BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ HÙNG DANH ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN NHỰA COMPOSITE NGÀNH:KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ-60520203 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ HÙNG DANH ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN NHỰA COMPOSITE NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ HÙNG DANH ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN NHỰA COMPOSITE NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN CHÍ NGÔN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2015 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Lê Hùng Danh Điều khiển máy trộn nhựa Composite i HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn LỜI CẢM TẠ Đề tài “Điều khiển máy trộn nhựa Composite” hoàn thành với hướng dẫn trực tiếp thầy PGS TS Nguyễn Chí Ngôn (Trưởng Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ) Trước tận tình em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Chí Ngôn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em nhiều suốt thời gian thực đề tài Em xin gửi lòng tri ân quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, phương pháp nghiên cứu kinh nghiệm thời gian khoá học (2014-2016) Những kiến thức kinh nghiệm tảng giúp em thực hoàn thành tốt luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc Sở Thông tin Truyền thông thành phố Cần Thơ tạo điều kiện thuận lợi cho em tham gia hoàn thành khóa học T.p.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 Học viên thực Nguyễn Lê Hùng Danh Điều khiển máy trộn nhựa Composite ii HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn TÓM TẮT Vật liệu Composite vật liệu chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhằm tạo vật liệu có tính ưu việt vật liệu ban đầu Ngày nay, vật liệu Composite ứng dụng hầu hết ngành, lĩnh vực đời sống xã hội y tế, giáo dục, giao thông, thể thao, điện tử viễn thông… Cơ tính vật liệu sản phẩm Composite phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có trình trộn nhựa Composite nóng chảy với vật liệu gia cường khác Vì vậy, có nhiều máy trộn chế tạo để phục vụ cho nhu cầu trộn Composite trình sản xuất Tuy nhiên, máy trộn chế tạo với quy mô công nghiệp có dung tích trộn lớn giá thành cao, chưa phù hợp với quy mô ứng dụng nhỏ Trong đó, Đồng sông Cửu Long nay, lượng lớn tàu, thuyền Composite người dân sử dụng để vận chuyển hàng hóa, nông sản Quá trình vận chuyển, tàu thuyền dễ dàng bị va chạm với nhiều chướng ngại vật gây rạn nứt, vỡ mức độ nhỏ Do vậy, nhu cầu sử dụng máy trộn vật liệu Composite quy mô nhỏ, để nông dân tự sửa chữa phương tiện giao thông đường thủy vật liệu Composite khác người dân đặt Từ nhu cầu thực tiễn máy trộn Composite quy mô nhỏ, giá thành rẻ, phục vụ phòng thí nghiệm hộ gia đình, nghiên cứu hướng đến việc thiết kế chế tạo máy trộn tự động sử dụng động điện DC, có khả truyền thông với máy tính tính thời gian, tốc độ quay tùy thuộc vào tỷ lệ nhựa pha trộn giúp cho việc thu thập liệu tìm kiếm quy trình trộn nhựa Composite tối ưu thực dễ dàng Điều khiển máy trộn nhựa Composite iii HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn ABTRACT A Composite material is made by combining two or more different materials to create a new one which is betterthan these old materials Nowadays, the Composite materials are utilized in various fields of science and human social life such as education, healthcare, transportation, sport, electronics & telecommunication, etc The physical properties of plastic Composite products depend on manydifferent factors, including