วงจรขบมอเตอรกระแสตรงดวยชอปเปอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว

SPEED SENSORLESS DC CHOPPER DRIVES

ระววรรณ สางสาร

รกษพงศ ชยดเรก

กลธดา แฝงจนทร

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยบรพา

ปการศกษา 2560

วงจรขบมอเตอรกระแสตรงดวยชอปเปอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว

SPEED SENSORLESS DC CHOPPER DRIVES

ระววรรณ สางสาร

รกษพงศ ชยดเรก

กลธดา แฝงจนทร

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยบรพา

ปการศกษา 2560

SPEED SENSORLESS DC CHOPPER DRIVES

RAWEEWAN SANGSARN

RUKSAPONG CHAIDIREK

KUNTHIDA FAENGCHAN

A PROJECT SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS

FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF ENGINEERING

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

BURAPHA UNIVERSITY 2017

./'\('*-

IAAC

uTrufulul\u0

Trru

u

cA01a1:EJytuTnu't

o ltt

Q'lU?U1,1U1

e* 4f

un1:flnu't

? 0 : Tiu u o tn o i n : u ttfl n : frr u t o tJ utj o i uuu ulirqt u lql o irr n r I ru u5 r.Jl

u1fi1?lu??::6u ?141:

e,t(e,rau1u:nuvfl uat:n

u1ff1?naBpn urJr'uvriq

fitirufl 1ffn:1o1Tri q:. ltnuU

112 r,lrir

256A r

I4L, IAAt u?ruu'tu:vfufi

nrnitrinrn::utllflr ncuvinrn::r ntani lr,trivruT duX:vrr or4n-firJ3rg6Ufiiludd rflu

druudrrornr:finurnruyd'nqn:rliryryrinrn::rnram:uirufin arrrirrinrn::llv,lflr

J)/ , ,a a (

rr..r,,r; ;, #rl, il;*l'Dlun:rilnl:aorrriruru'rfivruo

(orot:

(

,;;;;;;

rj....0'la]:uytuTnu'l

pr:. TtnrrTu duizuu'rr.J:vfiB)

m .fiiuilt''rPri'rirtrn::illv'fll

n1:flourJBryryrfrvrurj

n 1 : ?o u r.Ji ry ry r frvruri

o1 nrcuirni rirunart)t

ii

บทคดยอ

โดยปกตมอเตอรไฟฟากระแสตรงจะควบคมความเรวมอเตอร โดยการปอนกลบคาความเรวจาก

เซนเซอรวดความเรวไปยงคอนโทรลเลอรเพอท าการปรบความเรว แตในงานบางลกษณะไมสามารถตดตง

เซนเซอรวดความเรวได เนองมาจากพนทในการตดตงมจ ากด ดวยสาเหตขางตนโครงงานนจะน าเสนอการ

ออกแบบและทดลองชดขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรงดวยวงจรชอปเปอรในการควบคมความเรวของ

มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว ซงจะใชคาพารามเตอรทางไฟฟามาใชในการประมาณ

การความเรว โดยทวงจรชอบเปอรจะใชไอจบทเปนสวตช ซงสวตชงแบบสองขวทความถ 20 กโลเฮรตซ โดย

การควบคมทงหมดจะใชไมโครคอนโทรลเลอร dsPIC30F4011 ในการทดลองจะใชวงจรชอปเปอรในการขบ

มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกพกด 1.1 กโลวตต ทแรงดน 220 โวลต เมอท าการทดลองการ

ควบคมความเรวขณะมอเตอรไมมโหลด ใสโหลดและปลดโหลดทขนาดตงแต 1-5 นวตนเมตร โดยทสามารถ

ควบคมความเรวของมอเตอรในชวง 300 ถง 1,000 รอบตอนาท จากคาวามเรวอางอง มความผดพลาดอยท

ประมาณ 5.36 เปอรเซนต

ค าส าคญ: มอเตอรไฟฟากระแสตรง, แบบไรเซนเซอรวดความเรว, วงจรชอปเปอร

iii

Abstract

Usually, speed control of DC motor require a speed signal from speed encoder.

This signal is used to adjust the converter command in order to regulate the motor speed.

However, the speed sensor can’t install due to limitation of installation space. For the

above reason, this project presents the developing and experiment of sensorless DC drive

based on a chopper circuit. The electric parameters replace speed sensor device to

estimate speed. The chopper consists of 4 IGBTs as switching device with a bipolar

switching method at 20 kHz swithching frequency. All control tasks is controlled by

dsPIC30F4011 microcontroller. In the experiment, the chopper was tested with 1.1 kW 220

volt separately excited DC motor. The experimental results of speed control at no-load,

on-load and unload at 1-5 Nm show that the speed of the motor can be regulated in the

range of 300 to 1,000 rpm. Compared to reference speed, the error is around 5.36%.

Keywords: DC motor, SpeedSensorless, Chopper

iv

กตตกรรมประกาศ

ปรญญานพนธฉบบนส าเรจลลวงไปได ดวยความชวยเหลออยางดยงจาก ผชวยศาสตราจารย

ดร. โชคชย ชนวฒนาประณธ อาจารยทปรกษาปรญญานพนธ ทไดใหค าแนะน าและขอคดเหนตางๆ ในการ

ท าปรญญานพนธมาโดยตลอด ขอขอบพระคณคณะกรรมการสอบปรญญานพนธทกทานทกรณาให

ค าแนะน าทเปนประโยชน ตลอดจนคณาจารยทกทานทไมไดกลาวนามไว ณ ทน

ผด าเนนโครงงาน ขอขอบคณภาควชาวศวกรรมไฟฟา ทไดเออเฟอสถานทท าการทดลอง เครองมอ

และและอปกรณในการด าเนนโครงงาน

v

สารบญ

หนา บทคดยอ……………………………………………………………………………………………………………………………………ii

Abstract………………………………………………………………………………………………………………………………….iii

กตตกรรมประกาศ…………………………………………………………………………………………………………………….iv

สารบญรป…………………………………………………………………………………………………………………………………x สารบญตาราง………………………………………………………………………………………………………………………….xiv

บทท 1………………………………………………………………………………………………………………………………………2

บทน า………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1.1 ทมาและความส าคญของโครงงาน………………………………………………………………………………………..2

1.2 วตถประสงคของโครงงาน……………………………………………………………………………………………………2

1.3 ขอบเขตการท าโครงงาน……………………………………………………………………………………………………..2

1.4 แผนการด าเนนงาน…………………………………………………………………………………………………………….2

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ…………………………………………………………………………………………………..3

บทท 2………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

ทฤษฎเบองตน……………………………………………………………………………………………………………………………..2

2.1 ทฤษฎมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก…………………………………………………………………….2

2.2 Chopper-Controlled DC Motor Drive…………………………………………………………………………….6

2.3 หลกการควบคมสญญาณ PWM (Pulse Width Modulation)……………………………………………….8

2.3.1 การสวตชงแบบสองขว (Bipolar Switching)………………………………………………………………8

2.3.2 การสวตชงแบบขวเดยว (Uni-polar Switching)…………………………………………………………11

2.3.3 ออกแบบวงจรสรางสญญาณ Pulse Width Modulation (PWM)………………………………..11

vi

สารบญ(ตอ)

หนา

2.4 ระบบควบคม (Control System)……………………………………………………………………………………......12 2.4.1 ระบบควบคมแบบวงเปด (Open Loop Control System)…………………………………………..12

2.4.2 ระบบควบคมแบบวงปด (Closed Loop Control System)……………………………………….13

2.4.3 การออกแบบระบบควบคม………………………………………………………………………………………13

2.5 ระบบควบคมความเรวแบบวงปด (Closed Loop Speed Control System)………………………..17

2.5.1 การควบคมความเรว (Speed Control)…………………………………………………………………….18

2.5.2 การควบคมกระแส (Current Control)……………………………………………………………………..18

2.5.3 คาเฉลยเคลอนท (Moving Average : MA)………………………………………………………………..19

2.5.4 การถดถอยแบบก าลงสองนอยสด (Linear Regression Analysis)……………………………….23

บทท 3………………………………………………………………………………………………………………………………………5

การออกแบบโครงงาน…………………………………………………………………………………………………………………5

3.1 การออกแบบชดควบคม…………………………………………………………………………………………………….30

3.1.1 ชดควบคมกระแส (Current Control)………………………………………………………………………30

3.1.2 ชดควบคมความเรว (Speed Controller)…………………………………………………………………35

3.1.3 ออกแบบการควบคมความเรวมอเตอรโดยการจ าลองการท างานในโปรแกรม PSIM……….40

3.1) การจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททความเรวอางองมการเปลยนแปลง……………40

3.2) การจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง………………………….42

3.3) การจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว กรณทความเรวอางองมการเปลยนแปลง…………………………………………………………………………………………………………………………..43

vii

สารบญ(ตอ)

หนา

3.4) การจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว กรณทโหลดมการเปลยนแปลง………………………………………………………………………………………………………………………….45 3.2 สวนประกอบภาคก าลง……………………………………………………………………………………………………..46

3.2.1 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก…………………………………………………………………46

3.2.2 โหลดทางกล…………………………………………………………………………………………………………..47

3.2.3 แทคโคเจเนอเรเตอร (Tachogenerator)………………………………………………………………….47

3.2.4 วงจรดซ-ดซ คอนเวอรเตอร (DC-DC Converter) หรอวงจรชอปเปอร (Chopper)………48

3.2.5 วงจรเรยงกระแสชนดเตมคลน (Bridge Rectifie)……………………………………………………….49

3.2.6 วงจรตรวจวดกระแส (Current Sensor)…………………………………………………………………...50

3.3 สวนประกอบของภาคควบคม……………………………………………………………………………………………50

3.3.1 ไมโครคอนโทรลเลอร…………………………………………………………………………………………......50

3.4 การสรางวงจรชอปเปอร…………………………………………………………………………………………………….52

3.5 การเขยนโปรแกรมเพอควบคมความเรวโดยใชไมโครคอนโทรลเลอร……………………………………….53

3.5.1 การสรางสญญาณขบน าสวตชจาก dspic30f4011………………………………………………………53

3.5.2 การแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล………………………………………………………………………54

3.5.3 โปรแกรมควบคม……………………………………………………………………………………………………..55

3.5.4 โปรแกรมหลก………………………………………………………………………………………………………….62

3.5.5 โปรแกรมอนเตอรรพท………………………………………………………………………………………………63

3.5.6 การค านวณคาประมาณของความเรวรอบ……………………………………………………………………64

3.5.7 การค านวณคา PI ของความเรวรอบ……………………………………………………………………………65

viii

สารบญ(ตอ)

หนา

3.5.8 การค านวณคาPI ของกระแสอารเมเจอรของมอเตอร……………………………………………………66

3.5.9 การจ ากดและอพเดทคาดวตไซเคล…………………………………………………………………………….67 บทท 4………………………………………………………………………………………………………………………………………30

ผลการทดสอบ……………………………………………………………………………………………………………………………30

4.1 การทดสอบวงจรดซ-ดซ คอนเวอรเตอร (DC-DC Converter) หรอวงจรชอปเปอร (Chopper) โดยสวตชงแบบสองขว (Bipoar Switching)……………………………………………………………………………………30

4.1.1 การทดสอบแบบตอโหลดตวตานทาน (R)……………………………………………………………………69

4.1.2 การทดสอบแบบตอโหลดมอเตอร………………………………………………………………………………71

4.2 การทดสอบการควบคมความเรวแบบวงเปด………………………………………………………………………..73

4.2.1 แบบแรงดนอนพตคงท……………………………………………………………………………………………..73

4.3 การทดสอบการประมาณการ……………………………………………………………………………………………..74

4.4 การทดสอบลปกระแสแบบวงปด…………………………………………………………………………………………76

4.5 การทดสอบการควบคมความเรวแบบวงปด…………………………………………………………………………..77

บทท 5…………………………………………………………………………………………………………………………………………69

บทสรปและขอเสนอแนะ………………………………………………………………………………………………………………..69

5.1 บทสรป……………………………………………………………………………………………………………………………..69

5.2 ปญหาและการแกไข……………………………………………………………………………………………………………83

5.3 แนวทางการพฒนาตอ…………………………………………………………………………………………………………83

เอกสารอางอง……………………………………………………………………………………………………………………………….83

ภาคผนวก……………………………………………………………………………………………………………………………………..83

ix

สารบญ(ตอ)

หนา

ภาคผนวก ก…………………………………………………………………………………………………………………………………83

การออกแบบและการตอวงจรชอปเปอร……….…………………………………………………………………………….85 ภาคผนวก ข…………………………………………………………………………………………………………………………………88

ผลการทดสอบควบคมความเรวแบบวงปด………………………………………………………………………………….88

ภาคผนวก ค………………………………………………………………………………………………………………………………….94

โคดทใชในการทดสอบควบคมความเรวแบบวงปด……………………………………………………………………….94

ภาคผนวก ง………………………………………………………………………………………………………………………………..104

ขอมลอปกรณทใชในโครงงาน…………………………………………………………………………………………………104

x

สารบญรป

รปท หนา

2.1 แบบจ าลองของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก .................................................................... 2

2.2 แบบจ าลองทางพลวตของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกและโหลด .................................... 6

2.3 วงจรชอปเปอรและกราฟแรงดนไฟฟาขาออกขณะเปด/ปดสวตช ......................................................... 7

2.4 วงจรฟลบรดจคอนเวอรเตอร .................................................................................................................. 9

2.5 การสวตชงแบบสองขว(BIPOLAR SWITCHING) .......................................................................................... 9

2.6 การสวตชงแบบขวเดยว (UNIPOLAR SWITCHING) ................................................................................... 11

2.7 วงจรภายในของตว IC เบอร BM64365S-VA ....................................................................................... 12

2.8 แผนภาพระบบควบคมแบบวงเปด ....................................................................................................... 12

2.9 แผนภาพระบบควบคมแบบวงปด ......................................................................................................... 13

2.10 ลกษณะของผลตอบสนอง .................................................................................................................. 13

2.11 ผลตอบสนองเมอสวนจรงของโพลเปลยนแปลง ................................................................................. 16

2.12 ผลตอบสนองเมอสวนจนตภาพของโพลเปลยนแปลง ........................................................................ 16

2.13 ผลตอบสนองเมออตราการหนวงมคาคงท ......................................................................................... 17

2.14 แผนภาพระบบควบคมความเรวของมอเตอรแบบวงปด .................................................................... 17

2.15 แผนภาพการควบคมความเรวแบบวงปดโดยใชเซนเซอรวดความเรว ................................................ 18

2.16 แผนภาพการควบคมกระแสแบบวงปด .............................................................................................. 18

2.17 แผนภาพการควบคมความเรวแบบวงปดโดยไมใชเซนเซอรวดความเรว ............................................ 19

2.18 ภาพตวอยาง SMA(10) (เสนสเขยว) ................................................................................................... 20

2.19 ภาพตวอยาง WMA(10) (เสนสเหลอง) ............................................................................................... 21

2.20 ภาพตวอยาง EMA(10) (เสนสฟา) ...................................................................................................... 23

2.21 การค านวณคาความแตกตางระหวางคา Y จากกราฟและคา Y จากจดขอมล .................................... 24

2.22 กราฟเหตผลคดคานหลกการ MINIMIZE RESIDUAL ERRORS ดวยวธอนๆ……………………………………….25

2.23 กราฟความหมายของการเบยงเบนของจดขอมลจรงจากคาเฉลย ................................................ 28

xi

สารบญรป(ตอ)

รปท หนา

3.1 บลอกไดอะแกรมการท างานของวงจรขบมอเตอรกระแสตรงดวยชอปเปอร .......................................... 5

3.2 บลอกไดอะแกรมการควบคมกระแสและความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ................................. 30

3.3 บลอกไดอะแกรมการควบคมกระแสของมอเตอรไฟฟากระแสตรง....................................................... 30

3.4 บลอกไดอะแกรมของลปกระแสหลงจากท าการละ

....................................................................... 31

3.5 การจ าลองการควบคมกระแสทไดจากการออกแบบ ............................................................................. 33

3.6 ผลการจ าลองการควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 2A .......................................................... 33

3.7 ผลการจ าลองการควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 6A .......................................................... 33

3.8 ผลการจ าลองควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 2A ................................................................. 34

3.9 ผลการจ าลองควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 6A ................................................................. 34

3.10 แผนภาพการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง ..................................................................... 35

3.11 บลอกไดอะแกรมของลปความเรวหลงจากท าการยบบลอกไดอะแกรม ............................................. 35

3.12 คาพารามเตอรของเครองกลไฟฟาในโปรแกรม PSIM (DEMO) .......................................................... 37

3.13 ผลการจ าลองความเรวของมอเตอรเทยบกบความเรวอางอง เมอ K = 1.0015, T= 38.21 MS ........ 38

3.14 ผลการจ าลองความเรว เมอ K = 10.015, T= 38.21 MS..................................................................... 38

3.15 ผลการจ าลองความเรว เมอ K = 30.045, T= 38.21 MS..................................................................... 39

3.16 ผลการจ าลองความเรว เมอ K = 100.15, T= 38.21 MS..................................................................... 39

3.17 การจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง...................................................... 42

3.18 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง ................................................. 42

3.19 การจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง...................................................... 42

3.20 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง ................................................. 42

3.21 การจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว ............................................. 43

3.22 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว ........................................ 44

3.23 การจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว ................................................................ 45

3.24 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว ......................................... 45

xii

สารบญรป(ตอ)

รปท หนา

3.25 วงจรสมมลมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก ....................................................................... 46

3.26 การตอชด MG-SET กบโหลดทางกล .................................................................................................. 47

3.27 แทคโคเจเนอเรเตอร (TACHOGENERATOR) .......................................................................................... 47

3.28 วงจรชอปเปอรแบบ H-BRIDGE โดยใชไอจบทเปนสวตช ..................................................................... 48

3.29 IPM เบอร BM64365S-VA และตวอยางการใชงาน ........................................................................... 49

3.30 BRIDGE RECTIFIER เบอร BR106 ........................................................................................................... 49

3.31 วงจรตรวจวดกระแส (CURRENT SENSOR) ........................................................................................... 50

3.32 บอรดไมโครคอนโทรลเลอร DSPIC30F401 ....................................................................................... 51

3.33 วงจรชอปเปอรทใชในการทดสอบ..................................................................................................... 52

3.34 การควบคมมอเตอรแบบวงปด .......................................................................................................... 54

3.35 กราฟสมการความคลาดเคลอนระหวางคาความเรวประมาณการ .................................................... 59

3.36 กระบวนการท างานของโปรแกรมหลก ............................................................................................. 62

3.37 กระบวนการท างานของโปรแกรมอนเตอรรพท ................................................................................ 63

3.38 กระบวนการค านวณคาประมาณการความเรว ................................................................................. 64

3.39 กระบวนการควบคมความเรว ........................................................................................................... 65

3.40 กระบวนการควบคมกระแสอารเมเจอรของมอเตอร ........................................................................ 66

3.41 กระบวนการจ ากดและอพเดทคาดวตไซเคล ..................................................................................... 67

4.1 แผนภาพวงจรการทดสอบแรงดนเอาทพตทขนอยกบการปรบดวตไซเคล ......................................... 69

4.2 แรงดนเอาทพตทคา Duty Cycle=0.4…………………………………………………………………………………..69

4.3 แรงดนเอาทพตทคา Duty Cycle=0.7…………………………………………………………………………………..69

4.4 คาแรงดนเอาทพตเฉลยจากการค านวณเปรยบเทยบกบคาแรงดนเอาทพตเฉลยทวดได ................... 70

4.5 แผนภาพวงจรของการทดสอบดวตไซเคลแบบโหลดมอเตอร ............................................................. 71

4.6 กระแสเอาทพตทคา DUTY CYCLE=0.8................................................................................................ 71

4.7 แรงดนเอาทพตทคา DUTY CYCLE=0.8 ................................................................................................ 71

xiii

สารบญรป(ตอ)

รปท หนา

4.8 กราฟคาแรงดนเอาทพตเฉลยจากการค านวณเปรยบเทยบกบคาแรงดนเอาทพตเฉลยทออกจาก

วงจรชอปเปอรทดวตไซเคลคาตางๆส าหรบโหลดมอเตอร ............................................................................. 72

4.9 แผนภาพวงจรการทดสอบควบคมความเรวแบบวงเปดกรณแรงดนอนพตคงท ................................... 73

4.10 กราฟคาความเรวของมอเตอรทโหลดตางๆและดวตไซเคลคาตางๆขณะทแรงดนอนพตคงท………..74

4.11 แผนภาพการทดสอบความเรวประมาณการกบความเรวจรงจากเซนเซอรวดความเรว .................... 74

4.12 คาความเรวจรงของมอเตอรเทยบกบความเรวประมาณการ ............................................................. 75

4.13 แผนภาพวงจรการทดสอบลปกระแส ................................................................................................. 76

4.14 การทดสอบลปกระแสท IREF = 2A .................................................................................................... 76

4.15 การทดสอบลปกระแสท IREF = 1A .................................................................................................... 76

4.16 คากระแสทวดไดเทยบกบคากระแสทปรบตงจากการทดสอบลปกระแส .......................................... 77

4.17 แผนภาพของการทดสอบความเรวมอเตอรแบบวงปด ....................................................................... 77

4.18 คาความเรวขณะไมมโหลด โดยเปลยนความเรวอางองท 200, 400, 600, 800 และ 1000 RPM ....... 78

4.19 คาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกล 1 นวตนเมตร ..................................................................... 78

4.20 คาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกล 1 นวตนเมตร ...................................................................... 79

4.21 คาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกล 2 นวตนเมตร ..................................................................... 79

4.22 คาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกล 2 นวตนเมตร ...................................................................... 80

4.23 คาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกล 3 นวตนเมตร ..................................................................... 80

4.24 คาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกล 3 นวตนเมตร ...................................................................... 81

xiv

สารบญตาราง

ตารางท หนา

2.1 การค านวณ SMA(5) วนแรก .............................................................................................................. 20

2.2 การค านวณ SMA(5) วนทสอง ............................................................................................................ 20

2.3 การค านวณ WMA(5) วนแรก ............................................................................................................. 21

2.4 การค านวณ WMA(5) วนทสอง .......................................................................................................... 21

2.5 การค านวณ EMA(5) วนแรก .............................................................................................................. 22

2.6 การค านวณ EMA(5) วนทสอง ............................................................................................................ 22

3.1 การค านวณสมการความคลาดเคลอนโดยวธการถดถอยแบบเชงเสน (Linear Regression)………..57

4.1 ผลการค านวณและเปรยบเทยบกบแรงดนเอาทพตเฉลยของวงจรการทดลอง……………………………70

4.2 ผลการค านวณและเปรยบเทยบกบกระแสเอาทพตเฉลยของวงจรการทดลอง……………………………72

4.3 แสดงคาความเรวของมอเตอรทโหลดคาตางๆขณะทแรงดนทขวมอเตอรคงท .................................. 73

4.4 แสดงคาความเรวโดยประมาณเทยบกบความเรวจรงในกรณมโหลดและไมมโหลด .......................... 75

4.5 แสดงคากระแสทออกจากลปกระแสเทยบกบกระแสทปรบตง………………………………………………….76

บทท 1

บทน า

1.1 ทมาและความส าคญของโครงงาน

มอเตอรไฟฟากระแสตรงถกน ามาใชในงานในอตสาหกรรมอยางมากมาย เนองดวยการควบคมงาย

กวามอเตอรไฟฟากระแสสลบ แตในปจจบนการใชงานเครองกลไฟฟากระแสตรง (DC Machines) ไดถก

แทนทดวยเครองกลไฟฟากระแสสลบ (AC Machines) เนองดวยมการพฒนาชดขบเคลอนอยางตอเนอง ท า

ใหการควบคมมอเตอรไฟฟากระแสสลบไดงายขน แตยงคงมการใชมอเตอรไฟฟากระแสตรงอยดวยเหตทวา

ควบคมความเรวไดงาย สามารถใหแรงบดเทากบพกดในทกชวงความเรวและมแรงบดขณะเรมท างาน

(Torque Start) สงกวามอเตอรไฟฟากระแสสลบทมพกดก าลง/ความเรวเดยวกน ท าใหยงคงมการใชงาน

มอเตอรไฟฟากระแสตรงเปนตนก าลงในการขบเคลอนระบบตางๆอย ซงในอตสาหกรรมบางชนดไมสามารถ

จะตดตงเซนเซอรวดความเรวเขาไปทเพลาของมอเตอรได เชน อตสาหกรรมทอผา อตสาหกรรมโพลเอ

สเตอร โรงงานถลงโลหะ และตนก าลงในการขบเคลอนรถไฟฟาหรองานเฉพาะอยาง เชน ตวเครนของรถ

โฟลคลฟท (Folklift),รอก(Hoist) ของเรอขนสงสนคาและแขนกลทใชในการประกอบชนสวนรถยนต เปนตน

ในการควบคมมอเตอรไฟฟานนนยมน าอปกรณอเลกทรอนกสก าลงเขามาใชในวงจรขบมอเตอร

ไฟฟาเพอเพมประสทธภาพในการควบคมมอเตอรโดยวงจรควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรงม 2 แบบ คอ1.

วงจรควบคมแบบ Phase Controlled Rectifier ซงใชแหลงจายไฟฟากระแสสลบแลวแปลงเปนไฟฟา

กระแสตรงซงมการใชงานทเหมาะสมกบมอเตอรขนาดใหญ 2.วงจรควบคมแบบดซ-ดซ คอนเวอรเตอร (DC-

DC Converter) หรอวงจรชอปเปอร (Chopper) มการใชงานทเหมาะสมกบมอเตอรขนาดเลกแตวงจรชอป

เปอรจะมคณสมบตเดนคอการสวตชทความถสง ท าใหมผลตอบสนองทเรวกวาและมการกระเพอมของ

กระแสนอยกวาวงจรควบคมแบบ Phase Control Rectifier ซงโครงงานนจะน าวงจรชอปเปอร

(Chopper) มาใชในการควบคมความเรวของมอเตอร โดยวงจรชอบเปอรนนเปนวงจรทท าหนาทเปลยน

แรงดนไฟฟากระแสตรงจากแหลงจายไฟฟาทมคาคงทใหไดเอาทพตแรงดนไฟฟากระแสตรงทสามารถปรบ

คาไดตามทตองการ

วงจรชอปเปอรใชหลกการเปด/ปด อเลกทรอนกสสวตชเพอปรบคาแรงดนเอาทพต ซงโครงงานน

จะใชไอจบทเปนสวตช เนองจากไอจบทมความถในการสวตชงสง ท าใหไดผลตอบสนองทเรว และม

คากระแสกระเพอม (Current Ripple) นอย ท าใหมอเตอรท างานไดเงยบและราบรน โดยการควบคม

ความเรวของมอเตอรโดยไมใชเซนเซอรวดความเรวนน เราจะใชการวดคาปรมาณทางไฟฟาแทนการวดคา

2

ปรมาณทางกล ในการท านายคาความเรวของมอเตอร ผานระบบควบคมแบบวงปด (Closed Loop

Control) โดยใชไมโครคอนโทรลเลอรเขามาชวยในการค านวณทางคณตศาสตร เพอท าการเปรยบเทยบคา

ความเรวทเราตองการกบคาความเรวเอาทพตจรงทไดออกมา เพอใหไดคาความเรวทถกตอง

1.2 วตถประสงคของโครงงาน 1. เพอออกแบบและสรางวงจรควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรเซนเซอรวด

ความเรวได 2. เพอทดสอบการควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรวได

1.3 ขอบเขตการท าโครงงาน 1. ควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยใชวงจรชอปเปอรได 2. ควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงพกด

Shunt motor 1 kW 1,400 rpm Series motor 1 kW 1,150 rpm Rotor DC 220 V 6 A Excitation DC 220 V 0.55 A

3. ใชทดลองกบ MG-SET ในหองปฏบตการทแรงบดระหวาง 0-5 นวตนเมตร

1.4 แผนการด าเนนงาน 1. ศกษาการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

2. ศกษาวธการควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

3. ศกษาวงจรและเลอกวงจรควบคมทเหมาะสม

4. ออกแบบชดควบคมความเรวและวงจรขบไอจบท

5. จ าลองการท างานของชดควบคมความเรว

6. เขยนโปรแกรมควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

7. ประกอบวงจรควบคมความเรวมอเตอร

8. ทดสอบวงจรควบคมความเรวมอเตอรเพอแกไขและปรบปรงตามวตถประสงค

9. อภปรายผลการทดลองพรอมเขยนขอเสนอแนะและสรปผลการทดลอง

10. ท ารปเลมวทยานพนธ

11. น าเสนอโครงงาน

3

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

1. สามารถสรางชดขบเคลอนมอเตอรกระแสตรงดวยวงจรชอปเปอร

2. สามารถน าไปใชควบคมความเรวรองของมอเตอรทใชในโรงงานอตสาหกรรมได

บทท 2

ทฤษฎเบองตน

2.1 ทฤษฎมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก

มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก คอ มอเตอรทมวงจรสรางสนามแมเหลกแยกออกจาก

แหลงจายไฟฟากระแสตรง โดยการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกคอ เมอปอน

กระแสไฟฟาไปทขดลวดสนาม (Field Current : if) และปอนกระแสอารเมเจอร (Armature Current :ia)

ใหมอเตอรแลวมอเตอรจะสรางแรงบดและขดลวดสนามกจะสรางแรงดนตานกลบ(Back EMF) ทตานแรงดน

อนพตโดยขณะเรมเดนมอเตอรนนแรงบดทมอเตอรสรางขน (Torque Induced) จะตองสงกวาแรงบดของ

โหลด (Torque Load) จงจะสามารถเรงความเรวได ดงนนขณะเรมเดนมอเตอรจะดงกระแสสงกวาพกด

ชวขณะหนง เมอมอเตอรหมนทความเรวคาหนง มอเตอรจะมแรงบดเทากบแรงบดของโหลด จากนนกระแส

จะลดลงจนกวาจะมการเปลยนแปลงความเรวและแรงบดของโหลด ความสมพนธของความสมพนธของวงจร

สนามและวงจรอารเมเจอรแสดงดงสมการท (2.1)

แรงดนไฟฟาวงจรอารเมเจอรในสภาวะทรานเซยนต

diav = e +i R +La a a at dt (2.1)

แรงดนไฟฟาตานกลบ (Back EMF)

e = Ka a m (2.2)

𝑖𝑓

รปท 2.1 แบบจ าลองของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก

5

แรงบดทมอเตอรสรางขน

T = K im a a (2.3)

โดย vt = แรงดนไฟฟาทขวของมอเตอร (V)

a = ความตานทานของขดลวดอารเมเจอร (Ω) a = ความเหนยวน าของขดลวดอารเมเจอร ( H ) m = ความเรวรอบของมอเตอร (rad/sec) พจารณา S-domainของสมการ (2.1) และ (2.3) จะได

V s = I s R +L sI s +E sa a a a at (2.4)

E s = K sa a m (2.5)

T s = K I sm a a (2.6)

การท างานในสภาวะคงตวจะสามารถตดพจนทเปนดฟเฟอเรนเชยล จะได

แรงดนไฟฟาเฉลยทขวของมอเตอร

V = I R +Ea a at (2.7)

ความเรวรอบของมอเตอร

V - I Ra at = m Ka (2.8)

สมการทางกลของระบบ

d mT = J +B + T m m ldt

(2.9)

6

พจารณาสมการทางกลของระบบ (2.9) ทสภาวะคงท หรอทความเรวคงท จะได

T = B + T m m l (2.10)

เมอพจารณาใน s-domainของสมการท (2.9) จะได

T s = Js s +B s + T sm m m l (2.11)

โดย l = แรงบดของโหลด (Nm) m= แรงบดของมอเตอร (Nm) = โมเมนตความเฉอย (kg.m2) = แรงเสยดทานจ าเพาะ (Nm/rad/s)

2.2 Chopper-Controlled DC Motor Drive

วงจรชอปเปอรท าหนาทเปลยนแรงดนไฟฟากระแสตรงจากแหลงจายไฟฟาทมคาแรงดนคงทใหได

เอาทพตแรงดนไฟฟากระแสตรงทสามารถปรบคาไดตามทตองการ ส าหรบการควบคมความเรวของมอเตอร

นนจะใชการเปลยนคาแรงดนไฟฟากระแสตรงผานการสวตชงแรงดนอนพตซงจะท าไดโดยการเปลยนคา

เวลาเปด/ปด สวตชของคอนเวอรเตอร

รปท 2.2 แบบจ าลองทางพลวตของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกและโหลด

7

ความถทใชในการเปดปดสวตช

1 1f = = c t + t Ton off (2.12)

คา Duty Cycle คอ

tond = T

(2.13)

แรงดนเอาทพตเฉลยเมอสวตชเปนแบบอดมคต ไมมแรงดนตกครอม

tonV = V = dVs sdc T (2.14)

โดย s = แรงดนไฟฟาของแหลงจาย (V)

= คาบเวลา (s)

รปท 2.3 วงจรชอปเปอรและกราฟแรงดนไฟฟาขาออกขณะเปด/ปดสวตช

8

การท างานในสภาวะคงตวจะสมมตใหมอเตอรไมมการอมตว จะได

สมการกระแสอารเมเจอร

V -Eat I =a Ra

(2.15)

จากสมการท (2.14) จะไดสมการแรงบด

T = K Iem ab (2.16)

หรอเขยนสมการแรงบดในรปของ Duty Cycle จะได

K dV -Ks mb bT = em Ra

(2.17)

จากสมการท (2.16) จะเหนไดวาถากระแสอารเมเจอรมคาเปลยนแปลงไปคาแรงบดของมอเตอร

จะเปลยนแปลงตาม ดงนนการควบคมความเรวรอบจะกระท าผานการเปลยนแปลงกระแสอารเมเจอร

2.3 หลกการควบคมสญญาณ PWM (Pulse Width Modulation)

ในวงจรชอปเปอรตองการสญญาณแรงดนทเปนแรงดนไฟฟากระแสตรง มการควบคมการสวตช

แบบ PWM นยมใชกนโดยใชคอวธการสรางสญญาณควบคมแบบเสนตรง(ไฟฟากระแสตรง) เพอน ามา

เปรยบเทยบกบรปคลนสามเหลยม เพอการควบคมการไหลของก าลงไฟฟาในวงจรชอปเปอร และยง

สามารถควบคม คารอบท างานหรอดวตไซเคล (Duty Cycle ; D) การสวตชแบบ PWM แบงออกเปน 2

แบบคอ แบบไบโพลาร (Bipolar Switching) และแบบยนโพลาร (Uni-polar Switching)

2.3.1 การสวตชงแบบสองขว (Bipolar Switching)

การสวตชงแบบไบโพลารเปนการควบคมสวตชแบบฟลบรดจใหท างานพรอมกนเปนคการท างาน

ของสวตช ท างานรวมกบ 4 และ 2 ท างานรวมกบ และน าสญญาณควบคมแบบเสนตรงเทยบ

( control) กบสญญาณรปคลนสามเหลยม ( tri) มคาบเวลา s

ในชวง t เมอ control tri สวตชควบคม และ 4จะมสถานะ ON และสวตชควบคม 2 และ

จะมสถานะ OFF ในสวนคา Voltage ทขวมอเตอรมคาเทากบ d

9

คาเฉลยของTerminal Voltage ( t) ของมอเตอร

t V - T - t Vs1 1d dV = = 2D -1 Vt dTs (2.18)

