Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu và ứng dụng card điều khiển số DSP để thiết kế bộ điều khiển số trong điều khiển chuyển động
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan 1
Lời Thank 2
Mục lục 3
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN SỐ 11
1.1. Lý thuyết về hệ điều khiển số 11
1.1.1. Cấu trúc điển hình của hệ điều khiển số 11
1.1.2. Cở sở của điều khiển số 21
1.1.2.1. Biến đổi Z 21
1.1.2.2 Tín hiệu và lấy mẫu tín hiệu trong hệ điều khiển số 24
1.2. Tổng hợp hệ điều khiển số 27
1.2.1. Lý luận chung.27
1.2.2. Điều kiện để tổng hợp được bộ điều khiển số trong hệ. 29
1.2.3. Chọn tần số lấy mẫu. 30
1.2.4. Thiết kế bộ điều khiển số theo phương pháp liên tục. 32
1.2.4.1. Phương pháp vi phân 32
1.2.4.2. Bộ điều khiển số được xác định theo hàm truyền đạt 34
1.2.4.3. Phương pháp dùng biến đổi z 36
1.2.4.4. Tổng hợp bộ điều khiển có tính phần tử lưu giữ (ZOH) 37
1.2.5. Thiết kế bộ điều khiển số theo phương pháp trực tiếp 38
1.2.5.1. Phương pháp quỹ đạo nghiệm số trên mặt phẳng z.
1.2.5.2. Bù ảnh hưởng của khâu trễ38
1.2.5.3. Hệ ổn định vô tận 40
1.2.6. Dùng matlab để tổng hợp hệ điều khiển số 41
1.3. Điều khiển số trong điều khiển chuyển động 41
1.3.1. Một số cấu trúc điều chỉnh được sử dụng 41
1.3.2. Thiết kế và mô phỏng hệ thống bằng máy tính 47
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CARD DSP DS110449
2.1. Giới thiệu chung 49
2.2. Cấu trúc phần cứng của DS1104 51
2.2.1. Cấu trúc tổng quan 51
2.2.2. Ghép nối với máy chủ (Host Interface) 53
2.2.3. Các thành phần chủ yếu của DS1104 59
2.2.3.1. Bộ xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240. 59
2.2.3.2. Hệ con AD (Analog to Digital). 65
2.2.3.3. Hệ con DA (Digital to Analog). 67
2.2.3.4. Hệ con Vào/Ra số (Digital I/O) 70
2.2.3.5. Hệ con bộ mã hoá so lệch 73
2.2.3.6. Thanh ghi điều khiển vào ra IOCTL 75
2.2.3.7. Sơ đồ chân I/O Connector của DS1104 76
2.3. Phần mềm dSPACE 78
2.3.1. Cài đặt dSPACE 79
2.3.2. Các khối dSPACE trong Simulink80
2.3.2.1. Các điều khiển vào/ra tương tự81
2.3.2.2. Các điều khiển vào/ra số81
2.4. Một số các tính năng cơ bản của Card DS1104 cho điều khiểnchuyển động.81
2.4.1. Các điều khiển vị trí Encoder 81
2.4.2. Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) 82
2.5. Tạo ứng dụng với dSPACE và Simulink 88
2.5.1. Tạo ứng dụng với Control Desk 93
2.5.2. Hiển thị các điều khiển, quan sát với Instrumentation
Management Tools.94
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN
ĐỘNG SỬ DỤNG CARD DS 1104100
3.1. Tổng hợp hệ điều khiển chuyển động vị trí DC servo(theo phương pháp tương tự) 100
3.1.1. Mô hình toán học của hệ 100
3.1.2. Cấu trúc hệ điều khiển vị trí và phương pháp tổng hợp các mạch vòng104
3.1.3. Tính toán các thông số hệ điều khiển vị trí và cấu trúc hệ điều khiển vị trí 110
3.1.4. Mô phỏng hệ trên Matlab 114
3.2.Hệ điều khiển vị trí động cơ DC Servo dùng bộ điều khiển Fuzzy logic ứng dụng Card DS1104115
3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển chuyển động 121
3.3.1 Giới thiệu các thiết bị trong hệ thống thực121
3.3.2. Lập trình điều khiển hệ 123
3.3.3. Các đặc tính thực nghiệm hệ điều khiển chuyển động 124
KÊ ́ T LUÂ ̣ N VA ̀ KIÊ ́ N NGHI ̣ 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO 129
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-10-26-luan_van_nghien_cuu_va_ung_dung_card_dieu_khien_so.cqeRyA3mQ0.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-42386/Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung:
ực.
- Điều khiển servo các truyền động ổ đĩa (disk drive).
- Điều khiển truyền động điện.
- Điều khiển các phương tiện cơ giới.
- Điều khiển trấn động tích cực.