mixing molten Composite plastic and different reinforced materials together Up to now, there have had many types of Composite mixers which are created to satisfy the demand for mixing Composite materials in manufacturing However, most of mixers which are used popularly in the market are industrial mixers They have large mixing capacities and high prices, so they aren’t suitable for micro-scale applications Meanwhile, in the Mekong Delta, a large number of ships or boats which are made of Composite materials have been used to transport goods and agricultural products Whenoperating, these easily collide with obstacles or other ships The collisions can lead to small cracks To repair broken Composite products by themselves, local people need to have micro-scale Composite mixers Therefore, the demand for micro-scale Composite mixers is high and necessary To satisfy practical need of using micro-scale Composite mixers at low prices, the research aims to design and create automatic Composite mixers They are made by using DC electric motors Specially, they are able to interact withcomputers, calculate time and calculaterotational velocity.The calculating results depend on the proportion of Composite plastics which are used The research results can helpcollecting data and searching the optimal process for mixing Composite plastics to become easy Điều khiển máy trộn nhựa Composite iv HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH BẢNG ix DANH SÁCH HÌNH x Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Các kết nghiên cứu nước 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các thành phần hệ thống điều khiển 2.2 Các nguyên tắc điều khiển 2.2.1 Nguyên tắc 1: 2.2.3 Nguyên tắc 2.2.4 Nguyên tắc 2.2.5 Nguyên tắc Điều khiển máy trộn nhựa Composite v HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn 2.2.6 Nguyên tắc 2.2.7 Nguyên tắc 2.3 Luật điều khiển PID 2.4 Phương pháp ổn định tốc độ động dùng PID 10 Chương 20 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 20 3.1 Sơ đồ khối điều khiển sử dụng MCU-MSP430 20 3.2 Nguyên lý hoạt động 20 3.3 Sơ đồ chi tiết khối điều khiển PID số sử dụng MCU-MSP430 21 3.3.1 Khối Nguồn 21 3.3.2 Khối vi xử lý 21 3.3.3 Khối hiển thị LCD 22 3.3.4 Khối liệu vào LED hiển thị 22 3.3.5 Khối công suất 23 3.3.6 Khối Encoder 24 3.3.7 Khối giao tiếp máy tính 25 3.3.8 Đối tượng điều khiển 26 3.3.9 Phần mềm điều khiển 26 CHƯƠNG 30 KẾT QUẢ ĐIỀU KHIỂN QUAY TRỘN 30 4.1 Đáp ứng hệ thống 30 4.2 Khảo sát thực tế 31 4.2.1 Điều khiển động quay với số vòng 70 vòng/phút 31 Điều khiển máy trộn nhựa Composite vi HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn 4.2.2 Điều khiển động quay với số vòng 80 vòng/phút 31 4.2.3 Điều khiển động quay với số vòng 90 vòng/phút 30 4.3 Kết kiểm tra chất lượng sản phẩm Composite khảo sát thực tế 33 4.3.1 Tỷ lệ hỗn hợp 50% bột đá - 50% Composite 34 4.3.2 Tỷ lệ hỗn hợp 60% bột đá - 40% Composite 35 4.3.3 Tỷ lệ hỗn hợp 70% bột đá - 30% Composite 36 4.3.4 Tỷ lệ hỗn hợp 75% bột đá - 25% Composite 37 4.4 Ghi nhận đề xuất 38 4.5 Áp dụng phương pháp để tìm thời gian, vận tốc quay trộn với tỷ lệ nhựa Composite đưa vào hỗn hợp 39 4.5.1 Ứng dụng cách tính bình phương tối thiểu để tìm công thức cho vận tốc quay, thời gian quay cho tỷ lệ nhựa Composite đưa vào hỗn hợp 41 4.5.2 Kết thu 43 Chương 45 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 45 5.1 Kết luận 45 5.1.1 Ưu điểm 45 5.1.2 Hạn chế 45 5.2 Khuyến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 Điều khiển máy trộn nhựa Composite vii HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT MCU (Microcontroller unit) PID (proportional-integral-derivative controller) DC (Direct Current) Điều khiển máy trộn nhựa Composite viii HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn DANH SÁCH BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Ảnh hưởng điều khiển KP, KI KD Bảng 2.2: Thông số điều khiển P, PI PID hệ hở 18 Bảng 2.3: Thông số điều khiển P, PI PID hệ kín 19 Bảng 4.1: Tổng hợp kết khảo sát thực tế: 32 Bảng 4.2: Dữ liệu đo kiểm sản phẩm 50% bột đá - 50% Composite 34 Bảng 4.3: Dữ liệu đo kiểm sản phẩm 60% bột đá - 40% Composite 35 Bảng 4.4: Dữ liệu đo kiểm sản phẩm 70% bột đá - 30% Composite 36 Bảng 4.5: Dữ liệu đo kiểm sản phẩm 75% bột đá - 25% Composite 37 Bảng 4.6: Dữ liệu tốc độ quay tối ưu cho 04 tỷ lệ nhựa khảo sát 41 Bảng 4.7: Dữ liệu thời gian quay tối ưu cho 04 tỷ lệ nhựa khảo sát 43 Điều khiển máy trộn nhựa Composite ix HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bù nhiễu Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển san sai lệch Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phối hợp Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PID 15 Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống có đáp ứng hình chữ S 17 Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát điều khiển PID số 20 Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế khối nguồn 21 Hình 3.3: Sơ đồ thiết kế vi xử lý MCU - MSP430 21 Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế mạch hiển thị LCD 16x2 22 Hình 3.5: Khối LED hiển thị công tắc 22 Hình 3.6: Khối công suất điều khiển động 23 Hình 3.7: Chip L298D 23 Hình 3.8 : Mô hình encoder tương đối 24 Hình 3.9 : Module FT232 25 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý Module FT232 25 Hình 3.11: Động DC 24V phòng thí nghiệm 26 Hình 3.12: Giao diện phần mềm điều khiển máy tính 27 Hình 3.13: Bộ điều khiển kết nối với máy tính động DC (máy trộn Composite phòng thí nghiệm) 28 Điều khiển máy trộn nhựa Composite x HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Hình 3.14: Bộ điều khiển kết nối với máy tính, điều khiển động DC thực quay trộn hỗn hợp bột đá – Composite Phòng thí nghiệm - ĐHCT 29 Hình 4.1: Đáp ứng hệ thống 30 Hình 4.2: Hỗn hợp 01 kg Composite – bột đá sau trộn 30 Hình 4.3: Sản phẩm chuẩn bị đem đo tính 33 Hình 4.4: Máy đo zwick/roell HT50P 33 Hình 4.5: Kết đo tính sản phẩm hiển thi qua hình 34 Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn tính sản phẩm đo với tỷ lệ hỗn hợp 50% bột đá 50% Composite 35 Hình 4.7: Biểu đồ biểu diễn tính sản phẩm đo với tỷ lệ hỗn hợp 60% bột đá 40% Composite 36 Hình 4.8: Biểu đồ biểu diễn tính sản phẩm đo với tỷ lệ hỗn hợp 70% bột đá 30% Composite 37 Hình 4.9: Biểu đồ biểu diễn tính sản phẩm đo với tỷ lệ hỗn hợp 75% bột đá 25% Composite 38 Hình 4.10 Đồ thị hàm số f1,2(x) 39 Điều khiển máy trộn nhựa Composite xi HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Vật liệu Composite vật liệu chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhằm mục đích tạo vật liệu có tính ưu việt hẳn vật liệu ban đầu [1] Vật liệu Composite cấu tạo từ thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có đặc tính học cần thiết vật liệu đảm bảo cho thành phần Composite liên kết hài hoà với [2] Những vật liệu Composite đơn giản có từ xa xưa, khoảng 5000 năm trước công nguyên người biết trộn viên đá nhỏ vào đất trước làm gạch để tránh bị cong vênh phơi nắng Người Hy Lạp cổ biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Việt Nam truyền lại cách làm nhà bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khô tạo lớp vật liệu cứng, mát mùa hè ấm vào