Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào trong hệ thống truyền động điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều nói chung ngày càng phổ biến.. Ví dụ trong các dây truyền lắp ráp các sản p

Trang 1

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

Trang 2

Chương I: Vi điều khiển và ứng dụng vi điều khiển

1.1.2 Lịch sử phát triển của bộ vi điều khiển 10 1.1.3 Tổng quan về các hệ thống vi điều khiển 12

1.2.2 Các vi điều khiển sử dụng trong công nghiệp 18 1.2.3 Giới thiệu họ vi điều khiển MCS-51 (AT89C52) 19 1.2.3.1 Sơ lược về phần cứng của AT89C52 19 1.2.3.2 Cấu trúc bên trong của AT89C52 20 1.2.3.3 Sơ đồ chân và chức năng AT89C52 21

Trang 3

3

Chương II: Phân tích và chọn phương án hệ truyền động

2.1 Hệ thống Thyistor- động cơ một chiều (T-Đ) 46

2.2 Hệ truyền động chế độ rộng xung động cơ điện

2.2.3 Đặc tính cơ mạch vòng hở của HT động PWM-D 53 2.2.4 Sơ đồ khối hệ kín PWM-D tương tự 55

3.1.2.2 Thuật toán điều khiển tích phân I 64 3.1.2.3 Thuật toán điều khiển vi phân D 65

3.1.3 Khối biến đổi tương tự- số và số -tương tự 68 3.1.3.1 Khối biến đổi tương tự -số (A/D) 68 3.1.3.2 Khối biến đổi số - tương tự (D/A) 71

Trang 4

3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển số 75

Kết quả luận án và hướng phát triển của đề tài 101

Trang 5

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ACV : Nguồn xoay chiều

DCV : Nguồn một chiều

A/D : Chuyển đổi tương tự số

D/A : Chuyển đổi số tương tự

DC : Động cơ điện một chiều

P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ

I : Bộ điều chỉnh tích phân

D : Bộ điều chỉnh vi phân

PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân

CPU : Bộ xử lý trung tâm

µC : Bộ vi điều khiển

PWM : Phương pháp điều chê độ rộng xung điện áp

βI : Phản hồi âm dòng điện

γn : Phản hồi tốc độ

Ucđ : Điện áp chủ đạo

Uđk : Điện áp điều khiển

Urc : Điện áp răng cưa

USS : Điện áp so sánh

USX : Điện áp sửa xung

Uđb : Điện áp đồng bộ

FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo

SRC : Khối tạo xung răng cưa

SS : Khối so sánh

TXPCX : Khối tạo xung và phân chia xung

Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ

T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử)

MS1 : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ

MS2 : Tín hiệu phản hồi âm dòng điện

Trang 6

T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM)

H(S) : Khâu lưu giữ 0

Ud : Điện áp ra của bộ biến đổi PWM

Uc : Điện áp điều khiển của bộ điều chế độ rộng xung

Kω : Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ

Ki , Kp : Hệ số biến đổi của bộ điều khiển số dòng điện

Trang 7

7

LỜI MỞ ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.Tự động hoá là yếu tố không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại; nói đến tự động hoá thì kỹ thuật số là một công cụ hỗ trợ đắc lực và không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của nền khoa học, kỹ thuật ngày nay Đặc biệt trong truyền động điện, đo lường và điều khiển Việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào trong hệ thống truyền động điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều nói chung ngày càng phổ biến Ví dụ trong các dây truyền lắp ráp các sản phẩm

kỹ thuật cao, trong người máy, các cơ cấu ăn dao máy mài, máy gọt kim loại, máy doa, hệ thống nâng hạ cần trục…

Do tính chất ưu việt của công nghệ số so với phương pháp điều khiển tương tự truyền thống như:

- Mềm dẻo trong việc thay đổi cấu trúc và tham số của hệ thống tự động;

Nói chung ở nước ta phần lớn các bộ điều khiển số động cơ điện một chiều chất lượng cao thường đều từ nước ngoài Với công nghệ và áp dụng vi điều khiển ta có thể hoàn toàn chế tạo ra các bộ điều khiển hoàn chỉnh có chức năng tương đương Do đó để tận dụng và khai thác tiềm năng của các

bộ vi điều khiển nên em chọn hướng nghiên cứu “Nghiên cứu, ứng dụng vi

điều khiển cho hệ điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập”

Trang 8

Do thời gian và trình độ có hạn nên bản luận văn không tránh khỏi sai sót và có nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp

Em xin được bày tỏ biết ơn chân thành tới PGS.TS Võ Quang Lạp đã hướng dẫn tận tình và chỉ bảo cặn kẽ để em hoàn thành luận văn này Xin được gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy cô Khoa sau đại học, Khoa điện và các bạn đồng nghiệp lớp TĐH K11 trường ĐHKT công nghiệp Thái Nguyên

