BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ VŨ HỮU THÍCH NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM CÔNG SUẤT NHỎ TRÊN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN BÙ ĐẶC TÍNH TĨNH VÀ THÍCH NGHI MODAL LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ VŨ HỮU THÍCH NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM CÔNG SUẤT NHỎ TRÊN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN BÙ ĐẶC TÍNH TĨNH VÀ THÍCH NGHI MODAL Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 62.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM TUẤN THÀNH PGS.TS ĐÀO HOA VIỆT HÀ NỘI – NĂM 2016 i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Tuấn Thành, PGS.TS Đào Hoa Việt với tài liệu tham khảo trích dẫn Các kết quả, số liệu nêu luận án hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình Tác giả luận án ii Lời cảm ơn Trƣớc hết, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Ban Giám Đốc, khoa Kỹ thuật Điều khiển, môn Kỹ thuật Điện - Học viện Kỹ thuật Quân sự, với Ban Giám Hiệu, khoa Điện, môn Tự động hóa - Trƣờng Đại học Công nghiệp Hà Nội, tạo điều kiện tốt để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Tuấn Thành, ngƣời hƣớng dẫn khoa học thứ PGS.TS Đào Hoa Việt, ngƣời hƣớng dẫn thứ hai, tận tình hƣớng dẫn, nội dung cần phải giải để hoàn thành luận án Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, chia sẻ giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Tác giả luận án iii Mục lục Lời cam đoan………………………………………………………………………………… i Mục lục………………………………………………………………………………………… iii Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt…………………………………………… vi Danh mục hình vẽ, đồ thị……………………………………… ………………… viii MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… …………… Chƣơng 1-TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM VÀ VẤN ĐỀ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM 11 1.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………………………… 11 1.2 Tổng quan vấn đề nâng cao chất lƣợng HTĐB………….…… 12 1.3 Động chấp hành HTĐB công suất nhỏ………….….…… 13 1.4 Phân tích đặc điểm phƣơng pháp điều khiển hệ bám ĐCV công suất nhỏ.……………………………………………………………….………… 19 1.4.1 Đặc điểm hệ truyền động bám ĐCV công suất nhỏ……… 19 1.4.2 Các phƣơng pháp điều khiển hệ bám ĐCV công suất nhỏ…… 21 1.4.2.1 Phƣơng pháp điều khiển phản hồi tuyến tính hóa………… 24 1.4.2.2 Phƣơng pháp điều khiển PD bù trọng trƣờng……………… 20 1.4.2.3 Phƣơng pháp điều khiển bền vững……………………………… 23 1.4.2.4 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi………………………… … 23 1.5 Phân tích ảnh hƣởng cấu trúc phần đến chất lƣợng hệ thống truyền động bám………………………………………………… 26 1.6 Phân tích nghiên cứu nƣớc liên quan đến lĩnh vực điều khiển hệ bám ĐCV công suất nhỏ………………………… 33 1.6.1 Vấn đề điều khiển ĐCV……………………………………………………… 34 1.6.2 Vấn đề điều khiển hệ thống bám………………………………………… 37 1.7 Một số phƣơng pháp điều khiển hệ truyền động bám sở có xét đến ảnh hƣởng cấu trúc phần cơ……………………………… 39 1.8 Xây dựng toán nghiên cứu………………………………………………… 42 Kết luận chương 1…………………………………………………………………… 44 iv Chƣơng 2-ĐIỀU KHIỂN BÙ CÁC ĐẶC TÍNH TĨNH ĐCV CÔNG SUẤT NHỎ TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM GÓC………………… 46 2.1 Điều khiển véc tơ động van………………………………………….……… 46 2.1.1 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp điều khiển véc tơ…………… 46 2.1.1.1 Biến đổi thuận ngƣợc hệ trục tọa độ abc αβ 46 2.1.1.2 Biến đổi thuận ngƣợc hệ trục tọa độ αβ dq… 47 2.1.2 Điều khiển động van hệ trục tọa độ dq……… ………… 48 2.2 Điều khiển bù đặc tính tĩnh động van……………………… …… 48 2.2.1 Bản chất phƣơng pháp bù đặc tính tĩnh động van 48 2.2.2 Các thuật toán điều khiển bù đặc tĩnh tĩnh động van… …… 52 2.3 Xây dựng thuật toán điều khiển bù đặc tính tĩnh ĐCV………… 54 2.3.1 Xây dựng thuật toán……………………………………………………… … 54 2.3.2 Phân tích ảnh hƣởng thông số ĐCV đến đặc tính bù 56 2.3.2.1 Ảnh hƣởng điện áp nguồn……………………………… …… 56 2.3.2.2 Ảnh hƣởng điện cảm pha stato………………………….