mùa đông (nguồn Internet) Mặc dù Composite vật liệu có từ lâu, ngành khoa học vật liệu Composite hình thành gắn với xuất công nghệ chế tạo tên lửa Mỹ từ năm 1950 Từ đến nay, khoa học công nghệ vật liệu Composite phát triển toàn giới có tên gọi khác "vật liệu mới" [2] Ngày nay, vật liệu Composite ứng dụng hầu hết ngành, lĩnh vực kinh tế quốc dân, giáo dục làm bàn ghế, tủ, đồ dùng dạy học; giao thông làm giải phân cách đường, chế tạo vỏ xe, vỏ tàu, xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng, ghế ngồi; thể thao chế tạo mái che nhà thi đấu, sân vận động, trung tâm văn hoá; lĩnh vực điện dân dụng hộp công tơ điện, sào cách điện, sứ cách điện [1;2;3]… Tính ưu việt vật liệu Composite khả chế tạo từ vật liệu thành kết cấu sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật khác mà ta mong muốn [1], thành phần cốt Composite có độ cứng, độ bền học cao, vật liệu Điều khiển máy trộn nhựa Composite HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn đảm bảo cho thành phần liên kết hài hoà tạo nên kết cấu có khả chịu nhiệt chịu ăn mòn vật liệu điều kiện khắc nghiệt môi trường Một ứng dụng có hiệu Composite polyme [3], vật liệu có nhiều tính ưu việt có khả áp dụng rộng rãi, tính chất bật nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp Trong chế tạo sản phẩm từ vật liệu Composite tùy theo nhu cầu mục đích chế tạo sản phẩm mà người ta tạo loại chất liệu Composite có tính khác [2;3] Cơ tính thành phẩm Composite phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ pha với vật liệu gia cường, chất xúc tác kỹ thuật trộn Composite trình sản xuất Trong trình sản xuất hỗn hợp Composite không trộn dẫn đến hỗn hợp có xuất bọt khí bị đóng cục dẫn đến trình đóng rắn nhựa tạo sản phẩm bị ứng xuất cục bộ, tính không đồng tạo khó khăn trình gia công sản phẩm sản xuất không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Do đó, để đảm bảo sản phẩm Composite sản xuất chất lượng, tính chất đặt tính mong muốn tỉ lệ pha phù hợp cần phải đảm bảo trình sản xuất hỗn hợp Composite phải trộn thật quy trình kỹ thuật Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu sản xuất sản phẩm Composite đạt chất lượng, máy trộn Composite nghiên cứu, thiết kế chế tạo Với việc vật liệu Composite ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, có nhiều loại máy trộn nhà sản xuất thiết kế, chế tạo để nhằm để phục vụ cho việc sản xuất sản phẩm làm từ vật liệu Composite, đa phần loại máy kế, chế tạo với quy mô lớn, thường dùng ngành công nghiệp, phù hợp với nhà máy chế tạo Composite với công suất lớn, máy trộn có giá thành cao, diện tích lắp đặt máy lớn, nhân vận hành phải đáp ứng yêu cầu chuyên môn kỹ thuật … Trong đó, Đồng sông Cửu Long nay, lượng lớn tàu, thuyền Composite người dân sử dụng để vận chuyển hàng hóa, Điều khiển máy trộn nhựa Composite HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn nông sản Quá trình vận chuyển, tàu thuyền dễ dàng bị va chạm với nhiều chướng ngại vật gây rạn nứt, vỡ mức độ nhỏ Do vậy, nhu cầu sử dụng máy trộn vật liệu Composite quy mô nhỏ, để nông dân tự sửa chữa phương tiện giao thông đường thủy vật liệu Composite khác người dân đặt Trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp điều khiển PID có ứng dụng rộng rãi, giải pháp đa cho ứng dụng Analog Digital [4;17] Trong công nghiệp việc sử dụng điều khiển PID thay điều khiển khống chế nhiệt độ, tốc độ quay động cơ, thống kê cho thấy có đến 90% điều khiến sử dụng thực tế PID Ngày nay, điều khiển PID sử dụng nhiều phổ biến cho chất lượng điều khiển có độ xác cao, đáp ứng nhanh, đảm bảo ổn định hệ thống tiết kiệm lượng tối đa so với điều khiển khác… Ngay lý thuyết điều khiển hiển đại không cho ta hiệu cao điều khiển PID mang lại Bên cạnh toán thiết kế điều khiển động chiều toán quen thuộc ngành điều khiển tự động Người ta thiết kế điều khiển cho đối tượng động điện chiều theo phương pháp dùng PLC & biến tần, điện tử công suất, vi điều khiển… Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm khác điều có chung mục đích ổn định điều khiển động Ngày nay, vi điều khiển phát triển sâu rộng ngày ứng dụng nhiều cài đặt, thiết kế điều khiển cho đối tượng ngành công nghiệp dân dụng Trên sở muốn kiểm soát tốc độ quay máy trộn nhựa Composite sử dụng động điện DC, nghiên cứu sử dụng vi điều khiển MCU MSP430 hãng Texas Instruments [8;10] 1.2 Các kết nghiên cứu nước Trong chế tạo vật liệu Compostie khâu quay trộn hỗn hợp có vai trò qua trọng chất lượng sản phẩm nên có nhiều nghiên cứu máy trộn, nhằm chế tạo máy trộn đạt tiêu chuẩn Điều khiển máy trộn nhựa Composite HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Nghiên cứu nước: Tại quốc gia Mỹ, Pháp máy trộn dạng xoắn sử dụng phổ biến, máy cho chất lượng trộn tốt, trộn nhiều loại hỗn hợp nhựa Composite Tuy nhiên máy trộn dạng thường có cấu tạo phức tạp tiêu thụ điện cao Hãng Forberg có trụ sở Na Uy nghiên cứu chế tạo loại nhiều máy trộn nhựa Composite máy trộn dạng ngang, dạng cánh khấy, dạng xẻng để đảm bảo trộn hỗn hợp Composite Tuy nhiên, kết thực nghiệm cho thấy máy trộn dạng cánh gạt cho kết trộn tốt máy trộn có phận khuấy đai xoán Nghiên cứu nước: Tại Việt Nam doanh nghiệp sản xuất sản phẩm từ nhựa Composite sử dụng nhiều loại máy trộn dạng ngang, dạng cánh gạt dãi xoắn trục đứng Các máy trộn đa số nhập từ Trung quốc, Đài Loan thiết kế chế tạo nước theo mẫu có sẳn Hiện nay, mẫu máy trộn nhựa công ty Tân Thiên Phú, Công ty TNHH An Nam nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công Tuy nhiên máy thiết kế chế tạo với quy mô lớn, chưa phù hợp hộ gia đình phòng thí nghiệm Từ nhu cầu thực tiễn máy trộn Composite quy mô nhỏ, giá thành rẻ, phục vụ phòng thí nghiệm hộ gia đình, nghiên cứu hướng đến việc thiết kế chế tạo điều khiển máy trộn nhựa Composite tự động, sử dụng động điện DC, có khả tự tính thời gian, tốc độ quay phù hợp để trộn hỗn hợp tùy thuộc vào tỷ lệ nhựa Composite đưa vào giúp cho sảm phẩm đạt chất lượng tốt 1.3 Mục đích đề tài Mục đích nghiên cứu thiết kế chế tạo điều khiển PID số điều khiển máy trộn vật liệu nhựa Composite sử dụng động điện chiều (DC) dựa vi điều khiển MSP430 hãng Texas Instruments Bộ điều khiển có công suất nhỏ chi phí thiết kế chế tạo thấp, phù hợp với quy mô ứng dụng nhỏ mà Đồng sông Cửu Long đặt Ngoài ra, thiết bị có khả truyền thông với máy tính tự tính toán vận tốc thời gian trộn phù hợp với tỷ lệ nhựa Điều khiển máy trộn nhựa Composite HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Composite sử dụng giúp cho việc khảo sát tìm kiếm quy trình trộn vật liệu nhựa Composite tối ưu thực dễ dàng 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu chế tạo điều khiển máy trộn nhựa Composite, nội dung cần thực gồm có: Thiết kế, chế tạo điều khiển PID số sử dụng vi xử lý MCU-MSP430 điều khiển tốc độ quay động điện DC, ứng dụng vào điều khiển tốc độ quay máy trộn nhựa Composite phòng thí nghiệm Bộ điều khiển có khả tiếp nhận điều khiển trực tiếp thủ công kết nối điều khiển từ máy tính thông qua phần mềm hiển thị thông số điều khiển đạt LED LCD Bộ điều khiển có khả tính toán để tìm vận tốc quay, thời gian quay trộn phù hợp cho loại hỗn hợp nhựa Composite, đáp ứng nhu cầu cần trộn nhiều tỷ lệ hỗn hợp nhựa Composite người sử dụng Đưa điều khiển vào khảo sát thực tế, điều khiển động điện DC trộn nhựa Composite phòng thí nghiệm, thu thập số kết đạt thông qua việc khảo sát quay trộn hỗn hợp Composite phòng thí nghiệm 1.5 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu động điện chiều (DC), đặt tính phương pháp điều khiển động DC Hoàn chỉnh thiết kế, gia công mạch phần cứng, xây dựng ứng dụng thuật toán điều khiển lên vi điều khiển MCU - MSP430 Khảo sát thực tế, thực kết nối điều khiển trực tiếp động DC thực quay trộn hỗn hợp nhựa Composite phòng thí nghiệm Xây dựng phần mềm điều khiển thu thập liệu quay trộn hỗn hợp nhựa Composite qua máy tính, bước đầu thu thập số kết đạt được, đề xuất liệu điều khiển quay trộn hỗn hợp nhựa Composite Điều khiển máy trộn nhựa Composite HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các thành phần hệ thống điều khiển Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Hình.2.1: Vref +_ e(t) Bộ điểu khiển u(t) Đối tượng điều khiển V(t) Vht(t) Cảm biến Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển [5] - Vref: Tín hiệu đặt - V(t): Tín hiệu đáp ứng vòng kín - Vht(t): Tín hiệu hồi tiếp - e(t) (error): Sai số - u(t): Tín hiệu điều khiển Như vậy, hệ thống điều khiển gồm ba thành phần sau: Thiết bị đo lường (cảm biến), điều khiển đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường có chức thu thập thông tin Các thiết bị đo là: Biến trở tuyến tính, biến trở góc quay, cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ… Đối tượng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển Đối tượng điều khiển là: Thiết bị kỹ thuật, dây chuyền sản xuất, quy trình công nghệ… Điều khiển máy trộn nhựa Composite HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Bộ điều khiển thực chức xử lý thông tin, định điều khiển Tùy theo phương pháp phân tích thiết kế, loại tín hiệu, mục tiêu điều khiển mà ta có loại điều khiển khác 2.2 Các nguyên tắc điều khiển Các nguyên tắc điều khiển xem kim nam để thiết kế hệ thống điều khiển đạt chất lượng cao có hiệu kinh tế [5] 2.2.1 Nguyên tắc 1: Nguyên tắc thông tin phản hồi Muốn trình điều khiển đạt chất lượng cao, hệ thống phải tồn hai dòng thông tin: Một từ điều khiển đến đối tượng từ đối tượng ngược điều khiển (dòng thông tin ngược gọi hồi tiếp) Điều khiển không hồi tiếp (điều khiển vòng hở) đạt chất lượng cao, có nhiễu Các sơ đồ điều khiển dựa nguyên tắc thông tin phản hồi là: 2.2.1.1 Điều khiển bù nhiễu: Điều khiển theo nguyên tắc bù nhiễu để đạt đầu vào Vref mong muốn mà không cần quan sát tín hiệu V(t) Về nguyên tắc, hệ phức tạp điều khiển bù nhiễu cho chất lượng tốt (Hình.2.2): n(t) Vref Bộ điều khiển Đối tượng u(t) V(t) Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bù nhiễu 2.2.1.2 Điều khiển san sai lệch: Bộ điều khiển quan sát tín hiệu V(t), so sánh với tín hiệu vào mong muốn Vref để tính toán tính hiệu điều khiển u(t) Nguyên tắc điều chỉnh linh hoạt, loại sai lệch, thử nghiệm sửa sai Đây nguyên tắc điều khiển, hình 2.3 Điều khiển máy trộn nhựa Composite S K L 0 [...]... toán điều khiển lên vi điều khiển MCU - MSP430 Khảo sát thực tế, thực hiện kết nối và điều khiển trực tiếp động cơ DC thực hiện quay trộn hỗn hợp nhựa Composite tại phòng thí nghiệm Xây dựng phần mềm điều khiển thu thập dữ liệu quay trộn hỗn hợp nhựa Composite qua máy tính, bước đầu thu thập một số kết quả đạt được, đề xuất bộ dữ liệu điều khiển quay trộn hỗn hợp nhựa Composite Điều khiển máy trộn nhựa. .. DC, ứng dụng vào điều khiển tốc độ quay của máy trộn nhựa Composite trong phòng thí nghiệm Bộ điều khiển có khả năng tiếp nhận điều khiển trực tiếp bằng thủ công hoặc kết nối điều khiển từ máy tính thông qua phần mềm và hiển thị các thông số điều khiển đạt được trên LED LCD Bộ điều khiển có khả năng tính toán để tìm ra vận tốc quay, thời gian quay trộn phù hợp cho từng loại hỗn hợp nhựa Composite, đáp... nghệ… Điều khiển máy trộn nhựa Composite 6 HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Bộ điều khiển thực hiện chức năng xử lý thông tin, ra quyết định điều khiển Tùy theo phương pháp phân tích và thiết kế, loại tín hiệu, mục tiêu điều khiển mà ta có các loại điều khiển khác nhau 2.2 Các nguyên tắc điều khiển Các nguyên tắc điều khiển có thể xem là kim chỉ nam để thiết kế hệ thống điều khiển. .. thiết kế và chế tạo bộ điều khiển máy trộn nhựa Composite tự động, sử dụng động cơ điện DC, có khả năng tự tính được thời gian, tốc độ quay phù hợp để trộn đều hỗn hợp tùy thuộc vào tỷ lệ nhựa Composite đưa vào giúp cho sảm phẩm đạt chất lượng tốt nhất 1.3 Mục đích của đề tài Mục đích của nghiên cứu này là thiết kế và chế tạo bộ điều khiển PID số điều khiển máy trộn vật liệu nhựa Composite sử dụng động... máy trộn nhựa Composite sử dụng động cơ điện DC, nghiên cứu này đã sử dụng vi điều khiển MCU MSP430 của hãng Texas Instruments [8;10] 1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước Trong chế tạo vật liệu Compostie thì khâu quay trộn hỗn hợp có vai trò rất qua trọng đối với chất lượng sản phẩm nên có rất nhiều nghiên cứu đối với máy trộn, nhằm chế tạo ra máy trộn đạt tiêu chuẩn Điều khiển máy trộn nhựa. .. trình điều khiển đạt chất lượng cao, trong hệ thống phải tồn tại hai dòng thông tin: Một từ bộ điều khiển đến đối tượng và một từ đối tượng ngược về bộ điều khiển (dòng thông tin ngược gọi là hồi tiếp) Điều khiển không hồi tiếp (điều khiển vòng hở) không thể đạt chất lượng cao, nhất là khi có nhiễu Các sơ đồ điều khiển dựa trên nguyên tắc thông tin phản hồi là: 2.2.1.1 Điều khiển bù nhiễu: Điều khiển. .. loại nhiều máy trộn nhựa Composite như máy trộn dạng ngang, dạng cánh khấy, dạng tấm xẻng để đảm bảo trộn đều các hỗn hợp Composite Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm cho thấy máy trộn dạng cánh gạt cho kết quả trộn tốt hơn các máy trộn có bộ phận khuấy đai xoán Nghiên cứu trong nước: Tại Việt Nam các doanh nghiệp sản xuất các sản phẩm từ nhựa Composite hiện đang sử dụng nhiều là loại máy trộn dạng ngang,... phòng thí nghiệm) 28 Điều khiển máy trộn nhựa Composite x HVTH: Nguyễn Lê Hùng Danh GVHD: PGS.TS Nguyễn Chí Ngôn Hình 3.14: Bộ điều khiển kết nối với máy tính, điều khiển động cơ DC thực hiện quay trộn hỗn hợp bột đá – Composite tại Phòng thí nghiệm - ĐHCT 29 Hình 4.1: Đáp ứng của hệ thống 30 Hình 4.2: Hỗn hợp 01 kg Composite – bột đá sau khi được trộn đều 30 Hình 4.3: Sản phẩm... - u(t): Tín hiệu điều khiển Như vậy, một hệ thống điều khiển gồm ba thành phần cơ bản sau: Thiết bị đo lường (cảm biến), bộ điều khiển và đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường có chức năng thu thập thông tin Các thiết bị đo có thể là: Biến trở tuyến tính, biến trở góc quay, cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ… Đối tượng điều khiển chịu tác động của tín hiệu điều khiển Đối tượng điều khiển có thể là:... nhu cầu cần trộn nhiều tỷ lệ hỗn hợp nhựa Composite của người sử dụng Đưa bộ điều khiển vào khảo sát thực tế, điều khiển động cơ điện DC trộn nhựa Composite tại phòng thí nghiệm, thu thập một số kết quả đạt được thông qua việc khảo sát quay trộn hỗn hợp Composite tại phòng thí nghiệm 1.5 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu về động cơ điện một chiều (DC), các đặt tính và các phương pháp điều khiển động cơ