Download miễn phí Điều khiển động cơ DC qua vi điều khiển PIC16F887A
MỤC LỤC
Chương 1: Động cơ điện một chiều 1
1.1. Giới thiệu chương 1
1.2. Nội dung 1
1.2.1 Giới thiệu động cơ DC .1
1.2.2 Mô hình hóa động cơ DC .1
1.2.3 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ: .3
1.2.4 Khảo sát hàm truyền 4
1.2.4.1 Hàm truyền lý tưởng: .4
1.2.4.2 Hàm truyền gần đúng tìm được bằng thực nghiệm .5
1.2.5 Phương pháp ổn định động cơ dùng thuật toán PID .6
1.2.5.1 Thuật toán PID .6
1.2.5.2 Phương pháp hiệu chỉnh thông số bộ PID Ziegler-Nichols: 7
1.3. Kết chương 8
Chương 2 : Giới thiệu vi điều khiển PIC16F887 9
1.4. Giới thiệu chương 9
1.5. Nội dung 9
2.2.1 Một vài chi tiết chính của vi điều khiển PIC16F887 9
2.2.2 Bộ dao động của PIC16F887 .11
2.2.3 Các Port I/O .12
2.2.4 Hoạt động của khối giao tiếp EUSART .13
2.2.5 Cấu tạo và hoạt động của khối điều xung PWM 15
2.2.6 Ngắt ngoài trên chân RB0 17
2.2.7 Cấu tạo và hoạt động của bộ Timer1 18
2.2.8 Cách nạp cho PIC16F887 18
1.6. Kết chương 20
Chương 3: Thiết kế và thi công phần cứng .21
1.7. Mở chương 21
1.8. Nội dung 21
3.2.1 Sơ đồ khối phần cứng 21
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của các khối mạch 22
3.2.3 Tính toán các thông số của mạch .24
3.2.3.1 Mạch đảo chiều động cơ .24
3.2.3.2 Tính toán cho FET 25
3.2.3.3 Tính toán mạch lái cho FET 27
3.3.4 Layout và thi công mạch 30
1.9. Kết chương 31
Chương 4 : Thiết kế phần mềm 32
1.10. Mở chương 32
1.11. Nội dung 32
4.2.1 Phần mềm cho vi điều khiển PIC16F887 .32
4.2.1.1 Thuật toán chương trình chính 32
4.2.1.2 Thuật toán chương trình xử lý phím 35
4.2.1.3 Thuật toán chương trình đo tốc độ động cơ 38
4.2.1.4 Thuật toán chương trình phục vụ ngắt nhận UART 40
4.2.2 Phần mềm trên máy vi tính giao tiếp với mạch điều khiển 42
1.12. Kết luận chương .47
1.13. Nhận xét đánh giá hệ thống 47
1.14. Hướng phát triển đề tài 47
48
Mở đầu
Với sự phát triển rộng rãi của thiết bị điện, ngày nay, người người, nhà nhà
hầu hết đã sử dụng các công nghệ hiện đại. Và khi mức sống của người dân được
nâng cao thì việc quản lý các thiết bị điện trong nhà là hết sức cần thiết. Chính vì
vậy việc điều khiển thiết bị và giám sát hoạt động của nó thông qua một quá trình tự
động là việc làm mang nhiều lợi ích.
Đề tài thực hiện việc điều khiển thông qua vi điều khiển PIC16F887A, chính
vì vậy đề tài nghiên cứu sâu về việc ổn định tốc độ động cơ điện một chiều. Trong
giới hạn thời gian nghiên cứu cho phép, đề tài chỉ phát triển một hệ thống điều
khiển đơn giản. Các thiết bị được giám sát và điều khiển tiêu tốn rất ít năng lượng
sẽ mang lại lợi ích kinh tế và hiệu quả sử dụng cao.
Nội dung của đồ án gồm:
Chương 1: Động cơ điện 1 chiều
Chương 2: Giới thiệu về vi điều khiển PIC 16F887A
Chương 3:Thiết kế và thi công phần cứng
Chương 4: Thiết kế phần mềm
Phương pháp nghiên cứu của đồ án là tính toán thiết kế mạch, xây dựng các
lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp để kiểm chứng tính đúng đắn của thiết kế và
các lưu đồ thuật toán đã xây dựng.
Với phương pháp trên, đồ án đã được thiết kế và thi công thành công.