…… 57 2.3.2.3 Ảnh hƣởng điện trở pha stato………………………………… 57 2.3.2.4 Ảnh hƣởng hệ số sức phản điện động…………………… 58 2.4 Xây dựng sơ đồ điều khiển hệ truyền động bám ĐCV sở phƣơng pháp điều khiển BĐTT………………………………………………… 58 Kết luận chương 2…………………………………………………………………… 60 Chƣơng 3- ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MODAL KẾT HỢP VỚI ĐIỀU KHIỂN BÙ CÁC ĐẶC TÍNH TĨNH NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM GÓC SỬ DỤNG ĐCV CÔNG SUẤT NHỎ………………………………………………………….…… 61 3.1 Đặt toán nghiên cứu………………………………………………………….… 61 3.2 Điều khiển thích nghi modal hệ truyền động bám sử dụng ĐCV công suất nhỏ……………………………………………………………….………… 64 3.2.1 Hàm truyền đạt sơ đồ cấu trúc ĐCV………………………… 64 3.2.2 Mô hình toán học ĐCV máy công tác tính đến liên kết đàn hồi, khe hở ma sát…………………………………………… 68 v 3.2.3 Phân tích tổng hợp hệ truyền động bám ĐCV công suất nhỏ điều khiển TNMD kết hợp BĐTT có xét đến cấu trúc phần cơ… 71 3.2.3.1 Mô hình toán học hệ thống không gian trạng thái…… 72 3.2.3.2 Xây dựng quan sát trạng thái…………………………… …… 74 3.2.3.3 Lựa chọn luật điều khiển………………………………………… … 78 3.2.3.4 Tính toán tham số cho khâu thích nghi modal………….…… 82 3.3 Tổng hợp điều khiển vị trí cho hệ thống bám ĐCV……… ……… 87 Kết luận chương 3……………………………………………………………….…… 91 Chƣơng - MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM GÓC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ VAN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP THÍCH NGHI MODAL KẾT HỢP BÙ CÁC ĐẶC TÍNH TĨNH…………………………………………………………………………………………… 92 4.1 Mô đánh giá chất lƣợng thuật toán điều khiển BĐTT……… 93 4.1.1 Sơ đồ mô Simulink……………………………………… … 93 4.1.2 Các kết mô nhận xét đánh giá…………………… … 95 4.2 Mô đánh giá chất lƣợng hệ truyền động bám ĐCV………… 98 4.2.1 Các sơ đồ mô Simulink………………………………… … 99 4.2.2 Các kết mô nhận xét đánh giá………………… …… 100 4.3 Đánh giá thuật toán BĐTT mô hình thực nghiệm………… …… 109 4.3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm……………………………………….… 109 4.3.2 Kết thực nghiệm nhận xét đánh giá……………………… … 111 4.4 Đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu luận án……………………… … 113 4.4.1 Đánh giá thông qua thuật toán điều khiển BĐTT………………… 113 4.4.2 Đánh giá thông qua ứng dụng điều khiển thích nghi modal… 114 Kết luận chương 4…………………………………………………………………… 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………….… 119 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ…………………………….…… 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….… 124 PHỤ LỤC……………………………………………………………………………………… 134 vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Chữ viết tắt Ý nghĩa TĐĐ Truyền động điện HTĐB Hệ truyền động bám ĐC Động ĐCV Động van ĐCMC Động điện chiều có cổ góp ĐKB Động điện không đồng PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor (động đồng kích thích vĩnh cửu) ĐKVT Điều khiển véc tơ ĐKBT Điều khiển bù đặc tính tĩnh BĐTT Bù đặc tính tĩnh KBT Khối bù tĩnh BĐK Bộ điều khiển TNMD Thích nghi modal ĐKTNMD Điều khiển thích nghi modal ĐTTSLG Đặc tính tần số lôgarit CBVT Cảm biến vị trí góc rôto ĐKTN Điều khiển thích nghi BQSTT Bộ quan sát trạng thái BQSTN Bộ quan sát thích nghi PID Bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm PI Bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân RB Robot KĐCS Khuếch đại công suất BĐ-KĐ Biến đổi - khuếch đại ĐCVTKG Điều chế véc tơ không gian VĐK Vi điều khiển vii BĐC Bộ điều chỉnh MCT Máy công tác Ký hiệu Ý nghĩa Mdc, Mms Mdh, Mc, Mô men động cơ, mô men đàn hồi, mô men cản, mô men ma sát 1, 2 Tốc độ góc đầu trục động cơ, tốc độ góc cấu công tác ,pn Tốc độ góc từ trƣờng quay, số đôi cực từ động J1, J2 Mô men quán tính động cấu công tác  Tần số cộng hƣởng 1 , 2 Góc quay trục động cơ, góc quay cấu công tác abc,  , dq Hệ tọa độ abc, hệ tọa độ stato, hệ tọa độ rôto R,L,Ld ,Lq Điện trở pha, điện cảm pha , điện cảm trục d q i,i ,id ,iq Thành phần dòng điện stato trục  ,  , d q Tu ,Te ,Tm Hằng số thời gian: điện từ, điện tử , điện động Cm, Ce Hệ số mô men, hệ số sức phản điện động Um, ud, uq Biên độ điện áp pha, thành phần điện áp trục d q Chỉ số Ý nghĩa Độ ᶺ Đại lƣợng đánh giá T Chuyển vị * Lƣợng đặt Chỉ số dƣới Ý nghĩa , ,d,q Tọa độ trục  , trục  , trục d, trục q dc Động xn Xoắn ms c Ma sát Cản viii Danh mục hình vẽ, đồ thị Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Sơ đồ chức hệ truyền động bám 11 Hình 1.2 Sơ đồ khối động van 14 Hình 1.3 Sơ đồ dây quấn hệ trục tọa độ 16 Hình 1.4 Biến đổi đoạn sơ đồ cấu trúc máy đồng 17 Hình 1.5 Mô hình động van hệ tọa độ quay dq 18 Hình 1.6 Họ đặc tính đặc tính điện ĐCV 19 Hình 1.7 Quan hệ mô men với thành phần dòng điện id iq 19 Hình 1.8 Hình ảnh robot APHЭ-0 (a) robot APHЭ-02(b) 21 Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động bám ĐCV 22 Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển phản hồi tuyến tính hóa 24 Hình 1.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển PD bù trọng trƣờng 25 Hình 1.12 Mối quan hệ phần tử phần 27 Hình 1.13 Mô hình phần có liên hệ đàn hồi, khe hở ma sát 28 Hình 1.14 Sơ đồ phần dạng hàm truyền 28 Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống TĐĐ có xét đến phần 29 Hình 1.16 Đặc tính logarit hệ thống khảo sát Simulink 30 Hình 1.17 Các hình dạng lực mô men ma sát 33 Hình 1.18 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ĐKVT kinh điển 35 Hình 1.19 Biến đổi hệ trục tọa độ ĐKVT kinh điển 36 Hình 1.20 Sơ đồ cấu trúc ĐCV với phƣơng pháp điều khiển BĐTT 37 Hình 1.21 Điều khiển bù khe hở, mô men ma sát mô men đàn 40 hồi Hình 1.22 Mô hình tuyến tính xấp xỉ hệ truyền động khớp nối 41 mềm có khe hở 135 function ud = fcn(uq,W) Te=0.0001; %hang so thoi gian mach dien tu R=5.0; %gia tri dien tro pha L=0.0035; %gia tri dien cam pha Tu=L/R; %hang so thoi gian dien tu fi0=0; %goc ban dau cua cam bien vi tri ke=13.2; %he so khuech dai cong suat pn=4; %so doi cuc dong co Ce=0.12; %he so suc phan dien dong w=pn*W; %toc dong co delta_fie=atan(w*Te); delta_fiu=atan(w*Tu); delta_tong=fi0+delta_fie+delta_fiu; ud_tu = -(ke*uq*cos(delta_fie)*sin(delta_tong)- Ce*w*sin(delta_fiu)); ud_mau=(ke*cos(delta_fie)*cos(delta_tong)); ud=ud_tu/ud_mau; Bộ tham số động khâu thích nghi modal Điện trở pha stato: 5,0 Om; điện áp pha: 12 V; tốc độ không tải: 2150 v/ph; mô men khởi động: 0,324 Nm; công suất cơ: 18 W; số thời gian điện: 160 ms; số thời gian điện từ: 0,07 ms; hệ số mô men: 0,12 Nm/A; hệ số sức phản điện động: 0,12 Vs/rad; mô men quán tính: 2,3.10-4 kg.m2 ke=13.5; Te=0.0001; R=5.0; L=0.0035; Ce=0.12; p=4; J1=0.0023; m3=0.00001; Cm=0.12; T=0.0007; kcd=5.0; k=6;m1=0.335;m2=0.005; n1=550;n2=50;n3=1200; h=5;h1=10;h2=10;h3=3.5;Tc1=0.00012;Tc2=0.00086; Tc=0.0001; t=0.0001; Code điều khiển bù đặc tính tĩnh Chip type : ATmega128 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 4.000000 MHz 136 Memory model : Small External RAM size : Data Stack size : 1024 //================================================================ #include #include #include #include //================================================================ // Declare your function prototys here //================================================================ void InitVar(void); //Chuong trinh khoi tao bien/hang float do_phi(void); float tinh_omega(float g_rotor); //Chuong trinh goc ro to //tinh toc goc tu goc phi duoc float tinh_Ud(float Uq); //Tinh Ud float tinh_Ualpha(float Ud, float Uq, float Phi);//tinh Ualpha float tinh_Ubeta(float Ud, float Uq, float Phi); //tinh Ubeta void tinh_Uabc(float Ualpha, float Ubeta); //Tinh Ua,Ub,Uc void Phat_Xung(float Ua, float Ub, float Uc); //Phat xung PWM cac cuc //dieu khien cua IGBT //================================================================ // Declare your global variables here //================================================================ float phi1,phi,omega,Uq,Ud,Ualpha,Ubeta; //Goc rotor va toc goc float Ua,Ub,Uc; //Dien ap mo cua IGBT float Phi0,DPy,DPo; float Ts,Pi,Ty,To,Ky,Ce; //Cac hang so unsigned char Pn; //So cuc cua dong co //================================================================ //INTERRUPT Timer overflow interrupt service routine //Tao chu ky lay mau: Ts = 1ms //Input: None //Output: None //================================================================ interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { // Reinitialize Timer value 137 TCNT0=0x82; // Place your code here PORTB.1=~PORTB.1; //Bao he thong dang chay(RUNNING) phi = do_phi(); //Do go rotor(phi) omega = tinh_omega(phi); //Tinh toc rotor(rad/s) Ud = tinh_Ud(Uq); //Tinh Ud Ualpha = tinh_Ualpha(Ud, Uq, phi); //Tinh Ualpha Ubeta = tinh_Ubeta(Ud, Uq, phi); //Tinh Ubeta tinh_Uabc(Ualpha, Ubeta); //Tinh Ua, Ub, Uc Phat_Xung(Ua, Ub, Uc); //Phat xung den IGBT } //================================================================ //Subroutine do_phi //Chuong trinh chinh thuc hien goc rotor //Input: None //Output: do_phi //================================================================ float do_phi(void){ unsigned char PhiL,PhiH; float goc_phi; PORTB.0 = 0; //Cho phep doc Byte thap cua goc rotor PhiL = PORTA; PORTB.0 = 1; //Cho phep doc Byte cao cua goc rotor PhiH = PORTA; goc_phi = (float)(256*PhiH+PhiL); goc_phi = (goc_phi*2*Pi)/32767; //Doi radian phi1 = phi; //Luu lai goc rotor thoi diem truoc return goc_phi; } //================================================================ //Subroutine tinh_omega //Chuong trinh thuc hien tinh toc goc cua rotor //Input: g_rotor //Output: tinh_omega //================================================================ float tinh_omega(float g_rotor){ float phi2; phi2 = g_rotor; return } (phi2 - phi1)/Ts; //Tra ve toc goc(Rad/s) 138 //================================================================ //Subroutine tinh_Ud //Chuong trinh tinh Ud //Input: Uq //Output: tinh_Ud //================================================================ float tinh_Ud(float Uq){ float DPt; float Udat; //Deta Phi tong //Bien nhap cua Ud DPe = atan(Pn*omega*Te); //Goc lech pha giua dong dien va die ap stato //theo Te DPu = atan(Pn*omega*Tu); //Goc lech pha giua dong dien va dien ap stato //theo Tu DPt = Phi0 + DPe + DPu; Udat = -(Ke*Uq*cos(DPe)*sin(DPt)-Ce*omega*sin(DPu)); return Udat/(Ke*cos(DPe)*cos(DPt)); //Tra ve Ud } //================================================================ //Subroutine tinh_Ualpha //Chuong trinh tinh gia tri Ualpha //Input: Ud, Uq, Phi //Output: tinh_Ualpha //================================================================ float tinh_Ualpha(float Ud, float Uq, float Phi){ return Ud*cos(Phi+Pi/2) - Uq*sin(Phi+Pi/2); //Tra ve Ualpha } //================================================================ //Subroutine tinh_Ubeta //Chuong trinh tinh gia tri Ubeta //Input: Ud, Uq, Phi //Output: tinh_Ualpha //================================================================ float tinh_Ubeta(float Ud, float Uq, float Phi){ return Ud*sin(Phi+Pi/2) - Uq*cos(Phi+Pi/2); //Tra ve Ubeta } //================================================================ //Subroutine tinh_Uabc //Chuong trinh tinh gia tri Ua, Ub, Uc 139 //Input: Ualpha, Ubeta //Output: Ua, Ub, Uc //================================================================ void tinh_Uabc(float Ualpha, float Ubeta){ Ua = Ualpha; Ub = -0.5*Ualpha + 0.5*sqrt(3)*Ubeta; Uc = -0.5*Ualpha - 0.5*sqrt(3)*Ubeta; } //================================================================ //Subroutine Phat_Xung //Chuong trinh tinh gia tri Ua, Ub, Uc //Input: Ua, Ub, Uc //Output: Thay doi mo cua cac Valve //================================================================ void Phat_Xung(float Ua, float Ub, float Uc){ if(Ua > 0){ //Khi dien ap pha A duong OCR1AL = 255*Ua; //Mo V1 OCR3AL = 0; //Khoa Valve V4 //Dieu khien pha C if (Uc > 0){ OCR1CL = 255*Uc; //Mo V3 } else{ OCR3CL = -255*Uc; //Mo V6 } //Dieu khien pha B if (Ub > 0){ OCR1BL = 255*Ub; //Mo V2 } else{ OCR3BL = -255*Ub; //Mo V5 } } if(Ub > 0){ //Khi dien ap pha B duong OCR1BL = 255*Ua; //Mo V2 OCR3BL = 0; //Khoa Valve V5 //Dieu khien pha C if (Uc > 0){ OCR1CL = 255*Uc; } //Mo V3 140 else{ OCR3CL = -255*Uc; //Mo V6 } //Dieu khien pha A if (Ua > 0){ OCR1AL = 255*Ub; //Mo V1 } else{ OCR3AL = -255*Ub; //Mo V4 } } if(Uc > 0){ //Khi dien ap pha C duong OCR1CL = 255*Ua; //Mo V3 OCR3CL = 0; //Khoa Valve V6 //Dieu khien pha C if (Ub > 0){ OCR1BL = 255*Uc; //Mo V2 } else{ OCR3BL = -255*Uc; //Mo V5 } //Dieu khien pha A if (Ua > 0){ OCR1AL = 255*Ub; //Mo V1 } else{ OCR3AL = -255*Ub; //Mo V4 } } } //================================================================ //Subroutine InitVar //Chuong trinh khoi tao cac bien so, hang so //Input: None //Output: None //================================================================ void InitVar(void){ phi = 0; //Khoi tao goc rotor ban dau: = Ts = 0.001; //Chu ky lay mau Ts = 1ms Pi = 3.1415926; //Hang so Pi 141 Uq = 0.5; //Khoi tao Uq la" 50% Phi0 = 0; //Goc ban dau rotor Te = 0.0001; //Te = 0.1ms Tu = 0.0007; //Tu = 0.7ms Ky = 13.5; //He so khuech dai bo khuech dai cong suat Pn = 4; //So doi cuc dong co OCR1AL = 0; //Dong V1, Pha A duong OCR1BL = 0; //Dong V2, Pha B duong OCR1CL = 0; //Dong V3, Pha C duong OCR3AL = 0; //Dong V4, Pha A am OCR3BL = 0; //Dong V5, Pha B am OCR3CL = 0; //Dong V6, Pha C am } //================================================================ //Subroutine Main //Chuong trinh chinh khoi tao cac ngoai vi phu hop ung dung //Input: None //Output: None //================================================================ void main(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T Func1=In //Func0=In // State7=T State1=T //State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00; // Port B initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out //Func0=Out // State7=0 State1=0 //State0=0 PORTB=0x00; State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 142 DDRB=0xFF; // Port C initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T Func1=In //Func0=In // State7=T State1=T //State0=T PORTC=0x00; DDRC=0x00; // Port D initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out //Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 //State0=0 PORTD=0x00; DDRD=0xFF; // Port E initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out //Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In State1=0 //State0=0 PORTE=0x00; DDRE=0xFF; // Port F initialization // Func7=In Func6=In Func1=In //Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T //State0=T PORTF=0x00; DDRF=0x00; // Port G initialization // Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTG=0x00; 143 DDRG=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 500.000 kHz // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR0=0x02; TCNT0=0x82; //Tao chu ky lay mau Ts = 1ms OCR0=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 4000.000 kHz // Mode: Fast PWM top=00FFh // OC1A output: Non-Inv // OC1B output: Non-Inv // OC1C output: Non-Inv // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off // Compare C Match Interrupt: Off TCCR1A=0xA9; TCCR1B=0x09; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0xFA; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x7F; OCR1CH=0x00; OCR1CL=0x7F; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=FFh 144 // OC2 output: Disconnected TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 4000.000 kHz // Mode: Fast PWM top=00FFh // OC3A output: Non-Inv // OC3B output: Non-Inv // OC3C output: Non-Inv // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer3 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off // Compare C Match Interrupt: Off TCCR3A=0xA9; TCCR3B=0x09; TCNT3H=0x00; TCNT3L=0x00; ICR3H=0x00; ICR3L=0x00; OCR3AH=0x00; OCR3AL=0x7F; OCR3BH=0x00; OCR3BL=0x7F; OCR3CH=0x00; OCR3CL=0x7F; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off // INT3: Off // INT4: Off // INT5: Off // INT6: Off // INT7: Off EICRA=0x00; 145 EICRB=0x00; EIMSK=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x01; ETIMSK=0x00; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // Global enable interrupts #asm("sei") InitVar(); //Khoi tao cac bien so, hang so //================================================================ while (1) { // Place your code here // Wait for Interrupt }; } //================================================================ Thiết kế phần cứng mạch điều khiển 146 J_PORT4 HEADER 16 J13 VCC VCC HEADER 5X2 VIN R5.6 VOUT LED2 OUT7 OUT8 LED3 LED4 G1 G2A G2B Q2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 15 14 13 12 11 10 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B3 Q3 A564 Q4 A564 A564 VCC VCC VCC VCC LED5 B4 B2 3 C B A B1 Q1 A564 LED6 B5 Q5 Q6 A564 HEADER 16 C1000_1 C1000_2 + 1000UF + 1000UF + C33_2 OUT6 LED LED7 LED8 B6 3 74LS138 JPORT2 OUT5 LED B7 Q7 A564 Q8 A564 A564 CON3 GND 1 LED PG2 PG1 PG0 LM7805_2 7805 S_IN2 B0 VCC B688 R5.6_2 OUT4 U138_1 10 11 12 13 14 15 16 B688_2 LED OUT3 VCC VCC S_VCC OUT2 LED_SIG_12 LED_SIG_13 LED_SIG_14 LED_SIG_15 LED HEADER 16 INM7 INM6 INM5 INM4 Reset_1 C_L3 HEADER 5X2 LED VCC J12V_03 OUT1 LED ATMEGA128 LED_SIG_9 LED_SIG_10 LED_SIG_11 LED 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 VCC LED_SIG_8 10 16 15 14 13 12 11 10 LED1 TXD RXD INT1 INT0 XTAL1 XTAL2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PG2 D_B7 D_B6 D_B5 D_B4 D_B3 D_B2 D_B1 D_B0 PG1 PG0 HEADER 16 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 J_ISP_0 JPORT3 PA3/AD3 PA4/AD4 PA5/AD5 PA6/AD6 PA7/AD7 PG2/ALE PC7/A15 PC6/A14 PC5/A13 PC4/A12 PC3/A11 PC2/A10 PC1/A9 PC0/A8 PG1/RD PG0/WR C7 30P 4K7 XTAL1 PEN PE0/RXD0/PDI PE1/TXD0/PD0 PE2/XCK0/AIN0 PE3/OC3A/AIN1 PE4/OC3B/INT4 PE5/OC3C/INT5 PE6/T3/INT6 PE7/ICP3/INT7 PB0/SS PB1/SCK PB2/MOSI PB3/MISO PB4/OC0 PB5/OC1A PB6/OC1B 16 Y1 10 11 12 13 14 15 16 VCC XTAL2 MOSI_1 MISO_1 PE2 C_H1 C_H2 C_H3 CNT3 CNT2 INM0 SCK_1 INM1 INM2 INM3 C_L1 C_L2 GND 4K7 + C9 10UF AVCC GND AREF PF0/ADC0 PF1/ADC1 PF2/ADC2 PF3/ADC3 PF4/ADC4/TCK PF5/ADC5/TMS PF6/ADC6/TDO PF7/ADC7/TDI GND VCC PA0/AD0 PA1/AD1 PA2/AD2 R_PEN1 10 11 12 13 14 15 16 Reset_1 RNOUT_0 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 ATMEGA128_1 ZTA VCC JPORT1 PB7/OC2/OC1C PG3/TOSC2 PG4/TOSC1 RESET VCC GND XTAL2 XTAL1 PD0/SCL/INT0 PD1/SDA/INT1 PD2/RXD1/INT2 PD3/TXD1/INT3 PD4/ICP1 PD5/XCK1 PD6/T1 PD7/T2 GH1 GH2 GH3 UgL3 GL123 10 S_VCC HEADER R_RS4 10K C104_VCC3104 VCC PA2 PA1 PA0 VCC SW2 Reset_1 SCK_1 MISO_1 C104_VCC1104 C104_VCC2104 JG_OUT_0 UgH1 UgH2 UgH3 UgL1 UgL2 HEADER SW_TC_SPST MOSI_1 UgL1 UgL2 UgL3 GL123 VCC PF7 PF6 PF5 PF4 PF3 PF2 PF1 PF0 UgH1 GH1 UgH2 GH2 UgH3 GH3 HEADER C8 30P VCC 16 15 14 13 12 11 10 IN_PE2 S_VCC VCC JGH123 JADC_2 VCC VCC VCC VCC VCC C0.33 RN_PC_0 4K7 LED6 LED5 LED7 A1A6 A2 LED1 A1A6LED2 LED3 A2 U_2803_1 VCC 10 ULN2803 COM RLED7_14K7 RLED7_24K7 RLED7_34K7 RLED7_44K7 RLED7_54K7 RLED7_64K7 RLED7_74K7 RLED7_84K7 4xLed7Segs A5A4A8A3A7LED4 RN_PWM_1 4K7 8.8.8.8 e d Dot c g A4 8.8.8.8 4xLed7Segs 12 11 10 ULed_2 A1 a f A2 A3 b ULed_1 LED A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A5A4A8A3A7LED8 C_L3 C_L2 C_L1 C_H3 C_H2 C_H1 LED_VCC_1 11 12 13 14 15 16 17 18 12 11 10 104 C104_15 OUT8 OUT7 OUT6 OUT5 OUT4 OUT3 OUT2 OUT1 A1 a f A2 A3 b 104 C104_12 IN8 IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 e d Dot c g A4 104 C104_11 1 104 RLED_VCC1 C104_10 4K7 VCC D_B7 D_B6 D_B5 D_B4 D_B3 D_B2 D_B1 