เมอ t1D =Ts

รปท 2.4 วงจรฟลบรดจคอนเวอรเตอร

รปท 2.5 การสวตชงแบบสองขว(Bipolar Switching)

10

จากอตราสวนของสามเหลยม

TTs 1=

2V V + Vtp tp control

เมอคา V tp เทากบคา Peak ของ Carrier Wave

จะได VdV = V = KV = Kt control control cV p

Vpwmt

(2.19)

คา k (คา Gain ของ Converter) เปนคาคงท

คา Peak-to-Peak Ripple มคาเปน

V -EadI = tpp 1La

แทนคา E = 2D -1 Va d

จะได 2V 1-D TsdI =pp La

(2.20)

และคา Ripple สงสด เมอ 1D=2

11

2.3.2 การสวตชงแบบขวเดยว (Uni-polar Switching)

การสวตชงแบบยนโพลารการควบคมสวตชจะแยกสญญาณควบคมออกจากกน สญญาณควบคม

( c ) ไมคดทศทางวาเปนบวกหรอลบ ดงนนจงมทงดานบวกและดานลบ (Absolute Value) ตามรปท 2.4

น าสญญาณรปสามเหลยม ( tri ) น ามาเปรยบเทยบ

ถา control tri 1 2

V > V ,S ON , S OFF

ถา , control tri 1 2

V < V S OFF ,S ON

ถา control tri 3 4

-V > V ,S ON ,S OFF

ถา control tri 3 4

-V < V ,S OFF, S ON

2.3.3 ออกแบบวงจรสรางสญญาณ Pulse Width Modulation (PWM)

เปนวงจรทสรางสญญาณควบคมใหกบวงจรชอปเปอร จะสรางสญญาณควบคมทขาเกท (Gate)

ของ IGBT ตว IC ทใชในวงจร PWM นคอBM64365S-VAโดยมวงจรภายในดงรปท 2.7

รปท 2.6 การสวตชงแบบขวเดยว (Unipolar Switching)

12

รปท 2.7 วงจรภายในของตว IC เบอร BM64365S-VA

2.4 ระบบควบคม (Control System)

ระบบควบคม (Control System) แบงออกเปน 2 รปแบบ คอ

2.4.1 ระบบควบคมแบบวงเปด (Open Loop Control System)

เปนระบบควบคมทไมน าคาเอาทพตปอนกลบมาเปรยบเทยบกบคาอนพตจงงายตอการสรางและ

ประหยด แตคาเอาทพตจะไมมผลตอการควบคมขบวนการของระบบ ดงรปท 2.8

รปท 2.8 แผนภาพระบบควบคมแบบวงเปด

13

2.4.2 ระบบควบคมแบบวงปด (Closed Loop Control System)

เปนระบบควบคมทมการปอนกลบ (Feedback) โดยการน าคาเอาทพตมาเปรยบเทยบกบคาอนพต

และจะไดคาความแตกตางทเกดขนหรอความคลาดเคลอน จากนนจะน าความเคลอนนปอนกลบเขาไปใน

ระบบแลวตวควบคมกจะน าไปสรางอนพตใหมขนมาเพอลดความคลาดเคลอนของระบบ ดงรปท 2.9

2.4.3 การออกแบบระบบควบคม

เพอใหกระบวนการทตองการควบคมมลกษณะตามตองการเปนไปได 3 แบบตอไปน

- Transient Response ผลการตอบสนองชวครเกดจากเอาทพตทมการเปลยนแปลงอนพต

เปนชวงสภาวะของการเปลยนแปลงกอนเขาสสภาวะคงท

- Steady-State Response ผลตอบสนองคงตวจากผลตอบสนองบงคบสภาวะหลงจาก

Transient Response เปนผลการตอบสนองเกอบไดตามค าสงหรอตามความตองการในระบบทเสถยร

- Stability ความสามารถทใหเอาทพตทลเขาสคาคงทเมอเวลาเขาใกลคาอนนตเมอก าหนดอนพตท

มคาจ ากดและปอนอนพททมคาจ ากด

รปท 2.9 แผนภาพระบบควบคมแบบวงปด

รปท 2.10 ลกษณะของผลตอบสนอง

14

ผลตอบสนองของระบบควบคม

ระบบควบคมอนดบสอง (Second Order) คอ ระบบควบคมทตวแปรออกสามารถแสดงไดโดย

สมการอนพนธก าลงสองหรอฟงกชนถายโอนแบบปด (Closed-loop Transfer Function)

2n

2 2n n

KC sG s = =

R s s +2 s +

(2.21)

โดยท n คอ ความถธรรมชาตเมอไมมการหนวง (Natural Frequency) (rad/second)

คอ อตราการหนวงของระบบ (Damping Ratio)

การตอบสนองดานเอาทพต (Output Response) ของระบบเปนผลรวมของการตอบสนอง 2 ชนด

คอ Steady-State Response และ Natural Response

- Steady-State Response ผลตอบสนองบงคบเนองจากสญญาณอนพต

- Natural Responseเปนการตอบสนองตามธรรมชาตเนองจากโพลของระบบ

โพล (Pole) คอ คาความถเชงซอน s ทท าใหฟงกชนถานโอน G(s) เทากบอนนตหรอเปนคาราก

ของสวนสมการฟงกชนถายโอน

ซโร (Zero) คอ คาคาความถเชงซอน s ทท าใหฟงกชนถานโอน G(s) เทากบเปนศนยหรอเปนคา

รากของเศษของฟงกชนถายโอน

คาต าแหนงของโพลในระบบอนดบ 2 คอ

2

1 2 n nP ,P = - ± j 1 - (2.22)

เมอ σ= - n คอ การหนวงแบบเอกซโพเนนเชยล (Damped Exponential Decay Term)

2= 1-nd คอ ความถธรรมชาตเมอมการหนวง (Damped Natural Frequency)

1 2 dP ,P = - ± j (2.23)

15

ความหนวงแบงออกไดเปน 4 กรณ

1. ความหนวงมาก (Overdamped Responses) เมอ >1 โพลเปนจ านวนจรงสองคาไมซ ากน

2. ความหนวงนอย (Underdamped Responses) เมอ 0 < < 1

3. ความหนวงวกฤต (Critically Damped Responses) เมอ = 1

4. ไมมความหนวง (Undamped responses) เมอ = 0

ผลตอบสนองชวขณะของระบบควบคมอนดบสองไดรบอนพตทเปนสญญาณแบบอนดบหนงโดย

การวเคราะหจากคาตางๆดงน

1. เวลาหนวง (Delay Time, d) ปกตก าหนดจากเวลาทผลตอบสนองมขนาดเปนครงหนงหรอ

50% ของคาสดทาย

2. เวลาพง (Rise Time, r) เปนเวลาทวดจากผลตอบสนองทมขนาดเพมขนจาก 10%

ถง 90% ของคาคงตว

3. เวลาคาสงสด (Peak Time, p) คอ เวลาทระบบควบคมมการตอบสนองสงสดเปนครงแรก

ค านวณไดจากสมการ

2n

T = p1-

(2.24)

4. การพงเกดสงสด (Maximum Overshoot, p or s) คอ อตราสวนของเอาตพตทเวลา

คาสงสด (Peak Time) กบทเวลาคงตว (Steady-State Time)

การเกดพงเกดสงสดค านวณไดจากสมการ

2

-1-

M = OS = e p

(2.25)

เปอรเซนการพงสงสด

2

-1-

%M = %OS =100ep

(2.26)

16

5. เวลาลเขา (Setting Time, s) คอ เวลาทเอาตพตมคาประมาณ 98% ของคาคงท

ค านวณไดจากสมการ

n

4T =s (2.27)

ความสมพนธระหวางการเปลยนต าแหนงโพลของระบบมผลตอคณสมบตของผลตอบสนองชวคร

ดงตอไปน

1. เมอโพลมคาเปลยนเฉพาะสวนจรง (Exponential Decay Term : d ) ท าให s

เปลยนแปลงแต pและความถหนวง(Damped Frequency, d ) คงทดงแสดงในรปท 2.11

2. เมอโพลมคาเปลยนเฉพาะสวนจนตภาพ (Damped Frequency : d ) ท าให p และความถ

หนวง d เปลยนแปลงแต s คงทแสดงดงในรปท 2.12

รปท 2.11 ผลตอบสนองเมอสวนจรงของโพลเปลยนแปลง

รปท 2.12 ผลตอบสนองเมอสวนจนตภาพของโพลเปลยนแปลง

17

3. เมอโพลมคาสวนจรงและสวนจนตภาพคงท ท าใหอตราหนวง และ คงทดงแสดงในรป

ท 2.13

2.5 ระบบควบคมความเรวแบบวงปด (Closed Loop Speed Control System)

ระบบควบคมแบบวงปด (Closed Loop System) สามารถใชในการควบคมความเรวมอเตอรท

ตองการความแมนย าสง โดยมการน าคาทวดไดจรง เชน ความเรวรอบหรอกระแสมาเปรยบเทยบกบคาท

ตองการ และน าผลตางของคานนมาใชในการควบคมความเรวรอบมอเตอร

การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกนนนยมใชวธการควบคม

แรงดนไฟฟาอารเมเจอร จากการรบสญญาณปอนกลบ (Feedback) ดงรปท 2.14

รปท 2.13 ผลตอบสนองเมออตราการหนวงมคาคงท

รปท 2.14 แผนภาพระบบควบคมความเรวของมอเตอรแบบวงปด

18

2.5.1 การควบคมความเรว (Speed Control)

ความเรวของมอเตอรจะวดโดยตรงจากโรเตอรโดยเซนเซอรวดความเรว (Tachometer) และ

ปอนกลบมาเปรยบเทยบกบความเรวอางอง (Speed reference:Nr) จะไดเปนสญญาณความคลาดเคลอน

ของความเรว (Speed Error: EN) ทใชในการควบคมแรงดนไฟฟาอารเมเจอรดงรปท 2.15

การควบคมแรงดนไฟฟาอารเมเจอรจะท าไดโดยการเปลยนแปลงเวลาเปด/ปดสวตชของวงจร

ชอปเปอรเพอใหไดแรงดนไฟฟาตามทตองการ

2.5.2 การควบคมกระแส (Current Control)

ในการควบคมความเรวของมอเตอรนน แรงดนไฟฟาทขวของมอเตอร (Terminal Voltage) จะถก

ควบคมดวยสญญาณความคลาดเคลอนของความเรว (Speed Error) โดยไมค านงถงการเปลยนแปลงแรงบด

ของมอเตอร ถาสญญาณความคลาดเคลอนของความเรวรอบมคาสงมากมอเตอรจะดงกระแสสงขนเพอ

รกษาความเรวรอบใหไดตามความเรวอางอง ท าใหชดขดลวดอารเมเจอรรบกระแสเกนพกดชวขณะหนงจาก

ความสมพนธระหวางแรงบดและกระแสอารเมเจอร (T = K i )m a a จงสามารถควบคมแรงบดไดจาก

กระแสอารเมเจอรโดยสญญาณปอนกลบ ดงรปท 2.16

รปท 2.15 แผนภาพการควบคมความเรวแบบวงปดโดยใชเซนเซอรวดความเรว

รปท 2.16 แผนภาพการควบคมกระแสแบบวงปด

19

จากการควบคมความเรวมอเตอรทงสองแบบทกลาวมา จะเหนวาการควบคมความเรวมอเตอร

จ าเปนตองใชเซนเซอรวดความเรวภายนอก (Tachometer) ท าใหสนเปลองและเพมภาระในการหาต าแหนง

ตดตงทเหมาะสม รวมถงการบ ารงรกษาและจากการใชการควบคมกระแสผใชงานจะไมสามารถรและ

ควบคมความเรวรอบของมอเตอรได

ในการควบคมความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไมใช เซนเซอรวดความเรวนนจะใช

การวดแรงดนไฟฟาทขวของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรจากมอเตอรมาเปนสญญาณปอนกลบเพอน ามา

ค านวณเปนความเรวรอบจรง โดยใชแบบจ าลองทางพลวตของมอเตอรไฟฟา แลวจงน าไปเปรยบเทยบกบ

ความเรวอางองไดสญญาณความคลาดเคลอนของความเรวรอบ เพอน าไปเปลยนแปลงคากระแสอารเมเจอร

เมอคากระแสไฟฟาอารเมเจอรเปลยนแปลงไปคาแรงบดของมอเตอรกจะเปลยนแปลงตาม ดงนนการ

ควบคมความเรวรอบจะกระท าผานการเปลยนแปลงกระแสไฟฟาอารเมเจอร ดงรปท 2.17

2.5.3 คาเฉลยเคลอนท (Moving Average : MA)

เปนการค านวณหาคาเฉลยของราคา ตามชวงของระยะเวลาทเราก าหนดเราสามารถก าหนด “ชวงเวลา” และ “ขอมล(ราคาเปด,ราคาปด,ราคาสงสด,ราคาต าสด)” เพอมาค านวณหาคาเฉลยของราคาได MA เปนการน าขอมลในอดตมาค านวณจงเปน “ agging Indicator” จงใชไดดชวงทเปนแนวโนมขนหรอลงเทานน

รปท 2.17 แผนภาพการควบคมความเรวแบบวงปดโดยไมใชเซนเซอรวดความเรว

20

คาเฉลยเคลอนททนยมใชกน 1. Simple Moving Average (SMA) 2. Weighted Moving Average (WMA) 3. Exponential Moving Average (EMA)

Simple Moving Average (SMA) เปนการหาคาเฉลยโดยใหน าหนกการเคลอนทของราคาแตละวนเทากนเหมาะใชเปนเสนแนวรบ

แนวตานของราคา การค านวณ ค านวณจากผลรวมของราคาหารดวยจ านวนวน

ตารางท 2.1 การค านวณ SMA(5) วนแรก

ตารางท 2.2 การค านวณ SMA(5) วนทสอง

Weighted Moving Average (WMA) รปท 2.18 ภาพตวอยาง SMA(10) (เสนสเขยว)

21

เปนการหาคาเฉลยโดยใหน าหนกการเคลอนทของราคาวนแรกนอยทสดและใหน าหนกในวนสดทายมากทสดจากนนท าการลด Whipsaw ในกราฟ จงเหมาะใชในชวงทราคามความผนผวน การค านวณ

เปนการค านวณหาคาเฉลยแบบถวงน าหนกดวยคาของวน โดยค านวณจากผลรวมของราคาทไดจากการถวงน าหนกแลวหารดวยผลรวมคาของวน ซงคาของวน คอ ตวเลขทใชในการถวงน าหนกเชน วนแรก ตวเลขทน ามาใชคอ 1, วนทสอง ตวเลขทน ามาใชคอ 2, วนทสามสบ ตวเลขทน ามาใชคอ 30

ตารางท 2.3 การค านวณ WMA(5) วนแรก

รปท 2.19 ภาพตวอยาง WMA(10) (เสนสเหลอง)

ตารางท 2.4 การค านวณ WMA(5) วนทสอง

22

Exponential Moving Average (EMA) เปนการหาคาเฉลย โดยน าคาเฉลยของวนกอนหนามาใชในการค านวณและใหน าหนกการเคลอนท

ของวนลาสดมากทสด เหมาะใชเปนสญญาณซอขาย ส าหรบ “ hort erm rading” การค านวณ

เปนการค านวณหาคาเฉลยแบบถวงน าหนกดวยคาอลฟา (Alpha) คาอลฟา(Alpha) คอ ตวทลดคาของการถวงน าหนกในวนกอนหนา เพอท าใหไดคาเฉลยของราคาใกลเคยงกบราคาวนลาสดมากทสด ซงคาอลฟา(Alpha) = 2/(n+1) โดย n คอ จ านวนวน สตร EMA(current) =[(ราคา(current) – EMA(previous))* Alpha] + EMA(previous)

โดยท EMA(current) คอ คา EMA ณ วนลาสด ราคา(current) คอ ราคา ณ วนลาสด EMA(previous) คอ คา EMAของ วนกอนหนาซง EMA(previous) ในวนแรกจะใชคาของ SMA(n) Alpha คอ คาตวถวงน าหนก Alpha = 2/(n+1)

ตารางท 2.5 การค านวณ EMA(5) วนแรก

EMA(previous) คาแรก = (17415.40+16936.80+15455.40+15178.20+16569.40)/5 =$16311.04 Alpha = 2/(5+1) = 0.33

ตารางท 2.6 การค านวณ EMA(5) วนทสอง

23

รปท 2.20 ภาพตวอยาง EMA(10) (เสนสฟา)

2.5.4 การถดถอยแบบก าลงสองนอยสด (Linear Regression Analysis)

Regression Analysis เปนวธการหาสมการความสมพนธ (Transfer function) ของตวแปรทเรารคา (Predictor) และตวแปรทเราไมรคา (Response) อยางละ 1 ตวเทานนโดยปกตเสนถดถอยไมสามารถจะลากผานคาขอมลทกคาในแผนภาพการกระจาย นนคอ สมการถดถอยไมสามารถใชคาดคะเนคาตวแปรตาม y ทกคาไดถกตองจากคาตวแปรอสระ x ถาตองการสมการถดถอยขอมลเหลานนมความไมแนนอนอาจมขอผดพลาดจากความเปนจรงไดเราจงตองเกบขอมลเปนจ านวนมากหรอเกบขอมลซ าๆ ก น ใ นช ว ง ทเราสนใจการ fit curve กบจดขอมลลกษณะนเทคนคทเหมาะสมกคอการประดษฐฟงกชนประมาณคา(Approximation function) ใหลากผานกลางกลมขอมลใหมากทสดโดยเสน curve ทสรางขนจะเปนตวแทนของขอมลหรอบอกแนวโนมของขอมลวาจะเคลอนทหรอเปลยนแปลงไปในทศทางไหน โดยวธการทนยมทจะใหได curve เชนนนกคอตองใช minimize the sum of the squares of error ระหวางจดบนเสน curve กบจดขอมล จรงเรยกเทคนคนวา Least-squares Regression ซงตรงกบภาษาไทยวา “การถดถอยแบบก าลงสองนอยสด”

