5
KYU HI NGH“SINH VIÊN NGHIÊN CU KHOA HC” NĂM 2009 1 THIT KVÀ CHTO BðIU KHIN VTRÍ ðỘNG CƠ GIAO TIP VI MATLAB Sinh viên: Nguyn Viết Thun - CBHD: Ths. Dương Quc Bo – Chương trình ñào to ksư cht lượng cao Viêt – Pháp PFIEV ðà Nng Tóm tt: ðiu khin chính xác vtrí ñộng cơ ñin mt chiu là 1 trong các yêu cu quan trng nht ca các hthng ñiu khin công nghip. Mc ñích chính ca bài báo này là nghiên cu và chế to bñiu khin vtrí ñộng cơ sdng gii thut PID, S-curve Trajectory và truyn thông vi máy tính bng phn mm Matlab. Gii pháp này cho phép mang li nhiu ưu ñim cho bñiu khin hơn là PID truyn thng. Tkết qunghiên cu này ta có thng dng xây dng các hthng ñiu khin ñộng cơ trong công nghip.. Abstract: Precision-motor position controlling is one of the most important requirements in industrial controllers. The main object of this paper is studying and designing a motor position controller using PID algorithms, S-curve Trajectory and communicate with Matlab. This solution could bring more advantages than conventional PID. We can apply the results of this paper to designing industrial motor controller. I. Mñầu 1. Lý do chn ñề tài: Hin nay nước ta ñang trong giai ñon công nghip hóa. Vic sdng các máy CNC và các tay máy công nghip ngày càng phbiến trên cnước. Các thiết bnày ñề yêu cu cao vñiu khin vtrí và ñộ n ñịnh. Tuy nhiên, do ña scác máy móc này ñều nhp tnước ngoài nên khi có hng hóc thì vn ñề khc phc rt tn kém và mt nhiu thi gian. Có nhiu gii pháp ñược ñưa ra nhm gii quyết vn ñề này. Các bñiu khin trong nước là 1 hướng ñi tích cc. Tuy nhiên vic thay thế hoàn toàn 1 hthng ñiu khin sgp nhiu khó khăn, Do ñó vic hướng ti vic chế to các thiết bñiu khin trong nước theo tng module là 1 hướng ñi ñáng quan tâm. Gii thut PID kinh ñin ñược ng dng rng rãi trong công nghip có thlà 1 gii pháp tt. Tuy nhiên vi yêu cu ñiu khin vtrí ñộng cơ thì PID truyn thng bc l1 snhược ñim vgim vt l. Do ñó, ng dng gii thut PID kinh ñin kết hp vi ñiu khin quñạo và thc hin giám sát bng máy tính có thlà 1 gii pháp ít tn kém và phù hp vi ñiu kin thc tế sn xut. 2. Mc ñích nghiên cu và phm vi nghiên cu 1) Nghiên cu ng dng gii thut PID cho vi ñiu khin PIC18f4550. 2) Nghiên cu phương pháp điu khin ñộng cơ. 3) Nghiên cu truyn thông gia vi ñiu khin và máy tính sdng Matlab. 4) Nghiên cu vgii thut thc hin S-curve. 5) Nghiên cu, thiết kế và chế to mch ñiu khin ñộng cơ.

Thiet Ke Va Che Tao Bo Dieu Khien Vi Tri Dong Co Giao Tiep Voi MATLAB

Embed Size (px)

DESCRIPTION

thiết kế dựa trên nền vi điều khiển PIC

Citation preview

  • K YU HI NGH SINH VIN NGHIN CU KHOA HC NM 2009

    1

    THIT K V CH TO B IU KHIN V TR NG C GIAO TIP VI MATLAB Sinh vin: Nguyn Vit Thun - CBHD: Ths. Dng Quc Bo Chng trnh o to k s

    cht lng cao Vit Php PFIEV Nng

    Tm tt: iu khin chnh xc v tr ng c in mt chiu l 1 trong cc yu cu quan trng nht ca cc h thng iu khin cng nghip. Mc ch chnh ca bi bo ny l nghin cu v ch to b iu khin v tr ng c s dng gii thut PID, S-curve Trajectory v truyn thng vi my tnh bng phn mm Matlab. Gii php ny cho php mang li nhiu u im cho b iu khin hn l PID truyn thng. T kt qu nghin cu ny ta c th ng dng xy dng cc h thng iu khin ng c trong cng nghip..

    Abstract: Precision-motor position controlling is one of the most important requirements in industrial controllers. The main object of this paper is studying and designing a motor position controller using PID algorithms, S-curve Trajectory and communicate with Matlab. This solution could bring more advantages than conventional PID. We can apply the results of this paper to designing industrial motor controller.

    I. M u

    1. L do chn ti: Hin nay nc ta ang trong giai on cng nghip ha. Vic s dng cc my CNC v cc

    tay my cng nghip ngy cng ph bin trn c nc. Cc thit b ny yu cu cao v iu khin v tr v n nh. Tuy nhin, do a s cc my mc ny u nhp t nc ngoi nn khi c hng hc th vn khc phc rt tn km v mt nhiu thi gian. C nhiu gii php c a ra nhm gii quyt vn ny. Cc b iu khin trong nc l

    1 hng i tch cc. Tuy nhin vic thay th hon ton 1 h thng iu khin s gp nhiu kh khn, Do vic hng ti vic ch to cc thit b iu khin trong nc theo tng module l 1 hng i ng quan tm. Gii thut PID kinh in c ng dng rng ri trong cng nghip c th l 1 gii php tt.

    Tuy nhin vi yu cu iu khin v tr ng c th PID truyn thng bc l 1 s nhc im v gim vt l. Do , ng dng gii thut PID kinh in kt hp vi iu khin qu o v thc hin gim st bng my tnh c th l 1 gii php t tn km v ph hp vi iu kin thc t sn xut.

    2. Mc ch nghin cu v phm vi nghin cu 1) Nghin cu ng dng gii thut PID cho vi iu khin PIC18f4550. 2) Nghin cu phng php iu khin ng c. 3) Nghin cu truyn thng gia vi iu khin v my tnh s dng Matlab. 4) Nghin cu v gii thut thc hin S-curve. 5) Nghin cu, thit k v ch to mch iu khin ng c.

  • K YU HI NGH SINH VIN NGHIN CU KHOA HC NM 2009

    2

    3. Phng php nghin cu 1) Da vo cng thc ca PID lin tc v S-curve lin tc xy dng PID ri rc v S-curve ri rc nhm p dng trong vi iu khin. 2) Phn tch cc u v nhc im ca cc phng php iu khin ng c v la chn phng php iu khin ph hp vi yu cu ca ti. 3) S dng Instrument Toolbox ca Matlab xy dng truyn thng iu khin v gim st qu trnh iu khin. 4) Thi cng mch iu khin s dng PIC18f4550 v IC TCA785 thc hin iu khin pha.

    II. Tng quan iu khin ng c l 1 lnh vc pht trin t lu. Do khi thit k th c rt nhiu gii

    php a ra p ng cc yu cu. Trong cc phng php iu khin ng c th phng php chnh lu iu khin pha l 1 k

    thut ph bin v mang li kh nng ng dng cao hn so vi cc phng php khc trong cc my mc v dy chuyn cng nghip. Vi th mnh l 1 cng c lp trnh mnh m dnh cho tnh ton v kh nng m phng h

    thng iu khin nn Matlab l phn mm c ng dng rng ri trong cc hot ng nghin cu. Trong ti ny, Matlab c s dng truyn v nhn tn hiu phn hi nhm nh gi cht lng ca b iu khin. Trong nhng nm gn y, vi iu khin v ang c s dng rng ri trong cc ngnh

    cng nghip. Mc d PLC vn l s la chn hng u cho cc h thng ln th u im ca vi iu khin l n nh ngy cng cao, kh nng lm vic theo tng modul nh, n gin trong lp trnh, mm do vi cc ng dng khc nhau cng nh gim c chi ph u t. Vi yu cu v 1 modul iu khin ng c th vi iu khin c s dng trong ti ny.

    III. Nhng nghin cu thc nghim hoc l thuyt 1. Giao tip RS232 dng Matlab

    Matlab cung cp Instrument Control Toolbox l 1 cng c cho vic kt ni cc thit b vi cc chc nng chnh sau.

    1) To ra i tng truyn thng trn matlab ( instrument objects): Hm serial to ra 1 i tng. Hm ny yu cu tn ca cng COM m i tng kt ni. 2) Ci t thng s truyn thng :BaudRate , Databits , Parity , StopBits , Terminate 3) Kt ni i tng ny vi thit b: Ta s dng hm fopen() bt u kt ni vi thit b. 4) Truyn v nhn d liu 5) Ngt v hm phc v ngt: Khi truyn thng, nu c 1 s kin ( c xc nh ) xy ra th s xy ra 1 ngt v chng ta c th gi cc hm phc v ngt. 6) Thit k phn mm iu khin dng Matlab: Cc chc nng chnh ca phn mm:

    a) Ci t cc thng s cho cng truyn thng. b) Chn cc gi tr Kp, Ki, Kd cc gi tr mong mun v truyn xung vi iu khin. c) Thu nhn tn hiu phn hi t vi iu khin gi ln v v th

  • K YU HI NGH SINH VIN NGHIN CU KHOA HC NM 2009

    3

    Giao din phn mm c thit k trn Matlab.

    2. Thit k qu o S-curve Vi yu cu b iu khin phi c kh nng phi

    hp chuyn ng ca nhiu ng c khc th vic thit k qu o cho ng c l bt buc m bo qu o ca c cu chp hnh. Cc yu t bit trc: v tr yu cu, vn tc yu

    cu, gia tc a. Tnh ton:

    20 0

    0 0

    0

    _ ; _ ; _ _ _ 2. _2

    _ _

    _ _ ; _ _ 2 _

    v vt ttoc y ttoc y deu y ttoc y der y ttoc

    a a

    y deu y ttoct deu t ttoc t giamtoc t deu t ttoc

    v

    = = = +

    = + = +

    Giai on 1 : t < t_ttoc 2

    0 01

    ; 2

    y a t v a t= =

    Giai on 2 : t_ttoc < t < t_deu 0 0_ ( _ ) ; y y ttoc v t t ttoc v v= + =

    Giai on 3 : t_deu < t < t_giamtoc 2

    0 0 0 01

    _ ; 2

    y y deu v t a t v v a t= + =

    Tuy nhin trong thc t ta khng th tnh ton vi thi gian t lin tc. Do ta phi ri rc ha cc cng thc trn vi mu thi gian l step_time . Nh vy ta nhn c cc cng thc sau: ( vi m_... l s im mu thi gian).

    _ _

    _ ; _ _ 2 _ ; __ _

    t deu t giamtocm deu t giamtoc t deu t ttoc m giamtoc

    step time step time= = + =

  • K YU HI NGH SINH VIN NGHIN CU KHOA HC NM 2009

    4

    KHI NGUN IU KHIN

    KHI PHT XUNG KHI IU KHIN

    KHI KCH THYRISTOR

    KHI CHNH LU NG C

    KHI PHN HI.

    KHI NGUN NG LC

    MATLAB

    Giai on 1 : t < t_ttoc 2

    0 01 ( _ ) ; _2

    y a m step time v a m step time= =

    Giai on 2 : t_ttoc < t < t_deu 0 0_ ( _ ) _ ; y y ttoc v m m ttoc step time v v= + =

    Giai on 3 : t_deu < t < t_giamtoc

    [ ]20 00 0

    1_ ( _ ) _ ( _ ) _

    2( _ ) _

    y y deu v m m deu step time a m m deu step time

    v v a m m deu step time

    = +

    =

    3. Thit k v thi cng mch iu khin

    1) Khi ngun iu khin: Cp ngun 5V, 12V, 15V,-15V n nh cho mch iu khin. 2) Khi iu khin : Gm PIC18f4550, DAC0808, Max 232 lm nhim v tnh ton, a ra in p analog iu khin, nhn encoder phn hi v truyn thng vi Matlab. 3) Khi pht xung : Gm 2 IC TCA785 lm nhim v pht hin im khng, nhn in p iu khin t khi iu khin v a ra xung kch ng thi im. 4) Khi kch Thyristor : Gm cc mch khuch i xung kch kch m Thyristor. 5) Khi chnh lu : Gm 8 thyristor 2P4M. 6) Khi ngun ng lc : Ngun cung cp 24 VAC. 7) C cu chp hnh : ng c in 1 chiu 30V, . 8) Khi phn hi : Incremental rotary encoder 200ppr. 9) Khi Matlab : truyn thng v iu khin bng my tnh.

  • K YU HI NGH SINH VIN NGHIN CU KHOA HC NM 2009

    5

    4. Kt qu thu c

    th n nh vn tc ng c khi c ti th n nh v tr ng c ng mu lc : Tc thc t ng mu en : Tc mong mun

    ng mu : Qu o iu khin ng mu xanh : V tr mong mun ng mu lc : Qu o thc t

    iu khin chnh xc v tr ca ng c vi chnh xc kh cao. n nh vn tc ca ng c khi c ti v khng ti. Thu nhn tn hiu phn hi v v th dng Matlab thnh cng.

    IV. nh gi kt qu nghin cu ny, vt l c gim ti a vi sai s nh. Trn c s ny c th pht trin cc

    k thut hin i hn v s dng h iu hnh thi gian thc ch to cc b iu khin phc tp hn dng phi hp nhiu ng c trong my CNC v tay my robot. Ta c th s dng Matlab Compiler Toollox to ra file chay c lp cho cc my tnh khng ci phn mm Matlab.

    V. Kt lun

    Vic ng dng cc phng php iu khin hin i vo iu khin ng c l rt cn thit v ngy cng ph bin. Vi nhng kt qu t c, ti ny c th l mt hng i nhm gim gi thnh v mang li hiu qu cao trong thc t.

    Li cm n

    Em xin gi li cm n chn thnh n thy Dng Quc Bo v cc thy c trong chng trnh PFIEV, gip em tn tnh v k thut v to iu kin tt nht em c th hon thnh tt ti.

    Ti liu tham kho [1] George W. Younkin, Industrial Servo Control Systems. New York: Marcel Dekker, 2003, ch 4. [2] Mathworks, Instrument Control Toolbox Users Guide. [3] Ts. Phm ng Phc, Robot cng nghip. chng 4. [4] Mathworks, Matlab 7.0 and Simulink 6.0 help.