Trương Ngọc Anh :GVHD Đỗ Đồ án Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án LỜI NĨI ĐẦU Đất nước ta thời kì cơng nghiệp hóa , đại hóa Nền kinh tế ngày phát triển mạnh mẽ , đời sống nhân dân ngày nâng cao Qua nhu cầu ngừơi dân tăng theo, điều đòi hỏi nhà máy sản xuất phải nâng cao suất đảm bảo mặt chất lượng Để làm điều nhà máy phải ngày nâng cao mặt tự động hóa Trong dây chuyền sản xuất tự động động DC cấu điều khiển hữu hiệu Động DC sử dụng rộng rãi dây chuyền sản xuất tự động , ngồi động DC ứng dụng thiết bị điều khiển xác, ví dụ điều khiển robot… Trong trình học trường sinh viên cần phải vận dụng kiến thức học vào thưc tế Đồ án môn học “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG PID” kết vận dụng kiến thức học sinh viên Đại Học ngành điện tử vào thực tế Qua giúp cho sinh viên hiểu rõ học lý thuyết mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tế LỜI CẢM ƠN Đỗ Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án Dù Em có nhiều cố gắng q trình thực đồ án này, nhiên tránh khỏi thiếu sót Kính mong Thầy bạn thẳng thắn đóng góp ý kiến để đồ án mơn học em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Thầy Trương Ngọc Anh tận tình bảo hướng dẫn , Đồng cảm ơn đến bạn lớp 081011 góp ý cho trình thực đồ án MỤC LỤC PHẦN I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Giới thiệu sơ lược module mạch Giới thiệu thuật toán PID Phương án thực Sơ đồ nguyên lý mạch Đỗ Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án Các bước vận hành mạch Giới hạn đề tài Hướng phát triển đề tài PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1: Giới thiệu linh kiện CHƯƠNG 2: Thiết kế mạch KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI HIỂN THỊ KHỐI XỬ LÝ KHỐI CÔNG SUẤT CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LƯU ĐỒ KHỐI VÀ VIẾT CODE CHƯƠNG4: THI CÔNG Sơ đồ mạch in Sơ đồ linh kiện PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận (nêu tóm tắt vấn đề thực được) Hướng phát triển (nêu hướng phát triển đề tài) Phụ lục:Code chương trình Đỗ Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC MODULE CỦA MẠCH  Yêu cầu đặt ra: Lập trình C cho PIC16f877a điều khiển ổn định tốc độ động DC dùng phương pháp PID Tốc độ đặt trước động nhập từ nút nhấn, tốc độ tức thời hồi tiếp từ động hiển thị LCD 16x2  Tóm tắt hướng thực đề tài: + Sử dụng vi điều khiển PIC làm vi điều khiển trung tâm Dùng phần mềm CCS để lập trình biên dịch + Xây dựng khối nút nhấn gồm nút nhấn để điều khiển tốc độ chiều động cơ, đồng thời có thêm nút nhấn để reset VĐK + Hiển thị tốc độ động dùng hình LCD 16x2 lập trình chế độ bit + Dùng IC L298 IC cổng logic 7408 7414 để làm cấu lái đệm công suất cho động + Dùng kênh PWM ccp1 để thay đổi tốc độ cho động + Đối tượng điều khiển động DC 12V có tích hợp encoder + Khối nguồn cung cấp cho mạch sử dụng IC7805 ổn đònh 5V cấp cho vi điều khiển khối nguồn dùng IC7812 tạo điện áp 12V cấp cho động DC GIỚI THIỆU VỀ THUẬT TOÁN PID: - Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID) một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát sử dụng rộng rãi các hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID sử dụng phổ biến số điều khiển phản hồi Một điều khiển PID tính tốn giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp kiến thức q trình, điều khiển PID điều khiển tốt [1]  Tuy nhiên, để đạt kết tốt nhất, thông số PID sử dụng tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất hệ thống-trong kiểu điều khiển giống nhau, thông số phải phụ thuộc vào đặc thù hệ thống Đỗ Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án - Giải thuật tính tốn điều khiển PID bao gồm thông số riêng biệt, đơi gọi là điều khiển ba khâu: giá trị tỉ lệ,tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động sai số tại, giá trị tích phân xác định tác động tổng sai số khứ, giá trị vi phân xác định tác động tốc độ biến đổi sai số Tổng chập ba tác động dùng để điều chỉnh trình thơng qua phần tử điều khiển vị trí van điều khiển hay nguồn phần tử gia nhiệt Nhờ vậy, giá trị làm sáng tỏ quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy sai số quá khứ, và D dự đoán sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi - Bằng cách điều chỉnh số giải thuật điều khiển PID, điều khiển dùng thiết kế có yêu cầu đặc biệt Đáp ứng điều khiển mơ tả dạng độ nhạy sai số điều khiển, giá trị mà điều khiển vọt lố điểm đặt giá trị dao động hệ thống Lưu ý công dụng giải thuật PID điều khiển khơng đảm bảo tính tối ưu ổn định cho hệ thống - Vài ứng dụng yêu cầu sử dụng hai khâu tùy theo hệ thống Điều đạt cách thiết đặt đội lợi đầu không mong muốn Một điều khiển PID gọi điều khiển PI, PD, P I vắng mặt tác động bị khuyết  Bộ điều khiển PI khá phổ biến, đáp ứng vi phân nhạy nhiễu đo lường, trái lại thiếu giá trị tích phân khiến hệ thống không đạt giá trị mong muốn Đỗ Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án :Giải thuật điều khiển PID tốc độ PID cách viết tắt từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân) Derivative (đạo hàm) Tuy xuất lâu đến PID giải thuật điều khiển dùng nhiều ứng dụng điều khiển tự động Đề tài điều khiển tốc độ động DC dùng giải thuật PID giải :thích sau Gọi F lực quay động Ban đầu động vận tốc 0, nhiệm vụ đặt điều khiển lực F (một cách tự động) để làm quay động đạt tới tốc độ đặt trước với yêu cầu: xác (accurate), nhanh (fast response), ổn định (small overshot) Một điều tự nhiên, vận tốc động xa vận tốc mong muốn, hay nói cách khác sai số (error) lớn, cần tác động lực F lớn để nhanh chóng đưa vận tốc động tới vận tốc đặt trước Một cách đơn giản :để cơng thức hóa ý tưởng dùng quan hệ tuyến tính F=Kp*e (1) Trong Kp số dương mà gọi hệ số P (Propotional gain), e sai số cần điều khiển tức độ chênh lệch vận tốc đặt trước với vận tốc động Mục tiêu điều khiển đưa e tiến nhanh tốt Rõ ràng Kp lớn F lớn động nhanh chóng tiến vận tốc đặt trước Tuy nhiên, lực F lớn gia tốc cho động nhanh (định luật II Newton: F=ma) Khi động đến vận tốc đặt trước (tức e=0), lực F=0 (vì F=Kp*e=F=Kp*0) qn tính tốc độ động tiếp tục tăng, sai số e lại trở nên khác 0, giá trị sai số lúc gọi overshot (vượt quá) Lúc này, sai số e số âm, lực F lại xuất với chiều ngược lại để hãm tốc độ động lại tốc độ đặt trước Nhưng lần nữa, Kp lớn nên giá trị lực F lớn kéo tốc độ động thấp tốc độ đặt trước Quá trình tiếp diễn, tốc độ động dao động quanh tốc độ đặt trước Có trường hợp tốc độ dao động ngày xàng xa tốc độ đặt trước Bộ điều khiển lúc nói khơng ổn định Một đề xuất nhằm giảm overshot động sử dụng thành phần “thắng” điều khiển Sẽ lý tưởng tốc độ xa điểm O (tốc độ đặt trước), điều khiển sinh lực F lớn tốc độ động tiến gần đến điểm O thành phần “thắng” giảm tốc độ động lại Chúng ta biết vật dao động quanh điểm vật có vận tốc cao tâm dao động (điểm O) Nói cách khác, gần điểm O sai số e tốc độ động thay đổi nhanh (cần phân biệt: e thay đổi nhanh e lớn nhất) Mặt khác, tốc độ thay đổi e tính đạo hàm biến theo thời gian Như vậy, tốc độ động từ ban đầu tiến gần O, đạo hàm sai số e tăng giá trị ngược chiều lực F (vì e giảm nhanh dần) Nếu sử Đỗ Huy Duy :SVTH Trương Ngọc Anh :GVHD Đồ án dụng đạo hàm làm thành phần “thắng” giảm overshot động Thành phần “thắng” thành phần D (Derivative) điều khiển PID mà khảo sát Thêm thành phần D vào điều :khiển P tại, thu điều khiển PD nhu sau F=Kp*e + Kd*(de/dt) (2) Trong (de/dt) vận tốc thay đổi sai số e Kd số không âm gọi hệ số D (Derivative gain) Sự diện thành phần D làm giảm overshot động cơ, vận tốc động tiến gần O, lực F gồm thành phần Kp*e > =0 (P) Kd*(de/dt)