Vì thời gian chuẩn bị không nhiều cùng với kiến thức còn hạn hẹp, đồ án
không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của
các thầy cô trong khoa, chúng em xin chân thành cảm ơn.
http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/06/23/dieu_khien_dong_co_dc_qua_vi_dieu_khien_pic16f887a.jxslZ3DvTm.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-32038/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, 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 tài liệu:
hronous Synchronous Asynchronous Receiver
Transmitter
MUX Multiplexer
MCU Microcontroller Unit
GPIO General Purpose Input Ourput
EUSART Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver
Transmitter
LCD Liquid Crystal Display
FET Field-Effect Transistor
BJT Bipolar Junction Transistor
MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor
UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter
Mở đầu
Mở đầu
Với sự phát triển rộng rãi của thiết bị điện, ngày nay, người người, nhà nhà
hầu hết đã sử dụng các công nghệ hiện đại. Và khi mức sống của người dân được
nâng cao thì việc quản lý các thiết bị điện trong nhà là hết sức cần thiết. Chính vì
vậy việc điều khiển thiết bị và giám sát hoạt động của nó thông qua một quá trình tự
động là việc làm mang nhiều lợi ích.
Đề tài thực hiện việc điều khiển thông qua vi điều khiển PIC16F887A, chính
vì vậy đề tài nghiên cứu sâu về việc ổn định tốc độ động cơ điện một chiều. Trong
giới hạn thời gian nghiên cứu cho phép, đề tài chỉ phát triển một hệ thống điều
khiển đơn giản. Các thiết bị được giám sát và điều khiển tiêu tốn rất ít năng lượng
sẽ mang lại lợi ích kinh tế và hiệu quả sử dụng cao.
Nội dung của đồ án gồm:
Chương 1: Động cơ điện 1 chiều
Chương 2: Giới thiệu về vi điều khiển PIC 16F887A
Chương 3:Thiết kế và thi công phần cứng
Chương 4: Thiết kế phần mềm
Phương pháp nghiên cứu của đồ án là tính toán thiết kế mạch, xây dựng các
lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp để kiểm chứng tính đúng đắn của thiết kế và
các lưu đồ thuật toán đã xây dựng.
Với phương pháp trên, đồ án đã được thiết kế và thi công thành công.
Vì thời gian chuẩn bị không nhiều cùng với kiến thức còn hạn hẹp, đồ án
không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của
các thầy cô trong khoa, chúng em xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 06 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Trần Nguyễn Quốc Huy
Phan Hoàng Anh
Nguyễn Đức Ba
Nguyễn Tấn Thạch
Chương 1: Động cơ điện một chiều
Chương 1: Động cơ điện một chiều
1.1. Giới thiệu chương
Chương này giới thiệu cơ bản về động cơ DC, các phương pháp điều khiển
tốc độ động cơ và phương pháp ổn định tốc độ động cơ dùng thuật toán PID.
1.2. Nội dung
1.2.1 Giới thiệu động cơ DC
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như
công nghiệp.
Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với
stato. Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch
từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto). Khi có dòng
điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các
lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay.
Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động cơ
sau:
- Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và cuộn
dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng biệt.
- Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây
phần ứng.
Đối với loại động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây kích
từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng nam châm
vĩnh cữu. Đây là loại động cơ được sử dụng trong đồ án này.
1.2.2 Mô hình hóa động cơ DC
Mô hình tương đương của phần ứng động cơ như sau:
Trang 1
Chương 1: Động cơ điện một chiều
A
-
+
1
2
R a
L a
E g
U a
I a
g
a
aaaa edt
diLiRu ++= (1.1)
nke vg Φ= (1.2)
Trong đó Φ là từ thông do nam châm vĩnh cữu gây ra. n là tốc độ động cơ.
Momen điện từ:
Td = Kt Φia (1.3)
Phương trình của động cơ:
Ld TBdt
dJT ++= ωω (1.4)
B: hệ số ma sát
T: monen tải.
Ở chế độ xác lập:
gaaa eiRu += (1.5)
atLd iKTnBT Φ=+= pi2 (1.6)
Ta có được tốc độ động cơ ở chế độ xác lập:
Φ
−
=
v
aaa
K
RIU
n (1.7)
Trang 2
Chương 1: Động cơ điện một chiều
1.2.3 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ:
Đối với loại động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cữu, để thay đổi
tốc độ, ta thay đổi điện áp cung cấp cho roto. Việc cấp áp 1 chiều thay đổi thường
khó khăn, do vậy người ta dùng phương pháp điều xung (PWM):
Hình 1.1 Điều chỉnh độ rộng xung PWM.
