Thiết kế bộ PID dùng vi điều khiển

Phần 1 Khỏi quỏt1.1: Động cơ một chiều Điều khiển tốc độ là một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản xuất.. Ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo

Phần 1 Khỏi quỏt

1.1: Động cơ một chiều

Điều khiển tốc độ là một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản xuất

Ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau

để tối ưu hoá quá trình sản xuất Muốn có được các tốc độ khác nhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động ở đây em chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ động cơ truyền động

Tốc độ làm việc của động cơ do người điều khiển quy định được gọi là tốc độ đặt Trong quá trình làm việc, tốc độ động cơ có thể bị thay đổi vì tốc độ của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào các thông số nguồn, mạch và tải nên khi các thông số thay đổi thì tốc độ của động cơ sẽ bị thay đổi theo Tình trạng đó gây ra sai số về tốc độ và có thể không cho phép Để

Độ ổn định tốc độ còn ảnh hưởnh quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm

vi điều chỉnh tốc độ) và khả năng quá tải của động cơ Độ ổn định càngcao thì giải điều chỉnh cμng có khả năng mở rộng và mômen quá tải càng lớn

Có rất nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ :

• Điều chỉnh tham số

• Điều chỉnh điện áp nguồn

• Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ

ớc khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ này đợc nối tiếp với nhau.

Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ

có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ chính Cực từ phụ

đợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thờng dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

Bao gồm:

- Náp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây quấn và an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ

và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trờng hợp này nắp máy thờng làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than : để đa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho

đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

 Phần quay hay rôto

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng chia thành những

đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lợng rôto

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng

điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách

điện Trong máy điện nhỏ có công suất dới vài kw thờng dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm

để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

- Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều ờng chế tạo theo kiểu bảo vệ ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào

th-động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió

ra ngoài làm nguội máy

- Trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thờng làm bằng thép cacbon tốt

1.2:PWM

1 ) PWM là gỡ?

Trước khi tỡm hiểu sõu chỳng ta hóy tỡm hiểu định nghĩa của PWM là gỡ? Như vậy Phương phỏp điều chế PWM cú tờn tiếng anh là Pulse

Width Modulation là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫm đếm sự thay đổi điện áp ra

Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là sườn âm

Phần 2:Mạch phần cứng

Orcad:

V C C

R 2

4 7 k

1 2

4 6 8 9

1 0

1 5 9

2 4 V

R 2 4

4 7 k

mạch công suất protus:

PB0/T0/XCK 1

PB1/T1 2 PB2/AIN0/INT2 3

PB3/AIN1/OC0 4

PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8

RESET 9 XTAL2

12 XTAL113

PD0/RXD 14PD1/TXD 15PD2/INT0 16PD3/INT1 17PD4/OC1B 18PD5/OC1A 19PD6/ICP1 20PD7/OC2 21

PC0/SCL 22PC1/SDA 23PC2/TCK 24PC3/TMS 25PC4/TDO 26PC5/TDI 27PC6/TOSC1 28PC7/TOSC2 29

AREF 32AVCC 30

Ziegler và Nichols đưa ra hai phương pháp thực nghiệm để xác định

tham số bộ điều khiển PID.Phương pháp thứ nhất dùng mô hình xấp xỉ

quán tính bậc nhất có trễ của đối tượng điều khiển:

Phương pháp thứ hai không cần đến mô hình toán học của đối tượng nhưng chỉ áp dụng cho một số lớp đối tượng nhất định.

 Sử dụng phương pháp thứ hai

Phướng pháp này thay bộ PID trong hệ kín bằng 1 bộ khuếch đại, sau đó tăng k cho tới khi hệ nằm ở biên giới ổn định (Tức là hệ kín trở thành khâu dao động điều hóa).Lúc đó ta có Kgh và chu kì của dao động là Tgh.Tham số bộ PID chọn theo bảng sau:

 Tính chọn

Ta dựa vào phương pháp thứ 2 của Ziegler-Nichols

Tham số cho bộ điều khiển PI chọn theo bảng trên ta được:

This program was produced by the

CodeWizardAVR V2.04.4a Advanced

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2009 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l

Chip type : ATmega16

Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 16.000000 MHz

Memory model : Small

External RAM size : 0

Data Stack size : 256

// External Interrupt 2 service routine

interrupt [EXT_INT2] void ext_int2_isr(void){

// Place your code here

encoder++;

}

// Timer 0 overflow interrupt service routine

interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void){

// Reinitialize Timer 0 value

// Declare your global variables here

void lcd_putnum(unsigned int i)

{

int m=0,n=0;

m=i/10;

n=(i-(m*10));

lcd_putchar(n+48);

}

void set_PID(int set_point)

b=1;

}

else if(C3==0){

sp=15;

b=1;

}

else if(C4==0){

sp=18;

b=1;

}

else if(C5==0){

sp=21;

b=1;

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port A 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

// 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

// Mode: Normal top=FFh

// OC0 output: Disconnected

// Mode: Ph correct PWM top=00FFh

// OC1A output: Non-Inv

// OC1B 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: OffTCCR1A=0xA1;

// Clock value: Timer2 Stopped// Mode: Normal top=FFh

// OC2 output: Disconnected

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: OffACSR=0x80;

};

}