เทคนค Least-squares Regression นยงแบงยอยออกเปนหลายวธ Linear Regression เหตผลทการใชเทคนคLeast-squaresจะท าการประมาณคาขอมลดวยกราฟเสนตรงผานคล าดบขอมล (x1,y1), (x2,y2), (x ,y ), …, (xn,yn) ซงมทงหมด n จดสมการเสนตรงทไดจะอยในรป

0 1y = a +a x +e (2.28)

24

โดยท a0 และ a เปนสมประสทธของสมการเสนตรงแสดงถงจดตดแกน y และความชนของเสนตรงตามล าดบและใสเทอมe แสดงถงคา error หรอคาความแตกตางระหวางจดบนเสน (model) กบจดขอมลจรงจากการทดลอง (observations) เมอเราใส index, i ทตวแปร y, x และe เราสามารถเขยน

สมการ (2.28) เพอแสดงคา ei ใน LHS ไดดงน

i i 0 0 1

e = y - a - a x (2.29)

วธการงายทสดทจะไดมาซง curve ท “best” fit ขอมลทเรามคอการ minimize the sum of

the residual errors ซงกคอผลตางของคา y จรงกบคา y ทประมาณคาจากเสนกราฟเขยนเปนสมการไดวา

n n

i i 0 0 ii = 1 i = 1

e = (y - a - a x )

(2.30)

โดยท n คอจ านวนจดขอมล

รปท 2.21 การค านวณคาความแตกตางระหวางคา y จากกราฟและคา y จากจดขอมล

25

จะสงเกตไดวาเทคนคการ minimize errors แบบสมการ (2.30) ยงใชการไมไดเนองจากสาเหตดงรปน

อกเทคนคหนงซงอาจจะดกวา (2.30) กคอการ minimize the sum of the absolute values

of the discrepancies ดงสมการ

n n

i i 0 i ii = 1 i = 1

e y a a x (2.31)

เพอเปนการแกปญหาทงหมดทกลาวไวดงรปท (a, b, c) จงเปนทมาของเทคนค minimize the sum of the squares of the residues เขยนเปนสมการไดดงน

n n 22

r i i 0 1 ii = 1 i = 1

S e y a a x (2.32)

Linear Regression : Least -Squares Fit of a Straight Line

มาถงตอนนเราตองการทจะไดกราฟเสนตรงเพออธบายขอมลทเรามซงกคอการหาสมประสทธ a0

และ a ของสมการเสนตรงเราจะเรมตนทการ minimize สมการ (2.32) ดวยการ partially differentiate

สมการ (สมการ 2.33) เทยบกบ unknowns, a0 และ a และ set ใหเทากบศนยจะไดวา

รปท 2.22 กราฟเหตผลคดคานหลกการ minimize residual errors ดวยวธอนๆทไมใชเทคนค Least squares

26

0

nr

i 0 1 i0 i = 1

S-2 y - a - a x

a

(2.33)

[ ]

nr

i 0 1 i0 i = 1

S0 = = -2 y - a - a x

a

(2.34)

ท าการ simplify the summation symbols โดยตด i =1 ถง n ออกจาก Σ เพอใหสมการดงาย

จะไดวา

i 0 1 i 0 = y - a - a x (2.35)

2

i i 0 i 1 i 0 = x y - a x - a x (2.36)

เราทราบวา summation ของคาคงทเทากบคาคงทตวนนบวกกน n ครงหรอ 0 0a n a และเราสามารถจดรปสมการ (2.35) และ (2.36) ในรปของระบบสมการ 2 ตวแปร i จะไดวา

0 i 1 in a + x a = y (2.37)

2

i 0 i 1

i ix a + x a = x y (2.38)

ซงสามารถแกสมการหาคา a ไดดงน

2

2

i i i i1

ii

n x y x ya =

n x x

(2.39)

และเมอทราบคา ai กสามารถหาคา a0 จากการ simplify และจดรปสมการ (2.37) จะไดวา

0 1

a = y - a x (2.40)

โดยท ix

x =n

และ i

yy =

n

ซงกคอคาเฉลยของคา x และ y ตามล าดบ

มอกทางเลอกหนง (Alternatively) ในการแกระบบสมการเชงเสน (2.39 และ 2.40) เพอหาคา

สมประสทธ a0 และ a ของสมการเสนตรงกคอเขยนระบบสมการใหอยในรปสมการเมตรกซจะไดวา

27

2

0i i

ii i i

an x y=

ax x x yi

(2.41)

ระบบสมการ (2.39) อยในรปฟอรมของ [A]x=b ฉะนนเราจะแทนคาตางๆเพอหา [A] และ b

โดยท

xi [A] =

x x 2i i

n และ

i

i

yb =

x yi

(2.42)

แลวท าการแกระบบสมการเพอหาผลเฉลย (solutions) ดวยวธการทไดศกษามาแลวในบทท 2 หรออาจใชค าสง Matlab, >>x=A\b โดยทผลเฉลยทไดคอ

a0x =a1

(2.43)

เราสามารถน าสมประสทธทค านวณไดไปใสในสมการเสนตรง

0 iy = a + a x และท าการ plot

กราฟเสนตรงเพอแสดงเสนแนวโนม (trend line) พรอมกนไปกบการ plot จดขอมลแบบกระจายตว (scattered plot)

การค านวณคา error ของ Linear Regression เมอเราไดกราฟเสนตรงจากการท า Linear Regression แลวค าถามทเกดขนกคอกราฟเสนตรงนน

อธบายจดขอมลทงหมดของเราไดดมากนอยเพยงไรการจะตอบค าถามนเราจะตองรจกความหมายของ 2

เทอม คอ r = the sum of the square of residual errors และ t = the total sum of the square errors around mean ซงมสตรการค านวณดงสมการ (2.40 และ 2.41)

n n 22

r i i 0 1 ii = 1 i = 1

S = e = y - a - a x (2.44)

n

t

2

ii = 1

S y - y

(2.45)

28

อธบายความหมายเปนภาพไดดงรปตอไปน

จากรปดานบนเราจะสงเกตเหนวาคา ซงค านวณจากคาเบยงเบน (discrepancies) จากคาเฉลย

ในแนวแกน y จะมคามากกวา r ซงค านวณจากคาเบยงเบนจากกราฟเสนตรง(model) ทเราประดษฐขน

หากเราคดวา r เปน error ทไมสามารถอธบายไดดวยกราฟเสนทเราประดษฐขนและ t เปน total error

หรอคาผดพลาดทมากทสดทค านวณอยางเปนระบบจากขอมลชดนแสดงวาผลตางของ t - r กอาจหมายความวาเมอเราหก error ทอธบายไมไดออกกจะเหลอ error ทสามารถอธบายดวย model ทเราสราง

ขนนการน า t มาหารเปนการ normalize เพอไมใหมหนวยหรอเสมอนเปนการเทยบ “ตวเศษ” กบตวสวน

ทคดเปน error ทงหมดเทากบ 100% คาทกลาวถงนก าหนดใหเปน มสตรค านวณดงน

2 t r

t

S - Sr =

S (2.46)

โดยท r2 เรยกวา coefficient of determination

r เรยกวา correlation coefficient

ในกรณ perfect fit คอสมการ regression ทค านวณไดผานจดขอมลทกจดคอไมม error เลยจะ

ได r=0 จากสมการ (2.44) ท าใหได r2= หมายความวาเสนตรงทประดษฐขนสามารถอธบาย (ความ

แปรปรวนหรอ variability ของ) จดขอมลไดทงหมดหรอ 100% ถา r2= แสดงวา r= t หมายความวาเสนตรงทเรา fit หรอประดษฐขนไมไดดกวาการใชคาเฉลยของขอมลในการเปนตวแทนขอมลนนเองสตรการหา r ทเรยบเรยงใหสะดวกยงขนดไดจากสมการ (2.47)

22

22

i i i

ii i i

n x y x yirn x n y yx

(2.47)

การประมาณสมการถดถอยหรอค านวณคา a และ b จะใชเครองคดเลขทมฟงกชนเฉพาะ หรอใช

ค าสง Regression ในโปรแกรม EXCEL กได การใชคอมพวเตอรจะสะดวกมากกวา

รปท 2.23 กราฟความหมายของการเบยงเบนของจดขอมลจรงจากคาเฉลย St และจากกราฟ linear regression Sr

บทท 3

การออกแบบโครงงาน

การควบคมความเรวโดยใชวงจรขบมอเตอรกระแสตรงดวยชอปเปอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว

มลกษณะการท างานโดยใชคาแรงดนไฟฟาและกระแสอารเมเจอรมาใชในการค านวณหาคาความเรวรอบ

ของมอเตอรแทนการใชเซนเซอรวดความเรวแลวน าไปเปรยบเทยบกบความเรวอางอง จากนนน าค าความ

ผดพลาดทเกดขนมาปรบคาแรงดนและกระแสอารเมเจอรเพอท าใหแรงบดมคาเปลยนแปลงไปและเมอ

แรงบดมคาเปลยนแปลงแลวความเรวรอบกจะมการเปลยนแปลงตาม ซงในการค านวณแรงดนและกระแส

อารเมเจอรนนจะใชไมโครคอนโทรลเลอรมาชวยในการค านวณทางคณตศาสตรเพ อใชในการควบคม

ความเรวรอบ โดยใชบลอกไดอะแกรมการท างานของวงจรขบมอเตอรกระแสตรงดวยชอปเปอรแบบไร

เซนเซอรวดความเรว ดงรปท 3.1

รปท 3.1 บลอกไดอะแกรมการท างานของวงจรขบมอเตอรกระแสตรงดวยชอปเปอร

แบบไรเซนเซอรวดความเรว

30

3.1 การออกแบบชดควบคม

ในการออกแบบการควบคมความเรวของมอเตอรจะเรมจากการพจารณาลปในซงกคอลปกระแส

(Current Loop)กอน แลวจงมาพจารณาลปนอก ซงกคอ ลปความเรว (Speed Loop) เนองจากลปกระแส

มความจ าเปนตองพจารณากอนเพราะการท างานชองลปนอกนนจะขนอยกบลปในเสมอ

รปท 3.2 บลอกไดอะแกรมการควบคมกระแสและความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

3.1.1 ชดควบคมกระแส (Current Control)

พจารณาใหฟงกชนถายโอนของวงจรเรยงกระแส (Converter) มคาเทากบ 1

รปท 3.3 บลอกไดอะแกรมการควบคมกระแสของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

โดยก าหนดให J มคามาก จะท าใหละ Ea loop ได (ละ

) ซงกคอ ลปกระแสเรวมากเมอเทยบ

กบลปความเรวคอ ณ เวลาทกระแสเปลยนแตความเรวยงคงท

31

จะได

เมอท าการยบบลอกไดอะแกรมการควบคมกระแสแบบวงปด (Closed Loop Current Control) และ

พจารณาเฉพาะโพล

จะได

K KpwmisRG(s) a= K K1+ G(s)H(s) pwmi1+

sRa

K Kpwmi=R +K Ka pwmi

1= Ra S+1K Kpwmi

จากสมการ First Order System

C s 1=R s Ts +1

จะได

RaK =i TKpwm (3.1)

จาก Kp = eKi

(3.2)

รปท 3.4 บลอกไดอะแกรมของลปกระแสหลงจากท าการละ kEkT

J

32

โดยจากการจ าลองวงจรควบคมกระแส โดยออกแบบให control ใหสอดคลองกบ Ia

จากสมการ

VdV = Vo controlVtri

ก าหนด Ia=0. และ tri=

จะได

220 2200.63 = ×0.1 ; K = = 6.2935 35pwm

L 0.2407a= T = = = 38.21 msc R 6.3a

จากสมการ PI Controller

จากสมการท (3.1) จะได

R 6.3aK = = = 26.21ii -3TK 38.21×10 ×6.29pwm

จากสมการท (3.2) จะได -3K = T K = 38.21×10 ×26.21 =1.0015epi ii

เมอเปรยบเทยบกบรปมาตรฐานของ PI Controller K 1+ TscTs

จะได Time constant (T) = 38.21 ms

น าคาตางๆทค านวณได มาจ าลองการท างานโดยโปรแกรม Power Simulations (PSIM DEMO

Version) เพอพสจนวาคาทค านวณไดมความถกตองมากนอยเพยงใดโดยโหลดทใชกบวงจรชอปเปอรเปน

เครองกลไฟฟากระแสตรงทมคาพารามเตอรเหมอนกบมอเตอรไฟฟากระแสตรงทใชในโครงงานน

โดยการจ าลองการท างานจะใชแรงดนอนพตดซ 220 โวลต โดยไอจบท 4 ตวจะมการตอแบบ

H-Bridge มสวตชงแบบสองขวแรงดน (Bipolar Switching) คาพารามเตอรของเครองกลไฟฟากระแสตรงม

คาพารามเตอรเทากบมอเตอรกระแสตรงทใชในโครงงานนดงรป 3.12 เพอดผลตอบสนองของกระแส

เอาทพตทไดวามคาเทากบกระแสอางองทตองการหรอไม ถามความผดพลาด มคาความผดพลาดมากหรอไม

33

รปท 3.5 การจ าลองการควบคมกระแสทไดจากการออกแบบ

จากรปท 3.5 เปนวงจรทใชในการจ าลองการท าลองของการควบคมกระแส โดยทมแรงดนอนพต ดซ 220 โวลต ไอจบทแบบ H-Bridge ออกแบบใหมการสวตชงแบบสองขวแรงดน และโหลดทใชมคาพารามเตอรเทากบคาพารามเตอรทใชในโครงงานน และท าการจ าลองการควบคมกระแสเอาทพต

รปท 3.6 ผลการจ าลองการควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 2A

รปท 3.7 ผลการจ าลองการควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 6A

จากการจ าลองการท างาน จะเหนวาเมอน าคาทค านวณไดในสวนของชดควบคมกระแสมาจ าลอง

การท างาน เมอท าการก าหนดคากระแสทตองการ (Iref) และท าการวดคากระแสเอาทพต (Ireal) จากกราฟ

ของผลการทดลองจะเหนวา สามารถควบคมกระแสใหไดตามคาทตองการได

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Time (s)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ia Iref

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Time (s)

0

2

4

6

8

Ia Iref

34

หลงจากนนท าการเปลยนแปลงคาแรงดนอนพต (220Vเปน100V) คาความตานทาน (6. Ωเปน

20Ω) และคาความเหนยวน า (0.2407Hเปน0.5H) เพอดผลตอบสนองของกระแสวายงคงสามารถควบคม

กระแสเอาทพตใหไดเทากบกระแสอางองหรอไม โดยคาทเปลยนไป

รปท 3.8 ผลการจ าลองควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 2A

โดยมการเปลยนแปลงคาพารามเตอรตางๆ

รปท 3.9 ผลการจ าลองควบคมกระแส โดยควบคมกระแสใหอยท 6A

โดยมการเปลยนแปลงคาพารามเตอรตางๆ

จากรปท 3.8 และ 3.9 จะเปนผลตอบสนองของกระแสทไดจากการเปลยนแปลงคาพารามเตอร

(รบกวนระบบ) ทไดจากการจ าลองจะเหนวา เมอก าหนดคากระแสอางอง (Iref) และท าการวดคากระแส

เอาทพต (Ireal) จากกราฟผลตอบสนองจะเหนวา ยงคงสามารถควบคมกระแสใหไดคากระแสตามทตองการ

ได

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Time (s)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ia Iref

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Time (s)

0

2

4

6

8

Ia Iref

35

3.1.2 ชดควบคมความเรว (Speed Controller)

รปท 3.10 แผนภาพการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

ก าหนดใหลปกระแสท างานเรวมาก เมอเทยบกบลปความเรว หมายถง ณ เวลาทความเรวเปลยน ia =ia

ดงนน สามารถยบลปกระแสได และให และ =0 จะได

เมอท าการยบแผนภาพของลปการควบคมความเรว (Speed Control Loop)

Tp i 2

m*

Tmp i 2

s +Js=

1+ s +Js

KK K

KK K

รปท 3.11 บลอกไดอะแกรมของลปความเรวหลงจากท าการยบบลอกไดอะแกรม

36

จดรปใหเหมาะสมจะได

Tp i

m* 2 P T T im

s +J

= s + s +

J J

KK K

K K K K

พจารณาเฉพาะโพล (Pole) เทยบกบสมการรปแบบมาตรฐานของ Second Order Block Diagram

2n

2 2n n

C s =

R s s +2 s +

2 T in

K K=

J (3.3)

pn

K K2 =

JT (3.4)

ก าหนดให Setting Time= 1 sec และ 𝜁= 0.707

n

4 4T = = secs

n= 4

n4= = 5.657 rad / sec

0.707

จากสมการสมการ PI Controller

จากสมการท (3.5) จะได 2 2n

isT

J 5.67 0.012K = = = 0.3093

K 1.2414

37

จากสมการท (3.6) จะได

2n

psT

2J 2 0.012 5.657 0.707K = = = 0.0773

K 1.2414

จากการจดของรปสมการ PI Control

K 1+sT K= +KsT sT

Ki = K +p s

ดงนนจะได

K K =i T

0.07730.3093=T

T = 0.2499 0.25 sec

ท าการจ าลองการท างานในโปรแกรม Power Simulations (PSIM; Demo Version) โดยก าหนด

ความเรวอางองไวท 1000rpm และก าหนดคาตางๆของลปกระแสและลปความเรวตามการออกแบบขางตน

จากนนท าการสงเกตผลการจ าลองคาความเรวทไดเทยบกบคาความเรวอางอง

รปท 3.12 คาพารามเตอรของเครองกลไฟฟาในโปรแกรม PSIM (DEMO)