- Trong các máy CNC,…
và nó cũng rất thích hợp cho các tác vụ có liên quan đến xử lý tín hiệu số nói
chung.
Hạt nhân của DS1104 là bộ xử lý tín hiệu số dấu phẩy động (floating-point)
thế hệ thứ ba TMS320F240 của hãng Texas Instruments. Bộ xử lý tín hiệu số được
Hình 2.1- Card DS1104
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
51
bổ sung thêm một loạt thiết bị ngoại vi thường được sử dụng trong các hệ thống
điều khiển số. Các bộ biến đổi tương tự-số và số-tương tự, một bộ xử lý tín hiệu số
dựa trên các hệ con vào ra số và các giao diện cảm biến so lệch (incremental sensor)
làm cho DS1104 trở thành một giải pháp bo mạch đơn lý tưởng cho một dải rộng
các bài toán điều khiển số.
DS1104 là Card được thiết kế theo chuẩn PC/AT, do đó nó có thể cắm vào
máy tính qua cổng mở rộng ISA. Nó cũng có thể gắn vào hộp mở rộng dSPACE
giao tiếp với máy tính. Hình 2.1 là hình dáng bên ngoài của DS1104.
2.2. Cấu trúc phần cứng của DS1104
2.2.1. Cấu trúc tổng quan
DS1104 được xây dựng trên cơ sở vi xử lý tín hiệu số TMS320F240 của hãng
Texas Instruments.
ON-CHIP MEMORY (WORDS)
Nguồn nuôi
(V)
Chu kì (ns) Số chân
RAM FLASH
EEPROM
DATA DATA/PROG PROG
288 256 16K 5 20 PQ 132–P
Ngoài ra, nó còn có hệ con ngoại vi khác phục vụ cho các ứng dụng xử lý tín
hiệu số, giao tiếp với máy tính và bên ngoài,…
Bộ xử lý chính:
MPC8240, PowerPC 603e core, 250 MHz
32 kByte internal cache
Timer:
Một bộ Timer ước lượng lấy mẫu, bộ đếm lùi 32 bit
Bốn bộ Timer đa mục đích, 32 bit
Độ phân dải 64 bit để đo thời gian
Bảng 2.1. Dung lượng các bộ nhớ của DS1104
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
52
Bộ nhớ:
32 Mbyte RAM DRAM (SDRAM)
8 Mbyte bộ nhớ Flash cho các ứng dụng
Các ngắt điều khiển:
Các ngắt bởi timer, giao tiếp nối tiếp, DSP tớ, incremental encoder, ADC,
PC chủ, 4 đầu vào từ bên ngoài.
Ngắt đồng bộ PWM
Đầu vào tương tự:
4 kênh ADC, 16 bit, đa thành phần
Dải điện áp đầu vào
10V
Thời gian lấy mẫu 2us
Hệ số tín hiệu/ nhiễu >80 dB
4 kênh ADC , 12 bit
Dải điện áp
10V
Thời gian lấy mẫu 800ns
Hệ số tín hiệu/ nhiễu >65 dB
Đầu ra tương tự:
8 kênh DAC, 16 bit, thời gian ổn định max 10us
Dải điện áp ra
10V
Incremental Encoder:
2 đầu vào số, TTL hay RS422
Kênh encoder có độ phân dải 24 bit
Tần số xung max đầu vào là 1.65MHz. gấp 4 lần xung đếm tới 6.6MHz
Nguồn sensor 5V/0.5A
Vào/ra số:
Vào/ra số 20 bit
Dòng ra 5mA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
53
Giao tiếp:
RS232, RS485 và RS422
Hệ con DSP tớ:
Texas Instruments’ DSP TMS320F240
4 kWord of dual-port RAM
3 pha đầu ra PWM, 4 đầu ra đơn PWM
14 bit vào/ra số
Đặc điểm vật lý:
Nguồn nuôi 5 V, 2.5 A / -12 V, 0.2 A /12 V, 0.3 A
Yêu cầu cần có khe PCI 32 bit
2.2.2. Ghép nối với máy chủ (Host Interface):
DS1104 ghép nối với máy chủ qua một khối gồm 4 cổng vào/ra (I/O port) 16-
bit và 3 cổng vào/ra 8-bit. Giao diện vào/ra được sử dụng để thực hiện việc cài đặt
Hình 2.2. Sơ đồ khối của DS1104
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
54
cho bo mạch, tải chương trình xuống và truyền dữ liệu thời gian thực. Việc cài đặt
bộ điều khiển bus kiểm tra và truyền dữ liệu cũng được thực hiện với giao diện
vào/ra.
Để đồng bộ hoá sự thực thi của DSP và các chương trình của máy chủ DS1104
sử dụng một cổng ngắt hai chiều để cho phép máy chủ có thể ngắt DSP và ngược
lại.
Giao diện vào/ra giữa máy chủ và DS1104 bao gồm một khối với 7 cổng
vào/ra liên tiếp. Để chọn các địa chỉ cơ sở của khối này trong dải địa chỉ vào ra 64K
của PC/AT (máy chủ), DS1104 sử dụng các chuyển mạch DIP (Dual In-line
Package – vỏ hai hàng chân) gắn trên bo mạch.
Giao diện với máy chủ của DS1104 chứa những thanh ghi có độ dài khác nhau
(8 hay 16 bit). Khi truy cập vào một thanh ghi cụ thể thì phải sử dụng lệnh vào/ra
tương ứng, chẳng hạn như muốn truy cập vào thanh ghi 8-bit thì phải sử dụng lệnh
vào/ra 8-bit, còn muốn truy cập vào thanh ghi 16-bit thì phải dùng lệnh vào/ ra 16
bit. Nếu sử dụng các lệnh vào/ra 8-bit cho một thanh ghi rộng 16-bit thì kết quả sẽ
bị lỗi. Nếu sử dụng ngôn ngữ cấp cao để lập trình cho các thanh ghi giao diện với
máy chủ thì cần đảm bảo rằng chương trình dịch Compiler tạo ra các dòng lệnh
chính xác.
Một số thanh ghi giao diện với máy chủ phải được truy cập theo một thứ tự
đặc biệt. Để ghi hay đọc bộ nhớ của DSP thì một trình tự đặc biệt là bắt buộc.
a. Thanh ghi dữ liệu (Data Register): Địa chỉ Offset: 00H và 02H
Thanh ghi dữ liệu là một thanh ghi đọc/ghi rộng 32 bit được sử dụng để truy
cập vào các bộ nhớ off-chip (bên ngoài chip) của DSP. Các hoạt động ghi và đọc
trên thanh ghi dữ liệu luôn được thực hiện tại vị trí bộ nhớ hiện đang được chọn bởi
các thanh ghi địa chỉ LAR (Lower Address Register) và UAR (Upper Address
Register). Vì máy chủ tại một thời điểm chỉ có thể truy cập 16 bit nên thanh ghi dữ
liệu 32-bit được chia thành hai thanh ghi 16-bit: thanh ghi dữ liệu thấp hơn LDR
(Lower Data Register) và thanh ghi dữ liệu cao hơn UDR (Upper Data Register).
Để chuyển một từ dữ liệu 32-bit giữa bộ nhớ của máy chủ và của DSP cần có hai
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
55
phép ghi hay đọc liên tiếp. Đầu tiên, 16 bit thấp hơn được truy cập bằng cách sử
dụng LDR. Sau đó, 16 bit cao hơn được truy cập thông qua UDR. Mạch chuyển đổi
độ rộng bus trên bo mạch (on-board) lưu trữ tạm thời giá trị 32-bit và thực hiện chỉ
một truy cập 32-bit đơn vào bộ nhớ của DSP. Để mạch chuyển đổi độ rộng bus hoạt
động chính xác thì thứ tự truy cập LDR-UDR như được mô tả ở trên là bắt buộc.
Nội dung của các thanh ghi LAR và UAR phải không đổi trong một truy cập 32-bit.
Vì các thiết bị ngoại vi trên bo mạch của DS1104 được sắp xếp trong bộ nhớ
của DSP nên thanh ghi dữ liệu cũng có thể dùng để truy cập vào các thiết bị này.
Thanh ghi dữ liệu có thể được truy cập thậm chí cả khi DSP dang chạy cho phép
chuyển dữ liệu chạy thực giữa máy chủ và DSP.
b. Thanh ghi địa chỉ (Address Register): Địa chỉ Offset: 04H và 06H
Thanh ghi địa chỉ là một thanh ghi ghi/đọc có độ rộng 19-bit được sử dụng để
chọn vị trí của bộ nhớ chương trình của DSP. Vị trí bộ nhớ mà thanh ghi địa chỉ
đang trỏ tới có thể được ghi và đọc thông qua thanh ghi dữ liệu. Thanh ghi địa chỉ
được xây dựng bằng hai thanh ghi, thanh ghi 16-bit chứa 16 bit địa chỉ thấp
A0A15 (LAR) và một thanh ghi 3-bit chứa các bit địa chỉ cao A16A18 (UAR).
Thanh ghi địa chỉ có một chế độ tự động tăng/giảm cho phép chuyển khối giữa bộ
nhớ của máy chủ và của DSP. Muốn cho phép chế độ này thì bit AUTOEN trong
thanh ghi cài đặt (Setup Register) phải được đặt lên 1. Sau đó bit UPDOWN sẽ
chọn chiều đ