D_B0 VCC GND VCC VCC VCC VCC 147 S_VCC JLS_0 RNLED_IN0 4K7 VCC VCC VCC RN_IN_1 4K7 H1 VCC VCC IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 + C100_1 + C100_2 100uF 100uF + C100_3 + C100_4 100uF 100uF Hole H2 H3 Hole Hole H4 Hole SINGLE_HOLE SINGLE_HOLE SINGLE_HOLE SINGLE_HOLE INM7 INM6 INM5 INM4 INM3 INM2 INM1 INM0 RP_IN7 RP_IN6 RP_IN5 RP_IN4 RP_IN3 RP_IN2 RP_IN1 RP_IN0 HEADER + 12 LED_SIG_5 LED PC4_2C 4_PC817 11 14 13 16 15 10 12 11 14 13 16 15 LED_SIG_4 LED IN2 IN0 CONNECTOR DB9 LED_SIG_6 LED LED IN3 IN4 IN5 IN6 IN1 C10U_5 + 10UF C10U_6 + 10UF C10U_4 + 10UF C10U_3 + 10UF 1 C10U_2 + 10UF + C10U_1 + 10UF C10U_0 + 10UF VCC + C12 1uF 1 GND LED_SIG_3 LED MAX232 1uF V+ LED_SIG_2 LED PC4_2B 4_PC817 15 V- C11 LED_SIG_1 LED PC4_2A 4_PC817 INM6 C10 1uF LED_SIG_0 C2+ C2- 16 VCC C1+ C1- 14 PC4_1D 4_PC817 INM5 RP_IN6 R2OUT R2IN T1IN T1OUT T2IN T2OUT 12 PC4_1C 4_PC817 INM4 RP_IN5 C13 + 1uF R1OUT PC4_1B 4_PC817 INM3 RP_IN4 TXD R1IN PC4_1A 4_PC817 INM2 RP_IN3 11 10 INM1 RP_IN2 13 RXD DB9_1 10uF UMAX_1 INM0 RP_IN1 C14 RP_IN0 + VCC VCC VCC RLED_INT0 4K7 R_INT1 INT1 IN7 VCC INT0 RP1INT1 JINT1 1K RP1INT0 4K7 RB_INT0 4K7 RB_INT1 RP1PE2 Q_INT1 C2383 IN_PE2 1K 4K7 RB_INPE2 1K HEADER 1K Q_PE2 C2383 1K HEADER 1K Q_INT0 C2383 R_470_PE2 PE2 1K R_INT0 Q_CNT3 C2383 C10U_7 + 10UF 2 4K7 RB_EN_3 VCC 1K LED VCC 1K VCC Q_CNT2 C2383 LED_SIG_7 LED 1K LED_PE2 CNT3 2 4K7 R_EN_2 3 RP1T2 LED LED R_CNT3 CNT2 RP1T3 JEN_1 LED_INT1 LED_INT0 VCC R_CNT2 PC4_2D 4_PC817 LED LED VCC INM7 R_PE2 4K7 LED_CNT3 LED_CNT2 VCC RLED_INT1 4K7 10 VCC RP_IN7 VCC RLED_CNT3 4K7 RLED_CNT2 4K7 148 12V_H1 12V_H1 VCC 104 RP2H1 33 C104_H12 LED12VH1 GH1 + 104 RP1H1 470 LED CON3 J12V_L123 C104_L123_2 C104_L123_3 GL123 104 VCC 104 C_H1 4K7 C104_L123 104 CON3 RN_P2_0 U1A 7400 5 VCC RP2L1 33 RLED12VL123 4K7 RP1L1 470 LED12VL123 PC1B 2_PC817 LED GL123 D0L1 DIODE QC1L1 C2383 A564 12 U1C RLEDL1 4K7 QC2L1 C2383 UgL1 QAL1 LEDL1 LED RGL1 330_2W VCC VCC HEADER ULN2803 RP3L1 33 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8 14 COM 11 12 13 14 15 16 17 18 14 10 GND S_VCC OUT8 OUT7 OUT6 OUT5 OUT4 OUT3 OUT2 OUT1 LED 12V_L123 U1B 12V_L123 C_L1 IN8 IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 LEDH1 RGH1 330_2W GH1 7400 JLS_1 U_2803_2 UgH1 QAH1 VCC PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 QC2H1 C2383 14 VCC 14 HEADER PC1A 2_PC817 GH1 12V_L123 A564 3 QC1H1 C2383 CF3 10UF 31 + CF2 10UF + CF1 10UF RLEDH1 4K7 + CF0 10UF D0H1 DIODE C104_H1 12V_H1 3 PF3 PF2 PF0 PF1 PF2 PF3 PF1 GL123 PF0 RP3H1 33 JADC_1 RLED12VH1 4K7 31 J12V_H1 U1D 11 13 10 7400 7 7400 12V_H2 12V_H2 12V_H3 12V_H3 RP2L3 33 LEDH3 LED 14 12 U3C 7400 U3D 11 13 10 7400 7 7 7400 QC1L3 C2383 QC2L3 C2383 UgL3 QAL3 A564 RLEDL3 4K7 RGL3 330_2W VCC 4 14 PC3B 2_PC817 GL123 D0L3 DIODE 470 LED VCC 13 7400 VCC LEDL2 U2D 11 10 RP3L3 33 RP1L3 UgL2 RGL2 330_2W RGH3 330_2W 12V_L123 7400 C_L3 QAL2 UgH3 QAH3 GH3 U3B VCC A564 QC2H3 C2383 QC2L2 C2383 PC2B 2_PC817 14 QC1L2 C2383 U2C 7400 7 470 12 D0L2 DIODE RLEDL2 4K7 7 RP2L2 33 RP1L2 U3A RP3L2 33 VCC VCC C_H3 7400 C_L2 A564 12V_L123 U2B QC1H3 C2383 VCC 14 14 7400 PC3A 2_PC817 VCC 31 C_H2 U2A GH2 VCC 14 470 GH3 VCC RP1H3 LED RLEDH3 4K7 31 104 GH3 LEDH2 CON3 LED D0H3 DIODE RGH2 330_2W GH2 RP2H3 33 C104_H32 LED12VH3 UgH2 QAH2 VCC 104 31 PC2A 2_PC817 A564 C104_H3 QC1H2 C2383 12V_H3 1 470 LED QC2H2 C2383 RP3H3 33 14 104 CON3 D0H2 DIODE 14 GH2 RP1H2 LED12VH2 RLED12VH3 4K7 RP2H2 33 C104_H22 RLEDH2 4K7 104 C104_H2 VCC J12V_H3 12V_H2 RP3H2 33 RLED12VH2 4K7 31 J12V_H2 GL123 LEDL3 LED 149 [...]... pháp điều khiển thích nghi modal trong trƣờng hợp này có lẽ là một trong số những sự lựa chọn phù hợp hơn cả Sự phù hợp thể hiện ở chỗ: vừa đảm bảo chất lƣợng điều khiển tốt, vừa đảm bảo tính đơn giản cho hệ thống Các phân tích cơ bản trên đã nói lên đƣợc tính cấp thiết của luận án: Nâng cao cao chất lượng các hệ truyền động bám công suất nhỏ trên cơ sở điều khiển bù các đặc tính tĩnh và thích nghi modal ...  