38

รปท 3.13 ผลการจ าลองความเรวของมอเตอรเทยบกบความเรวอางอง เมอ K = 1.0015, T= 38.21 ms

จากรปท 3.13 จะเหนวาความเรวของมอเตอรจากการจ าลองมการแกวงไปคอมอเตอรหมนกลบไป

กลบมา ความเรวทวดไดไมเขาสคาความเรวอางอง สาเหตเกดจากลปความเรวมความเรวเกอบเทาลปกระแส

จงไดท าการแกไขดวยการเพมความเรวของลปกระแสขน เพอไมใหเกดผลกระทบกบลปความเรว

รปท 3.14 ผลการจ าลองความเรว เมอ K = 10.015, T= 38.21 ms

จากรปท 3.14 จากการจ าลองโดยใหลปกระแสท างานเรวกวาลปความเรว10 เทา จะเหนวา

ความเรวของมอเตอรยงคงแกวงไปมาอย และความเรวมแนวโนมทจะเขาสความเรวอางองโดยใชเวลานาน

39

รปท 3.15 ผลการจ าลองความเรว เมอ K = 30.045, T= 38.21 ms

จากรปท 3.15 จากการจ าลองโดยใหลปกระแสท างานเรวกวาลปความเรว 30 เทา จะเหนวา

ความเรวมการแกวงนอยลง และความเรวเขาใกลคาความเรวอางองทเวลา 3 วนาท

รปท 3.16 ผลการจ าลองความเรว เมอ K = 100.15, T= 38.21 ms

จากรปท 3.16 จากการจ าลองโดยใหลปกระแสท างานเรวกวาลปความเรว 100 เทา จะเหนวา

ความเรวมการแกวงนอยลงมาก และความเรวเขาใกลคาความเรวอางองทเวลา 3 วนาท

จากผลการจ าลองการท างานพบวาตองก าหนดใหความเรวของลปกระแสเรวกวาลปความเรว 100

เทา ลปความเรวจงจะไมไดรบผลกระทบจากลปกระแส

40

3.1.3 ออกแบบการควบคมความเรวมอเตอรโดยการจ าลองการท างานในโปรแกรม PSIM

โดยแบงการจ าลองการท างานออกเปน 3 แบบ ดงน

3.1) การจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททความเรวอางองมการเปลยนแปลง

จากรปท 3.17 เปนการจ าลองการควบคมความเรวมอเตอรแบบใชเซนเซอรวดความเรวโดยจะมตว

แปร คอความเรวอางองหรอความเรวทเราตองการ (Speed Reference) ในการจ าลองนจะมการ

เปลยนแปลงคาความเรวตามเวลาตางๆ โดยจะท าการควบคมความเรวของมอเตอรผานการใชกระแสอาร

เมเจอรเขาใชในการค านวณ

ความเรวของมอเตอรทตองควบคมจะใชวงจรชอปเปอรเขามาชวยในการเปลยนแปลงแรงดนทจะจาย

ใหกบมอเตอรในการจ าลองการควบคมความเรวมอเตอรกระแสตรงแบบใชเซนเซอรวดความเรวนจะใช

เซนเซอรวดความเรวแลวปอนกลบมาเปรยบเทยบกบคาความเรวอางอง ซงจะท าใหทราบวาคาความเรวทได

กบคาความเรวทตองควบคมแตกตางกนเทาใด หลงจากนนท าการปรบแรงดนทปอนใหกบมอเตอรโดยใช

วงจรชอปเปอร เมอคาแรงดนทขวของมอเตอรเปลยนแปลงไปจะสงผลใหกระแสอารเมเจอรเปลยนแปลง ท า

ใหความเรวมการเปลยนแปลงดวย

รปท 3.17 การจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงประเภททความเรวอางองมการเปลยนแปลง

41

จากรปท 3.18 เปนกราฟทแสดงผลการจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททความเรวอางองมการ

เปลยนแปลง จะพบวาความเรวขณะเรมเดนมอเตอรจะมการกระชากของความเรวสงกวาความเรวอางอง

โดยความเรวอางองนนไดตงใหมการเปลยนแปลงความเรวทเวลาตางๆเพอทจะทดสอบวาการควบคมนน

สามารถท าไดทงการเพมความเรวและลดความเรว ผลปรากฏวา การควบคมความเรวมอเตอรจะเขาส

ความเรวอางองทเวลาประมาณ 1 วนาท และหลงจากนนกจะเปนไปตามกบความเรวทอางอง โดยเมอท

เวลาประมาณ 1 วนาท ความเรวมคาประมาณ 500 รอบตอนาท เนองจากความเรวทอางองนน มการ

ก าหนดใหมการเปลยนแปลงความเรวในเวลาตางๆ จะเหนไดวาคาความเรวของมอเตอร (actual_speed)

กบคาความเรวทอางองนน เมอความเรวของมอเตอรเขาสความเรวอางองแลว ระบบกจะพยายามรกษา

ระดบความเรวใหคงทตลอดเวลา ไมวาจะมการเปลยนแปลงความเรวทมากขนหรอนอยลง ในขอบเขตพกด

ของมอเตอร วงจรควบคมกจะท าการปรบเปลยนความเรวของมอเตอรตามไปดวยในลกษณะการควบคม

แบบวงปดโดยอาศยคาคลาดเคลอนระหวางความเรวจรงทวดจากเพลาของมอเตอรดวยเซนเซอรวดความเรว

ภายนอก (Tachometer) และความเรวอางอง (ref_speed)

0 1 2 3 4

Time (s)

0

500

1000

1500

2000actual_speed ref_speed

รปท 3.18 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงประเภททความเรวอางองมการเปลยนแปลง

42

3.2) การจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง

รปท 3.19 การจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงประเภททโหลดมการเปลยนแปลง

ความเรวอางองหรอความเรวทเราตองการ (ref_speed) ในการจ าลองนจะใหความเรวอางม

คาคงท แตจะมการเปลยนแปลงแรงบดของโหลด (TL) ตามเวลาตางๆ โดยจะท าการควบคมความเรวของ

มอเตอร (actual_speed) ผานการใชกระแสอารเมเจอรเขาใชในการค านวณ

ความเรวของมอเตอรทตองควบคมจะใชวงจรชอปเปอรเขามาชวยในการเปลยนแปลงแรงดนทจะจาย

ใหกบมอเตอร

รปท 3.20 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการเปลยนแปลง

43

จากรปท 3.20 เปนกราฟทแสดงผลการจ าลองการควบคมมอเตอรประเภททโหลดมการ

เปลยนแปลง จะพบวาความเรวจรงของมอเตอร กบความเรวอางองมคาใกลเคยงกนทสภาวะคงตว เมอ

โหลดมการเปลยนแปลงชดควบคมความเรวจะพยายามควบคมใหมอเตอรหมนทความเรวอางองทตงไว

3.3) การจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรวโดยใชแรงดนทขว

ของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรในการประมาณการความเรวกรณทความเรวอางองมการ

เปลยนแปลง

จากรปท 3.21 จะเปนการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรวโดยใช

แรงดนทขวของมอเตอรและกระแสอารเมเจอร ซงเปนคาปรมาณทางไฟฟามาใชในการประมาณการ

ความเรวโดยการจ าลองการท างานนจะท าการเปลยนคาความเรวอางอง เพอดผลตอบสนองของความเรววา

ตวประมาณการมความเทยงตรงในการประมาณการความเรวหรอไม

คาความเรวจากการประมาณ (Estimated Speed) ไดจากการจากคาพารามเตอรตางๆ ในสภาวะ

ทรานเชยนต ดงสมการท (3.3) และ (3.4)

diae = V - i R - L a a a at dt

(3.5)

e = Ka a m (3.6)

รปท 3.21 การจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว กรณทความเรวอางองมการเปลยนแปลง

44

ถาท าการวดคากระแสอารเมเจอร (ia) และแรงดนทขวของมอเตอร ( t) มาค านวณ กจะท าใหไดคา

แรงดนไฟฟาตานกลบ (Back EMF) แลวจงน าคาแรงดนไฟฟาตานกลบนไปค านวณกจะไดคาความเรวของ

มอเตอรและน าคาความเรวทไดไปเปรยบเทยบกบความเรวอางอง กจะสามารถควบคมความเรวของมอเตอร

โดยไมใชเซนเซอรวดความเรวไดโดยใชแรงดนทขวของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรในการ

ประมาณการความเรว

จากรปท 3.22 เปนกราฟทผลการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวด

ความเรวโดยใชแรงดนทขวของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรในการประมาณการณความเรว จะพบวา

ความเรวจรงของมอเตอร (actual_speed) ความเรวอางอง (desired_speed) และความเรวประมาณการ

(speed_estimated) มคาใกลเคยงกนทสภาวะคงตวโดยความเรวจรงจะเขาสคาความเรวอางองทเวลา

ประมาณ 1 วนาท

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Time (s)

0

-500

500

1000

1500

2000

actual_speed desired_speed speed_estimated

รปท 3.22 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว

กรณทความเรวอางองมการเปลยนแปลง

45

3.4) การจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรวโดยใชแรงดนทขว

ของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรในการประมาณการความเรว กรณทโหลดมการเปลยนแปลง

ในการจ าลองนจะใหความเรวอางมคาคงทอยท 1000 rpm แตจะมการเปลยนแปลงแรงบดของ

โหลดตามเวลาตางๆ โดยจะท าการควบคมความเรวของมอเตอรผานการใชแรงดนทขวของมอเตอรและ

กระแสอารเมเจอรในการประมาณการความเรว และจะใชวงจรชอปเปอรเขามาชวยในการเปลยนแปลงคา

แรงดนทจะจายใหกบมอเตอรเพอท าการรกษาความเรวใหมคาตามทตองการควบคม

รปท 3.23 การจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรว กรณทโหลดมการเปลยนแปลง

รปท 3.24 ผลการจ าลองการควบคมมอเตอรกระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว กรณทโหลดมการเปลยนแปลง

46

จากรปท 3.24 เปนกราฟทแสดงผลการจ าลองการควบคมมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรวโดย

ใชแรงดนทขวของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรในการประมาณการความเรว กรณท โหลดมการ

เปลยนแปลงจะพบวาความเรวจรงของมอเตอรกบความเรวอางองมคาใกลเคยงกนทสภาวะคงตวและเมอ

โหลดมการเปลยนแปลงชดควบคมความเรวจะพยายามควบคมใหมอเตอรหมนทความเรวอางองทตงไว โดย

ทมอเตอรจะดงกระแสอารเมเจอร เพอเพมแรงบดของมอเตอรเพอทจะสามารถการขบโหลดทเพมขนมาได

3.2 สวนประกอบภาคก าลง

สวนประกอบภาคก าลงประกอบดวย ดงน

3.2.1 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก

มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกทใชในโครงงานนจะมพกด ดงน

Shunt motor 1 kW 1,400 rpm Series motor 1 kW 1,150 rpm Rotor DC 220 V 6 A Excitation DC 220 V 0.55 A

คาพารามเตอรตางในมอเตอรมดงน

a = 6. Ω

a = 0.2047H

f = 400 Ω

t(rated) = 220 V

Ia(rated) = 6 A

รปท 3.25 วงจรสมมลมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก

47

n = 1400 rpm

If(rated) = 0.55 A

= 0.13 V / rpm 1.2414 V/rad/s

3.2.2 โหลดทางกล

รปท 3.26 การตอชด MG-SET กบโหลดทางกล

เพอทจะทดลองระบบควบคมวาสามารถท างานไดตามตองการหรอไม จ าเปนตองมโหลดทางกลท

สามารถเปลยนแปลงแรงบดได ดงนนในโครงการนจงใชชดทดลอง MG-SET โดยทฝงเครองก าเนดไฟฟาตอ

กบโหลดทางกลทสามารถปรบคาไดโดยใชเครองก าเนดไฟฟาทมโหลดทสามารถเปลยนแปลงใหไดแรงบด

0-5 นวตนเมตร ตามจดประสงคของโครงงาน โดยในรปท 3.26 จะเหนวา I มคาเพมขนเมอท าการเพม

จ านวนโหลด และเมอ I เพมขนกจะท าใหแรงบดของโหลดเพมขนดวย

3.2.3 แทคโคเจเนอเรเตอร (Tachogenerator)

รปท 3.27 แทคโคเจเนอเรเตอร (Tachogenerator)

48

เพอดผลตอบสนองความเรวขณะใสโหลดและปลดโหลดของมอเตอรทเปลยนแปลงรวดเรว

จ าเปนตองใชเครองมอวดทมความคอนขางละเอยดสง โดยตวแทคโคเจเนอเรเตอรจะถกเช อมตอกบเพลา

ของมอเตอร โดยมขดลวดสนามเปนแมเหลกถาวร โดยความละเอยดของแทคโคเจเนอเรเตอรอยท

1,000rpm/14V

3.2.4 วงจรดซ-ดซ คอนเวอรเตอร (DC-DC Converter) หรอวงจรชอปเปอร (Chopper)

วงจรชอปเปอรจะใชไอจบทจ านวน 4 ตวตอกนแบบ H-bridge ดงรปท 3.28 ซงไอจบทแตละตวจะ

ท าหนาทในเปนสวตชตดตอกระแสไฟฟาเพอแปลงผนแรงดน ไฟฟากระแสตรงแบบคงทใหกลายเปน

แรงดนไฟฟากระแสตรงแบบปรบคาไดเพอปอนแรงดนใหกบวงจรอารเมเจอรของมอเตอร ส าหรบการ

ควบคมความเรวหรอแรงบดทตองการ โดยสวตชแตละตวจะถกควบคมชวงเวลาการน ากระแสหรอหยด

น ากระแสจากสญญาณขบน าสวตชแบบ PWM ทใชเทคนคการสวตชแบบแรงดนสองขว (Bipolar Voltage

Switching) ทสรางจากไมโครคอนโทรลเลอร

ส าหรบการจดท าโครงงานนไดเลอกใช Intelligent Power Module (IPM) เบอร BM64365S-VA

ทมไอจบทอยภายในทงหมด 6 ตว สามารถทนแรงดนไฟฟาไดสงสด 600V และทนกระแสไฟฟาได 20A ซงม

พกดเพยงพอสามารถทจะทนกระแสสตารทของมอเตอรได โดยในตว IPM ตวนมการบรรจ Gate Driver ไว

ขบไอจบทง High Side และ Low Side ในตว และสามารถออกแบบการปดใชงานเพอปองกนกระแสเกน

โดยผานขา CIN ดวยหลกการวดแรงดนทตกครอม Shunt Resistor เพอใหเหมาะสมกบงานทใช

รปท 3.28 วงจรชอปเปอรแบบ H-Bridge โดยใชไอจบทเปนสวตช

49

3.2.5 วงจรเรยงกระแสชนดเตมคลน (Bridge Rectifie)

วงจรเรยงกระแสชนดเตมคลน (Bridge Rectifier) จะท าหนาท เปลยนไฟฟากระแสสลบใหเปน

ไฟฟากระแสตรง กอนทจะปอนแรงดนไฟฟาใหกบวงจรชอปเปอรเพอขบมอเตอรไฟฟากระแสตรง โดยใน

โครงงานนเลอกใช Bridge Rectifier เบอร BR106 มพกดแรงดนอยท 600V และพกดกระแสอยท 10A ซง

อาจยงไมเพยงพอทจะทนกระแสขณะสตารทมอเตอร จงใชวธ Soft Start เขาชวยเพอลดกระแสขณะ

สตารทของมอเตอรลง

รปท 3.30 Bridge Rectifier เบอร BR106

รปท 3.29 IPM เบอร BM64365S-VA และตวอยางการใชงาน

50

3.2.6 วงจรตรวจวดกระแส (Current Sensor)

ในการควบคมความเรวรอบของมอเตอร จะตองน าคากระแสอารเมเจอรมาใชในการค านวณหาค า

ความเรวรอบและการควบคมมอเตอร โดยจะตองใชการตรวจวดกระแส ซงในโครงงานนจะใชวธการใสไอซ

ตรวจวดกระแส

จากรปท 3.31 เปนวงจรตรวจวดกระแสทเขามอเตอรโดยจะใชไอซเบอร ACS712 ซงเปนไอซทสามารถ

วดคากระแสสงสดได 60 แอมแปร โดยหลกการของวงจรนคอ ตรวจจบฟลกซเขามาผานฮอลเอฟเฟค (Hall

Effect) แลวสงออกมาเปนกระแส ซงกระแสจะแปรผนตรงกบฟลกซน ากระแสทไดไปผานตวตานทาน แลว

วดคาแรงดนทตกครอมตวตานทานแลววดคาแรงดนทตกครอมตวตานทานออกมาทเอาทพตโดยอตราสวน

ระหวางเอาทพตตออนพต คอ Typical of Sensitivity 100mV/A

3.3 สวนประกอบของภาคควบคม

สวนประกอบของภาคควบคมมดงน

3.3.1 ไมโครคอนโทรลเลอร

ในการควบคมความเรวรอบของมอเตอรจะตองมการค านวณคาแรงดนและกระแสอารเมเจอรทจะใช

ปอนใหกบระบบซงจะตองใชการค านวณทางคณตศาสตรทซบซอน โปรแกรมทใชในการควบคมเรวนน

จะตองมความเหมาะสมจงไดเลอกใชไมโครคอนโทรลเลอรเบอร dsPIC30F4011

- มหนวยความจ า Flash 24 bytes (dsPIC30F4011)

- มหนวยความจ า RAM ขนาด 1024 bytes (dsPIC30F4011)

- มหนวยความจ า EEPROM ขนาด 1024 bytes (dsPIC30F4011)

- มพอรต I/O ขนาด 16 bit(dsPIC30F4011)

รปท 3.31 วงจรตรวจวดกระแส (Current Sensor)

51

- ม 16 bit Timer/Counter จ านวน 5 ชด (dsPIC30F4011)