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 07 năm 2010

Tác giả luận văn

Đỗ Mạnh Tuấn

Trang 9

1.1.1 Khái niệm về vi điều khiển

Bộ vi điều khiển viết tắt là µC (Microcontroller) là mạch tích hợp, trên một chíp có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống

Phần cứng chỉ đóng vai trò thứ yếu, phần mềm (chương trình) đóng vai trò chủ đạo đối với các chức năng cần thực hiện Nhờ vậy vi điều khiển có sự mềm dẻo hóa trong các chức năng của mình Ngày nay vi điều khiển có tốc độ tính toán rất cao và khả năng xử lý rất lớn

Vi điều khiển có các khối chức năng cần thiết để lấy dữ liệu, xử lý dữ liệu và xuất dữ liệu ra ngoài sau khi đã xử lý Và chức năng chính của Vi điều khiển chính

là xử lý dữ liệu, chẳng hạn như cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v

Vi điều khiển hoạt động cần có chương trình kèm theo, các chương trình này điều khiển các mạch logic và từ đó vi điều khiển xử lý các dữ liệu cần thiết theo yêu cầu Chương trình là tập hợp các lệnh để xử lý dữ liệu thực hiện từng lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm: nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh và thực hiện lệnh sau khi đã giải mã

Để thực hiện các công việc với các thiết bị cuối cùng, chẳng hạn trong truyền động điện như điều khiển động cơ, hiển thị kí tự trên màn hình đòi hỏi phải kết hợp vi điều khiển với các mạch điện giao tiếp với bên ngoài được gọi là các thiết bị I/O (nhập/xuất) hay còn gọi là các thiết bị ngoại vi Bản thân các vi điều khiển khi đứng một mình không có nhiều hiệu quả sử dụng, nhưng khi là một phần của một máy tính, thì hiệu quả ứng dụng của Vi điều khiển là rất lớn Vi điều khiển kết hợp với các thiết bị khác được sử trong các hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý một lượng lớn các phép tính phức tạp, có tốc độ nhanh

Trang 10

1.1.2 Lịch sử phát triển của bộ vi điều khiển

Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lý, các nhà chế tạo tích hợp một

ít bộ nhớ và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là Microcontroller- Vi điều khiển, mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chíp ngày càng cao

Một số vi xử lý ra đời: Vi mạch MSI ( Medium Size Integration) có độ tích hợp trung bình cỡ 103 tranzito trong một chíp Vi mạch LSI ( large Size Integration)

có độ tích hợp cao cỡ 104

tranzito trong một chíp Vi mạch VLSI (Very LSI) có độ tích hợp cao cỡ 105 tranzito trong một chíp Năm 1971 bộ vi xử lý Intel 4004 loại 4 bít ra đời chứa 2250 tranzito Năm 1975 Intel chế tạo bộ vi xứ lý 8 bít 8080 và

8085 Cùng khoảng thời gian này xuất hiện bộ vi xử lý 6800 của Motorola với 5000 tranzito, bộ vi xử lý Zilog Z80, Signetics 6520 Năm 1978 xuất hiện loại Intel 8086

là loại vi xử lý 16 bít với 29000 tranzito, Motorola 68000 tích hợp 70000 tranzito,

AP 432 chứa 120000 tranzito Bộ vi xử lý 32 bít của Hewlet Packard có khoảng

450000 tranzito từ năm 1974 đến 1984 số tranzito tích hợp trong một chíp tăng khoảng 100 lần

Năm 1983 Intel đưa ra bộ vi xử lý 80286 dùng trong máy vi tính họ AT ( Advanced Technology) Bộ vi xử lý 80286 sử dụng I/O 16 bít và có24 đường địa chỉ và không gian nhớ địa chỉ thực 16MB Năm 1987 Intel đưa ra bộ vi xử lý 80386

32 bít Năm 1989 xuất hiện bộ vi xử lý Intel 80486 là cải tiến của Intel 80386 với bộ nhớ ẩn và mạch tính phép toán đại số dấu phẩy động

Để thực hiện các công việc với các thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự trên màn hình đòi hỏi phải kết hợp vi xử lý với các mạch điện giao tiếp với bên ngoài được gọi là các thiết bị I/O (nhập/xuất) hay còn gọi là các thiết bị ngoại vi Bản thân các vi xử lý khi đứng một mình không có nhiều hiệu quả sử dụng, nhưng khi là một phần của một máy tính, thì hiệu quả ứng dụng của Vi

xử lý là rất lớn Vi xử lý kết hợp với các thiết bị khác được sử trong các hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý một lượng lớn các phép tính phức tạp, có tốc độ

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	317,06 KB