161

Chng 10:

IU KHIN NG C 10.1. ng c DC

iu khin ng c DC (DC motor) l mt ng dng c bn ca iu khin t ng v

DC motor c c cu chp hnh (actuator) c dng nhiu nht trong cc h thng t

ng (v d robot). Khi nim ng c DC servo l ng c DC c b iu khin hi tip.

Trong phn ny chng ta s dng AVR iu khin ng c DC, nn phng php s

m c th l phng php iu rng xung (PWM) s c s dng. Ngoi ra, khi ni n

iu khin ng c DC th c 2 i lng iu khin chnh l v tr (s vng quay) v vn

tc quay.

Nguyn l iu khin ng c DC:

- AVR pht PWM iu chnh vn tc ng c, khi thay i rng xung PWM th

s thay i c vn tc quay ca motor.

- Xung PWM khng trc tip lm quay ng c m thng qua mt mch cng sut

gi l driver. Driver cho motor chnh l mch cu H, y chng ta s s dng

mt chip c tch hp sn mch cu H l chip L298D.

Hnh 10.1: S khi iu khin DC motor

10.1.1. Mch cu H

Vi mt ng c DC c 2 u A v B, ni 2 u ny vi mt ngun in DC. Khi ni A

vi cc (+) v B vi cc (-) th ng c quay theo chiu thun (cng chiu kim ng h)

th khi o cc u dy A vi (-), B vi (+) th ng c s o chiu quay. thc hin

vic o chiu ng c th chng ta s dng mch cu H. Hnh di y minh ho mch

cu H.

162

Hnh 10.2: Mch cu H

Trong hnh trn, hai u ca mch cu H gm: Motor Power (+) v Motor Ground (-). i

tng iu khin l ng c DC c hai u A v B, mc ch iu khin l cho php dng

in qua ng c DC theo chiu A n B hoc B n A. Thnh phn chnh to nn mch

cu H l 4 kho L1, L2, R1 v R2. iu khin bnh thng 4 kho ny m, mch cu

H khng hot ng. Tip theo chng ta s kho st hot ng ca mch cu H thng qua

mch sau:

Hnh 10.3: Hot ng ca mch cu H

Gi s chng ta iu khin sao cho 2 kho L1 v R2 c ng li (L2 v R1 vn m),

chng ta s thy rng c mt dng in chy t (+) qua kho L1 n u A v i qua ng

c DC n u B ca n trc khi qua kho R2 v v (-). Nh vy, vi gi s ny th

A B

L1

L2 R2

R1

L1

L2 R2

R1

A B

163

chng ta c dng in chy qua ng c theo chiu t A n B. Tng t nh hot ng

trn, chng ta gi s iu khin sao cho 2 kho R1 v L2 c ng li, th s c dng

in chy qua ng c theo chiu t B n A.

Chng ta hy xem xt 2 trng hp sau:

- Nu ng ng thi 2 kho cng mt bn (L1 v L2 hoc R1 v R2) hoc thm ch

ng c 4 kho, th s xy ra hin tng ngn mch, (+) v (-) gn nh ni trc tip vi

nhau v hin nhin b ngun cung cp s b hng hoc nguy him hn l xy ra chy n

mch. trnh vic ny xy ra, ngi chng ta thng dng thm cc mch logic kch

cu H.

- Nu cc kho phn di hoc phn trn cng ng (v d L1 v R1 cng ng, L2 v

R2 cng m). Vi trng hp ny, c 2 u A v B ca ng c cng ni vi mt mc

in p v s khng c dng in no chy qua, mch cu H khng hot ng. y c th

coi l mt cch thng ng c (nhng khng phi lc no cng c tc dng). Ni chung,

chng ta nn trnh trng hp ny xy ra, nu mun mch cu khng hot ng th nn

m tt c cc kho thay v dng trng hp ny. Tham kho thm ti liu v mch cu H trn website: http://www.hocavr.com/index.php/hardware/hbridge 10.1.2. Chip driver L298D