Phương pháp điều xung sẽ giữ tần số không đổi, thay đổi chu kì nhiệm vụ
(Duty cycle) để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động cơ.
Điện áp trung bình:
in
on
dk VT
TV =
Do đặc tính cảm kháng của động cơ, dòng qua động cơ là dòng liên tục, gợn
sóng như sau:
Hình 1.2 Dạng sóng dòng và áp trên động cơ.
Trang 3
Chương 1: Động cơ điện một chiều
1.2.4 Khảo sát hàm truyền
1.2.4.1 Hàm truyền lý tưởng:
Biến đổi Laplace các công thức từ (1.1) – (1.4 ) ta được:
Ua(p) = RaIa(p)+pLaIa(p)+Eg(p) (1.9)
)()( pnkpE vg Φ= (1.10)
Td(p) = Kt ΦIa(p) (1.11)
)()(2)(2)( pTpBnppJnpT Ld ++= pipi (1.12)
Từ 1.12 tính được:
)1(2
)()()(
+
−
=
m
Ld
pB
pTpTpn
τpi
(1.13)
(1.14)
Trong đó: aτ =La/Ra Hằng số thời gian của mạch phần ứng
mτ =J/B Hằng số thời gian cơ.
Vậy ta có mô hình hệ thống như sau:
Hình 1.3 Mô hình hệ thống động cơ điện DC
Khi momen tải bằng 0, ta có:
Φ+++
Φ
=
vma
t
a
a
Kpp
K
BRpUpn )1)(1(2
1)()(
ττ
pi
Vậy hàm truyền của động cơ lúc này có dạng khâu dao động.
Trang 4
Chương 1: Động cơ điện một chiều
1.2.4.2 Hàm truyền gần đúng tìm được bằng thực nghiệm
Để tìm hàm truyền bằng thực nghiệm ta tìm đáp ứng xung của động cơ.
Ta đặt áp bằng áp định mức vào động cơ và vẽ đồ thị vận tốc theo thời gian.
Vì thời gian lấy mẫu vận tốc nhỏ do đó ta không thấy được các điểm uốn của đồ thị,
do đó ở đây ta xấp xỉ hàm truyền động cơ là khâu quán tính bậc 1 có dạng như sau.
1+
=
Tp
kG
Đáp ứng xung của động cơ:
n(p)= pTp
kU
)1( +
Biến đổi Laplace ngược ta được:
n=kU(1-e-t/T)
Khi t = T, n = kU(1-e-1)=0.63kU=0.63nmax
Vậy trên đồ thị ta xác định điểm tại đó n=0.63nmax sau đó tìm được T.
Dựa vào đồ thị tìm được bằng thực nghiệm ta tìm được kU và T.
Hình 1.4 Đồ thị tìm được bằng thực nghiệm của động cơ DC
kU = 150 vòng/s
T = 30ms=0.03s
Trang 5
Chương 1: Động cơ điện một chiều
Vậy hàm truyền gần đúng:
103.0
5.37
103.0
24/150
1 +
=
+
=
+
=
ppTp
kG
1.2.5 Phương pháp ổn định động cơ dùng thuật toán PID
1.2.5.1 Thuật toán PID
τ
τ
ττ
d
deKdeKKG dip
)()( ++= ∫
Trong đó:
- Kp: Hệ số khâu tỉ lệ (khâu khuếch đại)
- Ki: Hệ số tích phân
- Kd: hệ số vi phân
Hình 1.5 Mô hình hệ thống PID.
Luật điều khiển PID:
Đáp ứng của hệ
thống
Thời gian
tăng
Vọt
lố
Thời gian ổn
định
Sai lệch so với trạng
thái bền
KP Giảm Tăng Ít thay đổi Giảm
KI Giảm Tăng Tăng Triệt tiêu
KD Ít thay đổi Giảm Giảm Ít thay đổi
Bảng 1.1 Luật điều khiển PID
Dựa vào bảng trên ta thấy rằng luật tỉ lệ (P) có đặc điểm tác động nhanh
nhưng không triệt tiêu được sai lệch, đồng thời làm vọt lố của hệ thống tăng. Khâu
tích phân cho phép triệt tiêu sai lệch nhưng tác động chậm. Khâu vi phân phản ứng
Trang 6
Chương 1: Động cơ điện mộ...
