1
LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
- Xuất phát từ những ứng dụng của động cơ một chiều cùng các bộ Vi
xử lý, Vi điều khiển ngày càng rộng rãi trong tự động hoá, và việc
nhận dạng tham số động cơ trong điều khiển.
- Xuất phát từ yêu cầu nghiên cứu, đào tạo thực hành thí nghiệm tại
trung tâm thí nghiệm trường đại học kĩ thuật công nghiệp Thái
Nguyên.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Mục tiêu chung: sử dụng Vi xử lý, Vi điều khiển đẻ nhận dạng tham số
và điều khiển tốc đọ động cơ một chiều với tải có M = const.
- Các mục tiêu cụ thể:
+ Xây dựng mô hình, thuật toán nhận dạng tham số điều khiển.
+ Thiết kế phần cứng, phần mềm điều khiển động cơ một chiều trên
cơ sở sử dụng VXL PIC18 và TMS 320.
+ Đánh giá chất lượng điều khiển hệ thống thông qua mô phỏng và
thực nghiệm.
3. Các kết quả đạt được trong luận văn
- Xây dựng được mô hình, thuật toán nhận dạng tham số điều khiển.
- Thiết kế được phần cứng, phần mềm điều khiển động cơ một chiều
trên cơ sở sử dụng VXL PIC18 và TMS 320.
- Mô phỏng được hệ thống bằng Matlab.
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ NHẬN DẠNG THAM SỐ ĐỘNG CƠ MỘT
CHIỀU, VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VỚI TẢI
CÓ M=CONST TRONG ĐIỀU KHIỂN.
1.1 Tổng quan chung
1.1.1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu
Động cơ một chiều (DC) được ứng dụng trong các hệ thống điều khiển công
nghiệp vì chúng rất dễ điều chỉnh tốc độ, mô men lớn, Vấn đề đặt ra khi sử
1

nhân tạo dựa trên hệ thống điều khiển tốc độ hiệu suất cao cho động cơ DC.
Mục đích là để đạt được độ điều khiển bám chính xác của tốc độ, đặc biệt là khi
chưa biết các tham số tải và động cơ. Động học phi tuyến chưa biết của động cơ
và tải được thu thập bằng mạng nơron nhân tạo. Việc thực hiện nhận dạng vàg
các thuật toán điều khiển được đánh giá bằng cách mô phỏng chúng dựa trên mô
2
3
hình động cơ DC thông thường. Phương pháp này giả thiết hệ thống là hệ SISO
và không thể tìm được các tham số động cơ DC và không phù hợp với mục đích
của luận văn.
Trong luận văn này tôi trình bày thêm một cách tiếp cận hệ thống nhận dạng
nhanh chóng và hiệu quả dựa trên luật mở rộng của Taylor (Taylor Alexander)
Trong việc thực hiện, đáp ứng tốc độ động cơ dưới điện áp không đổi được
lấy mẫu, sau đó chuẩn hóa các mẫu để có được hệ số trong chuỗi Taylor. Với
việc thu thập đầy đủ về các thông số cần thiết, động cơ được mô hình hóa phục
vụ cho việc thiết kế bộ điều khiển.
Phương pháp này có các đặc điểm sau:
- Tất cả các tham số động cơ đáng kể đến đều được xác định đồng thời trong
một điều kiện tải và động.
- Không cần phải đo các đại lượng không điện.
- Các kết quả là các giá trị đầu ra trung bình để cực tiểu hóa các sai lệch do
nhiễu gây ra.
- Không cần dùng đến các thiết bị đo lường phức tạp.
1.2. Quá trình nhận dạng tham số điều khiển
1.2.1. Cơ sở của phương pháp
Đáp ứng tốc độ trong miền Laplace là
(1.4)
Xét hai trường hợp:
- Trường hợp1: Nhiễu mô-men xoắn là không đáng kể
- Trường hợp 2: Tính toán có kể đến nhiễu Mô-men xoắn .