- ม Input Capture จ านวน 4 ชอง

- ม Output Compare จ านวน 4 ชอง (dsPIC30F4011)

- ม ADC 10 bit/1Msps จ านวน 9 ชอง (dsPIC30F4011)

- ม PWM Motor Control จ านวน 6 ชอง พรอม Quadrature Encode Interface (QEI)

- ม UART จ านวน 2 ชอง (dsPIC30F4011)

- ม SPI จ านวน 1 ชองและม I2C จ านวน 1 ชอง

ส าหรบการเขยนโปรแกรมจะใชภาษาซและจะใชโปรแกรม MPLAB IDE ซงเปนโปรแกรม Edit text ของ

บรษทไมโครชพ ส าหรบตวแปลภาษาซ จะใช MPLAB C30 ใหเปนรหสค าสงของ dsPIC

รปท 3.32 บอรดไมโครคอนโทรลเลอร dsPIC30F401

52

3.4 การสรางวงจรชอปเปอร

เมอท าการออกแบบและเลอกอปกรณทจะน ามาใชงานแลวจงเรมจดท าแผนวงจรชอปเปอร โดยม

ขนตอนดงตอไปน

1. ออกแบบการตออปกรณภายในแผนวงจรชอปเปอรโดยใชโปรแกรมส าเรจรป

2. กดปรนทแผนวงจรชอปเปอร

3. จดเรยงอปกรณลงบนแผนวงจรชอปเปอรทไดท าการออกแบบไว

รปท 3.33 วงจรชอปเปอรทใชในการทดสอบ

53

3.5 การเขยนโปรแกรมเพอควบคมความเรวโดยใชไมโครคอนโทรลเลอร

3.5.1 การสรางสญญาณขบน าสวตชจาก dspic30f4011

จากเงอนไขในการสวตชงแบบไบโพลารเปนการควบคมสวตชแบบฟลบรดจใหท างานพรอมกนเปน

คการท างานของสวตช ท างานรวมกบ 4 และ 2ท างานรวมกบ และน าสญญาณควบคมแบบเสนตรง

เทยบ ( control) กบสญญาณรปคลนสามเหลยม ( tri) มคาบเวลา sในชวง t เมอ control tri สวตช

ควบคม และ 4 จะมสถานะ ON และสวตชควบคม 2 และ จะมสถานะ OFF ในสวนคา Voltage

ทขวมอเตอรมคาเทากบ d ในโครงการนจะใชโมดล MCPWM ของ dspic30f4011 ในการสราง

สญญาณขบน าสวตช โดยสามารถค านวณคาบเวลาของสญญาณขบน าสวตชไดจากการควบคมจาก

รจสเตอร PTPER (PWM Time Period register) โดยคารจสเตอร PTPER สามารถค านวณไดจากสมการ

FcyPTPER = ×PLLf - PTMRPrescalerPWM

(3.7)

โดยท PLL คอ Phase-Lock-Loop

fPWM คอ ความถของสญญาณ PWM

Fcy คอ ความถสญญาณนาฬกาหลก

ในโครงการนตองการสรางสญญาณ PWM ทมการสวตชแบบแรงดนแบบสองขวทความถ 20

กโลเฮรตซและเนองจากบอรดไมโครคอนโทรลเลอรทใชมการก าหนดระบบสญญาณนาฬกาเพอใชงานกบตว

ก าเนดความถ Fosc คา 7.3728 MHz ดงนนสามารถหาความถสญญาณนาฬกาหลกไดจากสมการ (3.8)

54

7.3734

FoscF =cy 4

= MH

=1.84

z

3MHz

(3.8)

บอรดไมโครคอนโทรลเลอรมการเปดการท างานของวงจรคณความถPhase-Lock-Loop (PLL)

ดวยอตราการคณ16 เทาและใช PTMRPrescaler เทากบ 1 ดงนนสามารถน ามาค านวณคาบสญญาณ

PWM ไดดง (3.9)

61.843×10PTPER = ×16=1474820×10 -1

(3.9)

3.5.2 การแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล

รปท 3.34 การควบคมมอเตอรแบบวงปด

55

การควบคมความเรวมอเตอรแบบวงรอบปดตองมการปอนสญญาณกลบใหไมโครคอนโทรลเลอร

คอคากระแสจรงซงจะไดรบการแปลงคาจากคาจรงมาอยในรปของสญญาณอนาลอกทเปนแรงดนไฟฟา

กระแสตรงทมคาตงแต 0 V จนถง 5 V จากนนจะถกสงเขาโมดลการแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล

ของไมโครคอนโทรเลอร โดยโมดลการแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอลของ dspic30f4011 ทใชจะเปน

โมดลขนาด 10 บต ท าใหคาของดจตอลทแปลงออกมาจะอยในชวง 0-1024 ดงนนการก าหนดคาอางอง

ส าหรบการควบคมมอเตอรตองอยในรปแบบดจตอลดวยเชนกนเพอท าใหไมโครคอนโทรลเลอรสามารถ

ประมวลผลไดตามคาทตองการ โดยการคาอางองในรปแบบสญญาณดจตอลสามารถหาไดจากสมการท

(3.10)

Analogdigital values = ×10245

(3.10)

โดยทคา Analog ในกรณทตองการก าหนดคาอางองของลปกระแสสามารถหาคา Analog ไดจาก

การน าคากระแสอางองทตองการคณกบอตราการแปลงของอปกรณตรวจจบกระแสซงสามารถแสดง ไดดง

สมการท (3.11)

Analog = current ref. × 100mV / A (3.11)

3.5.3 โปรแกรมควบคม

การควบคมความเรวมล าดบการท างานเปนไปตามขนตอนดวยโปรแกรมควบคม โดยมเครองมอ

ชวยพฒนาโปรแกรมคอ MPLAB IDE Version 8.92 ซงรายละเอยดของโปรแกรมจะแสดงไวในภาคผนวก

โดยในหวขอนจะอธบายขนตอนการท างานของโปรแกรมซงประกอบดวย

1) โปรแกรมหลก

โปรแกรมหลกจะเรมจากการก าหนดคาเรมตนของโมดลตางๆส าหรบการใชงาน ถดมา

จะท าการเปดการใชงานอนเตอรรพท เพอเตรยมพรอมส าหรบการเรยกใชงานเมอมการอนเตอรรพท

เกดขน จากนนจะเปนการก าหนดคาความเรวอางอง และท าการปรบคาความเรวใหไดคาตามทตองการ

ควบคมโดยคาความเรวจะแสดงผลบนจอแอลซด

56

2) โปรแกรมอนเตอรรพท

เมอมการอนเตอรรพทเกดขนโปรแกรมจะเขามาท างานในสวนของโปรแกรมยอย

ภายในอนเตอรรพทซงจะประกอบดวยการค านวณคาประมาณของความเรวรอบ การค านวณคาประมาณ

ของกระแสอารเมเจอรของมอเตอร และจ ากดและอพเดทคาดวตไซเคล เมอโปรแกรมท างานเสรจจะท า

การเคลยรอนเตอรรพท

3) การค านวณคาประมาณของความเรวรอบ

เมอเกดการอนเตอรรพทขนโปรแกรมจะเรมท าการเกบและอานคากระแสอารเมเจอร

ประมาณการในอดตและคากระแสอารเมเจอรประมาณการปจจบนมาค านวณหาคาเฉลยของคากระแสอาร

เมเจอรประมาณการตามชวงระยะเวลาทก าหนดซงวธการดงกลาวนคอการหาคาเฉลยเคลอนท(Moving

Average) จากนนท าการลดคากระแสของสญญาณรบกวนแลวจงน าคากระแสอารเมเจอรประมาณการ

ปจจบนมาค านวณหาคาแรงดนตางๆเพอหาคาแรงดนไฟฟาตานกลบ และน าคาแรงดนไฟฟาตานกลบไป

ค านวณหาคาประมาณของความเรวจากสมการดงตอไปน

diaV =E +i R +La a a at dt และ Ea=

K

เนองจากการทดสอบคาประมาณของความเรวรอบโดยไมใชตวควบคมอาจจะท าใหมคา

ความคลาดเคลอนของคาความเรวประมาณการกบคาความเรวอางองทตองการ จงตองท าการหาคาสมการ

ความคลาดเคลอนระหวางคาความเรวประมาณการและคาความเรวอางองทตองการโดยใชวธการถดถอย

แบบเชงเสน(Linear Regression) เพอท าการปรบคาความเรวประมาณการใหมคาใกลเคยงกบคาความเรว

อางองทตองการมากยงขน

กรรมวธการค านวณฟงกชนสมการถดถอยแบบเชงเสน (Linear Regression)

การค านวณหาคาสมการความคลาดเคลอนระหวางคาความเรวประมาณการและคา

ความเรวอางองโดยใชวธการถดถอยแบบเชงเสน(Linear Regression) เพอน าสมการทไดไปปรบคา

ความเรวประมาณการใหมคาใกลเคยงกบคาความเรวอางอง ซงจะน าคาความเรวประมาณการและคา

ความเรวอางองมาสรางเปนสมการเสนตรงและหาคาความผดพลาดนอยทสด โดยมวธการค านวณดงน

57

ตารางท 3.1 การค านวณสมการความคลาดเคลอนโดยวธการถดถอยแบบเชงเสน (Linear Regression)

ล าดบ (N) xi (ความเรวจรง) yi (ความเรวประมาณการ) xi2 xiyi

1 112 0 12544 0 2 168 85.82 28224 14417.76

3 241 140.34 58081 33821.94 4 289 196.83 83521 56883.87

5 349 254.9 121801 88960.1 6 432 317 186624 136944

7 473 372.8 223729 176334.4 8 541 434.4 292681 235010.4

9 610 496.4 372100 302804 10 668 556.4 446224 371675.2

11 726 613.7 527076 445546.2

12 736 625.4 541696 460294.4 13 787 675.1 619369 531303.7

14 866 741.3 749956 641965.8 15 906 792.7 820836 718186.2

16 972 857.2 944784 833198.4 17 1037 913.1 1075369 946884.7

18 1095 969.9 1199025 1062040.5 19 1166 1035.8 1359556 1207742.8

20 1234 1174.7 1522756 1449579.8 รวม 13408 11253.79 11185952 9713594.17

จากสมการเสนตรง f x = ax +b (3.12)

มตวแปรไมทราบคา 2 ตวคอ a , b จงตองหาคาความผดพลาดนอยทสด โดยใชหลกการการรวม

คาความผดพลาดก าลงสอง

พจารณาอนพนธเทยบ a

2

(N - 1) (N - 1) (N - 1)

i i i i(i = 0) (i = 0) (i = 0)

x y = a x +b x +cN (3.13)

58

แทนคาในสมการท (3.11) โดยน าคาจากตาราง จะได

9713594.17 = 11185952 a+ 13408 b +20c (3.13)

พจารณาอนพนธเทยบ b

N - 1 N - 1

i ii = 0 i = 0

y = a x +bN (3.14)

แทนคาในสมการท (3.13) โดยน าคาจากตาราง จะได

11253.79 = 13408 a+20b (3.15)

แกสมการหาสมประสทธ a , b จากวธก าจดเกาส-จอรแดน

ตงตน Matrix โดยจบสมการท (3.13) และ (3.15) เขาดวยกน

จะได

11185952 13408 a 9713594.17=

13408 20 b 11253.79

หาคาความชนตามวธคดในวธเกาส-จอรแดน

จากสมการ

21

11

am=

a (3.16)

จะได

13408m= = 0.00119864611185952

ท าใหต าแหนงท a2 เปน 0 ตามวธคดในวธ เกาส-จอรแดน

1. แถวท 2 ต าแหนงท 21 11a – m a

2. แถวท 2 ต าแหนงท 22 12a – m a

3. แถวท 2 ต าแหนงท 23 13a – m a

59

11185952 13408 a

13408 - 0.001198646 * 11185952 20 - 0.001198646 * 13408 b

9713594.17=

11253.79 - 0.001198646 * 9713594.17

จะได

11185952 13408 a 9713594.17=

0 3.928550382 b -389.3737317

จดสมการเพอหาคาสมประสทธ a, b ท าวธเทยบสมการ 2 ตวแปร

11185952a+13408b = 9713594.17

3.928550382b = -389.3737317 หาคา

-389.3737317b = = -99.114693593.928550382

9713594.17 - 13408x - 99.11469359a = = 0.9871778443

11185952

จะไดคาสมประสทธ a = 0.9871778443 b = -99.11469359

น าคาไปแทนในสมการเสนตรงจะได f x = 0.9871778443x - 99.11469359

เมอไดสมการเสนตรงจากวธดงกลาวแลว สามารถน าสมการเสนตรงไปใสในโคดเพอท าการ

ค านวณคาประมาณของความเรวรอบได

รปท 3.35 กราฟสมการความคลาดเคลอนระหวางคาความเรวประมาณการ

และคาความเรวอางอง โดยใชวธการถดถอยแบบเชงเสน (Linear Regression)

60

4) การค านวณหาคา PI ของความเรวรอบ

เมอเกดการอนเตอรรพทครบ 4 ครง โปรแกรมจะเรมท าการค านวณหาคาความ

ผดพลาดของความเรวรอบโดยการหาผลตางระหวางคาความเรวอางองกบคาความเรวประมาณการใน

ขณะนน และน าคาความผดพลาดทไดนไปค านวณหาคาความผดพลาดสะสมของความเรวรอบ จากนนจะ

เรมท าการค านวณหาคา Proportional (P) โดยใชคาความผดพลาดของความเรวรอบคณกบคา p ถดมา

เรมท าการค านวณหาคา Integral (I) โดยใชคาความผดพลาดสะสมของความเรวรอบคณกบคา i น าคา P

และ คา I ไปค านวณหาคากระแสอารเมเจอรอางองจากนนท าการจ ากดคากระแสอางองทค านวณไดไมให

เกนคากระแสพกดของมอเตอร

5) การค านวณคาประมาณของกระแสอารเมเจอรของมอเตอร

เมอเกดการอนเตอรรพทครบ 4 ครง โปรแกรมจะเรมท าการค านวณหาคาความ

ผดพลาดของคากระแสอารเมเจอรประมาณการโดยการหาผลตางระหวางคากระแสอารเมเจอรอางองกบ

คากระแสอารเมเจอรประมาณการในขณะนน และน าคาความผดพลาดทไดนไปค านวณหาคาความผดพลาด

สะสมของคากระแสอารเมเจอร จากนนจะเรมท าการค านวณหาคา Proportional (P) โดยใชคาความ

ผดพลาดของคากระแสอารเมเจอรคณกบคา p ถดมาเรมท าการค านวณหาคา Integral (I) โดยใชคาความ

ผดพลาดสะสมของคากระแสอารเมเจอรคณกบคา i น าคา P และ คา I ไปค านวณหาคาดวตไซเคล

6) จ ากดและอพเดทคาดวตไซเคล

หลงจากไดคาดวตไซเคลจากการค านวณแลวโปรแกรมจะท าการจ ากดคาดวตไซเคลโดย

การตรวจสอบเงอนไข 2 เงอนไขคอ คาดวตไซเคลทค านวณไดมคามากกวาคาดวตไซเคลสงสดหรอไมและ

คาดวตไซเคลทค านวณไดมคานอยกวาคาดวตไซเคลต าสดหรอไม ถาใชใหท าการจ ากดคาใหอยทคาดวต

ไซเคลสงสดและต าสดตามล าดบ และถาไมใชทงสองเงอนไขใหท าการอพเดทคารจสเตอรดวตไซเค ลของ

โมดล PWM1 และ PWM2 และอพเดทคาดวตไซเคล

61

นยามค าศพทเฉพาะทใชในโฟลวชารต

คากระแสกอนหนา (Iprev) คอคากระแสอารเมเจอรประมาณการครงแรกขณะทท าการเกบคา

คากระแสปจจบน (Inow) คอคากระแสอารเมเจอรประมาณการในขณะท าการทดสอบ

คากระแสอางอง (Istar) คอ คากระแสอารเมเจอรทตองการควบคม

ความผดพลาดของกระแสอารเมเจอร (Ierr) คอคาความคลาดเคลอนของคากระแสอารเมเจอร

ประมาณการในขณะท าการทดสอบเทยบกบคากระแสอารเมเจอรอางองทตองการควบคม

ความผดพลาดสะสมของกระแสอารเมเจอร (Iaccumulate_err) คอผลรวมคาความผดพลาดของ

กระแสอารเมเจอรของแตละรอบหารดวยจ านวนคาความผดพลาดของกระแสอารเมเจอร

ความผดพลาดของความเรวรอบ (speedErr) คอคาความคลาดเคลอนของความเรวประมาณการ

เทยบกบความเรวอางองทตองการควบคม

ความผดพลาดสะสมของความเรวรอบ (AccumulateSpeedErr) คอผลรวมคาความผดพลาดของ

ความเรวของแตละรอบหารดวยจ านวนคาความผดพลาดของความเรว

62

3.5.4 โปรแกรมหลก

รปท 3.36 กระบวนการท างานของโปรแกรมหลก

63

3.5.5 โปรแกรมอนเตอรรพท

รปท 3.37 กระบวนการท างานของโปรแกรมอนเตอรรพท

64

3.5.6 การค านวณคาประมาณของความเรวรอบ

รปท 3.38 กระบวนการค านวณคาประมาณการความเรว

65

3.5.7 การค านวณคา PI ของความเรวรอบ

รปท 3.39 กระบวนการควบคมความเรว

66

3.5.8 การค านวณคาPI ของกระแสอารเมเจอรชองมอเตอร

รปท 3.40 กระบวนการควบคมกระแสอารเมเจอรของมอเตอร

67

3.5.9 การจ ากดและอพเดทคาดวตไซเคล

รปท 3.41 กระบวนการจ ากดและอพเดทคาดวตไซเคล

บทท 4

ผลการทดสอบ

จากการศกษาทฤษฎทเกยวของรวมถงการจ าลองการท างานดวยโปรแกรมคอมพวเตอรแลว จงท า

การสรางวงจรตาง ๆ ทใชในการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรเซนเซอรวดความเรว เมอ

ท าการออกแบบและสรางวงจรเสรจจงไดท าการทดสอบการท างานของวงจร โดยการทดสอบนนจะประกอบ

ไปดวยขนตอนตาง ๆ เพอตรวจสอบการท างานทละสวนโดยจะประกอบไปดวย

1) การทดสอบวงจรดซ-ดซ คอนเวอรเตอร (DC-DC Converter) หรอวงจรชอปเปอร (Chopper)

โดยสวตชงแบบสองขว (Bipoar Switching)

2) การทดสอบการควบคมความเรวแบบวงเปด

3) การทดสอบการประมาณการความเรวกบความเรวจรง

4) การทดสอบการควบคมกระแสแบบวงปด

5) การทดสอบการควบคมความเรวแบบวงปด

4.1 การทดสอบวงจรดซ-ดซ คอนเวอรเตอร (DC-DC Converter) หรอวงจรชอปเปอร (Chopper)

โดยสวตชงแบบสองขว (Bipoar Switching)

เพอท าการพสจนวาเมอคา Duty Cycle เปลยนแปลงไป โดยใหคาแรงดนอนพตคงทจะท าใหคาแรงดนเอาทพตทไดจากวงจรชอปเปอรเปลยนแปลงไปอยางไรสามารถควบคมแรงดนเอาทพตและน าไปขบมอเตอรไดหรอไม จงไดท าการทดสอบการท างานของวงจรชอปเปอรโดยใชการก าหนดคา Duty Cycle ทคาตางๆ โดยใหแรงดนอนพตมการปรบคาแรงดนได แลวท าการวดรปสญญาณแรงดนทออกจากวงจรชอปเปอรโดยการใชออสซลโลสโคปในการวดรปสญญาณแรงดนทออกจากวงจรชอปเปอรแลวน าไปเปรยบเทยบกบทฤษฎวาเปนไปตามทฤษฎหรอไมจากนนน าวงจรชอปเปอรไปทดสอบวาสามารถขบมอเตอรไดจรงหรอไม

69

4.1.1 การทดสอบแบบตอโหลดตวตานทาน (R)

ในการทดลองนจะใชโหลดตวตานทานตอทเอาทพตของวงจรชอปเปอรเพอดการเปลยนแปลงคา

แรงดนเอาทพตเฉลยของวงจรชอปเปอรโดยการปรบคา Duty Cycle และจายแรงดนอนพตคงทท 15 VDC

เนองจากแรงดนเอาทพตเฉลยของวงชอปเปอรจะมผลตอความแมนย าของความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

ดงสมการท 2.8 ซงการทดลองนจะท าการค านวณคาแรงดนเฉลยและเปรยบเทยบกบคาแรงดนเอาทพต

เฉลยของวงจรโดยมผลการทดลองดงตารางท 4.1

รปท 4.2 แรงดนเอาทพตทคา Duty Cycle=0.4 รปท 4.3 แรงดนเอาทพตทคา Duty Cycle=0.7

รปท 4.1 แผนภาพวงจรการทดสอบแรงดนเอาทพตทขนอยกบการปรบดวตไซเคล แบบโหลดตวตานทาน

70

ตารางท 4.1 ผลการค านวณและเปรยบเทยบแรงดนเอาทพตเฉลยของวงจรการทดลองส าหรบโหลดตวตานทาน

รปท 4.4 คาแรงดนเอาทพตเฉลยจากการค านวณเปรยบเทยบกบคาแรงดนเอาทพตเฉลยทวดได

ทออกจากวงจรชอปเปอรทคาดวตไซเคลคาตางๆส าหรบโหลดตวตานทาน

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Vout เฉลยทวดได (V) Vout เฉลยจากการค านวณ (V)

โหลดตวตานทาน Duty Cycle แรงดนเฉลยจากการค านวณ

(V) แรงดนเอาทพตเฉลย

(V) เปอรเซนตความผดพลาด

(%) 1 15 14.99 0.067

0.9 12 11.7 2.5 0.8 9 8.68 3.556

0.7 6 5.85 2.5 0.6 3 2.99 0.333

0.5 0 0 0 0.4 -3 -2.99 0.333

0.3 -6 -5.85 2.5

0.2 -9 -8.68 3.556 0.1 -12 -11.7 2.5

0 -15 -14.99 0.067

Duty cycle

Cycle

Vout (V)

71

จากการทดลองวงจรชอปเปอรแบบตอโหลดตวตานทาน โดยทใหแรงดนอนพตคงท และท าการ

ปรบดวตไซเคลทคาตางๆ เพอเปรยบเทยบแรงดนเอาทพตทออกจากชอปเปอรระหวางแรงดนเอาทพตเฉลย

กบแรงดนเฉลยจากการค านวณ จากตารางท 4.1 จะเหนวา เมอเรมปรบคาดวตไซเคลจาก 0-1 โดยเพม

คาดวตไซเคลทละ 0.1 คาความผดพลาดจะอยท 0.067% - 3.556%

4.1.2 การทดสอบแบบตอโหลดมอเตอร

ในการทดลองนจะใชโหลดมอเตอรตอทเอาทพตของวงจรชอปเปอรเพอดการเปลยนแปลง

คากระแสเอาทพตเฉลยของวงจรชอปเปอรโดยการปรบคา Duty Cycle โดยจายแรงดนอนพตคงท 15 VDC

(ไมไดท าการจายกระแสไฟฟาใหกบขดลวดฟลดของมอเตอร) และเปรยบเทยบคากระแสเอาทพตเฉลยทวด

ไดกบคากระแสเฉลยทไดจากการค านวณวามคาใกลเคยงกนมากนอยเพยงใด

รปท 4.7 แรงดนเอาทพตทคา Duty Cycle=0.8

รปท 4.5 แผนภาพวงจรของการทดสอบดวตไซเคลแบบโหลดมอเตอร

รปท 4.6 กระแสเอาทพตทคา Duty Cycle=0.8

72

-15

-10

-5

0

5

10

15

0.1 0.3 0.6 0.8

แรงดนเอาทพตเฉลย (V)

แรงดนเอาทพตเฉลยจากการค านวณ (V)

ตารางท 4.2 ผลการค านวณและเปรยบเทยบกระแสเอาทพตเฉลยของวงจรการทดลองส าหรบโหลดตว

ตานทานส าหรบโหลดมอเตอร

โหลดมอเตอร Duty Cycle แรงดนเอาทพตเฉลย

(V) กระแสเอาทพตเฉลย

(A) แรงดนเอาทพตเฉลย จากการค านวณ (V)

คาความผดพลาด (%)

0.1 -11.60 -1.73 -12 3.33

0.3 -5.71 -0.85 -6 4.83 0.6 2.88 0.43 3 4.00

0.8 8.71 1.30 9 3.22

รปท 4.8 กราฟคาแรงดนเอาทพตเฉลยจากการค านวณเปรยบเทยบกบคาแรงดนเอาทพตเฉลยทออกจาก

วงจรชอปเปอรทดวตไซเคลคาตางๆส าหรบโหลดมอเตอร

จากการทดลองวงจรชอปเปอรแบบตอโหลดมอเตอร โดยทใหแรงดนอนพตคงท และท าการ

ปรบดวตไซเคลทคาตางๆ เพอวเคราะหกระแสเอาทพตทออกจากชอปเปอร โดยเปรยบเทยบระหวางกระแส

เอาทพตเฉลยกบกระแสเฉลยจากการค านวณ จากตารางท 4.2 จะเหนวา เมอเรมปรบคาดวตไซเคลท 0.1,

0.3, 0.6, 0.8 คาความผดพลาดจะอยท 3.22% - 4.83%

Duty Cycle

แรงดน (V)

73

4.2 การทดสอบการควบคมความเรวแบบวงเปด

4.2.1 แบบแรงดนอนพตคงท

โดยท าการจายคาแรงดนอนพตคงท จายกระแสฟลดทพกดแลวท าการเปลยนแปลงคาดวตไซเคลของไอจบท แลวสงเกตความเรวของมอเตอร การทดสอบจะเรมจากการจายแรงดนอนพตกระแสตรง 200 V แลวท าการเปลยนแปลงคาดวตไซเคลคาดวตไซเคลประกอบดวย 0.1, 0.3, 0.6 และ 0.8 แลวบนทกคาความเรวของมอเตอร

ตารางท 4.3 แสดงคาความเรวของมอเตอรทโหลดคาตางๆขณะทแรงดนทขวมอเตอรคงท

Duty cycle

แรงบด (N.m)

0.1 0.3 0.6 0.8 ความเรว (rpm) ความเรว (rpm) ความเรว (rpm) ความเรว (rpm)

No-load 755.2 250.9 230.9 741.1

1 749.8 241.1 221.5 726.8 1.5 740.0 232.3 207.6 712.1

2 731.9 218.8 198.5 700.1

2.5 713.8 207.9 186.3 688.7 3 707.3 210.3 172.5 665.2

3.5 701.8 190.2 156.9 660.6

4 692.4 176.1 144.6 649.7 4.5 683.5 167.2 138.1 637.5 5 678.9 160.3 126.4 636.2

รปท 4.9 แผนภาพวงจรการทดสอบควบคมความเรวแบบวงเปดกรณแรงดนอนพตคงท

74

0100200300400500600700800900

1000

0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

duty cycle=0.1

duty cycle=0.3

duty cycle=0.6

duty cycle=0.8

ความเรวรอบ (rpm)

แรงบด (N.m)

รปท 4.10 กราฟแสดงคาความเรวของมอเตอรทโหลดตางๆและดวตไซเคลคาตางๆขณะทแรงดนอนพตคงท

จากผลการทดสอบพบวาทดวตไซเคลคาหนงเมอท าการเพมโหลดจะท าใหคาความเรวรอบของ

มอเตอรตกลงจากคาความเรวอางอง ดงนนคาแรงบดจงมผลตอความเรวรอบของมอเตอรไมวาจะท าการ

ปรบคาดวตไซเคลเปนคาใดกตาม ซงจากการทดสอบนนเมอคาแรงบดของโหลดมคาเพมขนระบบยงไม

สามารถควบคมความเรวรอบของมอเตอรตามทตองการได

4.3 การทดสอบการประมาณการ

โครงงานนเปนการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยไมใชเซนเซอรวดความเรว จงตอง

มการค านวณความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยใชสมการทางคณตศาสตรโดยจะท าการค านวณผาน

ไมโครคอนโทรลเลอรและเมอทราบคาความเรวแลวจะสามารถควบคมความเรวแบบวงปดได ดงนนจงตองม

การทดสอบวาคาความเรวทไดจากการค านวณนนนนมความถกตองหรอไม โดยท าการจายแรงดนไฟฟาให

มอเตอรหมนทความเรวคาตางๆในสภาวะไมมโหลด จายกระแสฟลดทพกดจากนนท าการตรวจวดกระแส

และแรงดนของมอเตอรเพอสงคาเขาไปใหไมโครคอนโทรลเลอรท าการค านวณแลวแสดงคาทค านวณไดออก

ทางจอแอลซด เรยกวา คาความเรวประมาณการ และน ามาเปรยบเทยบกบคาความเรวทวดจากเซนเซอรวด

ความเรวซงเรยกวา คาความเรวจรง

Forward Direction

Forward Direction

Reverse Direction

Reverse Direction

รปท 4.11 แผนภาพการทดสอบความเรวประมาณการกบความเรวจรงจากเซนเซอรวดความเรว (Tachometer)

75

ตารางท 4.4 คาความเรวโดยประมาณเทยบกบความเรวจรงในกรณมโหลดและไมมโหลด

แรงดนทขวมอเตอร (Vt)

คาความเรวจรง (RPM)

คาความเรวประมาณการ(RPM)

คาความผดพลาด (%)

40 137.18 133 3.05 60 249.1 254 1.97

80 367.8 373 1.41 100 485.5 477 1.75

120 613.2 617 0.62 140 740.8 742 0.16

160 861.8 860 0.21

180 987.2 986 0.12 200 1156 1134 1.90

รปท 4.12 คาความเรวจรงของมอเตอรเทยบกบความเรวประมาณการ

โดยเพมแรงดนทละ 20 V ตงแต 40 - 200 V

เมอท าการทดสอบแลวพบวาในการค านวณหาคาความเรวของมอเตอรนนสามารถบอกคาความเรว

ของมอเตอรทมความผดพลาดเมอเทยบกบคาความเรวจรงอยท 0.12% - 5.18% ดงนนในการควบคมโดย

ไมใชเซนเซอรวดความเรวนนจงนาจะสามารถท าไดโดยการใชคาความเรวท ไดจากการค านวณน าไป

เปรยบเทยบกบคาความเรวทตงไว

0200400600800

100012001400

40 60 80 100 120 140 160 180 200

ความเรวจรง (RPM) ความเรวประมาณการ (RPM)

แรงดนทขวมอเตอร (V)

ความเรวรอบของมอเตอร (RPM)

76

4.4 การทดสอบลปกระแสแบบวงปด

ท าการก าหนดคากระแสไวทคาตางๆแลวสงเกตผลวาคากระแสทออกจากวงจรชอปเปอรนนมคา

เทากบกระแสทตงไวหรอไม โดยใชแรงดนอนพตคงทท 60V จายกระแสฟลดทพกด วงจรชอปเปอรตอกบ

มอเตอรท าการลอกโรเตอรและท าการสงเกตผลตอบสนองกระแสเอาทพตทออสซลโลสโคป

‘

ตารางท 4.5 แสดงคากระแสทออกจากลปกระแสเทยบกบกระแสทปรบตง

คากระแสทปรบตง (A) คากระแสทวดได (A) คาความผดพลาด (%) 0.5 0.44 12%

1 0.96 4% 1.5 1.38 8%

2 1.94 3%

รปท 4.13 แผนภาพวงจรการทดสอบลปกระแส

รปท 4.15 การทดสอบลปกระแสท Iref = 1A รปท 4.14 การทดสอบลปกระแสท Iref = 2A

77

รปท 4.16 คากระแสทวดไดเทยบกบคากระแสทปรบตงจากการทดสอบลปกระแส

จากการทดสอบการควบคมกระแสแบบวงปดพบวาคากระแสทวดไดทปอนเขามอเตอรกบ

คากระแสทปรบตงไวมคาความผดพลาดอยท 3% - 12%

4.5 การทดสอบการควบคมความเรวแบบวงปด

การทดสอบความเรวของมอเตอรแบบวงปดจะท าการตงคาความเรวทตองการเอาไวทคาตางๆ โดย

ท าการทดสอบกบโหลดทางกลหลายๆคา จากนนท าการเพมโหลดทางกลออกแบบทนทเพอวดคาความเรว

ของมอเตอรวามอเตอรสามารถรกษาความเรวตามทตงไวไดหรอไม และท าการทดสอบโดยการปลดโหลด

ทางกลเขาไปแบบทนทเพอวดคาความเรวของมอเตอรวามอเตอรสามารถรกษาความเรวตามทตงไวไดหรอไม

รปท 4.17 แผนภาพของการทดสอบความเรวมอเตอรแบบวงปด

0

0.5

1

1.5

2

2.5

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ครงท 4

คากระแสทปรบตง (A)

คากระแสทวดได (A)

กระแส (A)

78

รปท 4.18 คาความเรวขณะไมมโหลด โดยเปลยนความเรวอางองท 200, 400, 600, 800 และ 1000 rpm

รปท 4.19 คาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกล 1 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

1000 RPM

800 RPM 600 RPM

400 RPM

79

รปท 4.20 คาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกล 1 นวตนเมตร

รปท 4.21 คาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกล 2 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

80

รปท 4.22 คาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกล 2 นวตนเมตร

รปท 4.23 คาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกล 3 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

81

รปท 4.24 คาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกล 3 นวตนเมตร

จากการทดสอบควบคมความเรวมอเตอรแบบวงปดพบวามอเตอรมความเรวตามทตองการทงในขณะทไมมโหลดและในขณะทท าการเพมโหลดหรอปลดโหลดในชวงวนาทท 4-6 โดยความเรวจะมการกระเพอมอยชวงเวลาหนงระบบจงจะสามารถรกษาความเรวใหไดตามทก าหนดไว

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

บทท 5

บทสรปและขอเสนอแนะ

5.1 บทสรป

การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก แบบไรเซนเซอรวดความเรวดวยวงจร

ชอปเปอร โดยใช IPM เบอร BM64365S-VA ทภายในบรรจไอจบท 6 ตว โดยออกแบบวงจรใหตอแบบ

H-Bridge โดยใชบอรดไมโครคอนโทรลเลอร ET-BASE dsPIC30F4011 ในการสรางสญญาณเกตไดรฟใหกบ

ไอจบท เพอใหแรงดนทจายใหกบมอเตอรเปลยนแปลงไดตามทตองการ

ในการทดสอบจะแบงการทดสอบออกเปนหลายๆสวน โดยแตละสวนจะแสดงใหเหนวาการ

ควบคมความเรวของมอเตอรนนจ าเปนตองประกอบไปดวยอะไรบาง เชน การทดสอบวงจรชอปเปอร เพอด

ผลตอบสนองของแรงดนวาเปนไปตามทฤษฎหรอไม ซงจากการทดสอบพบวาวงจรชอปเปอรสามารถ

เปลยนแปลงคาแรงดนอนพตคงทใหเปนคาแรงดนเอาทพตคาตางๆไดโดยมคาความผดพลาดของคาแรงดน

เอาทพตทวดไดกบคาแรงดนเอาทพตจากการค านวณอยท 3.22%-4.83% การทดสอบควบคมกระแสแบบ

วงปดเพอดผลตอบสนองของกระแสวามความใกลเคยงกบคากระแสอางองหรอไมเพราะถาระบบสามารถ

ควบคมกระแสไดกจะสามารถควบคมความเรวได ซงจากการทดสอบพบวาระบบสามารถควบคมคากระแส

ไดโดยมคาความผดพลาดของคากระแสทวดไดกบคากระแสอางองอยท 3%-12% การทดสอบประมาณ

การความเรว เพอทดสอบวาการใชคาพารามเตอรทางไฟฟาค านวณหาคาความเรวของมอเตอรนนระบบ

สามารถค านวณความเรวไดถกตองหรอไม จากการทดสอบพบวาระบบสามารถค านวณคาความเรวได

คอนขางใกลเคยงกบคาความเรวอางองโดยมคาความผดพลาดอยท 0.12%-5.18% และการทดสอบ

ควบคมความเรวแบบวงปดโดยมการทดสอบแบบไมมโหลด ใสโหลด และปลดโหลด เพอดผลตอบสนอง

ความเรววาความเรวของมอเตอรมคาใกลเคยงกบความเรวอางองหรอไม หรอมความผดพลาดมากนอย

เพยงใด ซงจากการทดสอบควบคมความเรวแบบวงปดแบบไมมโหลดพบวาระบบสามารถค านวณคา

ความเรวไดตรงกบคาความเรวอางอง และเมอท าการทดสอบควบคมความเรวแบบวงปดแบบใสโหลด และ

ปลดโหลดพบวาในขณะทท าการใสโหลด และปลดโหลด ความเรวจะมการกระเพอมอยชวงเวลาหนงแต

ระบบกยงสามารถรกษาระดบความเรวไวได

83

การควบคมความเรวมอเตอรแบบไรเซนเซอรวดความเรวในโครงงานนเปนเพยงเครองตนแบบเพอ

พสจนทฤษฎตางๆทเกยวของทงในดานเครองกลไฟฟาระบบควบคมการควบคมแบบวงเปดและแบบวงปดซง

ผลทไดจากการทดสอบนนแสดงใหเหนวาการควบคมเปนไปตามทตองการมความคลาดเคลอนเลกนอยอน

เนองมาจากคาพารามเตอรตางๆของมอเตอร

5.2 ปญหาและการแกไข

1. อปกรณตรวจจบความเรว Tachogenerator ซงเปนเครองกลไฟฟากระแสตรงแบบแมเหลก

ถาวรขนาดเลกท าใหถกรบกวนจากสญญาณรบกวนไดงายจงควรอปกรณตรวจจบความเรวเปนแบบ Rotary

Encoder ทสามารถแปลงความเรวจากมอเตอรใหเปนสญญาณดจตอลเพอสงขอมลใหกบ

ไมโครคอนโทรลเลอรไดโดยตรงซงสญญาณจะถกรบกวนไดยาก

2. จอแอลซดทใชในการดผลตอบสนองความเรวของมอเตอรถกรบกวนไดงาย เนองจากการ

ออกแบบลายบนบอรดวงจรคอนขางซบซอน ท าใหวงจรฝงควบคมวางไวใกลกบวงจรฝงก าลงจงตองใช

Opto-Isolatorเพอแยกกราวดระหวางฝงก าลงกบฝงควบคมหรอไมอาจใชพอรตอนกรมเพอแสดงคา

ผลตอบสนองความเรวผานคอมพวเตอร

3. อปกรณตรวจจบกระแสทใชมความละเอยดคอนขางต า ท าใหมความผดพลาดในการค านวณโดย

ไมโครคอนโทรลเลอรมากขน ผลตอบสนองตางๆ ทไดจากการค านวณจงมคาความผดพลาดเกดขน

4. การเขยนโปรแกรมมความซบซอน โดยจะตองศกษาเพมเตม เพอใหสามารถเขยนไดอยาง

ถกตอง

5.3 แนวทางการพฒนาตอ

สรางโปรแกรมทสามารถหาคา PI Controller ของทงลปกระแสและลปความเรว เพอลดขนตอน

การค านวณมอลงสามารถหาคาความเรวทเหมาะสมของลปกระแส และสามารถดผลการจ าลองได กอนทจะ

น าคาทไดไปเขยนโปรแกรมเพอความสะดวกในการทดลอง หากตองการน าชดควบคมความเรวไปควบคม

มอเตอรไฟฟากระแสตรงตวอน

เอกสารอางอง

สชาต จนทรจรมานตย. (2555). ระบบควบคม (Control Systems). ปรญญานพนธวศวกรรมศาสตร บณฑต,มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา.

นคร ภคดชาตและชยวฒน ลมพรจตรวไล. (2551). คมอการทดลอง dsPIC Microcontrollerเบองตนดวย

โปรแกรมภาษา C กบ MPLAB C30. กรงเทพฯ: บรษท อนโนเวตฟ เอกเพอรเมนต จ ากด

(มหาชน).

สรรเสรญ บรรทดกจและรตพร แซกวย. (2555). การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรเซนเซอร วดความเรว. ปรญญานพนธวศวกรรมศาสตรบณฑต,มหาวทยาลยบรพา.

ประจน พลงสนตกล. (2555). การเขยนโปรแกรมควบคมไมโครคอนโทรลเลอร dsPIC30F ดวย คอมไพเลอร MPLAB C = dsPIC30F Programming with MPLAB C compiler. กรงเทพฯ: บรษท แอพซอปตเทค จ ากด(มหาชน).

R.Krishnan. (2001). Electric motor drive Modeling, Analysis, and Control, Prentice Hall

International.

ภาคผนวก

ภาคผนวก ก

การออกแบบและการตอวงจรชอปเปอรในการทดสอบการควบคมความเรวแบบวงปด

รปท ก.1 การออกแบบวงจรชอปเปอรดาน top

86

รปท ก.2 การออกแบบวงจรชอปเปอรดาน bottom

87

รปท ก.4 แสดงการตอวงจรรวมกบมอเตอรและอปกรณวดแรงบด

รปท ก.3 วงจรทใชในการทดสอบการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

88

รปท ก.5 แหลงจายไฟฟากระแสสลบทใชตอกบวงจรควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

89

ภาคผนวก ข

ผลการทดสอบการควบคมความเรวแบบวงปด

ในการทดสอบควบคมความเรวแบบวงปดทไดท าการทดสอบนน จะมการปรบเปลยนคาความเรว

ตงแต 300-1,000 รอบตอนาท และแรงบด 1-5 นวตนเมตร ซงในภาคผนวกนจะเปนกราฟของผลการ

ทดสอบในทกๆความเรว และแรงบดทท าการทดสอบ

รปท ข.1 แสดงคาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกลออก 1 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

90

รปท ข.2 แสดงคาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกลเขาไป 1 นวตนเมตร

รปท ข.3 แสดงคาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกลออก 2 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

91

รปท ข.4 แสดงคาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกลเขาไป 2 นวตนเมตร

รปท ข.5 แสดงคาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกลออก 3 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

92

รปท ข.6 แสดงคาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกลเขาไป 3 นวตนเมตร

รปท ข.7 แสดงคาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกลออก 4 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

300rpm

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

93

รปท ข.8 แสดงคาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกลเขาไป 4 นวตนเมตร

รปท ข.9 แสดงคาความเรวขณะมการปลดโหลดทางกลออก 5 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

400rpm

500rpm

600rpm

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

94

รปท ข.10 แสดงคาความเรวขณะมการเพมโหลดทางกลเขาไป 5 นวตนเมตร

0100200300400500600700800900

100011001200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

700rpm

800rpm

900rpm

1000rpm

ความเรว (rpm)

เวลา (sec)

95

ภาคผนวก ค

โคดทใชในการทดสอบควบคมความเรวแบบวงปด

#include <p30F4011.h> #include <libpic30.h> #include <stdio.h> #include <stdint.h> #include "lib/lcd.h" #include "lib/ma.h" #include "lib/uart1.h" #include "lib/adc.h" _FOSC(CSW_FSCM_OFF & XT_PLL16) _FWDT(WDT_OFF) _FBORPOR(MCLR_EN & PBOR_OFF & PWMxL_ACT_LO & PWMxH_ACT_LO & RST_PWMPIN) _FGS(CODE_PROT_OFF) #define FCY 29491200 // xtal = 7.372800Mhz; PLLx16 #define MILLISEC (FCY/10000) // 1 mSec delay constant #define FPWM 20000 #define CR 0x0D #define LF 0x0A #define BAUD 115200 //#define CONSOLE_LOG() (5.0F) //+Vref=VDD, -Vref=GND /****************************************************************** ADC PARAMETER ******************************************************************/ #define ADC_VOLT_REF (5.0F) //+Vref=VDD, -Vref=GND #define ADC_RESOLUTION (1024.0F) //10bits, 2^10 /******************************************************************* CURRENT SENSOR PARAMETER *******************************************************************/ #define ACS712ELCTR_05B_T (0.185F) //185mV/A

96

#define ACS712ELCTR_20A_T (0.1F) //100mV/A #define ACS712ELCTR_30A_T (0.066F) //66mV/A #define VOLT_PER_AMP (ACS712ELCTR_20A_T) #define AMP_FULL_SCALE (ADC_VOLT_REF / VOLT_PER_AMP) #define AMP_PER_BIT (AMP_FULL_SCALE / ADC_RESOLUTION /******************************************************************* MOCRO FUNCTION DEFINE //ใชแปลง ANL<-->DIGIT *******************************************************************/ #define CONV_TO_IDIGIT(I_ANL) ((uint16_t)(I_ANL / AMP_PER_BIT)) #define CONV_TO_IANL(I_DIGIT) ((float)I_DIGIT * AMP_PER_BIT) /******************************************************************* MOTOR PARAMETER *******************************************************************/ #define Ra 6.3F // Ohm #define Vs 200.0F // V #define La 0.2407F // H #define dt 0.0006 // s #define Kphi 0.1588 // V/rpm 0.13F /******************************************************************* CALCULATOR DUTYCYCLE *******************************************************************/ #define CALC_DUTY() ((float)PDC1 / (PTPER * 2.0)) /******************************************************************* CALCULATOR VOLTAGE *******************************************************************/ #define CALC_VT() (((((2.0*CALC_DUTY()) - 1) * Vs) * 1) - 0) #define CALC_VLa(i1, i0) (La * ((i1 - i0) / dt)) #define CALC_VRa(i1) (i1 * Ra) #define CALC_Ea(i1, i0) (CALC_VT() - CALC_VLa(i1, i0) - CALC_VRa(i1))

97

/******************************************************************* CALCULATOR SPEED ESTIMATE *******************************************************************/ #define CALC_SPEED_EST(i1, i0) (((CALC_Ea(i1, i0) / Kphi) * 0.9872) - 99.114) /******************************************************************* PID PARAMETER *******************************************************************/ #define SPEED_KP (500.0) #define SPEED_KI (0.00000007) #define I_KP (2.6) #define I_KI (0.1) #define DUTY_MAX_LIMIT ((int16_t)((float)(PTPER*2.0)*0.95)) #define DUTY_MIN_LIMIT ((int16_t)((float)(PTPER*2.0)*0.05)) void softStart (void); void softStop (void); void InitADC10 (void); void InitMCPWM (void); char disp_buf[32]; volatile int16_t rawISen[2]; volatile int16_t rawAdjSpeed; volatile float realISen[2]; volatile int16_t offset; volatile int16_t realSpeed; volatile int16_t refSpeed; volatile int16_t adc[3]; #define MAX_SMA_FILTER1 (8) //2^n Only volatile conf_ma_t conf_ma; volatile int16_t ma_buf [MAX_SMA_FILTER1]; volatile int16_t speed_loop_cnt = 0; volatile int16_t setpointSpeed = 0; volatile float speedErr = 0; volatile float accSpeedErr = 0;

98

volatile float i_star= 0; volatile float Ierr = 0; volatile float accIErr = 0; volatile int16_t pdc_tmp = 0; /********************************************************************* The ADC interrupt loads the PDCx registers with the demand pot value. This is only done when the motor is running. *********************************************************************/ void __attribute__((interrupt, no_auto_psv)) _ADCInterrupt (void) _LATD0 = 1; IFS0bits.ADIF = 0; /******************************************************************* SPEED ESTIMATED PROCESS *******************************************************************/ realISen[0] = realISen[1]; rawISen[0] = rawISen[1]; // rawISen[1] = (int16_t)kalman_filter (ADCBUF0) - offset; rawISen[1] = read_ma (&conf_ma, ADCBUF0) - offset; realISen[1] = CONV_TO_IANL(rawISen[1]); if((rawISen[1] - rawISen[0]) < 6) //Limit di/dt realISen[0] = realISen[1]; realSpeed = (int16_t)CALC_SPEED_EST(realISen[1], realISen[0]); /******************************************************************* SPEED LOOP PROCESS *******************************************************************/ //Speed PI Controller if (++speed_loop_cnt == 4) speed_loop_cnt = 0; speedErr = (float)setpointSpeed - realSpeed; accSpeedErr += speedErr; i_star = (speedErr * SPEED_KP) + (accSpeedErr * SPEED_KI);

99

if(i_star > 6.0) i_star = 6.0; else if (i_star < -6.0) i_star = -6.0; /******************************************************************* CURRENT LOOP PROCESS *******************************************************************/ // Current PI Controller Ierr = i_star - realISen[1]; accIErr += Ierr; pdc_tmp = (Ierr * I_KP) + (accIErr * I_KI); /******************************************************************* LIMIT AND UPDATE DUTY CYCLE PROCESS *******************************************************************/ if ((PDC1 + pdc_tmp) > DUTY_MAX_LIMIT) PDC1 = DUTY_MAX_LIMIT; accIErr = 0; speedErr = 0; else if ((PDC1 + pdc_tmp) < DUTY_MIN_LIMIT) PDC1 = DUTY_MIN_LIMIT; accIErr = 0; speedErr = 0; else PDC1 += pdc_tmp; PDC2 = PDC1; adc[1] = ADCBUF1; adc[2] = ADCBUF2; _LATD0 = 0; void CurrentSensorCalibrate (volatile int16_t *offset_ptr); int tick_speed = 0;

100

int step = 0; int main(void) LATE = 0x0000; TRISE = 0xFFC0; // PWMs are outputs _TRISD0 = 0; _LATD0 = 0; __delay32(2949120); // delay 1s rawISen[0] = 0; rawISen[1] = 0; realISen[0] = 0; realISen[1] = 0; setpointSpeed = 0; init_adc(); CurrentSensorCalibrate(&offset); init_ma (&conf_ma, &ma_buf[0], MAX_SMA_FILTER1); init_lcd(); InitADC10(); InitMCPWM(); __delay32(29491200 * 10); while(1) __delay32(29491200); // delay 1s tick_speed++; if (tick_speed == 1) tick_speed = 0; if (step == 0) setpointSpeed = 700; if (step == 1 ) step = 0; set_position_lcd(LINE1);

101

sprintf (disp_buf, "SP=%04d,VT=%5.1f ", setpointSpeed , (double)CALC_VT()); // sprintf (disp_buf, "VT=%5.1f,D=%4.2f ", (double)CALC_VT(), (double)CALC_DUTY()); // sprintf (disp_buf, "os=%04d,D=%4.2f ", offset, (double)CALC_DUTY()); puts_lcd (disp_buf); set_position_lcd (LINE2); sprintf (disp_buf, "PV=%04d,I=%4.2f ", realSpeed , (double)realISen[1]); // sprintf (disp_buf, "VL=%4.2f,VR=%4.2f ", (double)CALC_VLa(0, 0) , (double) CALC_VRa(0)); puts_lcd (disp_buf); // end of while (1) void CurrentSensorCalibrate (volatile int16_t *offset_ptr) uint8_t avg_n_cnt; uint16_t tmp_buf; float sum_os_buf = 0; for (avg_n_cnt = 0; avg_n_cnt < 128; avg_n_cnt++) tmp_buf = read_adc (0); sum_os_buf += (uint32_t)tmp_buf; __delay32(14746); // delay 0.5ms *offset_ptr = (volatile int16_t)((sum_os_buf / 128.0)); /******************************************************************* Below is the code required to setup the ADC registers for : 1. 1 channel conversion (in this case RB2/AN2) 2. PWM trigger starts conversion 3. Pot is connected to CH0 and RB2 4. Manual Stop Sampling and start converting

102

5. Manual check of Conversion complete *********************************************************************/ void InitADC10(void) ADPCFG = 0xFFF8; // all PORTB = Digital;RB0 to RB2 = analog ADCON1 = 0x0064; // PWM starts conversion ADCON2 = 0x0408; // Scan inputs // ADCHS = 0x0002; // Connect RB2/AN2 as CH0 = pot .. ADCSSL = 0x0007; // ch1 = Vbus, Ch2 = Motor, Ch3 = pot ADCON3 = 0x1F07; IFS0bits.ADIF = 0; IEC0bits.ADIE = 1; ADCON1bits.ADON = 1; // turn ADC ON /******************************************************************** InitMCPWM, intializes the PWM as follows: 1. FPWM = 20000 hz 2. Independant PWMs 3. Control outputs using OVDCON 4. Set Duty Cycle with the ADC value read from pot 5. Set ADC to be triggered by PWM special trigger *********************************************************************/ void InitMCPWM(void) PTPER = (FCY / FPWM) - 1; //1474 PWMCON1 = 0x0033; // Enable PWM1 only //OVDCON = 0x0300; // Disable overide control PDC1 = PTPER; // init PWM1 to D=0.5 PDC2 = PTPER; SEVTCMP = PTPER;

103

PWMCON2 = 0x0300; // 10 postscale values DTCON1 = 59; // Dead time = 2.0005967881944e-6 sec //Config PWM Interrupt _PWMIF = 0; // Clear PWM Interrupt Flag _PWMIP = 7; // Set PWM interrupt 7 (***The highest priority.) _PWMIE = 0; // disable PWM Interrupt PTCON = 0x8000; // PWM time base operates in a free running mode // start PWM

104

ภาคผนวก ง

ขอมลอปกรณทใชในโครงงาน

105

106

107

108

109

110

111

112

113