ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Gắn liền với việc sử dụng động cơ là quá trình điều khiển động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế.. Lý do chọn đề tài Động cơ DC, servo được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

LỜI CẢM ƠN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC iv

LỜI CAM ĐOAN v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC BẢNG VIẾT TẮT viii

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu chọn đề tài 1

1.3 Phương pháp thực hiện 1

Chương 2 TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CHÍNH 2

2.1 Các thiết bị được sử dụng 2

2.2 Các thiết bị điều khiển 3

2.2.1 Arduino Uno R3 3

2.2.1.1 Giới thiệu 3

2.2.1.2 Thông số kỹ thuật 3

2.2.1.3 Ưu điểm 4

2.2.1.4 Nhược điểm 5

2.2.2 Module L298 5

2.2.2.3 Ưu điểm 6

2.2.2.4 Nhược điểm 6

2.3 Các đối tượng điều khiển 6

2.3.1 Động cơ DC 6

Trang 3

2.3.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 7

2.3.2 Động cơ DC servo 8

2.3.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 9

Chương 3 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC 11

3.1 Mô hình đồ án 11

3.1.1 Kích thước của mô hình 11

3.1.2 Hình ảnh thực của đồ án 11

3.2 Sơ đồ nguyên lý 11

3.2.1 Mạch điều khiển động cơ DC 11

3.2.2 Mạch điều khiển động cơ DC Servo 12

3.3 Sơ đồ khối 12

3.3.1 Điều khiển động cơ DC 12

3.3.2 Điều khiển động cơ DC Servo 13

3.4 Ưu và nhược điểm của đồ án 13

3.4.1 Ưu điểm 13

3.4.2 Nhược điểm 13

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 14

4.1 Kết luận 14

4.2 Hướng phát triển 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

Trang 4

i

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển Trong đó

nghành kỹ thuật điện tử đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong cuộc sống của con

người Cùng với sự phát triển đó ngành công nghệ kỹ thuật điện-điện tử cũng đã có

những bước phát triển vượt bậc Trong thời đại hiện nay máy móc đã và đang dần

thay thế con người làm việc và để làm được việc đó các động cơ điện cũng rất quan

trọng trong việc truyền động cho các cơ cấu đó Gắn liền với việc sử dụng động cơ

là quá trình điều khiển động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế

Với mong muốn tìm hiểu, ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện

đại vào phục vụ sản xuất và phục vụ đời sống con người hơn nữa được sự hướng

dẫn và giúp đỡ của thầy “Hồ Hoài Nam” Nhóm em đã thực hiện đề tài: “ Mô Hình

Điều Khiển Động Cơ” Do trình độ hiểu biết còn hạn chế, nên dù cố gắng hết sức

trong việc thực hiện đề tài cũng không tránh khỏi thiếu sót Mong các thầy, cô chỉ

bảo thêm để chúng em hiểu vấn đề được sâu sắc hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 06 năm 2019

Trang 5

ii

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Hồ Hoài Nam – trên cương

vị là giảng viên hướng dẫn đề tài đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giảng giải tận tình về các

vướng mắc trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Nhóm cũng xin cảm ơn sự đóng góp ý kiến chân thành của quý thầy/cô và bạn bè để

đồ án được hoàn thiện

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 06 năm 2019

Trang 6

iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhận xét chung:

…

Đánh giá: (Được phép bảo vệ hay không được phép bảo vệ) …

…

Tp HCM, ngày … tháng … năm 20

Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 7

iv

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài: Mô Hình Điều Khiển Động Cơ

Ngày hoàn thành đề tài: 18/05/2019 Tuần thứ: 14

Sinh viên thực hiện:

Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đồng Chí MSSV: 2117150008

Họ tên sinh viên 2: Võ Trần Minh Đạt MSSV: 2116150009

Họ tên sinh viên 3: Đỗ Quang Huy MSSV: 2117150025

Họ tên sinh viên 4: Trần Gia Khiêm MSSV: 2117150031

Họ tên sinh viên 5: Trương Hoàng Tiến MSSV: 2117150063

Tuần/ngày Nội dung – công việc thực hiện

- Viết báo cáo

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ và tên)

