BÁO CÁO THỰC TẬP NHẬN THỨC-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điệ

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10

Trang 1

I Giới thiệu về động cơ một chiều

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động

cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công

nghiệp Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi

nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động

cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM

Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với

điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều

được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc

độ trong phạm vi rộng

Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có

nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động quay của

rotor là liên tục Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ cổ góp và

một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp Đây cũng chính là nhược điểm chính của

động cơ điện một chiều: cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và

nguy hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kèm

theo hoặc bộ chỉnh lưu

Phần chính gồm Stato(phần đứng yên) với các cực từ (bằng nam châm vĩnh cửu

hoặc nam châm điện), Roto với các cuộn dây quấn, cổ góp cùng chổi điện

Động cơ DC sử dụng trong dân dụng thường chỉ hoạt động ở điện áp 24V trở lại

Một trong những phương pháp để điều khiển mô tơ là sử dụng mạch điều chế độ

rộng xung (PWM circuit – Pulse Wide Modulation)

II Giới thiệu về PWM

1 Phương pháp điều chế xung PWM là gì?

Phương pháp điều chế PWM có tên 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 dẫn đến 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

Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM Với độ rộngxung đầu

ra tương ứng và được tính bằng % Tùy thích do chúng ta điều khiển

2 Nguyên lý xung PWM

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắtnguồn cới tải

và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gianđóng cắt Phần tử thực

hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bándẫn.Xét hoạt động đóng cắt của

một van bán dẫn Dùng van đóng cắt bằng Mosfet

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10

Trang 3

Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xungcủa chân

điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM

Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mỏ toàn bộ điện áp

nguồn Ud được đưa ra tải Còn trong khoảng thời gian to -T cho van G

khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta

sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho

tải

+ Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :Gọi t1 là thời gian

xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và

dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.==> Ud = Umax.( t1/T) (V)hay Ud = Umax.D

Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ

là : + Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)

Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng

và bằng phần mềm Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556 Trong phần mềm được tạo bằng các chip có thể lập trình được

Tạo bằng phần mềm thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng, nên người ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM Đây là cách tối ưu trong các cách để tạo được xung vuông Với tạo bằng phần mền cho độ chính xác cao

về tần số và PWM Với lại mạch của chúng ta đơn giản đi rất nhiều Xung này được tạo dựa trên xung nhịp của CPU.Trong phạm vi yêu cầu của đề tài thực tập nên em sử dụng cách 2 đó là lập trình cho 8051 để điều khiển PWM

III Ứng dụng PWM điều khiển tốc độ động cơ bằng 8051

1 Nguyên lý:

Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong robot, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là điều chế độ rộng xung (Pulse WidthModulation) hay được gọi tắt là điều xung, băm xung hoặc PWM.Nguyên lý của phương pháp này là bật tắt nhanh nguồn điện cấp vào động cơ tạo ra một tín hiệu xung Khi việc bật tắt ở tần số đủ lớn (thường sử dụng từ 1kHz đến 20kHz), động cơ sẽ chạy với 1 tốc độ ổn định nhờ moment quay.Thời gian cấp nguồn cho động cơ là T-on, thời gian tắt nguồn động cơ là T-off Việc thay đổi thời gian T-on và T-off làm thay đổi điện áp hiệu dụng cấp cho động

cơ Đối với động cơ DC, tốc độ động cơ tương đối tỉ lệ thuận với điện áp cấp cho động cơ Vì vậy, bằng cách thay đổi độ rộng của xung, ta đã thay đổi được tốc độ của động cơ DC.Đại lượng biểu diễn mối quan hệ giữa

T-on và T-off được gọi là dutycycle:duty_cycle = TT-on / ( TT-on + Toff )Ví dụ:

Ta cấp nguồn động cơ trong 0.8ms, sau đó tắt 0.2ms.Như vậy: T-on = 0.8ms; T-off = 1ms Tần số PWM là:

f = 1 / ( Ton + Toff ) = 1 / ( 0.8ms + 0.2ms ) = 1/1ms = 1KHz duty_cycle = Ton / ( Ton + Toff ) = 0.8 / ( 0.8 + 0.2 ) = 0.8 = 80%

Vì tốc độ động cơ DC tỉ lệ với duty cycle nên tốc độ động cơ đạt tương đương 80% tốc độ tối đa

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10

Trang 5

2 Sử dụng hàm tạo độ trễ để tạo xung PWM

Đây là cách đơn giản nhất để tạo ra PWM

Sơ đồ thuật toán

Bắt đầu

Bật động

cơ

Delay T_on

Delay T_off Tắt động

cơ

Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là : khó điều chỉnh độ rộng

xung theo ý muốn, cả chương trình trong vi điều khiển chỉ nhằm mục đích

điều chỉnh xung PWM

3 Sử dụng Timer để tạo xung PWM

Bằng cách sử dụng Timer ta có thể điều khiển tốc độ động cơ theo ý muốn

Hơn thế nữa có thể điều chỉnh Timer mà không làm ảnh hưởng tới toàn bộ

chương trình Mỗi lần chạy Timer nạp vào 200, với 100 lần như vậy ta

được 20ms Giá trị của PWM từ 0-> 100 Đây là khoảng thời gian phù hợp

cho việc điều chinh tốc độ động cơ

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10

Trang 7

S

Đ

Đ

S

Đ

Nạp lại giá trị Timer Bật Timer

Bắt đầu

PWM_VALUE <> 0

Tăng DEM

Bật động

cơ

DEM<PWM_VALUE?