Chip L298D l mt chip tch hp 2 mch cu H trong v c 15 chn. Tt c cc mch

kch, mch cu u c tch hp sn. L298D c in p cao (ln nht 50V) v dng in

ln hn 2A nn rt thch hp cho cc ng dng cng sut nh nh cc ng c DC loi

nh v va. Bn di l m hnh ca chip L298D:

Hnh 10.4: Hnh dng bn ngoi ca L298D

164

Hnh 10.5: Hnh dng bn trong ca L298D

Bn trong L298D c 2 mch cu H nn c th iu khin 2 i tng ch vi 1 chip. Mi

mch cu bao gm 1 ng Vs (tht ra l ng chung cho 2 mch cu), mt ng

current sensing (cm bin dng), phn cui ca mch cu H khng c ni vi GND m

b trng cho ngi dng ni mt in tr nh gi l sensing resistor. Bng cch o in

p trn in tr ny chng ta c th tnh c dng qua in tr, cng l dng qua ng

c. Mc ch chnh ca vic o dng in qua ng c l xc nh cc trng hp nguy

him xy ra trong mch, v d qu ti. Nu vic o dng ng c khng tht s cn thit

bn c th ni ng cm bin dng ny vi GND. ng c s c ni vi 2 ng

OUT1, OUT2 (hoc OUT3, OUT4 nu dng mch cu bn phi). Mt chn En (EnA v

EnB cho 2 mch cu) cho php mch cu hot ng, khi chn En c ko ln mc cao,

mch cu sn sng hot ng. Cc ng kch mi bn ca mch cu c kt hp vi

nhau nhng mc in p ngc nhau do mt cng Logic NOT. Bng cch ny chng ta c

th trnh c trng hp 2 transistor cng mt bn c kch cng mt lc (ngn

mch). Nh vy, s c 2 ng kch cho mi mch cu H gi l In1 v In2 (hoc In3,

In4). motor hot ng chng ta phi ko 1 trong 2 ng kch ny ln cao trong khi

ng kia gi mc thp, v d In1=1, In2=0. Khi o mc kch ca 2 ng In, ng c

s o chiu quay. Tuy nhin, do L298D khng ch c dng o chiu ng c m

cn iu khin vn tc ng c bng PWM, cc ng In cn c t hp li bng cc

165

cng Logic. Ngoi ra, trn chip L298D cn c cc ng Vss cp in p cho phn logic

5V v GND chung cho c logic v motor.

Trong thc t, cng sut thc m L298D c th ti nh hn so vi gi tr ca n (V=50V,

I=2A). tng dng in ti ca chip ln gp i, chng ta c th ni 2 mch cu H song

song vi nhau (cc chn c chc nng nh nhau ca 2 mch cu c ni chung).

10.2. NG C BC (Step motor)

10.2.1. c im chung v ng c bc

ng c bc l ng c ng b hot ng di tc dng ca cc xung ri rc v

k tip nhau. Khi mt xung dng in hoc in p c t vo cun dy (phn ng) ca

ng c, th rotor (phn cm) ca ng c s quay i mt gc nht nh, v c gi l

bc ca ng c. Khi cc xung dng in t vo cun dy ca ng c lin tc th ng

c s quay lin tc.

V tr trc ng c bc c xc nh bng s lng xung, tc ca ng c t

l vi tn s xung v c xc nh bng s bc/giy. Ty theo kt cu ca tng loi

ng c m tn s hot ng ca ng c c th tip nhn t 10 n 10.000 KHz.

Bc ca ng c (gi tr ca gc gia hai v tr n nh k nhau ca rotor) cng

nh th chnh xc trong iu khin cng cao. Bc ca ng c ph thuc vo s cun

dy phn ng, s cc ca stator, s rng ca rotor v phng php iu khin bc (bc

hoc na bc).

ng c bc phong ph v gc quay. Cc ng c km nht quay 90 mi

bc, trong khi cc ng c nam chm vnh cu x l cao thng quay 1.8 n 0.72

mi bc. Vi mt b iu khin, hu ht cc loi ng c nam chm vnh cu v hn

hp u c th chy ch na bc, v mt vi b iu khin c th iu khin cc

phn bc nh hn hay cn gi l vi bc.

Chiu quay ca ng c bc khng ph thuc vo chiu dng in chy trong cc

cun dy phn ng, m ph thuc vo th t cc cun dy phn ng c cp xung iu

khin. S cun dy phn ng hay cn gi l cun dy pha ca ng c c ch to t 2

n 5 cun dy (hay cn gi l bi dy) v c t i din nhau trong cc rnh ca

stator. i vi ng c c hai cun dy ch dng cho iu khin lng cc (cun dy c

166

cc tnh thay i), vi 4 cun dy th dng c cho c hai ch iu khin lng cc

v n cc.

Hnh 10.6: Phn bit ng c thng v ng c bc

Hnh 10.7: Cu to bn trong ng c bc

ng c bc l thit b c s dng rng ri dng chuyn cc xung in thnh

chuyn ng c hc. mt s ng dng nh: iu khin a, my in, my qut,

robotth ng c bc dng iu khin chuyn ng.

167

Hnh 10.8: Hnh dng bn ngoi ng c bc

Khi kt hp vi mch iu khin bn ngoi, chng c th quay ti hoc quay lui v dng

li ti mt v tr xc nh mt cch chnh xc.

10.2.2. H thng iu khin ng c bc

Mt h thng c s dng ng c bc c th c khi qut theo s sau:

Hnh 10.9: S h thng iu khin ng c bc

D.C.SUPPLY: C nhim v cung cp ngun mt chiu cho h thng. Ngun mt chiu

ny c th ly t pin nu ng c c cng sut nh. Vi cc ng c c cng sut ln c

th dng ngun in c chnh lu t ngun xoay chiu.

CONTROL LOGIC: y l khi iu khin logic. C nhim v to ra tn hiu iu

khin ng c. Khi logic ny c th l mt ngun xung, hoc c th l mt h thng

mch in t. N to ra cc xung iu khin. ng c bc c th iu khin theo c

bc hoc theo na bc.

POWER DRIVER: C nhim v cp ngun in c iu chnh a vo ng c.

N ly in t ngun cung cp v xung iu khin t khi iu khin to ra dng in

cp cho ng c hot ng.

STEPPER MOTOR: ng c bc. Cc thng s ca ng c gm c: Bc gc, sai s

bc gc, mmen ko, mmen hm, mmen lm vic.

168

i vi h iu khin ng c bc, ta thy l mt h thng kh n gin v khng h

c phn t phn hi. iu ny c c v ng c bc trong qu trnh hot ng khng

gy ra sai s tch ly, sai s ca ng c do sai s trong khi ch to. Vic s dng ng c

bc ty em li chnh xc cha cao nhng ngy cng c s dng ph bin. V cng

sut v chnh xc ca bc gc ang ngy cng c ci thin.

10.2.3. Nguyn l hot ng ca cc loi ng c bc

Da vo cu to, ta c ba loi ng c bc chnh l : ng c bc nam chm vnh

cu, ng c bc bin t tr v ng c bc hn hp (ng c lai). Ngoi ra cn c

cch phn loi da vo mch iu khin nh ng c bc n cc, lng cc

vn hnh ng c bc, t trng do stator to ra phi thay i lin tc thnh mt

chui. thc hin iu ny, ta ln lt thay i chiu dng in chy trong cc cun dy

theo mt chui c th t. Nu ch mt cun dy ca ng c c kch, rotor ( khng

ti) s nhy n mt gc c nh v sau gi nguyn cho n khi momen xon tc

ng vo trc ng c vt qua gi tr momen xon gi tnh.

1) ng c bin t tr ng c bc bin t tr (hay cn gi l ng c bc phn khng) khng dng

nam chm vnh cu lm rotor m dng mt khi c rng lm bng vt liu nh c

t tnh. Phn stator l 3 n 5 cun dy c ni chung vi nhau.

