo nguyên tắc cấp nguồn cho mô tơ bằng chuỗi xung đóng mở với tốc độ nhanh. Nguồn DC đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu xung vuông (chỉ gồm hai mức 0 volt và xấp xỉ điện áp hoạt động). Tín hiệu xung vuông này đƣợc cấp cho mô tơ. Nếu tần số chuyển mạch đủ lớn mô tơ sẽ chạy với một tốc độ đều đặn phụ thuộc vào mômen trục quay. Với phƣơng pháp PWM, điều chỉnh tốc độ của mô tơ thông qua việc điều chế độ rộng của xung, tức là thời gian "đầy xung" ("on") của chuỗi xung vuông cấp cho mô tơ. Việc điều chỉnh này sẽ tác động đến công suất trung bình cấp cho mô tơ và do đó sẽ thay đổi tốc độ của mô tơ cần điều khiển. Nhƣ trên hình, với dãy xung điều khiển trên cùng, xung ON có độ rộng nhỏ nên động cơ chạy chậm. Nếu độ rộng xung ON càng lớn (nhƣ dãy xung thứ 2 và thứ 3) động cơ DC chạy càng nhanh

44



6.2. GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH 6.2.1. Front Panel và Block diagram của chƣơng trình Xây dựng một VI dùng để điều khiển tốc độ động cơ theo PID Front Panel Block Diagram 6.2.1.1. Kết nối Dac đọc giá trị encoder

Sử dụng Couter Input-Edge cout

45



Chọn k ết nối Crt 0 hoặc Crt 1 tùy chân k ết nối encoder Ta chọn Crt 0 ứng vớ i chân encoder A là 37 và B là 45

Đặc thông số cho Dac:

6.2.1.2. K ết nối đầu ra xuất xung PWM Analog Output

46



Chọn NiDaQ- Analog Output- Voltage Chọn kênh A0.0 hoặc chân A0.1 tùy ch ọn tƣơng ứng chân 21 và 22 trong PCI 6221

Thay đổi giá tr ị điện áp ra từ 0-5v

47



6.2.1.3. Khâu hiệu chỉnh PID

    ∫    Khâu PID trong Labview sử dụng bộ Pid số 2:

Theo phƣơng pháp hình thang biến đổ i z PID :

Đặt :

 ()      ( )                

6.2.1.4. Tạo nút tắt dừ ng

48



Khối sử dụng hàm T/F: động cơ sẽ chạy khi ở mức True cho phép xung ra t ừ PID và sẽ dừng ở mức FALSE ứng vớ i giá tr ị ngõ ra bằng 0.

6.3. Giao diện và chƣơng trình 6.3.1. Giao diện chính Front Panel

Hình 31: Giao diện chính Front Panel

49



6.3.2. Chƣơng trình Block Diagram

Hình 32: Chƣơng trình Block Diagram 6.4. K ết quả đạt đƣợ c

Hình 33: K ết quả đạt đƣợ c 50



6.5. Mô hình thự c nghiệm 6.1. Hình ảnh 1

Hình 34: Mô hình th ực nghiệm 1

6.5.2. Hình ảnh 2

Hình 35: Mô hình thực nghiệm 2

51



KẾT LUẬN Mục tiêu của các hệ thống điều khiển là ngày càng nâng cao ch ất lƣợng các hệ thống điều khiển t ự động. Ngày nay cùng với sự phát triển rất mạnh mẽ của công nghệ thông tin thì các ứng dụng của máy tính vào cuộc sống ngày càng rộng rãi. Với các tính năng mềm dẻo, chính xác, nhanh chóng hệ thống điều khiển số bằng máy tính đã và đang dần chiếm ƣu thế so với các phƣơng pháp điều khiển phần cứng thông thƣờng. Đây là một ngành mới mẻ song lại rất có triển vọng đặc biệt trong các lĩnh vực nhƣ máy chính xác, công nghệ mới, hiện đại nơi đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có độ chính xác cao, khả năng thay đổi mềm dẻo. Một trong những ứng dụng cụ thể mà đã đƣợc sử dụng trong thực tế là hệ thống điều khiển tốc độ động cơ. Trong đồ án này , chúng em sẽ trình bày phƣơng pháp phân tích, tổng hợp hệ thống cùng với phần cứng và phần mềm cho hệ thống điều khiển tốc độ động cơ. Với k ết quả thu đƣợc từ mô phỏng, đã đóng góp đƣợ c các vấn đề sau: Ảnh hƣở ng của các thông số PID đến hệ thống nhƣ sau:. Điều khiển tỉ lệ (KP) có ảnh hƣở ng làm giảm thờ i gian lên , độ vọt lố và sẽ làm giảm nhƣng không loại bỏ sai số xác lập. Điều khiển tích phân (KI) s ẽ loại bỏ sai số xác lậ p nhƣng có thể làm đáp ứng quá độ xấu đi, làm tăng hoặc giảm thờ i gian xác lậ p. Điều khiển vi phân (KD) có tác d ụng làm tăng sự ổn định của hệ thống, giảm vọt lố và cải thiện đáp ứng quá độ Sau cùng một lần nữa chúng em xin chân thành b ảy tỏ lòng biết ơn đối vớ i thầy Nguyễn Ngọc Sơ n và các thầy cô trong khoa, đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này! Chúng em trân thành c ảm ơn!!!

52

Do an dieu khien dong co dc bang PCi/USB 6221 tren co so labview

Recommend Documents