Tắt động

cơ

DEM=100?

DEM=0

Kết thúc

S

Ví dụ: Chương trình điều khiển tốc độ động cơ 12V DC dùng xung PWM

Sử dụng chip 8051 để lập trình tạo PWM bằng Timer Có hiển thị % tốc độ

động cơ ra led 7 đoạn

;PHAN KHAI BAO CAC BIT NGO VAO

LED_CHUC BIT P3.0

LED_DONVI BIT P3.1

;PHAN KHAI BAO BIEN

PWM_VALUE EQU 35H

;KHAI BAO CAC VECTOR NGAT

ORG 0000H

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10

Trang 9

CAP NGUON

ORG 000BH

RONG XUNG

ORG 1BH ;TIMER 1 INTERRUPT

LJMP HIENTHI_T1

ORG 0030H

SETUP:

MOV LEDDATA,#0 SETB KT

SETB ET1

MOV TMOD,#11H MOV TH0,#HIGH(-200) ;\ ;TA 12MHZ => 200us x 100% = 20000us = 20ms

MOV TH1,#27H MOV TL1,#10H CLR TF1

= 0

TIMER

SETB TR1 ; CHO CHAY TIEP MAIN:

JB UP,CHECK_DOWN ;NEU PHIM UP = '1' THI KIEM TRA PHIM DOWN

LCALL DELAY50MS ;NEU PHIM UP = '0' THI CHO CHONG XUNG NAY

INC PWM_VALUE ;TANG GIA TRI PWM MOV A,PWM_VALUE

CJNE A,#101,EXIT_UP ;CHUA TOI NGUONG TREN THI THOAT THU TUC NHAN PHIM

MOV PWM_VALUE,#100 ;DO DAY XUNG DAT 100%

EXIT_UP:

JMP MAIN CHECK_DOWN:

LCALL DELAY50MS DEC PWM_VALUE MOV A,PWM_VALUE CJNE A,#-1,EXIT_DOWN ;CHUA TOI NGUONG DUOI THI THOAT THU TUC NHAN PHIM

EXIT_DOWN:

JMP MAIN

XUNG

PUSH ACC MOV 7FH,C CLR TR0 MOV TH0,#HIGH(-200) MOV TL0,#LOW(-200) SETB TR0

MOV A,PWM_VALUE CJNE A,#0,EN_PWM ;DO DAY XUNG <> 0 THI CHO DIEU XUNG

JMP EXIT_ISR ;DO DAY XUNG = 0 THI THOAT KHOI THU TUC NGAT

EN_PWM:

MOV A,R7 CJNE A,PWM_VALUE,OFF_PULSE ;DU THOI GIAN DAY XUNG THI TAT THIET BI

OFF_PULSE:

CJNE A,#99,EXIT_ISR ;CHUA HET CHU KY DIEU XUNG THI THOAT NGAT

EXIT_ISR:

MOV C,7FH POP ACC RETI

;HAM DELAY 1 MS

DELAY_MS:

MOV 30H,#00H

LOOP_MS:

INC 30H

MOV A,30H

CJNE A,#0FAH,LOOP_MS

RET

;HAM DELAY 50 MS

DELAY50MS:

MOV 31H,#250

LOOP_50MS:

ACALL DELAY_MS

ACALL DELAY_MS

DJNZ 31H,LOOP_50MS

RET

;HAM DELAY 200 MS

DELAY200MS:

LCALL DELAY50MS LCALL DELAY50MS LCALL DELAY50MS LCALL DELAY50MS

Thực tập nhận thức Trần Hoàng Quân 09T4 – Nhóm 10

Trang 11

RET

;HAM HIEN THI THONG SO KY THUAT

HIENTHI_T1:

MOV TH1,#27H MOV TL1,#10H CLR TF1 SETB TR1 ; CHO CHAY TIEP

PUSH ACC MOV A,PWM_VALUE MOV B,#10

DIV AB JNB KT,HT_DONVI HT_CHUC:

SETB LED_DONVI ACALL DOI_MA_LED MOV LEDDATA,A CLR LED_CHUC CLR KT

JMP KETTHUC_HIENTHI HT_DONVI:

SETB LED_CHUC MOV A,B

ACALL DOI_MA_LED MOV LEDDATA,A CLR LED_DONVI SETB KT

KETTHUC_HIENTHI:

POP ACC RETI

; -

DOI_MA_LED:

INC A

MOVC A,@A+PC

RET

DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H

; -

END

Kết quả: