Giáo viên hướng dẫn : Th.S Trần Kim Phúc
1
ĐẠI HỌC PHAN CHÂU TRINH
KHOA KHOA HỌC – CÔNG NGHỆ
Bộ môn ĐTVT
ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU
DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A
Thuyết minh: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Vận tốc
Vận tốc mong muốn
Máy tính và giao diện đk
Bộ điều khiển
PID
Mô hình động
Cơ DC
Cảm biến đo tốc
độ (encoder)
Tải
(-)
2
SƠ ĐỒ KHỐI ĐỀ TÀI
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ.
Chương 2: Động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Phần 3: Lý thuyết điều khiển PID.
Phần 4: Thiết kế và thi công mô hình phần cứng.

-
Cổng giao tiếp song song (PSP) với các chân điều khiển bên ngoài RD, WR và CS.
Đặc tính Analog:
-
8 kênh chuyển đổi ADC 10-bit
-
2 bộ so sánh
6
Động cơ điện một chiều và các
phương pháp điều chỉnh tốc độ

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
7
U
kt
+ -
I
kt
R
ktf
U
kt
R
uf
I
u
E
+ -

Quan hệ n = f(M) là một đường thẳng

n
’’’
n
’’
n
’
n
đm
Φ
’’’
Φ
’’
Φ
’
Φ
đm

n = n
o
- ∆n
M
K
R
K
U
n
u
u
.
)(

R
ưf2
R
ưf3
n
0
M
đm
(I
ưđm
)
M(I
ư
)
n
04
n
01
n
02
n
03
1(U
đm
)
2
3
4

n = n

.
)(
2
Φ
+
−
Φ
=

Thay đổi điện áp bằng phương pháp điều biến độ rộng xung PWM:
U
đm
U
tb
0V
U
đm
U
tb
0V
U
đm
U
tb
0V
80% duty cyle
60% duty cyle
20% duty cyle
10


2
)( Φ
=
K
JR
T
u
C
Jp
1
u
u
pT
R
+1
/1
1
2
++ pTpTT
K
CCu
Đ
1
)1(
)(
2
2
++
+
Φ

ττ
)(
)(
td
tde
K
D
;
)1(
)(
21
2
0
−
++
=
zz
AzAzA
zG
CPID
;
;2
2
;
2
2
1
0
T
K

Sai số
xác lập
Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm
Ki Giảm Tăng Tăng Loại bỏ
Kd Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ
14

Phương pháp thực nghiệm Ziegler Nichols
Các bước chỉnh định 3 thông số K
P
, K
I
, K
D
:
–
Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển tỉ lệ K
P
(đặt K
I
= K
D
= 0)
2. Tăng K
P
đến giá trị K
C
mà ở đó hệ thống bắt đầu dao động - điểm cực của hàm truyền kín nằm
trên trục ảo jω, xác định tần số ω
C

Khối bàn phím
16

Cấu trúc phần cứng của mô hình
Encoder
33
34
35
36
37
38
39
40
15
CCP1
CCP2
23
24
Led_Chieuquay
RS_LCD
E_LCD
D4_LCD
D5_LCD
D6_LCD
D7_LCD
X12
X11
Led_Chedo
TX
RX

Kd
Led_thuan
Led_Nguoc
Led_Taicho
Led_tuxa
VDD
GND
Reset
Kp
Ki
Kd
RS
E
D4
D5
D6
D7
Kd
Ki
Kp
LED_thuan
LED_taicho
LED_tuxa
LED_nguoc
VDD
GND
TX
RX
T1OUT
R1IN

RE1/AN6/WR
9
RE2/AN7/CS
10
OSC1/CLKIN
13
OSC2/CLKOUT
14
RC1/T1OSI/CCP2
16
RC2/CCP1
17
RC3/SCK/SCL
18
RD0/PSP0
19
RD1/PSP1
20
RB7/PGD
40
RB6/PGC
39
RB5
38
RB4
37
RB3/PGM
36
RB2
35

U0
PIC16F877A
X1
4MHz
C1
33pF
C2
33pF
GND
1
2
5VDC
Q1
B688
Q2
B688
Q3
D718
Q4
D718
GND
R8
1k
R9
10k
R12
370R
GND
R10
1k

U3
P521
1
2
4
3
U4
P521
1
2
24VDC
CONN-H2
VDD
GND
1
2
DONGCO
PWM1
PWM1PWM2
PWM2
24V-
24V+
24V-
24V+
24V-
24V+
24V+
24V-
C3
104

1
2
3
4
MAX232
CONN-H4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
LED-RESET
CONN-SIL10
PWM1
PWM2
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10

5
6
7
8
LCD
CONN-H8
THUAN/NGUOC
TOC DO
OK
8
9 PID
5
6 NEXT
2
3
0
CHAY/DUNG
7
4
1
1
2
24VDC
CONN-H2
1
2
5VDC
CONN-H2
BR1-24V
GBU6A

C5
104
D3
LED
R2
330R
C4
10u
D4
LED
R3
10k
R4
10R
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
J1
LED-RESET
RESET
RV1
1k
RV2

270R
1
6
2
7
3
8
4
9
5
J1
COM
1
2
3
4
MAX232
CONN-H4
T1IN
11
R1OUT
12
T2IN
10
R2OUT
9
T1OUT
14
R1IN
13

5
6
7
8
BANPHIM
CONN-S8
1
2
3
4
J3
ENCODER
VDD
GND
1
2
24V~
CONN-H2
1
2
9V~
CONN-H2
VDD
GND
VDD
GND
GND
VDD
17


40
39
38
37
36
35
34
33
VDD
GND
D7_LCD
D6_LCD
D5_LCD
D4_LCD
E_LCD
RS_LCD
TX
RX
GND
VDD
reset
Led_Thuan
Led_nguoc
Led_Taicho
Led_tuxa
Kp
Ki
Kd
Led_thuan
Led_Nguoc

10
OSC1/CLKIN
13
OSC2/CLKOUT
14
RC1/T1OSI/CCP2
16
RC2/CCP1
17
RC3/SCK/SCL
18
RD0/PSP0
19
RD1/PSP1
20
RB7/PGD
40
RB6/PGC
39
RB5
38
RB4
37
RB3/PGM
36
RB2
35
RB1
34
RB0/INT

4MHz
C1
33pF
C2
33pF
GND
1
2
NGUON 5V
R12
370R
R16
370R
VDD
GND
C3
104
C4
104
1
2
3
4
5
6
7
8
BANPHIM
CONN-H8
1

2
3
4
J3
ENCODER
VDD
GND
18
Q1
B688
Q2
B688
Q3
D718
Q4
D718
GND
R8
1k
R9
10k
GND
R10
1k
R11
10k
GND
R14
1k
R15

1
2
NGUON 24V
CONN-H2
1
2
DONGCO
PWM1
PWM1PWM2
PWM2
24V-
24V+
24V-
24V+
24V-
24V+
24V+
24V-
D5
1N4007
D6
1N4007
D7
1N4007
D8
1N4007
19

Mạch động lực:
20

BANPHIM
CONN-S8

Mạch bàn phím:
TX
RX
T1OUT
R1IN
1
6
2
7
3
8
4
9
5
J1
COM
1
2
3
4
MAX232
CONN-H4
T1IN
11
R1OUT
12
T2IN

10u
C4
10u
GND
VDD
GND
GND
VDD
RS
E
D4
D5
D6
D7
VDD
GND
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10
D2
9
D1
8

LCD
CONN-H8
21

Mạch giao tiếp và hiển thị:

Giao diện điều khiển trên máy tính:
22
23
GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

Thuật điều khiển PID:
Trong vi điều khiển thuật toán điều khiển PID được thực hiện thông qua phương trình sai
phân dạng lặp:
y(k) = y(k-1) + A
0
E(k) + A
1
E(k-1) + A
2
E(k-2)
Trong đó:
;
;2
2
;
2
2
1
0

set_pwm1_duty = pw_duty
set_pwm2_duty = pw_duty
24

Lưu đồ thuật toán chương trình chính:
Bắt đầu quét bàn phím
Hàng ngõ vào, cột ngõ ra
Hàng mức 1, cột mức 0
delay_20ms
RBj = 0
Hàng ngõ ra, cột ngõ vào
RBj = 0
0 ≤ i ≤ 3
RBi = 0
Xác định phím được nhấn
Thực hiện đoạn chương trình của phím
Kết thúc quét bàn phím
4 ≤ j ≤ 7
RBj = 0
1
1
Đ
Đ
SS
S
Đ
25

Lưu đồ thuật toán quét bàn phím: