Luận Văn điều khiển mờ và giao thức can trong đồng bộ tốc độ hệ động cơ dc

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nhiệm vụ của đề tài là sử dụng giải thuật điều khiển kết hợp với vi điều khiển để ổn

định và đồng bộ tốc độ hệ động cơ điện một chiều ( động cơ DC ).

Đề tài được thực hiện như sau: Sử dụng giải thuật điều khiển PI-Mờ kết hợp với vi điều

khiển 16-bit MC9S12DP512 để ổn định và đồng bộ tốc độ hệ động cơ DC . Mô hình phần cứng

bao gồm 3 mô-đun mạch : mô-đun 0 đóng vai trò làm trung tâm điều khiển-giám sát toàn hệ

thống , mô-đun 1 điều khiển động cơ 1, mô-đun 2 điều khiển động cơ 2 .

Vi điều khiển trên mô-đun 1 sẽ nhận tốc độ đặt từ người dùng ,sử dụng giải thuật điều

khiển PI-Mờ để điều rộng xung (PWM: Pulse Width Modulation) điều khiển động cơ 1 chạy

đúng theo tốc độ đặt , đồng thời truyền giá trị tốc độ của động cơ 1 cho vi điều khiển trên môđun

2 qua Port A của 2 vi điều khiển. Vi điều khiển trên mô-đun 2 sẽ lấy giá trị tốc độ của

động cơ 1 từ Port A để làm tốc độ đặt , và sử dụng giải thuật điều khiển PI-Mờ để điều rộng

xung ( PWM ) điều khiển động cơ 2 chạy đúng theo tốc độ của động cơ 1.

Cả 3 mô-đun đều được kết nối với nhau trong mạng CAN ( Controller Area Network) để

hai mô-đun 1 và 2 có thể truyền nhanh dữ liệu về mô-đun 0 (có vai trò là trung tâm điều

khiển-giám sát) cho người dùng có thể giám sát .Thêm vào đó , kết hợp với máy vi tính đặt tại

mô-đun 0, người dùng có thể điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.

Kết quả đạt được thỏa mãn khá tốt yêu cầu đề ra: Điều khiển ổn định được tốc độ động

cơ DC , đồng bộ được tốc độ của 2 động cơ DC . Thay đổi tốc độ khá linh hoạt . Xây dựng

thành công mạng CAN dùng để kết nối các mô-đun trong hệ thống , cho phép điều khiển và

giám sát toàn hệ thống từ máy vi tính hay từ mô-đun điều khiển trung tâm.

