Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược Nhóm Đề Tài Con Lắc Ngược  Giáo Viên Hướng Dẫn: Nhữ Quý Thơ  Nhóm Sinh Viên Thực Hiện: • Vũ Khắc Trung • Lê Minh Sáng • Lê Đức Trọng • Đặng Quốc Toản • Trần Xuân Thanh • Lưu Ngọc Bình • Mai Văn Thành • Trần Khắc Vinh Page 1 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược 1.GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI Trong thời kỳ công nghệ đang trên đà phát triển mạnh mẽ thì thành công của công nghệ là yếu tố rất quan trọng của mỗi đất nước. Chỉ có nền khoa học kĩ thuật tiên tiến mới giúp đất nước đó có khả năng khẳng định vị thế của mình. Nhằm giảm bớt sức lao động của con người và nâng cao năng suất lao động thì công nghệ là yếu tố không thể thiếu. Hiện nay với sự giúp đỡ của máy tính và các loại robot trong công nghiệp đã phần nào giải quyết được những yêu cầu của xã hội. Robot đã giúp đỡ con người rất nhiều trong rất nhiều lĩnh vực như công nghiệp , y tế , nghiên cứu, giải trí…nhưng vẫn còn đang rất hạn chế bởi vì chúng không thể tự di chuyển mà thường cố định ở một nơi. Vì vậy một trong những vấn đề đặt ra là làm sao có thể giúp robot có thể giữ thăng bằng và có thể đi lại được giống như con người. Đây là một bài toán đang cần tìm ra lời giải đáp. Bài toán cơ bàn trong dạng này là bài toán về con lắc ngược. Nó bao gồm có một con lắc có khối lượng ở trên điểm trục của nó và điểm trục còn lại được gắn trên xe có thể chuyển động theo chiều ngang hoặc một bàn trượt dọc. Vấn đề là làm sao có thể phối hợp giữa con lắc và chuyển động của xe (bàn trượt) sao cho đỉnh của con lắc luôn hướng lên trên. Có thể nói đây là một bài toán rất hay về điều khiển và có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. 2.Ý TƯỞNG , SƠ ĐỒ KHỐI LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Để giải quyết bài toán về thăng bằng này trước hết ta cần phải lấy được giá trị góc lệch của con lắc so với phương thẳng đứng cùng với vận tốc hiện tại của động cơ để có thể đưa ra đáp ứng đầu ra điều khiển bàn trượt chuyển động theo hướng và vận tốc để giữ thăng bằng cho con lắc. Để lấy được giá trị góc lệch của con lắc ở đây chúng em dùng enconder tuyệt đối có độ phân giải là 1024 nhằm xác định vị trí cũng như góc lệch của con lắc với vị trí thẳng đứng. Từ những thông số đo được sẽ được đưa vào vi điều khiển Page 2 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược để sử lý sau đó vi điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển , điều khiển động cơ chuyển động sao cho đáp ứng của góc lệch pha là nhỏ nhất để có thể giữ thăng bằng con lắc. 3. GIỚI THIỆU VỀ SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG +>Bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối (Absolute rotate encoder) : Lloại EP50S8-1024-1-R-N-5 đây là loại enconder có đường kính 50mm, độ phân giải 1024, mã ngõ ra dạng BCD , giá trị ngõ ra tăng khi quay ngược chiều kim đồng hồ , ngõ ra điều khiển NPN collector hở và điện áp cấp vào là 5V Page 3 of 32 Tín hiệu thu được từ ecoder Vi điều khiển Drive DS810 Động cơ Visual Basic Vị trí con lắc Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược 360 độ chia ( ngõ ra BCD) Sơ đồ ngõ ra điều khiển Sơ đồ kết nối Page 4 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược +> Digital DC Servo Driver-DCS810: DCS810 là một bộ điều khiển số của động cơ secvo DC. Trong việc điều khiển vị trí,người sử dụng dễ dàng thay đổi các nấc điều khiển cho DCS810 mà không phải thay đổi hệ thống điều khiển,bởi vì lệnh đầu vào của nó là tín hiệu PUL/DIR tương ứng với các nấc điều khiển.Trong các ứng dụng điều khiển chuyển động nguồn thấp,các hệ thống Servo DC làm việc tốt hơn các hệ thống Servo AC ở vận tốc,độ chính xác,nhiễu,độ ổn định hay ít nhất là tốt hơn các hệ thống Servo AC số Một số đặc tính : • 18-80VDC,0-20V,20-400W. • Dựa trên kỹ thuật điều khiển DSP và thuật toán điều khiển servo với độ mượt cao. • Các công cụ điều chỉnh thông số,bao gồm Pro Tuner,EZ Tuner và STU. • Độ phân giải : 4 x độ phân giải encoder. • Sai lệch vị trí giới hạn trong 1 lần đếm, và sai lệch vận tốc là 0,3% vận tốc mong muốn. • Tỉ số truyền điện tử là từ 1/255 đến 255. • Hỗ trợ các tín hiệu điều khiển PUL/DIR và CW/CCW. • Đầu vào cách ly quang,cung cấp các tín hiệu đơn và khác nhau. • Chức năng tự động nhớ 10 lỗi gần nhất. • Bảo vệ quá dòng,quá áp,không đủ điện áp,lỗi xung,lỗi encoder,lỗi vị trí. • Kích thước nhỏ,kỹ thuật sắp đặt bề mặt. Mô hình kết nối Page 5 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược Các chân PUL/DIR/EN: Chức năng chân Chi tiết PUL+ Tín hiệu xung:Trong chế độ xung đơn(xung/hướng),đầu vào này là xung tín hiệu;4-5V khi xung cao,0-0,5V khi xung thấp.Trong chế độ xung đôi(xung/xung),đầu vào này là xung clockwise(CW),hoạt động ở mức thấp(Mức cố định).Muốn cho đáp ứng ổn định,độ rộng xung nên lớn hơn 1.0us.Chuỗi các điện trở mắc nối tiếp để giới hạn dòng khi tín hiệu điều khiển được sử dụng là +12V hoặc +24V. PUL- Page 6 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược DIR+ Tín hiệu chiều:Trong chế độ xung đơn,tín hiệu này có mức điện áp cao/thấp thể hiện hai chiều quay của động cơ(thiết lập bởi R33 và R37 ở bên trong);trong chế độ xung đôi ,tín hiệu này là xung counter-clock (CCW),tác động ở mức thấp(mức cố định).Để đáp ứng chuyển động được ổn định,tín hiệu DIR nên có trước tín hiệu xung ít nhất 5us.Mức DIR cao là 4-5V,mức DIR thấp là 0-0.5V.Chú ý rằng hướng của chuyển động liên quan tới cách đi dây động cơ -driver và các pha tín hiệu A/B của encoder.Thay đổi kết nối hai dây của động cơ đến driver và các pha tín hiệu A/B của encoder sẽ làm đổi chiều động cơ. DIR- EN+ Tín hiệu cho phép:tín hiệu này được sử dụng để cho phép/không cho phép driver.Mức cao( với tín hiệu điều khiển NPN,PNP và các tín hiệu điều khiển vi phân thì ngược lại, nghĩa là ở mức thấp để cho phép) cho phép driver và mức thấp để không cho phép driver.Thông thường để chân này KHÔNG KẾT NỐI (CHO PHÉP).Có mắc chuỗi điện trở để giởi hạn dòng khi sử dụng tín hiệu điều khiển +12V hoặc +24V. EN- Thiết lập chế độ PUL/DIR và CW/CCW DCS810 có 4 điện trở (R31/R32/R33/R37) bên trong để thiết lập cụ thể cho các chế độ PUL/DIR và CW/CCW,được chỉ ra trên hình 2.Thiết lập mặc định là hình (b) cho chế độ PUL/DIR,DIR thấp cho chiều dương và RIR cao cho chiều ngược lại. Hình 2-Thiết lập PUL/DIR và CW/CCW. Kết nối tín hiệu điều khiển: DCS810 có thể chấp nhận đầu vào một ngõ hoặc vi phân(gồm collector hở và đầu ra PNP).DCS810 có hai đầu vào logic cách ly quang để nhận đường tín