BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM LABVIEW
Giảng viên hướng dẫn : Th.S TRẦN VĂN TRINH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TIẾN
Lớp : ĐHĐT3A
MSSV : 07703181
Khoá : 2007-2011
TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM LABVIEW
Giảng viên hướng dẫn : Th.S TRẦN VĂN TRINH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TIẾN
Lớp : ĐHĐT3A
MSSV : 07703181
Khoá : 2007-2011
TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình công nhgiệp hóa- hiện đại hóa đất nước. Tự động hóa là yếu tố
không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại. Nói đến tự động hóa thì máy tính là
một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và không thể thiếu được trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt
trong đo lường và điều khiển.
Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại nhiều kết

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến
SVTH : NGUYỄN TIẾN
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
SVTH : NGUYỄN TIẾN
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
NHẬN XÉT

1.1.2 Nguyên lý làm việc của dộng cơ điện một chiều 1
1.2 Điều khiển động cơ DC 1
1.2.1Khái niệm chung 1
1.2.2 Phân loại động cơ điện một chiều 2
1.2.3 Các phương trình cơ bản của máy điện một chiều 3
1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC 7
1.3.1 Điều khiển điện áp phần ứng 7
1.3.2 Điều khiển từ thông 8
1.3.3 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ tong kích từ 8
1.3.4 Điều khiển điện trở phần ứng 9
Chương 2: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID 11
2.1 Điều khiển PID liên tục 11
2.2 Dạng rời rạc của bộ điều khiển PID 12
2.2.1 Sự hiệu chỉnh thực tế của bộ điều khiển 13
2.2.2 Kỹ thuật antiwindup bộ tích phân 16
2.2.3 Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID 16
Chương 3: LẬP TRÌNH TRONG MÔI TRƯỜNG LABVIEW.22
3.1 Khái quát chung về phần mềm labview 22
3.1.1 Giới thiệu 22
3.1.2 Thiết bị ảo (VI- Vitual Instrument) 22
3.1.3 Front Panel 22
3.1.4 Block Diagram 22
3.2 Kỹ thuật lập trình labview 23
SVTH : NGUYỄN TIẾN
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
3.2.1 Khởi động chương trình 23
3.2.2 Các công cụ hỗ trợ lập trình 24
Chương 4: GIỚI THIỆU VỀ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH.24
4.1 Thông số kỹ thuật 26
4.2 Cách sử dụng 30

Rotor (còn gọi phần ứng) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại các rãnh để đặt
các phần tử của dây quấn phấn ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ
thống chổi than – vành góp. Kết cấu của giá đỡ chổi than có khả năng điều chỉnh áp lực
tiếp xúc và tự động duy trì áp lực tùy theo độ mòn của chổi than.
Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều vào cuộn dây
phần ứng và đổi dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng
cực từ (một nửa có cực tính dương và một nửa có cực tính âm).
1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ U
k
nào đó thì trong dây quấn kích
từ sẽ xuất hiện dòng kích từ i
k
và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông . Tiếp đó đặt
một giá trị điệ áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phấn ứng sẽ có một dòng điện I
chạy qua. Tương tác giữa đòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành mômen
điện từ. Giá trị mômen điện từ được tính như sau:
Trong đó các p: số đôi cặp cực của động cơ.
n: số thanh đẫn phần ứng dưới một cực từ.
a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng.
k: hệ số kết cấu của máy.
Và mômen điện từ này kéo cho phần ứng quay quanh trục.
1.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC
1.2.1 Khái niệm chung
SVTH : NGUYỄN TIẾN 1
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
Điều khiển tốc độ là một yêu cầu: cần thiết tất yếu của các máy sản xuất. Ta biết
rằng hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc, điều kiện
làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau để tối ưu hóa quá trình sản xuất. Muốn có
được các tốc độ khác nhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc của máy như tỉ số truyền