iv

MỤC LỤC

Đề mục Trang

Trang bìa i

Nhiệm vụ luận văn

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI . 1

1.1 Đặt vấn đề .1

1.2 Các phương pháp đã được sử dụng để đồng bộ tốc độ động cơ và ứng dụng thực tế 2

1.3 Nhiệm vụ của luận văn .5

1.4 Thực hiện 5

1.5 Sơ lược về mô hình hệ thống .7

1.5.1 Sơ đồ khối của mô hình hệ thống .7

1.5.2 Mô tả hoạt động của mô hình hệ thống 7

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ , ĐIỀU KHIỂN PID . . .9

2.1 Lý thuyết điều khiển Mờ 9

2.1.1 Giới thiệu về Logic Mờ .9

2.1.2 Một số khái niệm cơ bản 11

2.1.3 Mệnh đề hợp thành mờ, luật hợp thành mờ 14

2.1.4 Bộ điều khiển mờ .17

2.2 Lý thuyết điều khiển PID .20

2.2.1 Khâu hiệu chỉnh tỷ lệ P 20

2.2.2 Khâu hiệu chỉnh vi phân tỷ lệ PD .20

2.2.3 Khâu hiệu chỉnh tích phân tỷ lệ PI .21

2.2.4 Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỷ lệ PID .21

2.2.5 Thiết kế bộ điều khiển PID 22

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT GIAO THỨC CAN .24

3.1. Giới thiệu ( CAN: Controller Area Network ) .24

3.2. Giao thức CAN ( CAN Protocol ) .26

3.2.1 Nội dung giao thức 26

v

3.2.2 Mô hình CAN trong OSI .27

3.2.3 Lớp vật lý .29

3.2.4 Cấu trúc bức điện .32

3.2.5 Cấu trúc bit trong giao thức CAN 35

3.2.6 Truy cập và giải quyết tranh chấp trên đường truyền .37

3.2.7 Sự đồng bộ xung clock 38

CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN .40

4.1 Đặc tính cơ tĩnh của động cơ điện một chiều ( Động cơ DC ) 40

4.2 Sơ lược về các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC 44

4.2.1 Điều khiển từ thông 45

4.2.2 Điều khiển điện áp phần ứng .46

4.2.3 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông kích từ .47

4.3 Phương pháp điều rộng xung (PWM: Pulse Width Modulation) 48

4.4 Giới thiệu về Encoder được sử dụng trong luận văn 50

CHƯƠNG 5: HỌ VI ĐIỀU KHIỂN HCS12 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN MC9S12DP512 .53

5.1 Giới thiệu chung về họ vi điều khiển HCS12 53

5.1.1 Các thành phần cơ bản của bộ xử lý 55

5.1.2 Các chế độ hoạt động 56

5.2 Vi điều khiển được sử dụng trong Luận văn - MC9S12DP512 .58

5.2.1 Các Port xuất nhập đa dụng 60

5.2.2 Khối chức năng thời gian ( Timer ) .63

5.2.3 Bộ điều rộng xung ( PWM ) 67

5.2.4 Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ ( SCI ) 70

5.2.5 Khối chức năng Key-WakeUp 72

5.2.6 Khối Mô-đun chức năng CAN ( Controller Area Network ) 73

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG 79

6.1 Cấu trúc phần cứng của các mô-đun trong mô hình 79

6.2 Các khối mạch chức năng trên mô-đun điều khiển động cơ và mô-đun trung tâm. .80

6.2.1 Khối mạch vi điều khiển trung tâm 81

6.2.2 Khối mạch giao tiếp máy vi tính qua cổng nối tiếp 82

6.2.3 Khối giao tiếp CAN 84

6.2.4 Khối giao tiếp song song giữa 2 mô-đun điều khiển 2 động cơ 85

6.2.5 Khối bàn phím điều khiển động cơ ( 4 phím) 85

6.2.6 Khối bàn phím chọn các chế độ hoạt động cho mô hình 86

vi

6.2.7 Khối mạch nguồn 5 Vdc cho hệ thống điều khiển 87

6.2.8 Khối thời gian thực .87

6.2.9 Khối hiển thị LCD 91

6.2.10 Khối mạch động lực điều khiển động cơ .92

6.2 Khối nguồn 24/12/5 Vdc cung cấp cho mạch động lực và động cơ .94

6.3 Sơ đồ mạch BDM-Pod :Mạch dùng để Nạp ,Debug cho họ HCS12 .95

Hình ảnh thật của mô hình phần cứng luận văn . .96

CHƯƠNG 7: GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH . 97

7.1 Thiết kế bộ điều khiển PI-Mờ , ổn định tốc độ động cơ DC .97

7.1.1 Sơ lược sơ đồ khối và hệ phương trình toán 97

7.1.2 Thiết kế bộ điều khiển PI-Mờ 98

7.1.3 Cách tính tốc độ của động cơ DC được sử dụng trong luận văn .102

7.2 Cách thức điều khiển từ máy vi tính ( PC ) .103

7.3 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển trên các mô-đun 110

7.3.1 Lưu đồ giải thuật đoạn chương trình MAIN 112

7.3.2 Trình tự chi tiết trong các chương trình con và 5 chương trình phục vụ Ngắt .116

CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC , HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .123

8.1 Một số hình ảnh về hoạt động của hệ thống 123

8.1.1 Tại giao diện trên máy tính ở mô-đun điều khiển động cơ 1 .123

8.1.2 Hình ảnh tại giao diện trên máy tính và mô-đun ở trung tâm điều khiển 125

8.2 Các kết quả đã đạt được 127

8.3 Một số điểm hạn chế .128

8.4 Hướng khắc phục các điểm hạn chế và phát triển đề tài 128

8.4.1 Hướng khắc phục các điểm hạn chế 128

8.4.2 Hướng phát triển đề tài 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130

PHỤ LỤC: BẢN VẼ TỔNG HỢP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CÁC MẠCH