TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010

317
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN
1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
APPLICATION OF THE DIGITAL SIGNAL PROCESSOR TO THE CONTROL OF
ELECTRIC DRIVE SYSTEM USING SEPARATELY EXCITED DC MOTOR

Đoàn Quang Vinh, Diệp Xuân An
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xử lý tín hiệu số (DSP) đã và
đang trở thành một công nghệ tiên tiến. Vì vậy, DSP được ứng dụng mạnh mẽ và rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng của kỹ thuật xử lý
tín hiệu số trong việc điều khiển tốc độ (có đảo chiề
u) động cơ 1 chiều. Cụ thể là xây dựng bộ
điều khiển PID số trên phần mềm Matlab Simulink, kết nối với hệ dSPACE DS1104, tạo giao
diện điều khiển bằng phần mềm ControlDesk để xuất tín hiệu điều khiển dưới dạng analog
thông qua cổng DAC của hệ dSPACE DS1104. Qua đó điều khiển hệ thống truyền động điện
thực sử dụ
ng động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
ABSTRACT
Nowadays, together with the development of science, digital signal processing (DSP)
has become an advanced technology. Hence, it has been extensively applied in a wide range of
fields. This article deals with some results of research and application of the DSP technology in
the DC motor speed control (reversible). The final part of this study is concerned with a design
of a digital PID controller on Matlab-Simulink, connecting with dSPACE DS1104, creating the
control interface by the ControlDesk software to generate control signal in analog via the DAC
connector of dSPACE DS1104. Thereby, we can control a real electric drive system using a

1
và α
2
(góc mở của 2 bộ biến đổi) được thực hiện theo quan hệ α
1
+ α
2

= 180
o
. Sự phối hợp này gọi là phối hợp tuyến tính

Hình 1. Bộ chỉnh lưu đảo chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh
2.1.2. Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển:
Từ lý thuyết về bộ chỉnh lưu 3 pha có đảo chiều, tác giả đã thiết kế mạch trên
phần mềm Orcad, kết quả thiết kế như sau

+12V

3
J45
AC PW R
Q52
SCR
Out1
GND_1L1
GND_4
GND_3GND_3L3
GND_2L2
+
-
~
~
D38
DIODE BRI DGE
+12V_4
1
2
12VAC 1000uf2
104pf2
Q53
SCR
GND_1
Thy _1Thy _1
L1
Out1
+12V
R46
4.7k

1
2
3
4
J47
CON4
+12V_5
1
2
12VAC 1000uf3
104pf3
L2
R128
4.7k
12
43
ISO25
PC521
R129
10k
+12V_1
1N4007
R130
200
Q58
B772
Thy _7
GND_1L1
Out4 GND_ 5
+12V

GND_ 5
Thy _9
+12V
Out5
R138
4.7k
R139
10 2W
12
43
ISO27
PC521
+12V_5
1N4007
R140
200
Q60
B772
R141
4.7k
R142
4.7k
R143
10k
R144
10k
Thy _12
Thy _3
GND_ 3
GND_2

B772
Q62
B772
Out3
R151
4.7k
R152
10k
Thy _11
+12V
Out6 GND_ 5
R153
4.7k
Out6
R154
10 2W
Out5
Out4
12
43
ISO30
PC521
1N4007
+12V_5
Thy _10
GND_ 2
R155
200
Out4
+12V

+
-
~
~
D7
DIODE BRI DGE
+12V_1
1
2
12VAC 1000uf4
104pf4
GND_4GND_4GND_4
D48
DIODE 10A
Thy _9
Thy _2Thy _2
R163
4.7k
R164
10k
Thy _6
+12V
Thy _1Thy _1
GND_4
R165
4.7k
Out2
R166
10 2W
12

DIODE 10A
Thy _7Thy _7
+12V
Thy _ 4Thy _ 4
Thy _5Thy _5
Thy_12
GND_2
+
-
~
~
D51
DIODE BRI DGE
+12V_2
1
2
12VAC 1000uf11
104pf11
R168
4.7k
Thy _6Thy _6
R169
10k
Thy _5
+12V
Out3 GND_3
R170
4.7k
R171
10 2W

GND_4
R177
200
Q73
B772
R178
4.7k
Out3
R179
10 2W
a.
b.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010

319 Hình 2. Sơ đồ mạch điều khiển
a: Mạch SCR; b: Mạch TCA; c: Mạch chỉnh hướng
2.1.3. Board mạch điều khiển thực tế:


a.
D5
LED
R13
1k
D6
LED
R14
1k
R15
POT
J54
CON3
1
2
3
+12V
R16
POT
-12V
D7
DIODE
D8 DIODE
D1 DIODE
D2
DIODE
C4
104
J50
CON3

