Luận Văn Thiết kế và thực hiện bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh cho động cơ dc

TÓM TẮT

Luận văn trình bày quá trình thực hiện, ứng dụng thực tế và kết quả so sánh của bộ điều khiển động cơ DC tự chỉnh cải tiến cùng giải thuật ước lượng bình phương tối thiểu đệ quy cùng giải thuật điều khiển theo mô hình chuẩn nhúng trên nền 2 vi điều khiển ARM®Cortex™M4 là STM32F4 Discovery của hãng ST và TIVAF4123 Launchpad của hãng Texas Intrument. Với bộ điều khiển tự chỉnh, bất kì động cơ DC nào cũng được điều khiển chính xác và hiệu quả hơn so với những bộ điều khiển khác, điển hình là bộ điều khiển PID truyền thống hơn 100 năm tuổi.
Mặt khác, việc tận dụng hiệu năng và giá thành hợp lý của vi điều khiển ARM®Cortex™M4 sẽ mang bộ điều khiển gần hơn với những người dùng phổ thông và những lập trình viên mà vẫn đảm bảo chất lượng của hệ thống.

MỤC LỤC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP i
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN iii
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN iv
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN . v
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN . vi
LỜI MỞ ĐẦU vii
LỜI CẢM ƠN . viii
TÓM TẮT . ix
MỤC LỤC x
DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, CÁC TỪ VIẾT TẮT . xiii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU . 1
1.1 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ CHỈNH . 1
1.2 TIỀM NĂNG, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG 2
1.3 MỤC TIÊU LUẬN VĂN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 4
1.4 SƠ LƯỢC NỘI DUNG LUẬN VĂN 5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HAI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ STR 6
2.2 GIẢI THÍCH CHỨC NĂNG CÁC KHỐI TRONG GIẢI THUẬT STR 7
2.3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ VẬN TỐC ĐỘNG CƠ DC . 8
2.3.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC ĐỘNG CƠ DC 8
2.3.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC 11
2.4 LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO MÔ HÌNH CHUẨN .12
2.5 CƠ SỞ TOÁN HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA PHÉP ƯỚC LƯỢNG BÌNH PHƯƠNG
TỐI THIỂU 13
2.6 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ LUẬT ĐIỀU KHIỂN THEO MO HÌNH MẪU .16
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG .17
3.1 BỘ VI XỬ LÝ 18
3.1.1 VI ĐIỀU KHIỂN STM32F407 TRÊN KIT STM32F4 DISCOVERY .20
3.1.2 VI ĐIỀU KHIỂN TI TIVAF4123G TRÊN KIT TIVA LAUNCHPAD .21
3.2 MẠCH CẦU H 22
3.3 MẠCH SCHMITT TRIGGER .23
3.4 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ .26
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT .28
4.1 BỘ ƯỚC LƯỢNG BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU ĐỆ QUY 28
xi
4.1.1 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC .28
4.1.2 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ .30
4.2 KHỐI MÔ HÌNH CHUẨN 33
4.2.1 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC .33
4.2.2 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ .36
4.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO MÔ HÌNH CHUẨN .39
4.3.1 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC .39
4.3.2 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ .41
CHƯƠNG 5: NHỮNG CẢI TIẾN TRONG GIẢI THUẬT .44
5.1 CẢI TIẾN BỘ ƯỚC LƯỢNG BÌNH PHƯƠNG TỐI THIỂU ĐỆ QUY 44
5.1.1 HỆ SỐ QUÊN THAY ĐỔI THEO THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG 44
5.1.2 GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG CÓ TÍNH ĐẾN ĐỘ TRỄ CỦA ĐỘNG CƠ .45
5.1.3 GIẢI THUẬT NHÂN CHUỖI MA TRẬN VỚI SỐ PHÉP TOÁN TỐI ƯU .48
5.1.4 GIẢI THUẬT THAY ĐỔI MA TRẬN KHỞI ĐẦU P(0) 49
5.1.5 GIẢI THUẬT THAY ĐỔI MA TRẬN THÔNG SỐ KHỞI ĐẦU (0) 50
5.2 CẢI TIẾN KHỐI MÔ HÌNH CHUẨN 50
5.2.1 GIẢI THUẬT CHỐNG TRÀN DO LỖI CHIA CHO 0 TRONG KHỐI MÔ HÌNH CHUẨN
50
5.3 TỐI ƯU HÓA BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO MÔ HÌNH CHUẨN .51
5.3.1 THÊM MỘT KHÂU TÍCH PHÂN VÀO KHỐI R .51
5.3.2 VÀI PHÉP THỬ VỚI NHIỀU DẠNG MÔ HÌNH CHUẨN KHÁC NHAU .56
5.4 CẢI TIẾN KIẾN TRÚC LẬP TRÌNH .59
5.4.1 SỬ DỤNG NGẮT TRONG TRUYỀN VÀ NHẬN USART 59
5.4.2 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO VẬN TỐC TỐI ƯU 59
5.4.3 SỬ DỤNG BỘ ENCODER ĐẾM BẰNG PHẦN CỨNG x4 SỐ XUNG .60
5.4.4 SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NHỮNG LỆNH TIỀN XỬ LÝ KHI LẬP TRÌNH 60
CHƯƠNG 6: CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .61
6.1 ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC ĐỘNG CƠ .63
6.1.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐÁP ỨNG VÀ TÍNH THÍCH NGHI CỦA CÁC BỘ ĐIỀU
KHIỂN TRÊN CÙNG MỘT MÔ HÌNH .63
6.1.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN .69
6.2 ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ .72
6.2.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA NHỮNG TỐI ƯU HÓA TRONG GIẢI THUẬT STR 72
CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74
7.1 VỀ PHẦN GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG 74
7.2 VỀ PHẦN BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO MÔ HÌNH CHUẨN .75
xii
7.3 VỀ KHỐI MÔ HÌNH CHUẨN 75
7.4 VỀ PHẦN CỨNG HOẶC CODE LẬP TRÌNH 75
7.5 KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN .75
PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 76