HUTECH
B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TPHCM

NGUYN THANH HÙNG
IU KHIN PID TI U BN VNG
CHO NG C DC KHÔNG CHI QUÉT

LUN VN THC S

THIT B, MNG VÀ NHÀ MÁY IN
MÃ S: 60 52 50 TP. H CHÍ MINH, tháng 3 nm 2012
HUTECH

TP. H CHÍ MINH, tháng 3 nm 2012

HUTECH

HUTECH

IU KHIN TI U BN VNG
CHO NG C MT CHIU KHÔNG CHI QUÉT
“PID OPTIMAL AND STABLE CONTROLLER
FOR BRUSHLESS DC MOTOR IS SCANNED Nguyn Thanh Hùng -Võ Hoàng Duy -Trng i HcăTônăc Thng
Khoa C in t Trng i hc k Thut Công Ngh TP.HCM, Vit Nam TÓM TT Mtăphngăpháp hn hp gia H2 và H ∞ đc áp dng rng rãi cho các h thng có thông s và mô
hình đ cóăđc mt b điu khin tiău hoàn ho. (BLDC) đng c mt chiu không chi quét đc
s dng rng rãi cho các ng dng kim soát hiu sut cao. B điu khin PID thông thng ch cung
cp hiu sut thaăđángăcho đim thit lp quyăđnh. Tuy nhiên, vi s hin din nó trong h thng,
thôngăthng PID là không đ đ đtăđc mt b điu khin ti u. Bài báo này trình bày mt cách
tip cn d dàng thit k mt hn hp H2 / H ∞ PID b điu khin đ kim soát tcăđ ca đng c
DC không chi quét và các thut toán di truyn đc s dngăđ gii quyt nhng vnăđ tiăuăhóa.
Kt qu th nghim đc th hin đ chng minh rng hiu sut trong b điu khin này là ttăhnăsoă
vi trong b điu khin PID tiău bng cách s dng phngăphápătip cn LQR.
hc công ngh.ă Trongă đóă Vit Nam chúng ta
đangă thc hină theoă hng công nghip hóa,
hinăđiăhóaăđtănc vi s thayă đi ca nn
sn xut công nghip, ngành khoa hc công
ngh v t đngăhoáăcngăcóănhngăbc phát
trinăvt bc và tr thƠnhăngƠnhămiănhn ca
th gii nói chung và nn công nghip Vit Nam
nói riêng. Các h thngă điu khin có tính t
đng hoá s dngă đngă că đină thngă đc
thit k vi nhng phn t tngăt tngăđi
cng kn r tin. Nhngă đim yu ca các h
thngătngăt là chúng nhy cm vi s thay
điăđiu kin thi gian, thi tit, nhităđ cngă
HUTECHnhă tui th ca các thành phn trong điu
khin. Vnăđ là chúng ta phi bităđc nhng
uăvƠăkhuytăđim ca tngăphng phápăđiu
khin, trong đóănghiên cu gii thut di truyn
đ tìm các thông s ca b điu khin PID và
mô phng và thit k b điu khin PID. Nghiên
cuăđiu khin PID ti uăbn vngăchoăđngăcă
mt chiu không chi quét nhmăđtăđc hiu
sut cao và gimăđc tn tht công sut, không
cn boă dngă vƠă lƠmă tngă nhuă cu s dng
đngă că nƠyă trongă nhng ng dng rô bt và
servo công sut ln.ăLƠmăcăs phát minh ra các
thit b công sut hinăđi và ng dng caăđng
că nƠyă trongăcácă truynă đng có yêu cuăđiu

chuynămchătheoăvătríărotor).ăNhngăđngăcă
nƠyăđcăbităđnănhălƠăđngăcăđngăbăkíchă
thíchăbngănamăchơmăvnhăcuă hayăcònă giălƠă
đngă că mtă chiuă khôngă chiă quét BLDC
(BrushlessăDCăMotor).ăDoăkhôngăcóăcăgópăvƠă
chiăquét nênăđngăcănƠyăkhcăphcăđcăhuă
htăcácănhcăđimăcaăđngăcămtăchiuăcóă
vƠnhăgópăthôngăthng.
Huă htă cácă đngă că BLDCă cóă baă cună dơyă
startoră dngă hìnhă sao,ă miă cună dơyă startoră cóă
nhiuăbiădơyănh,ăcácăbiădơyănhănƠyăđcăđtă
trongăcácărnhă vƠă đcă ktă viă nhauă toăthƠnhă
cunădơyăstartor.ăCóăhaiăloiăstartorălƠăloaiătoăraă
cácăphaăsóngădngăsinăvƠăsóngăhìnhăthang.
3. IU KHIN TI U BN VNG
NG C DC KHỌNG CHI QUÉT.
Cho h thngă điu khină nhă hìnhă điă tng
P
0
(s). ngăcăDCăkhôngăchi quét có các thông
s nhăsau:

Bng 4.2: Thông s caăđngăcăBLDC
Thông s
Giá tr
R
21.2 
K
b
0.1433 V s/rad


Sai lch mô hình 
0
(s), b chnănhăsau:
101.0
1.0
)(
2
0


ss
s

Vi ngõ vào là hàm nc, thì
ipd
ksksks
ss
se
36.275577)36.2755775.43567()36.2755777.417(
5.435677.417
)(
23
2



Ràng buc năđnh bn vng:
1
)(




Thut toán di truyn btăđu bng vic to ngu
nhiên mt qun th bao gm 200 nhim sc th,
sau 15 th h,ătìmăđc b điu khin PID thích
hp vi các thông s nhăsau,ăk
p
= 180.1755,
k
i
= 4.6997, k
d
= 0.0353.
ápăng nc ca h thng:
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Time (s)
Speed (rpm)

Hình 1: áp ng vn tc ca h thng vi b

800
1000
1200
Time (s)
Speed (rpm)

Hình 3: áp ng vn tc ca h thng vi b
điu khin PID ti u H
2
/H


khi có sai s mô
hình
4. THIT K MCH IU KHIN:
4.1 S đ điu khin vn tc ca đng c DC
không chi quét
PWM
Commutation
Sequence
3-Phase
Inverter
Bridge
BLDC
Motor
E
PID
+
Speed
Reference

LED
C15
33 pF
5V
DC-
IMOTOR
HALLB
DC+
SDA
C12
104
J13
HEADER 5
1
2
3
4
5
J6
CON6
1
2
3
4
5
6
PWM5
D9
LED
C4

J7
CON6
1
2
3
4
5
6
INDX
R22
R
-
+
U8A
LM324
3
2
1
411
J2
CON2
1
2
DC+
12V
PWM2
R5
300
J11
HEADER 3

1
2
3
R28
10k
Q6
IRF540N /TO
DC+
PWM1
R36
1K
Q2
IRF540N /TO
5V
C11
104
D12
LED
5V
R43
2k4
R15
33R
C14
47 uF
PWM0
12V
C8
0.1uf
R1

25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RE1/AN7
RC3/T0CLK/ INT0
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD6/PW M6
RD7/PW M7
VSS
RB7/PGDMCLR/VPP
RA0/AN0
RA1/AN1

QEA
12V
D8
LED
12V
PWM2
J3
HEADER 2
1
2
HALLA
SW1
D1
DIODE
PGD
PWM4
5V
DC+
Q4
IRF540N /TO
R38
1K
R4
10k
R53
10k
R20
R
D11
LED

U9A
LM339
5
4
2
312
J4
HEADER 3
1
2
3
5V
U6
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB

R42
1M
5V
R24
R
D10
LED
D5
HALLA
PWM5
PWM0
R27
2k
12V
DC-
C9
1000uf
R41
1k
R23
R
R29
10k
R13
33R
R31
10K
J12
HEADER 5
1

R25
R
R40
300
C5
3.3 uF
IMOTOR
J14
CON2
1
2
J9
ICPS
1
2
3
4
5
R2 100
D4
FAULTA
J8
CON3
1
2
3
C6
CAP NP
5V
5V

U5
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
M1
U6
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC

J3
HEADER 2
1
2
12V
PWM3
M2
R13
33R
D3
DIODE
R7
300
D2
DIODE
R12
33R
DC-
C5
3.3 uF
PWM2
M1
12V
Q1
IRF540N /TO
R16
33R
M3
Q3
IRF540N /TO

M2
12V

Hình 7: Mch driver và đng lc
Linh kin chính ca mch gmăICăđiu
khin IR2101 và Mosfet IRF 540. IC IR 2101 có
nhngăđtăđim chính sau: ngun cp t 10ăđn
20ăVDC,ăđuă vƠoătngăthíchăvi 3.3, 5 và 15
VDC,ăkhóaăđin áp thp, kt hp trì hoãn truyn
ca c haiăkênh,ăcácăđu vào caăIR2101ăđc
ni tiă6ăkênhăđiu rng xung ca PIC18F4431
t PWM0ăđn PWM5 theo tng cp mt.PWM0
và PWM1, PWM2 và PWM3, PWM4 và PWM5
đuăraăthiăđc ni vi chân G ca IRF540. IRF
540 có kh nngă đóngă ngt nhanh và tn hao
đóngăngt thp có th s dngăđinăápăđn 100V
và dòng 20A. Nhim v chính ca mch này
nhă lƠă mt b nghchă luă đ to t dòngăđin
DCăraădòngăđin vi 3 pha khác nhau, lch nhau
120ăđ đ điu khinăđng căBLDC.ăKhiătngă
tn s điu rng xung IR2101 s kích vào m
các IRF540 thích hp nhiuăhn,ădòngăđin qua
đngăcălnăhnădoăđóăchyănhanhăhn.ăNgc
li khi tn s điu rng xung gim IRF540 m ít
hnădòngăquaăđngăcănh hnădoăđóăchy chm
hn.
4 4.5 Mô hình thc t:

Hình 8: Mô hình thc t


[4]. K.ASTROM, T.HAGGLUND, PID
Controller: Theory, Design, and Tuning, 2
ND

Edition.
[5]. CHIN. TENG. LIN, CS GEORGE LEE,
(1996) Neural Fuzzy Systems, Prentice-Hall
International Edition.
[6].ă NGUYNă ÌNHă THÚC,ă ÀOă TRNGă

nhy cm vi s thay đi điu kin thi gian, thi
tit, nhit đ cng nh tui th ca các thành phn
trong điu khin. Hn na các h thng điu khin
truyn thng này khó m rng tính nng và khó nâng
cp khi s dng.
HUTECH
Trong đó b điu khin PID là b điu khin đc s
dng rng rãi và ph bin nht hin nay. B điu khin
PID ra đi cách đây đã khá lâu nhng không vì th mà
không còn đc nghiên cu và phát trin. S phát
trin ca khoa hc k thut cùng vi nhng nhu cu
thc t ca xã hi đòi hi cn phi có đc nhng b
điu khin PID( proportional integral derivative) ti u
hn và bn vng
4
HUTECH
T nhng vn đ thit thc trên cho nên tôi tin
hành nghiên cu đ tài :
“iu khin PID ti u
bn vng cho đng c mt chiu không chi
quét ”.
5
HUTECH
6
2.Mc đích đ tài
Tìm hiu các nguyên tc điu khin ca đng c
mt chiu (DC) không chi quét, xây dng các
phng trình điu khin ti u, bn vng. Nghiên
cu gii thut di truyn đ tìm các thông s ca b
điu khin PID và thit k b điu khin PID.

bi dây nh, các bi dây nh này đc đt trong các
rnh và đc kt vi nhau to thành cun dây startor.
Có hai loi startor là loai to ra các pha sóng dng sin
và sóng hình thang.
10
HUTECH
2. S lc v các phng pháp điu khin
đng c mt chiu không chi than
Ngày nay có rt nhiu phng pháp điu khin
đng c không chi than trong đó k đn phng
pháp
 iu khin m;
 Gii thut di truyn;
 iu khin thích nghi;
 iu khin ti u
 iu khin PID (proportional integral derivative).
11
HUTECH
12
H điu khin đng c mt chiu không chi quét
HUTECH
13
HUTECH
14
HUTECH
15
HUTECH
16
HUTECH
17