Hnh 10.10: ng c bin t tr

* Vn hnh: Thng thng u dy chung C c mc vi ngun dng, cc u dy

169

cn li ln lt c kch theo chui. Chui xung iu khin ng c

2) ng c nam chm vnh cu ng c bc nam chm vnh cu c rotor l mt nam chm vnh cu, khng chia thnh nhiu rng, cng c nhiu cun dy nh loi bin t tr. C hai loi thng dng l ng c bc n cc (cn gi l c cc unipolar) v lng cc (bipolar).

Hnh 10.11: ng c bc n cc

170

Hnh 10.12: ng c bc lng cc Mu 1 nm cc trn v di ca stator, cn mu 2 nm hai cc bn phi v bn tri

ng c. Rotor l mt nam chm vnh cu vi 6 cc, 3 Nam v 3 Bc, xp xen k trn

vng trn. Dng in i qua t u trung tm ca mu 1 n u a to ra cc Bc trong

stator trong khi cc cn li ca stator l cc Nam. Nu in mu 1 b ngt v kch

mu 2, rotor s quay 30 , hay 1 bc. quay ng c mt cch lin tc, chng ta ch

cn p in vo hai mu ca ng c theo dy.

iu khin ng c n cc v lng cc l nh nhau. Bng sau y m t trng thi

quay ca hai loi ng c ny.

Xung iu khin m t trng thi quay ca ng c

Hnh 10.13: Hnh dng

ng c bc

171

3) ng c bc hn hp

ng c bc hn hp (hay cn gi l ng c bc cm ng) kt hp u im

cahai loi ng c trn, ngha l chng c rotor l nam chm vnh cu, c nhiu rng,

stator l nhng cun dy. ng c hn hp thng dng l loi c 200 rng v c bc

1,80. ng c hn hp ch yu c s dng trong cng nghip.

172

Hnh 10.14: ng c bc hn hp

Trong hnh trn, rotor ca ng c bc gm hai a b tr so le nhau. Mi a c nhiu

rng ng vi cc cc. Trong khi cun dy trong phn stator ging nh loi ng c

bc nam chm vnh cu.

10.3. GHP NI NG C BC VI VI IU KHIN

ghp ni ng c bc vi vi iu khin chng ta phi c thm mt b m cng

sut cho ng c, dng 4 transitor A1015, 8 in tr 4k7, v 4 FET IRF540 cho mt b

m cng sut ca ng c. ng c c ghp ni qua PORTD ca vi iu khin (4 bit

cao), t D7 n D4, do ng c bc bao gi cng c 1 hay 2 dy chung v u c ni

ln ngun dng nn 4 dy cn li s ghp ni vo 4 bit cao ca PORTD v sau l lp

trnh va iu khin n. Nu nh mun ghp ni bao nhiu ng c bc cho vi iu khin

th cng phi cn by nhiu b m cng sut cho ng c.

Hnh 10.15: S ghp ni ng c bc vi AVR

173

V d: kho st ng c bc sau:

ng c bc trn gm 2 cun dy

-Cun 1: 3 dy cam ,vng , trng (dy trng l dy chung ca cun 1)

-Cun 2: 3 dy nu, en, (dy l dy chung ca cun 2)

cc dy trn c gn vo header 6 (2dy chung gn vi Vcc) , cc dy cn li

c u theo th t

174

chn header : 1 2 3 4 5 6

dy: 1a 2a 1b 2b 1 2

chn 5,6 c ni vi Vcc

V vy, cch iu khin ng c bc n gin nht l ch cn cho dch bit 1 ti cc

ng P1, P2, P3, P4. Cc ng ny ni vi transistor khuch i dng, khi P1=1,

transistor1 dn, mc in th dy 1a =0 , cun 1 dn , ng c quay, c kch hot

cho cc dy lun phin dn: vd : P1: 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1

P2: 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

P3: 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

P4: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0

- quay thun : cho dch tri

- quay nghch : cho dch phi

- hoc c th lp trnh quay theo mun,.