Điện áp phần ứng U= E+R
Ư
I
Ư
(2)
Mômen phần ứng M= K (3)
Trong đó:
- U: điện áp của lưới điện một chiều
- E: suất điện động cảm ứng trong cuộn dây rotor khi nó quay trong từ trường do
cuộn dây kích từ tạo ra.
- : từ thông trên mỗi cực (Wb)
- I
Ư:
dòng phần ứng (A)
- U: điện áp phần ứng (V)
- R
Ư:
điện trở phần ứng (Ω)
- : tốc độ động cơ(rad/s)
- : mômen phần ứng của động cơ (Nm)
- : hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ
Từ công thức (1) và (3), ta có:
SVTH : NGUYỄN TIẾN 4
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
(4)
Hay (5)
Với động cơ một chiều kích từ độc lập, nếu điện áp kích từ được duy trì không
đổi, có thể giả thiết rằng từ thông động cơ không đổi khi mômen động cơ thay đổi.Khi đó
ta có:
K =constant (6)

Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
Đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp được vẽ như hình trên . Có thể
thấy rằng tốc độ của động cơ suy giảm nhiều theo mômen tải. Tuy nhiên trong thực tế,
các động cơ tiêu chuẩn thường được thiết kế làm việc tại các cánh chỏ (Knê-point) của
đặc tính từ hóa khi mang tải định mức. Với tải trên định mức, mạch từ động cơ bão hòa,
khi đó từ thông không thay đổi nhiều theo dòng tải dẫn đến đặc tính cơ tiệm cận với
đường thẳng.
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi momen
khởi động cao và có thể quá tải nặng. Với momen tải nặng, từ thông động cơ cũng tăng
theo. Như vậy với cùng một lượng gia tăng của momen như nhau, dòng phần ứng của
động cơ một chiều kích từ nối tiếp sẽ tăng ít hơn so với động cơ kích từ độc lập. Do đó,
trong điều kiện quá tải nặng, sự quá tải của nguồn cung cấp và sự quá nhiệt của động cơ
cũng ít hơn so với động cơ kích từ độc lập.
Theo công thức (10), tốc độ động cơ kích từ nối tiếp tỷ lệ nghịch với căn bặc hai
của momen. Vì vậy tốc độ động cơ khi không tải có thể tăng lên rất cao, chỉ bị hạn chế
bởi từ dư của động cơ và có thể gấp hàng chục lần tốc độ định mức. Điều này không cho
phép với máy điện – thường chỉ cho phép hoạt động gấp hai lần tốc độ định mức. Do đó
động cơ kích từ nối tiếp không được dùng với các ứng dụng trong đó momen tải có thể
nhỏ đến mức làm tốc độ động cơ vượt mức giới hạn cho phép.
SVTH : NGUYỄN TIẾN 6
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
Đặc tính của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có dạng như biểu diễn hình trên.
Tốc độ không tải của động cơ phụ thuộc vào dòng kích từ qua cuộn song song, trong khi
độ dốc đặc tính cơ phụ thuộc vào sự phối hợp giữa cuôn song song và cuộn nối tiếp. Động
cơ kích từ hỗn hợp được sử dụng trong những ứng dụng cần có đặc tính cơ tương tự động
cơ kích từ nối tiếp đồng thời cần hạn chế tốc độ không tải ở một giá trị giới hạn thích hợp.
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
Từ công thức (5) biểu diễn quan hệ giữa tốc độ - momen động cơ, ta có thể thấy
rằng tốc độ động cơ có thể được điều khiển bằng ba phương pháp sau:
1. Điều khiển điện áp phần ứng

