LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án nghiên cứu: “ MƠ HÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ” riêng Mọi thông tin đồ án chưa đăng tải tài liệu Hải phòng, ngày…tháng…năm 2015 Sinh viên thực PHẠM PHÚ TIỆP MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 1.1.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A 1.1.2 Bộ nhớ PIC 12 1.1.3 Khái quát công dụng cổng vi điều khiển PIC16F877A .14 1.1.4 Các vấn đề Timer 14 1.2 Tḥt tốn điều khiển PID sơ 16 1.2.1 Giải thuật điều khiển PID 16 1.2.2 Giải thuật điều khiển PID sô .17 1.3 Phương pháp điều chế xung PWM 20 1.3.1 Điều chế PWM 20 1.3.2 Nguyên lí PWM 20 1.4 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) 21 1.4.1 Công dụng nguyên lí hoạt động 21 1.4.2 Khảo sát hoạt động mạch cầu H 22 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 24 2.1 Một sô linh kiện sử dụng mạch cầu H 24 2.2 Các phần mềm sử dụng 25 2.2.1 Phần mềm mô 25 2.2.2 Phần mềm lập trình .27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG .32 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch 32 3.1.1 Khôi ổn áp nguồn 33 3.1.3 Khôi điều khiển động .34 3.2 Lưu đồ thuật toán code chương trình 35 3.2.1 Lưu đồ thuật toán 35 3.2.2 Code chương trình .37 3.3 Mạch mô 40 3.3.1 Khi sai lệch = dead_band 40 3.3.2 Khi sai lệch > dead_band .41 3.3.3 Khi sai lệch < dead_band 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .44 Kết luận .44 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .45 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ chân PIC 16F877A (Trang 8) Hình 1.2 Sơ đồ ngun lí PIC (Trang 9) Hình 1.3 Sơ đồ ngun lí Port PIC 16F877A (Trang 10) Hình 1.4 Tổ chức nhớ chương trình PIC16F877A (Trang 11) Hình 1.5 Tổ chức nhớ liệu PIC 16F877A (Trang 12) Hình 1.6 Sơ đồ khơi Timer2 (Trang 15) Hình 1.7 Xấp xỉ đạo hàm biến sai sơ e (Trang 17) Hình 1.8 Xấp xỉ tích phân biến sai sơ e (Trang 17) Hình 1.9: Sơ đồ dùng PWM điều khiển điện áp tải (trái) (Trang 19) Hình 1.10 Sơ đồ xung điện áp đầu (phải) (Trang 19) Hình 1.11 Mạch cầu H (Trang 21) Hình 1.12 Ví dụ mạch cầu H đảo chiều (Trang 21) Hình 2.1 78N137 (Trang 23) Hình 2.2 N35 (Trang 23) Hình 2.3 Mosfet 50N024 (Trang23) Hình 2.4 IC IR218 (Trang 23) Hình 2.5 IC SN7402 (Trang 24) Hình 2.6 IC ổn áp LM7812 (Trang 24) Hình 2.7 IC ổn áp LM7805 (Trang 24) Hình 2.8 Phần mềm mơ mạch điện tử Proteus (Trang 25) Hình 2.9 Giao diện làm việc phần mềm Proteus (Trang 25) Hình 2.10 Phần mềm lập trình PIC C complier (Trang 26) Hình 3.1 Mạch mơ chương trình (Trang 36) Hình 3.2 Khi sai lệch = dead_band (Trang 37) Hình 3.3 Khi sai lệch > dead_band (Trang 37) Hình 3.4 Khi sai lệch < dead_band (Trang 38) Hình 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch (Trang 28) Hình 3.2 Sơ đồ khơi ổn áp nguồn (Trang 29) Hình 3.3 Sơ đồ khơi cộng tín hiệu từ vi điều khiển cách li quang (Trang 29) Hình 3.4 Khơi điều khiển động (Trang 30) LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển mạnh mẽ Động chiều ứng dụng nhiều sản xuất nơng nghiệp cơng nghiệp Trong đòi hỏi động cần phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề ngừng, đảo chiều, thay đổi tôc độ.Vậy vấn đề đặt giải yêu cầu đó, việc học qua mơn vi xử lí trình ngồi ghế nhà trường, em thấy vi xử lí đáp ứng đầy đủ u cầu việc điều khiển động điện chiều giải Đây ý tưởng để em thực đề tài nghiên cứu “ Mơ hình khởi động điều khiển động điện chiều ” Em xin nói lời cảm ơn chân thành đến Thầy cô Khoa Điện - Điện Tử giảng dạy truyền đạt kiến thức cho em thời gian vừa qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Th.s Đồng Xuân Thìn với dẫn tận tình tạo điều kiện tơt cho em để em thực hồn thành tơt đề tài Trong trình thực em nỗ lực cô gắng, kiến thức hiểu biết thân nhiều hạn chế nên trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi sai phạm, thiếu sót… Rất mong dẫn thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT ĐỒ ÁN Vận dụng kiến thức học trình học tập nhà trường em thực đồ án nghiên cứu: Mơ hình khởi động điều khiển tôc độ động điện chiều Sử dụng động điện chiều có gắn cảm biến tơc độ dạng xung dùng để đưa tín hiệu tôc độ dạng xung vi điều khiển sau so sánh với tín hiệu đặt để điều khiển tôc độ động Mục tiêu đồ án đặt ra: dừng, quay thuận, quay ngược, giảm tôc, tăng tôc Trong đồ án em xin trình bày phương pháp điều khiển động dùng vi điều khiển PIC16F877A phương pháp điều chế độ rộng xung PWM sử dụng PIC16F877A để lập trình CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 1.1.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A a Khái quát PIC (Programmable Intelligent) vi điều khiển hãng General Instrument Từ tới họ khơng ngừng phát triển tạo 100 loại sản phẩm với đa dạng nhiều ứng dụng PIC16F877A dòng PIC phổ biến, đáp ứng đầy đủ yêu cầu mang tính chất ứng dụng thực tế Ngồi dòng PIC dễ tiếp cận, tạo tảng sâu nghiên cứu PIC PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx gồm có đặc điểm sau: Ngơn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit Hầu hết câu lệnh thực chu kì máy, có câu lệnh rẽ nhánh thực chu kì máy, lần chu kì máy tính chu kì lệnh Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14word, có khả ngắt ngắt Hoạt động nhớ cách truy nhập trực tiếp hay gián tiếp vào địa ghi Có timer Timer0 (8 bit) có nhiệm vụ định thời với hệ sơ tỉ lệ trước Timer1 (16 bit) có nhiệm vụ định thời có chế độ nghỉ (sleep) Timer2 (8 bit) có nhiệm vụ gần giơng timer0 khác định thời với hệ sô tỉ lệ trước sau Có kênh tạo xung PWM cho điều chế xung CCP xuất xung điều chế chân: chân CCP1 (16) chân CCP2 (17) Có chuyển đổi ADC 10 bit nằm cổng A cổng E Do thời gian làm đồ án có hạn, vài tính PIC 16F877A ứng dụng đồ án: Tổ chức nhớ PIC 16F877A Chức vào/ra cổng Chức thiết lập chế độ ngắt cho Timer Kênh chuyển đổi ADC Chức cách thiết lập điều chế độ rộng xung PWM b Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A Hình 1.1 Sơ đồ chân PIC 16F877A 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch Hình 3.1 Sơ đồ tổng thể của mạch 35 3.1.1 Khối ổn áp nguồn Hình 3.2 Sơ đồ khơi ổn áp nguồn Trong mạch sử dụng LM 7812 LM 7805 LM 7812 để ổn định nguồn 12V LM 7805 để ổn định nguồn 5V 3.1.2 Khối cộng tín hiệu từ vi điều khiển cách li quang 36 Hình 3.3 Sơ đồ khơi cộng tín hiệu từ vi điều khiển cách li quang Sử dụng IC SN7402N IC SN 7402N tạo tạo khơi cộng logic đầu đảo Ta có bảng trị vào khôi: X1 X2 Y 0 0 1 0 1 Vậy phụ thuộc vào bảng giá trị có tín hiệu đầu vào ta trị đầu 37 3.1.3 Khối điều khiển động Hình 3.4 Khôi điều khiển động Sử dụng IC IR2184 Sơ đồ chân Bảng khảo sát kết mức logic IN SD HO LO 1 0 1 0 1 1 38 Từ bảng khảo sát mức logic ta nhận thấy chân SD mặc định mức 1, vậy ta cần điều khiển chân IN mức logic 1, điều khiển đầu HO LO dẫn tới điều khiển động 3.2 Lưu đồ thuật toán code chương trình 3.2.1 Lưu đồ thuật tốn a Chương trình start ` Đ Sampling_time = 10 Err = toc_do_dat - toc_do_thuc err>= dead_band or Đ err < = - (dead_bank) Y=Y S dP = err * kp err< dead_band err> dead_band