7
411
-
+
U1C
LM324
10
9
8
411
-
+
U1D
LM324
12
13
14
411
-12V
+12V
D3
DIODE
D4
DIODE
R9
10k
R10
10k
R11
10k

5
I
6
QZ
7
Vref
8
L
13
V11
11
C12
12
C10
10
U8
TCA 785
1N5
0.47uf5
0.1uf5
47nf5150pf5
22k
out4
2.2uf5
R28 10k
Vsync 1
out2
C3
CAP NP
selectselect

3
Q1
4
Vsync
5
I
6
QZ
7
Vref
8
L
13
V11
11
C12
12
C10
10
U9
TCA 785
1N6
0.47uf6
0.1uf6
47nf6150pf6
22k
out5
2.2uf6
R30 10k
Vsyn c2

L
13
V11
11
C12
12
C10
10
U10
TCA 785
1N7
0.47uf7
0.1uf7
47nf7150pf7
22k
1
2
3
J50
CON3
out6
2.2uf7
R33 10k
Vsy nc3
+12V
+12V
Vsync 2
+12V
2.2k
UdkUdk

L
13
V11
11
C12
12
C10
10
U3
TCA 785
1N1
0.47uf1
47nf1
0.1uf1
22k
150pf1
out2
2.2uf1
R24 10k
IN
1
OUT
3
GND
2
U7
7805
Vsy nc3
+12V
2.2k

7
Vref
8
L
13
V11
11
C12
12
C10
10
U4
TCA 785
1N3
0.47uf3
0.1uf3
47nf3150pf3
22k
out3
2.2uf3
C1
1000u
R26 10k
C2
1000u
22k
1
U10.15
HOLE
1

1
2B
2
3B
3
4B
4
5B
5
6B
6
7B
7
1C
16
2C
15
3C
14
4C
13
5C
12
6C
11
7C
10
COM
9
U11

11
C12
12
C10
10
U2
TCA 785
1N4007
0.47uf
0.1uf
47nf150pf
22k
out1
2.2uf
10k
R20 10k
Vsync 1
1
2
3
4
J52
CON4
1
2
3
4
J53
CON4
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010

T
u
T
dc
K
(p)
dc
W
++
=
⇒
()
1p
c
T
dc
K
p
dc
W
+
≈

tức là ta xem động cơ là khâu quán tính bậc 1
Ta có hàm truyền của đối tượng như sau :
()
()
()
1pT1p
c

K +=

Rời rạc hoá bằng biến đổi z, ta có được bộ điều khiển PI số có hàm truyền như
sau :
G
c
(z)
1z
AzA
10
−
+
=
với
2
TK
KA
I
p
0
+= và
2
TK
KA
I
p
1
+−=
2.2.2. Xây dựng bộ điều khiển PI số trên Matlab-Simulink:
Sau khi đã lắp đặt card dSPACE DS1104 vào phần cứng máy tính, dựa vào cơ

ENC_POS_C1
Tác giả dùng các chân gồm :
Chân 1,9 : VCC (+5V)
Chân 2 : signal A, Chân 4 :signal
Chân 11 : GND
3. Kết quả và đánh giá
Nạp chương trình từ Simulink xuống card DSP bằng cách nhấn Ctrl+B. Sau khi
nạp chương trình xong, mở giao diện điều khiển trên ControlDesk, chuyển sang chế độ
Animation Mode để điều khiển động cơ.
Kết quả điều khiển động cơ cho cả 2 chế độ chạy thuận và chạy ngược như sau :

Hình 9. Động cơ ở chế độ chạy thuận

Hình 10. Động cơ ở chế độ chạy ngược
Kết quả thực nghiệm cho thấy, thông qua bộ PID số, tốc độ động cơ thực tế ở cả
Hình 8. Sơ đồ chân cổng ENC_POS_C1
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010

323
2 chế độ thuận, ngược đều đạt giá trị sát với tốc độ đặt và động cơ đạt trạng thái ổn
định nhanh.

4. Kết luận
Dựa vào các kết quả của mô hình thực nghiệm, kết luận được rằng hệ thống
truyền động điện sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập dùng thiết bị xử lý tín hiệu
số dSPACE DS1104 có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng, ổn
định được tốc độ động cơ, đồng thời thời gian quá độ khi điều chỉnh ngắn, động cơ đạt
được trạng thái xác lập rất nhanh. Từ đó cho ta thấy rằng, với sự phát triển của các vi
mạch số, các bộ điều khiển số có thể thay thế được các bộ điều khiển tương tự trong các
hệ thống truyền động điện. Việc kết nối các hệ thống dùng bộ điều khiển số với máy