nếu giả thiết là dòng cực đại cho phép, I của động cơ không thay đổi khi điều chỉnh từ
thông và điện áp cung cấp cho phần ứng, U là định mức. Khi đó , sức điện động của động
cơ, E= U –RI là hằng số. Vì vậy công suất điện từ cực đại cho phép của động cơ sẽ biến
thiên tỉ lệ nghịch với tốc độ.
Với động cơ DC kích từ độc lập, việc điều khiển kích từ được điều khiển bằng
cách thay đổi điện áp từ với bộ chỉnh lưu có điều khiển hoặc bộ chopper, tùy theo nguồn
cung cấp được sử dụng là AC hoặc DC. Với động cơ công suất nhỏ, cũng xó thể nối tiếp
biến trở vào mạch kích từ đẻ điều khiển từ thông.
Với động cơ DC kích từ nối tiếp, việc điều khiển từ thông được thực hiện bằng
cách thay đổi điện trở song song với cuộn kích từ. Một số động cơ kích từ nối tiếp có
cuộn kích từ nhiều đầu ra, và do đó có thể thay đổi từ thông bằng cách thay đổi số vòng
dây cuộn kích từ.
1.3.3 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ tong kích từ.
Phương pháp này được sử dụng khi cần thiết điều chỉnh tốc độ động cơ trong một
dải rộng trên và dưới tốc độ định mức. Tốc độ dưới tốc độ định mức được điều khiển
bằng cách thay đổi điện áp phần ứng trong khi giữ kích từ ở giá trị định mức. Tốc độ trên
định mức được biểu diễn bằng cách thay đổi điện áp kích từ.
SVTH : NGUYỄN TIẾN 8
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
Giới hạn của momen và công suất ra khi điều khiển hhỗn hợp điện áp phần
ứng và từ thông kích từ
1.3.4 Điều khiển điện trở phần ứng
Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập và nối tiếp khi điều khiển tốc độ bằng
cách thêm điện trở phụ vào phần ứng.
SVTH : NGUYỄN TIẾN 9
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
Khuyết điểm chính của phương pháp này là có hiệu suất của hệ thống rất kém và
độ cứng đặc tính cơ thấp, nhất là hoạt động ở tốc độ thấp. Do đó, phương pháp này hiện
nay ít được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, trừ các trường hợp:
- Khởi động động cơ

Một vài quy trình điều khiển, đặc biệt là các quy trình cũ, có khoảng tỉ lệ
(proportional band) được đặt thay vì là độ lợi điều khiển. Proportional band PB (theo
phần trăm) được xác định là PB =100/K. Định nghĩa này chỉ áp dụng khi K là không thứ
nguyên .
Công thức của hàm điều khiển không chỉ ra giới hạn thực tế ở đầu ra. Điều khiển
sẽ đạt trạng thái bảo hòa khi ngõ ra đạt tới giới hạn vật lý u
max
hoặcu
min
. trong thực tế ngõ
ra của điều khiển tỉ lệ như sau:
SVTH : NGUYỄN TIẾN 11
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
Phần tích phân của hàm điều khiển được dùng để khử sai số của trạng thái ổn định.
Chức năng của nó có thể được giải thích bằng trực giác như sau: Giả sử hệ thống ở trạng
thái ổn định vì vậy tất cả các tính hiệu đều là hằng số, đặc biệt là e(t). Trạng thái ổn định
chỉ được duy trì nếu phần tích phân u
I
(t) là hằng số, mặt khác u(t) có thể thay đổi . Điều
này chỉ xảy ra nếu e(t) bằng không,
Hàm điều khiển cũng có thể được biểu diễn theo phép biến đổi Laplace như sau:
Lưu ý trong hàm điều khiển này bậc của tử số bậc của mẫu số do đó độ lợi của
hàm điều khiển tiến về vô cùng ở tần số cao. Đây là hệ quả của giới hạn đạo hàm. Trong
thực tế đạo hàm khó có thể đạt được chính xác, nhưng có thể coi mạch cách gần đúng đối
với hệ thống bậc nhất với hằng cố thời gian T
f
. Ta có:
(5)
Trong đó: T
f