Trang 9

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Arduino Uno R3 3

Hình 2.2: Module L298 5

Hình 2.3: Động cơ DC-455PA 6

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động phần cảm và phần ứng 8

Hình 2.5: Động cơ DC Servo GA25 9

Hình 2.6: Cấu tạo của động cơ DC Servo 10

Hình 3.1: Mô hình đồ án 11

Hình 3.2: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ DC 12

Hình 3.3: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ DC Servo 12

Hình 3.4: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ DC 13

Hình 3.5: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ DC Servo 13

Trang 10

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Các thiết bị được sử dụng 2

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 4

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của Module L298 6

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của động cơ DC RS-455PA 7

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của động cơ DC Servo GA25 9

Trang 11

viii

DANH MỤC BẢNG VIẾT TẮT

Derivative

PID

Trang 12

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Lý do chọn đề tài

Động cơ DC, servo được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất, công nghiệp,

xí nghiệp, … Và điều khiển tốc độ động cơ DC, servo là một yêu cầu tất yếu của các máy sản xuất, các khu công nghiệp và hầu hết các ngành liên quan Đòi hỏi động cơ phải

có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc và điều kiện làm việc mà ta chọn các tốc độ khác nhau để tối ưu hóa trong quá trình sản xuất

Chúng em muốn tìm hiểu và thực hành điều khiển động cơ để làm quen với môi trường công nghiệp nên quyết định chọn đề tài điều khiển động cơ DC và DC servo bằng Arduino

1.2 Mục tiêu chọn đề tài

Thiết kế và lập trình điều khiển được động cơ DC và DC Servo bằng Arduino, có thể điều chỉnh tốc độ mong muốn Người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ mong muốn và tốc độ được hiển thị qua màn hình LCD

1.3 Phương pháp thực hiện

- Chọn đề tài

- Lập kế hoạch thực hiện

- Tìm hiểu tài liệu

- Tiến hành công việc

- Viết báo cáo kết quả thực hiện

Trang 13

Chương 2 TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CHÍNH

2.1 Các thiết bị được sử dụng

Module

Bảng 2.1: Các thiết bị được sử dụng

Trang 14

2.2 Các thiết bị điều khiển

2.2.1 Arduino Uno R3

2.2.1.1 Giới thiệu

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động

Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

2.2.1.2 Thông số kỹ thuật

Hình 2.1: Arduino Uno R3

Trang 15

Vi điều khiển ATmega328 họ 8 bit Điện áp hoạt động 5V DC

Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB

Trang 16

- Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp,lập trình và sử dụng thiết bị;

- Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng

về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang dùng

- Module điều khiển động cơ L298 là một module gồm 2 mạch cầu H tích hợp trong

IC L298, nhờ đó module này có thể điều khiển được 2 động cơ riêng biệt

- Chân A Enable, B Enable là 2 chân điều khiển tốc độ 2 động cơ riêng biệt

- Input: Là 4 chân điều khiển chiều quay của 2 động cơ

- Bộ nguồn 12V-GND-5V: Tùy thuộc loại động cơ mà ta chọn 12V hay 5V

- Output A, Output B: Là 2 đầu ra kết nối với 2 động cơ

Hình 2.2: Module L298

Trang 17

Driver L298N tích hợp hai mạch cầu H

Điện áp điều khiển +5 V ~ +12 V

Dòng tối đa cho mỗi cầu H 2A

Điện áp của tín hiệu điều khiển +5 V ~ +7 V

Dòng của tín hiệu điều khiển 0 ~ 36mA

Công suất hao phí 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)

Nhiệt độ bảo quản -25 ℃ ~ +130 ℃

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của Module L298 2.2.2.3 Ưu điểm

Sử dụng Module L298 làm cho mạch trở nên đơn giản hơn và chỉ cần 1 nguồn điện

2.2.2.4 Nhược điểm

Nếu như mạch điều khiển thì cùng bật 2 công tắc ở cùng 1 nửa cầu thì sẽ mạch động lực của chúng ta bị ngắn mạch nguồn Nếu hiện tượng xảy ra trong 1 thời gian ngắn (quá độ) sẽ xuất hiện dòng trùng dẫn qua van công suất làm tăng công suất tiêu tán trên van Nếu thời gian trùng dẫn đủ dài, dòng trùng dẫn sẽ lớn làm cháy van công suất

2.3 Các đối tượng điều khiển

2.3.1 Động cơ DC

Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang năng lượng cơ (Máy điện chuyển đổi từ năng lượng cơ sang năng lượng điện là máy phát điện)