Lý thuyết và thực nghi m trên chip vi điều khiển Atmega 128;  Công cụ mô phỏng các hệ thống điều khiển Matlab-Simulink;  Công cụ xử lý số liệu trên Microsoft Office Excel 4 Đối tượng nghi n cứu Nghi n cứu áp dụng phƣơng pháp điều khiển thích nghi modal kết hợp điều khiển bù các đặc tính tĩnh cho các hệ truyền động bám sử dụng ĐCV 6 công suất nhỏ trên cơ sở có xét đến ảnh hƣởng của các yếu tố phi... lớp các đối tƣợng nêu trên, đƣợc thực hiện dựa trên việc nghi n cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng và thực nghi m kiểm chứng Các cơ sở lý thuyết và công cụ sử dụng trong nghi n cứu gồm:  Lý thuyết điều khiển véc tơ động cơ xoay chiều ba pha;  Lý thuyết điều khiển bù các đặc tính tĩnh;  Lý thuyết điều khiển thích nghi các hệ thống cơ điện đàn hồi;  Lý thuyết điều khiển các hệ thống điện tử công suất. .. phƣơng pháp thích nghi modal kết hợp BĐTT có xét đến cấu trúc phức tạp của phần cơ 10  Chƣơng 4: Mô phỏng đánh giá độ tin cậy của thuật toán điều khiển bù các đặc tính tĩnh đã tổng hợp đƣợc ở chƣơng 2 trên cơ sở so sánh chất lƣợng của đặc tính tĩnh với phƣơng pháp ĐKVT kinh điển nhƣ: độ tuyến tính của đặc tính cơ, đặc tính hiệu suất, đặc tính dòng điện, đặc tính công suất và các đặc tính tĩnh khác... một cách ngắn gọn các vấn đề: khái quát về hệ truyền động bám và các tiêu chí đánh giá chất lƣợng hệ bám Các tiêu chí này có tính xuyên suốt luận án, một số tiêu chí cơ bản trong đó đƣợc sử dụng làm cơ sở tham chiếu cho việc nghi n cứu nâng cao chất lƣợng của hệ bám trong chƣơng 2 và chƣơng 3 Từ việc phân tích vai trò của động cơ chấp hành và các phƣơng pháp điều khiển một hệ bám điển hình công suất nhỏ, ... tính chất của các khâu nằm trong thành phần của động cơ và phƣơng pháp điều khiển chúng [19], [22] Quan sát đƣờng đặc tính cơ và đặc tính cơ điện thấy rằng: ở vùng mô men nhỏ, tốc độ tăng, đặc tính cơ tƣơng tự ĐCMC kích từ nối tiếp Hình 1.7 Quan hệ giữa mô men với các thành phần dòng điện id và iq 1.4 Phân tích đặc điểm và các phƣơng pháp điều khiển hệ bám ĐCV công suất nhỏ 1.4.1 Đặc điểm của hệ truyền. .. suất cao, tiết kiệm năng lƣợng, trên cơ sở áp dụng: 1 Điều khiển bù các đặc tính tĩnh để cải thiện đặc tính năng lƣợng, hiệu suất và các đặc tính của động cơ truyền động trong chế độ tĩnh, đơn giản hóa cấu trúc điều khiển bằng cách không sử dụng các bộ điều chỉnh dòng điện, hạn chế tối đa các khâu chuyển hệ trục tọa độ, giảm cƣờng độ và khối lƣợng tính toán cho vi điều khiển, hạn chế thiết bị phần cứng,... áp điều khiển động cơ, k  k k e với k  và k e lần lƣợt là hệ số khuếch đại của cảm biến vị trí rô to và bộ KĐCS trong động cơ;  là góc quay của trục động cơ Với mô hình trên, ta có thể quan 19 niệm đầu vào động cơ van là điện áp điều khiển udk và mô men tải Mc , đầu ra là góc quay (hoặc tốc độ) trục cơ Hình 1.6 Họ đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCV Đối với ĐCV, đặc tính tĩnh phụ thuộc vào tính. .. tiêu nghi n cứu Nghi n cứu nâng cao chất lƣợng hệ truyền động bám ĐCV công suất nhỏ ứng dụng cho một lớp các đối tƣợng bao gồm: truyền động khớp robot có không gian lắp đặt hạn chế, truyền động trên các thiết bị di động nhỏ gọn có công suất nguồn hạn chế, trong những thiết bị công nghi p và khí tài quân sự mà ở đó đòi hỏi hệ thống có chất lƣợng tốt nhƣng 5 cấu trúc đơn giản, độ tin cậy và hiệu suất cao, ... tốc độ quay nhỏ 67 Hình 3.3 Mô hình cơ hệ khi xét đến đàn hồi, khe hở và ma sát 70 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc của động cơ và cơ cấu công tác 71 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc khâu thích nghi modal hệ bám ĐCV 88 Hình 3.6 Cấu trúc mạch vòng vị trí 88 Hình 3.7 Hệ thống điều khiển thích nghi modal kết hợp điều khiển 90 bù đặc tính tĩnh có xét đến cấu trúc phần cơ Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống ĐKVT ĐCV trên Simulink