hiệu thường không có chu kỳ và thời gian tính toán cho việc cấu trúc lại tín hiệu bị giới
hạn.
2.2.2 Kỹ thuật antiwindup bộ tích phân:
Khâu vi phân điều khiển cơ cấu chấp hành và làm cho nó bảo hòa có thể gây ra
một số ảnh hưởng không mong muốn. Nếu sai số điều khiển lớn khâu vi phân làm cho cơ
cấu chấp hành hoạt động trong vùng bão hòa, vòng hồi tiếp sẽ bị gãy, bởi vì cơ cấu chấp
hành vẫn bão hòa thậm chí nếu ngõ ra hệ thống thay đổi. Khâu vi phân, trở thành hệ
thống không ổn định, có thể sau đó khâu vi phân đạt đến một giá trị rất lớn. Khi sai số
cuối cùng giảm xuống, khâu vi phân có thể vẫn lớn để nó cần có khoảng thời gian cần
SVTH : NGUYỄN TIẾN 13
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
thiết cho tới khâu vi phân trở lại giá trị bình thường. Sự ảnh hưởng này gọi là windup vi
phân
Có nhiều cách để tránh windup khâu vi phân. Một cách có hiệu quả nhất là dừng
cập nhật vi phân khi cơ cấu chấp hành bị bảo hòa. Một phương pháp khác được biểu diễn
ở sơ đồ khối hình a sau đây:
Ở đây một đường hồi tiếp được thêm vào để cung cấp giá trị đo được ở ngõ ra của
cơ cấu chấp hành, tín hiệu sai số e
s
là sự khác nhau của ngõ ra cơ cấu chấp hành u
c
và ngõ
ra bộ điều khiển v được dẫn về ngõ vào bộ tích phân qua khâu độ lợi 1/T
t
. Tín hiệu sai số
e
s
là sự khác nhau giữa ngõ ra cơ cấu chấp hành không bị bảo hòa. Khi cơ cấu chấp hành
SVTH : NGUYỄN TIẾN 14
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh

(time division proportional
control action)
Thiết bị ngõ ra dạng
xung ở trạng thái ON-OFF
có thể dùng thiết bị ngõ ra
của bộ điều khiển vị trí.
Những ngõ ra này gồm: relay
output, SSR (Solid State
relay) output, và voltage
output trong dãi tỉ lệ ở chu kì như hình bên dưới, thời gian T
on
ở ngõ ra tỉ lệ với độ lệch.
Tỉ số từ lúc on đến lúc off là 1:1và biến là 50% khi chu kỳ relay ngõ ra từ lúc on
đến lúc off với vị trí điều khiển bằng điểm đặt. Một chu kỳ từ on tới off của thiết bị ngõ ra
SVTH : NGUYỄN TIẾN 16
Đồ Án Học Phần 1 GVHD: Th.s Trần văn Trinh
được gọi là chu kỳ tỉ lệ (proportional period) và hoạt động điều khiển theo chu kỳ tỉ lệ
được gọi là “hoạt động điều khiển chia tỉ lệ thời gian”.
2.2.3.2 Khâu điều khiển vi phân D: (hoạt động dạo hàm)
Được đòi hỏi phải bù, được thực hiện đúng với biến đặt tỉ lệ, mức nghiêng của độ
lệch:
Tỉ số thời gian: (rate time)
Tỉ số thời gian là số biểu diễn độ dài của quá trình hoạt động. Đây là thời gian đòi
hỏi biến đặt của tỉ số hoạt động đạt được giống như biến đặt trong hoạt động hiệu chỉnh
khi xảy ra thay đổi độ dốc trong độ lệch. Tùy theo tỉ số thời gian dài hơn, vi phân linh
hoat hơn.
Hiệu ứng vi phân:( Differetial Effect)
Trong trường hợp độ lệch xảy ra đột ngột trong bộ chia tỉ lệ. Trước tiên ON hoặc
OFF thời gian của output relay được kéo dài bằng việc chỉnh đến diểm đặt sớm hơn. Vì
hiệu ứng của điều khiển này tương tự như tỉ số hoạt động, được xem như là “ hiệu ứng vi