hiệu điều khiển của driver.Những đầu vào này được cách ly tối đa và được loại bỏ các nhiễu điện tử kèm theo trong tín hiệu điều khiển.Nên sử dụng dây tín hiệu điều khiển của driver để làm tăng Page 7 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược khả năng loại bỏ nhiễu trong môi trường giao thoa.Những hình dưới miêu tả cách kết nối collector hở và các tín hiệu điều khiển khác nhau. Hình 3-Kết nối với tín hiệu điều khiển collector hở(anode chung) Hình 4-Kết nối với tín hiệu PNP(catot chung) Page 8 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược Hình 5-Kết nối với tín hiệu điều khiển khác. Kết nối encoder: DCS810 có thể chấp nhận đầu vào của encoder vi phân hay encoder một ngõ.Tuy nhiên encoder vi phân thường được lựa chọn do khả năng chống nhiễu tốt của nó.Việc kết nối với encoder một ngõ tương tự với encoder vi phân chỉ khác là không kết nối với các kênh A- và kênh B-(các dây A- và B- bên trong được kéo lên đến +2.5V).Chú ý rằng dây xoắn đôi được bọc có khả năng chống nhiễu tốt nhất. Nếu encoder tiêu thụ nhỏ hơn 50mA,DCS810 có thể cung cấp nguồn trực tiếp cho encoder,và cách kết nối như trong hình 6 hoặc hình 7.Nếu encoder tiêu thụ hơn 50mA,có thể sử dụng nguồn 1 chiều bên ngoài và cách kết nối như hình 8 và 9. Hình 6-DCS810 cung cấp nguồn trực tiếp cho encoder vi phân. Hình 7-DCS810 cung cấp nguồn trực tiếp cho encoder single-ended. Page 9 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược Hình 8-Sử dụng nguồn 1 chiều bên ngoài để cung cấp cho encoder vi phân. Hình 9-Sử dụng nguồn 1 chiều bên ngoài để cung cấp cho encoder single- ended. Giao diện kết nối RS232: Hình 10-Giao diện kết nối RS232. . Page 10 of 32 [...]... điều khiển tức là độ lệch của con lắc so với vị trí cân bằng Mục đích là ở đây làm sao cho đưa sai số e càng sớm về 0 càng tốt, nếu Kp càng lớn thì pp sẽ lớn con lắc nhanh chóng tiến về vị trí cân bằng Tuy nhiên nếu Kp quá lớn thì theo quán tính con lắc sẽ bị lệch sang chiều ngược lại gây ra sai số giá trị này đựơc gọi là độ vọt lố (overshoot) cứ như vậy thì con lắc sẽ bị lắc sang hai bên nên rất khó... truyen_gia_tri_tham_chieu(); /* dua _con_ lac_ve_giua(); x=0; while (x=0) { dau='D'; } else { x=-x; dau='A'; } a=x/256; b=x%256; putchar(dau); putchar(a); putchar(b); } Page 19 of 32 Đề Tài Con Lắc Ngược Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược void truyen_error(void) { putchar(38); putchar('E'); truyen(error); } void truyen_PWM(void) { long temp; temp=(ICR1H*256+ICR1L); if (DIR==trai) temp=-temp; putchar(38);... temp1=error; delay_ms(1); temp2=error; if (temp1 -300)&(error . s.r.l. http://www.hpinfotech.com Project : Con lac nguoc Version : 6.0 Date : 09/05/2010 Author : Vu Khac Trung Company : HaUI Comments: Tiep tuc voi thach anh 12MHz va chip ATmega32L Chip type : ATmega32L Program type. lắc. Để lấy được giá trị góc lệch của con lắc ở đây chúng em dùng enconder tuyệt đối có độ phân giải là 1024 nhằm xác định vị trí cũng như góc lệch của con lắc với vị trí thẳng đứng. Từ những. Basic Vị trí con lắc Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược 360 độ chia ( ngõ ra BCD) Sơ đồ ngõ ra điều khiển Sơ đồ kết nối Page 4 of 32 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đề Tài Con Lắc Ngược +>