Di = ki * sampling_time * err / 1000 S dP = err * kp Đ err_1 = err CCP1=y Đ Di = ki * sampling_time * err / 1000 dD = kd * (err-err_1) / sampling_time err_1 = err dD = kd * (err-err_1) / sampling_time 39 CCP2=0 Y=Y Y = dP + dI + dD Y = dP + dI + dD CCP1=0 CCP2=Y Y=-1*Y end b Chương trình đọc giá trị từ biến trở start Var1 = read_adc () Var= var1-511 Toc_do_dat=var*6 end 40 3.2.2 Code chương trình #include #device 16f877a*=16 adc=10; #USE delay (CLOCK=20M) #fuses hs int16 var1,adc,n,toc_do_dat,toc_do_thuc; signed int16 var,b; int8 kp=1; int8 ki=2; int8 kd=3; int8 sampling_time=1; //void ngat (1s) { Set_timer0 (236); } // PID var1=read_adc (); var=var1-510; toc_do_dat=var*6; n=toc_do dat-toc_do_thuc; dP=n*kp; dI=ki*sampling_time*n/1000; dD=kd* (n-n1)/sampling_timer; y=dP+dI+dD; n1=n; } void dc (int16 v1) 41 { set_pwm1_duty (v1); } void dc1 (int16 v2) { set_pwm2_duty (v2); } void main () { SETUP_ADC (ADC_CLOCK_DIV_2); setup_timer_2 (t2_div_by_16,1023,1); setup_ccp1 (ccp_pwm); setup_ccp2 (ccp_pwm); setup_adc_ports (an0); set_adc_channel (0); while (1) { var1=read_adc (); var=var1-511; toc_do_dat=var*6; if ( (var>=-30)&& (var30) { set_pwm1_duty (var); 42 set_pwm2_duty (0); } if (var dead_band Hình 3.3 Khi sai lệch > dead_band Nhìn vào oscilloscope ta thấy có xung chân ccp1 (đường màu xanh) xung chân ccp2 ( đường màu vàng) đồng nghĩa với việc có điện áp cấp cho động cơ, động hoạt động 45 3.3.3 Khi sai lệch < dead_band Hình 3.4 Khi sai lệch < dead_band Nhìn vào oscilloscope ta thấy khơng có xung chân ccp1 (đường màu xanh) có xung chân ccp2 ( đường màu vàng) đồng nghĩa với việc có điện áp cấp cho động cơ, động hoạt động 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết ḷn Sau khoảng thời gian tháng tìm tòi, nghiên cứu, với hướng dẫn tận tình thầy giáo Th.S ĐỒNG XUÂN THÌN giúp đỡ thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử trường Đại học Hàng hải Việt Nam, em hoàn thành nội dung đồ theo mục tiêu ban đầu để Kết bao gồm: - Đã nghiên cứu tổng quan PIC - Nghiên cứu điều khiển PID sô cho hệ thông - Xây dựng mơ hình điều khiển tơc độ đảo chiều động điện chiều Kiến nghị Mặc dù em hoàn thành nội dung đồ án, xây dựng mơ hình vật lý hệ thông điều khiển tôc độ đảo chiều động điện chiều Nhưng mơ hình chưa thực hoạt động cách hiệu so với mục tiêu đồ án đề Em mong có điều kiện thầy khoa giúp đỡ em hồn thành mơ hình cách tơt từ sâu nghiên cứu bổ sung cho mơ hình chức khác báo động q tơc, dừng gặp cô… Do thời gian kinh nghiệm nhiều hạn chế đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót mặt nội dung, hình thức mơ hình Rất mong nhận đóng góp ý kiến q báu thầy bạn để đồ án hoàn 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://doc.edu.vn/default.aspx Đồ án Lập trình PIC16F877A điều khiển tơc độ động DC http://www.thuvienmienphi.com Giáo trình Vi điều khiển PIC www.dientuvietnam.net 48 ... hình khởi động điều khiển tôc độ động điện chiều Sử dụng động điện chiều có gắn cảm biến tôc độ dạng xung dùng để đưa tín hiệu tơc độ dạng xung vi điều khiển sau so sánh với tín hiệu đặt để điều. .. đề tài em: “Mơ hình khởi động điều khiển động điện chiều để thay đổi tôc độ động cách thay đổi điện áp trung bình cấp cho tải ( động DC 24V ) em sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM... cầu việc điều khiển động điện chiều giải Đây ý tưởng để em thực đề tài nghiên cứu “ Mơ hình khởi động điều khiển động điện chiều ” Em xin nói lời cảm ơn chân thành đến Thầy cô Khoa Điện - Điện Tử