Hình 2.3: Động cơ DC-455PA

Trang 18

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,

hay nam châm điện

- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển

động quay của rotor là liên tục

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển

động quay của rotor

Trang 19

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và

rotor cùng dấu, trở lại pha 1

2.3.2 Động cơ DC servo

Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt Không giống như động cơ thông thường

cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển với góc quay nằm trong khoảng giới hạn Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau

Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên máy bay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực tương đối hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn

Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled) Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này

Động cơ DC Servo giảm tốc GA25 thường được sử dụng trong các ứng dụng cần xác định tốc độ, vị trí, chiều quay của động cơ DC: Robot mê cung, robot xe hai bánh

tự cân bằng,

Động cơ DC Servo thực tế là động cơ DC thường có gắn thêm phần Encoder để

có thể trả xung về vi điều khiển giúp xác định vị trí, vận tốc, Về cách điều khiển thì động cơ DC Servo sử dụng Driver như động cơ DC thường để điều khiển công suất động

cơ, tốc độ và đảo chiều: L298, L293, , chỉ có điểm khác biệt là có thêm phần encoder

để có thể hồi tiếp (feedback) xung về Vi điều khiển, từ đó vi điều khiển tác động lại

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động phần cảm và phần ứng

Trang 20

động cơ qua mạch công suất sử dụng các thuật toán điều khiển như PID, để điều khiển tốc độ, vị trí,

Điện áp hoạt động 3 – 16V DC Điện áp cấp cho Encoder hoạt động 3.3V DC

Tỷ số truyền qua hộp giảm tốc 1:34

Số xung qua hộp giảm tốc 422 xung

Đĩa Encoder 13 xung; hai kênh A,B Tốc độ không tải 320 rpm

Cấu tạo gồm có 3 phần chính: stato, rôto và bộ mã hóa

- Sato là bệ động cơ, sợi dây được quấn quanh lõi để cung cấp lực cần thiết để

xoay roto

- Rôto là trục quay, được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cữu

- Bộ mã hóa dùng để dò vị trí tuyệt đối

Hình 2.5: Động cơ DC Servo GA25

Trang 21

Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển Tín hiệu này khởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra của servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động

cơ Mặc dù ta có thể chỉnh quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng giới hạn

Hình 2.6: Cấu tạo của động cơ DC Servo

Trang 22

Chương 3 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

Trang 23

3.2.2 Mạch điều khiển động cơ DC Servo

3.3 Sơ đồ khối

3.3.1 Điều khiển động cơ DC

Hình 3.2: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ DC

Hình 3.3: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ DC Servo

Trang 24

3.3.2 Điều khiển động cơ DC Servo

3.4 Ưu và nhược điểm của đồ án

3.4.1 Ưu điểm

- Mô hình nhỏ gọn

- Có khả năng hỏi tiếp về tốc độ

- Điều chỉnh được tốc độ của động theo mong muốn người sử dụng

3.4.2 Nhược điểm

- Hồi tiếp về tốc độ của động cơ có sự sai lệch

Hình 3.4: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ DC

Hình 3.5: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ DC Servo

Trang 25

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 Kết luận

Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, được sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy

Hồ Hoài Nam, cùng các thầy cô bộ môn và các bạn sinh viên, chúng em đã hoàn thành được đồ án của mình

4.2 Hướng phát triển

Do giới hạn về thời gian và kiến thức nên nhóm em chỉ điều khiển động cơ với công suất nhỏ, bởi vậy sản phẩm chỉ ở mức độ mô hình nhỏ Tuy nhiên với đề tài này thì hoàn toàn có thể phát triển để điều khiển động cơ một chiều với công suất lớn có thể

sử dụng trong công nghiệp như điều khiển băng tải, các hệ thống điều khiển khác cần

sự thay đổi tốc độ của động cơ cũng như cần đảo chiều động cơ

Trang 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lâm Quang Chuyên, 2012, Giáo trình vi điều khiển, Trường Cao đẳng Công

thương Tp HCM

[2] IoT Maker Vietnam, Arduino cho người mới bắt đầu

[3] Tự học Arduino – cộng đồng Arduino Việt Nam

[4] Ebooks tự học lập trình Arduino

Định dạng
Số trang	26
Dung lượng	771,38 KB