Trường hợp tải = 1,2 định mức.
Sau đó, đáp ứng tần số đã được tính toán thông qua quang phổ phân tích. Dựa
trên các dữ liệu đáp ứng tần số tính toán, tôi sử dụng Matlab nhận dạng hệ thống
hộp công cụ để xác định một mô hình bậc hai.
Và kết quả nhận được là:
- Trường hợp không tải:
5
6
Hình 1.5: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ trường hợp không tải
- Trường hợp khi tải là định mức
Hình 1.6: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ tải định mức.
Trường hợp với tải = 1,2 đm
Hình 1.7: Đáp ứng dòng khi điện áp đưa vào là 10(V)/ tải =1,2đm
Nhận thấy đáp ứng dòng điện giữa đầu vào và đo lường không chênh lệch nhau
nhiều ở các trường hợp đã xét. Như vậy, thực hiện quá trình nhận dạng trên ta
6
7
xác định được các tham số động cơ
K
e,
K
t,
J

để phục vụ cho quá trình mô
hình hóa, mô phỏng động cơ và thay đổi các tham số điều khiển để thay đổi tốc
độ động cơ.
Kết luận: Phương pháp nhận dạng này cho phép chúng ta nhận dạng được các
tham số động cơ đơn giản hơn và sử dụng được các thiết bị sẵn có để thực hiện.
Tính khả thi của phương pháp được đề xuất đã được thể hiện qua mô phỏng và

10
Hình 2.4: Encoder quang
Về mạch gồm 2 phần: Mạch lực và mạch điều khiển
Mạch lực sử dụng linh kiện công suất Tranzitor để điều khiển trực tiếp động cơ
thông qua xung từ mạch điều khiển.
b. Sơ đồ nguyên lý các khối, sơ đồ mạch in và xây dựng mạch thực.
10
11
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý các khối
11
12
Hình 2.7: Sơ đồ mạch in
Hình 2.8 Hình ảnh mạch thực
c. Thuyết minh nguyên lý làm việc của mạch
Giả sử ta cần điều khiển động cơ quay theo chiều thuận thì khi đó ta điều
khiển tín hiệu PMW cho MOFET A và D mở, khi đó dòng điện sẽ đi từ VCC
qua MOFET A đến động cơ rồi về GND qua MOFET D. Tốc độ động cơ sẽ
được điều khiển bằng tín hiệu PMW có độ rộng tương ứng từ 0%-99%.
- Mạch điều khiển
Mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC18F452 để điều khiển tốc độ động
cơ bằng thuật toán PID, sử dụng chức năng PMW để điều khiển dòng điện cấp
cho động cơ.
Mạch điều khiển có hai chế độ hoạt động là AUTO mà MANUAL được lựa
chọn thông qua nút bấm AUTO/MANUAL.
Bộ điều khiển đo tốc độ động cơ bằng ngắt INT0 đọc encoder, đo dòng đưa
về ở dạng analog bằng ADC. Từ tốc độ đọc về kết hợp với tốc độ đặt, VĐK đưa
ra giá trị PWM phù hợp để điều khiển động cơ.
12
13
2.1.2 Chương trình điều khiển

thiết lập Jumper trước tiên. Việc thiết lập jumper sai có thể dẫn đến chương trình
chạy không đúng mục đích.
2.2.1.3 Thực hiện các cấu trúc điều khiển
Động cơ có gắn sẵn một encoder để phản hồi tốc độ và vị trí. Encoder này có
độ phân giải là 1000xung/vòng, các pha A,B và Z được kết nối với các chân
QEP tương ứng của DSP TMS320F2812.
15
16
Hình 2.18 Ghép nối encoder tương đối với TMS320F2812
Bộ biến đổi công suất làm nhiệm vụ biến đổi điện áp PWM 0-5V thành 0-24V ở
đầu ra để cung cấp cho động cơ nhằm mục đích điều chỉnh tốc độ động cơ
Hình 2.19 Phản hồi vị trí bằng cách lấy tích phân tốc độ theo thời gian
- Cấu trúc cơ sở hệ thống điều khiển số.
Hình 2.20 Cấu trúc tổng quát hệ thống điều khiển số

16
17
- Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi công suất
2.2.1.4 Xây dựng sơ đồ mạch điều khiển thực
Đối tượng điều khiển: động cơ DC servo RH-14 có gắn sẵn một encoder để
phản hồi tốc độ và vị trí.
Hình 2.22. Sơ đồ kết nối bộ điều khiển- động cơ
2.2.2. Chương trình điều khiển
2.2.2.1 Các phần mềm hỗ trợ phát triển DSP C2000
17
18
Sử dụng trình biên dịch CCS: CCS–Code Composer Studio là môi trường
soạn thảo IDE của Texas Instrument cho các thế hệ DSP cũng như MCU của
TI, bao gồm việc soạn thảo mã lệnh, dịch, liên kết và debug chương trình. Ưu

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM.
3.1. Mạch sử dụng Vi điều khiển PIC18F452.
3.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển, mô phỏng offline và thí nghiệm.
- Mô hình mạch vòng tốc độ
Hình 3.1. Sơ đồ thu gọn mạch vòng tốc độ
- Hàm truyền của bộ điều khiển tốc độ:
4 6
4
3
1 15,9.5,796.10 .1,18.10 1
1 1
2 2.4,28.0,037.0,022,0.011 5,796.10
9,12.10 9,354
u u
bd m u
R T Js
s
R
K K K T T s s
s
ω
ω
− −
−
−
 
 
= + = +
 ÷
 ÷

20
21
Hình 3.7 Cấu trúc động cơ DC servo
Hình 3.10 Đặc tính tốc độ động cơ DC servo
b) Thiết kế bộ điều chỉnh vị trí cho động cơ DC servo
Hình 3.11 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh
Hình 3.12 Hệ tọa độ cực và đáp ứng của hệ thống trên SISO design

21
22
3.2.2 Điều khiển realtime với DSP F2812
Mô hình bộ điều khiển vị trí
Hình 3.14 Cấu trúc điều khiển realtime với DSP F2812
3.2.3 Kết quả thực nghiệm
Trường hợp khi tín hiệu đặt vị trí là 100mm từ vị trí gốc (0 mm)
Đáp ứng tốc độ khi mô phỏng
Hình 3.16 Đáp ứng tốc độ khi mô phỏng với giá trị đặt ví trí là 100mm
Tốc độ đo được khi chạy thực
22
23
Hình 3.17 Đáp ứng tốc độ khi mô phỏng với giá trị đặt ví trí là 100m
Đáp ứng vị trí khi mô phỏng
Hình 3.18 Đáp ứng vị trí khi chạy thực với giá trị đặt ví trí là 100mm
Đáp ứng vị trí khi chạy thực
Hình 3.19 Đáp ứng vị trí khi chạy thực với giá trị đặt ví trí là 100mm

Nhận xét :
23
24
- Hệ thống không có sai lệch tĩnh. Đáp ứng vị trí bám sát với tín hiệu đặt là 100 mm

hướng cải tiến về mức độ tích hợp và tính linh hoạt.
- Xây dựng được mô hình nhận dạng tham số ứng với phương pháp tiếp cận
theo luật mở Taylor.
- Thiết kế được bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển để điều khiển tốc độ động
cơ một chiều ứng với 2 dòng Vi điều khiển khác nhau (PIC và TMS320)
- Xây dựng được mô hình thực nghiệm hệ thống bộ điều khiển – động cơ ứng
với 2 dòng Vi điều khiển PIC và TMS320
- Cài đặt được chương trình và tiến hành thực nghiệm bằng Matlab/Simulink
điều khiển thời gian thực, các kết quả thực nghiệm phản ánh tính đúng đắn của
nội dung nghiên cứu, tuy nhiên kết quả mới dừng lại ở bước đầu, và là tiền đề
để cho các cải tiến sau này.
2. Kiến nghị:
Đây là hướng đề tài mở, do công nghệ thay đổi liên tục, nên cần có thêm
những cập nhật ứng dụng các bộ điều khiển mới hơn theo hướng tiếp cận với kỹ
thuật và công nghệ mới nhất của các đồng nghiệp, bạn bè và bản thân để phục
vụ cho những cải tiến sau này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
25