Đang tải... (xem toàn văn)
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG PHƯƠNG PHÁP PID GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA CỔNG USB DÙNG PIC18F. MÔ PHỎNG MATLAB, MÔ PHỎNG PROTEUS Lĩnh vực điều khiển tự động ngày càng phát triển, đặc biệt là điều khiển chính xác, đã trở thành một phần không thể thiếu của nền công nghiệp hiện đại. Phần lớn các loại máy móc, thiết bị dân dụng hay trong công nghiệp sử dụng động cơ điện, từ động cơ điện trong các máy công cụ, máy CNC, các cánh tay robot,… đến trong những thiết bị gia dụng như máy giặt, điều hòa, máy hút bụi, ngay cả trong máy vi tính
ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 2B ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG PHƯƠNG PHÁP PID GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA CỔNG USB GVHD: Th.s Huỳnh Minh Ngọc SVTH: Nguyễn Trường An MSSV: 12021871 Lớp: DHDTTD8 TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 2B ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG PHƯƠNG PHÁP PID GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA CỔNG USB GVHD: Th.S Huỳnh Minh Ngọc SVTH: Nguyễn Trường An Mssv: 12021871 Lớp: DHDTTD8 TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An LỜI CAM ĐOAN Chúng giả xin cam đoan công trình nghiên cứu Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Dưới hướng dẫn Th.s Huỳnh Minh Ngọc Người Thực Hiện Kí Tên ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay,nền công nghiệp đà phát triển ngày cao, vấn đề điều khiển tự động đặt lên hàng đầu trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ vào sản xuất Nó đòi hỏi khả xử lý, mức độ hoàn hảo ,sự xác hệ thống ngày cao hơn, để có thẻ đáp ứng nhu cầu số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày cao xã hội Vì dẫn dắt thầy Huỳnh Minh Ngọc em thực đề tài: “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG PHƯƠNG PHÁP PID GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA CỔNG USB” nhằm củng cố, vận dụng kiến thức lý thuyết học trau dồi thêm kinh nghiệm thực tế Do kiến thức hạn hẹp thời gian thực không nhiều nên đề tài em nhiều sai sót, hạn chế Chúng em mong có góp ý sửa chữa thầy cô để đề tài có tính khả thi phương diện kinh tế kỹ thuật ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến nhà trường thầy cô khoa điện tử tận tình dạy dỗ dìu dắt chúng em suốt quãng thời gian học vừa qua, giúp chúng em có kiến thức chuyên môn làm đề tài đồ án 2B Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn, bảo tận tình thầy Huỳnh Minh Ngọc Thầy định hướng, góp ý cung cấp ý tưởng dẫn tài liệu tiến trình thực đề tài Sự hướng dẫn thầy yếu tố quan trọng để chúng em hoàn thành đề tài Cuối xin gửi lời cảm ơn tất bạn bè quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trường An ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An NHẬN XẾT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An NHẬN XẾT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN i Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An Mục lục 47 Tài liệu tham khảo 52 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An Danh Mục Hình Ảnh ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An CHƯƠNG MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Lĩnh vực điều khiển tự động ngày phát triển, đặc biệt điều khiển xác, trở thành phần thiếu công nghiệp đại Phần lớn loại máy móc, thiết bị dân dụng hay công nghiệp sử dụng động điện, từ động điện máy công cụ, máy CNC, cánh tay robot,… đến thiết bị gia dụng máy giặt, điều hòa, máy hút bụi, máy vi tính II Mục đích nghiên cứu đề tài Chế tạo thiết bị cầu độ xác cao, tiết kiệm lượng, tuổi thọ chu kì bảo dưỡng dài.Một yêu cầu cần đáp ứng để đạt tiêu điều khiển tốc độ động điện cách ổn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru xác lập thay đổi trạng thái Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu động dc, điều khiển pid, cách truyền nhận dư liệu chuẩn usb Phần mền matlap để mô tốc độ động III Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu hàm truyền PID thử sai để điều khiển tốc độ Xây dựng mô hình thực tế: Dụng phần mền Mikro MPLAB để viết chương trình điều khiển Dùng phần mền visual studio để viết giao diện người dùng C# IV Phương pháp nguyên cứu Các phương pháp nguyên cứu chủ yếu đề tài: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: dựa vào phương trình hàm truyền từ nguồn tài liệu Phương pháp mô phỏng: Sử dụng công cụ tính toán mô phần mềm MATLAB Phương pháp thực nghiệm: Điều khiển trực tiếp mô hình cánh tay bậc tự Sử dụng vi điều khiển PIC 18f4550 10 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An Nhận xét : hệ thống đáp ứng tốt với đáp ứng đầu vào III Thiết kế thi công thực tế III.1 Thi công phần cứng Mạch nguồn: hinh sơ đồ nguồn 5V hinh sơ đồ khối nguồn 24V khối mạch công suất: hinh mạch công suất Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp: ~ 27VDC Dòng tải tối đa: 43A 39 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V Tần số điều khiển tối đa: 25 KHz Tự động shutdown sụt áp: để tránh điều khiển động mức điện áp thấp thiết bị tự shutdown Nếu điện áp < 5.5V, driver tự ngắt điện mở lại sau điện áp > 5.5V Bảo vệ nhiệt: BTS7960 bảo vệ chống nhiệt cảm biến nhiệt tích hợp bên Đầu bị ngắt có tượng nhiệt Kích thước: 40 x 50 x12mm Sơ đồ đấu nối dây: VCC: Nguồn tạo mức logic điều khiển ( 5V - 3V3 ) GND: Chân đất R_EN = 0: Disable nửa cầu H phải R_EN = 1: Enable nửa cầu H phải L_EN = 0: Disable nửa cầu H trái L_EN = 1: Enable nửa cầu H trái RPWM LPWM chân điều khiển đảo chiều tốc độ động RPWM = LPWM = 0: Mô tơ quay thuận RPWM = LPWM = 1: Mô tơ quay nghịch RPWM = LPWM = RPWM = LPWM = 0: Dừng R_IS L_IS: kết hợp với điện trở để giới hạn dòng qua cầu H Động Cơ Và Encoder: hinh khối động NEC thông số kỹ thuật: - Động DC tốc độ 1800 vòng/phút - Điện áp hoạt động 24 – 30 V 40 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An - Tích hợp Encoder 3.3V, độ phân giải 400 xung/ vòng - Màu dây động cơ: Dây đỏ, đen: dây motor(24-30 V) Dây trắng, xanh: tín hiệu encoder(A/B) Dây đỏ, đen: nguồn nuôi encoder (5 Vdc) hinh 10 mạch điều khiển III.2 Thi công phần mền hinh 11 giao diện C# Giải Thuật C#: 41 ĐỒ ÁN 2B Nguyễn Trường An NGAT NUT START NGAT NUT STOP 42 NÚT QUAY THUẬT NGHỊCH Giải Thuật Vi Xử Lý: Hàm ngắt: Hàm main: IV Kết thi công thực tế hinh 12 mô hình thi công thực tế Nhận xét: Hệ thông hoạt động ổn định bám sát giá trị đặt Thời gian đám ứng nhanh Độ vọt lố cao Cổng USB dễ bị nhiễu tác động máy tính ngoại vi chuột bàn phím Khắc phục: Tìm hệ số PID gần Hạn chế thiết bị ngoại vi sử dụng cổng USB CHƯƠNG Kết Luận Và Hướng Phát Triển I Những yêu cầu hoàn thành: - Xây dựng mô hình giao tiếp cổng USB với máy tính Xây dựng mô hình điều khiển động PIC184550 Xây dựng giải thuật PID điều khiển động Thiết kế giao diện máy tính c# 2013 II Hướng phát triển đề tài: - Sử dụng điều khiển LQR, Fuzy để nâng cao độ xác - Ứng dụng điều khiển động có công suất khác nhau, công suất lớn - Giao tiếp máy tính qua chuẩn không dây PHỤ LỤC Code C# using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; using System.Windows.Forms; using HIDLib; using ZedGraph; namespace GUI1 { public partial class Form1 : Form { HIDDevice USBPIC18 = new HIDDevice(); byte[] dataTRAN = new byte[64]; byte[] dataREC = new byte[64]; byte chieuquay, start, CQ; int j; double tickStart; int tocdodat,tocdodo, P, I, D; public Form1() { InitializeComponent(); USBPIC18.vid = 0x1234; USBPIC18.pid = 0x0003; USBPIC18.in_size = 64; USBPIC18.out_size = 64; USBPIC18.Initialize(); } protected override void WndProc(ref Message m) { USBPIC18.DeviceChange(ref m); base.WndProc(ref m); if (!USBPIC18.AttachedState) { label1.Text = "Disconnected!"; label1.ForeColor = Color.Red; } else { label1.Text = "Connected!"; label1.ForeColor = Color.Green; } timer1.Enabled = false; } private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { GraphPane myPane = zedGraphControl1.GraphPane; myPane.Title.Text = "ĐỒ THỊ MÔ TẢ VẬN TỐC QUAY THEO THỜI GIAN"; myPane.XAxis.Title.Text = "Thời gian "; myPane.YAxis.Title.Text = "VẬN TỐC ĐO"; RollingPointPairList list1 = new RollingPointPairList(12000); RollingPointPairList list2 = new RollingPointPairList(12000); LineItem curve1 = myPane.AddCurve("VẬN TỐC ĐẶT", list1, Color.Red, SymbolType.None); LineItem curve2 = myPane.AddCurve("VẬN TỐC ĐO", list2, Color.Blue, SymbolType.None); myPane.XAxis.Scale.Min = 0; // Min = 0; myPane.XAxis.Scale.Max = 30; // Mã = 30; myPane.XAxis.Scale.MinorStep = 1; // Đơn vị chia nhỏ myPane.XAxis.Scale.MajorStep = 5; // Đơn vị chia lớn zedGraphControl1.AxisChange(); tickStart = Environment.TickCount; } private void button4_Click(object sender, EventArgs e) { j++; if (j == 1) { chieuquay = 1; button4.Text = "nghich"; } if (j == 2) { chieuquay = 0; button4.Text = "thuan"; j = 0; } } private void button3_Click(object sender, EventArgs e) { tocdodat = Convert.ToInt16(TEXT_DAT.Text); dataTRAN[0] = Convert.ToByte(tocdodat % 100); dataTRAN[1] = Convert.ToByte(tocdodat / 100); P = Convert.ToInt16(TEXT_KP.Text); dataTRAN[2] = Convert.ToByte(P % 100); dataTRAN[3] = Convert.ToByte(P / 100); I = Convert.ToInt16(TEXT_KI.Text); dataTRAN[4] = Convert.ToByte(I % 100); dataTRAN[5] = Convert.ToByte(I / 100); D = Convert.ToInt16(TEXT_KD.Text); dataTRAN[6] = Convert.ToByte(D % 100); dataTRAN[7] = Convert.ToByte(D / 100); } private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { start = 1; timer1.Enabled = true; timer2.Enabled = true; } private void button2_Click(object sender, EventArgs e) { start = 0; TEXT_DAT.Text = "0"; tocdodat = Convert.ToInt16(TEXT_DAT.Text); } private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e) { int i; dataTRAN[8] = chieuquay; dataTRAN[9] = start; if (!USBPIC18.Transmit(dataTRAN)) MessageBox.Show("Thiet bi chua san sang"); for (i = 0; i 255) { OUT=255; } if(OUT