Thiết kế hệ thống truyền Động Điện chuyên ngành kỹ thuật Điều khiển và tự Động hóa tên Đề tài thiết kế chế tạo robot di Động 4 bánh truyền Động Độc lập có lái

Các cấu trúc điều khiển số khắc phục được tất cả những nhược điểm của các cấu trúc truyền động tương tự và bằng cách sử dụng các bộ xử lý có thể lập trình được việc nâng cấp trở nên rất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KĨ THUẬT & CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT DI ĐỘNG 4 BÁNH

TRUYỀN ĐỘNG ĐỘC LẬP CÓ LÁI.

Người hướng dẫn : TS Mai Thế Anh

Th.S Hồ Sỹ Phương

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Đô 225752021610049

Nguyễn Đức Đông 225752021610010

Lê Hữu Đức 225752021610071 Nguyễn Đức Anh 225752021610083

Lớp : 63K - Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Khóa : K63

Nghệ An, 2024

VIỆN KT&CN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỀ CƯƠNG THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Họ và tên sinh viên:

Mã số sinh viên:

Ngành:

Lớp:

Đề tài:

1 Nhiệm vụ: (nêu nội dung thực hiện và dữ liệu ban đầu)

2 Kế hoạch dự kiến Thời gian Nội dung thực hiện Kết quả (dự kiến) Ghi chú Tuần 1 ( từ đến )

Tuần 2 ( từ đến )

Tuần 3 ( từ đến )

Tuần 4 ( từ đến )

3 Ngày giao đồ án: ngày tháng … năm 20

4 Ngày hoàn thành đồ án: ngày tháng … năm 20

Người hướng dẫn:

Nghệ An, ngày tháng năm 20

TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM VIỆN KT&CN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN TỰ ĐÁNH GIÁ Nhóm trưởng:

Mã số sinh viên:

Đề tài:

Nhận xét chung:

Phần đánh giá:

Tự đánh giá

Ghi chú

1 Nguyễn Văn Đô 225752021610049

2 Nguyễn Đức Đông 225752021610010

3 Lê Hữu Đức 225752021610071

Nghệ An, ngày tháng năm 20

NHÓM TRƯỞNG

4 Nguyễn Đức Anh 225752021610083

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM

VIỆN KT&CN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN VỀ ĐỒ ÁN

Họ và tên sinh viên:

Mã số sinh viên:

Ngành:

Lớp:

Đề tài:

Nhận xét chung:

Phần đánh giá: Thời gian Nội dung thực hiện Kết quả (dự kiến) Ghi chú Tuần 1 ( từ đến )

Tuần 2 ( từ đến )

Tuần 3 ( từ đến )

Tuần 4 ( từ đến )

- Ý thức thực hiện:

- Nội dung thực hiện:

- Hình thức trình bày:

- Tổng hợp kết quả (điểm bằng số và bằng chữ):

+ Điểm chuyên cần: + Điểm giữa kỳ:

Nghệ An, ngày tháng năm 20

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1.Đặt vấn đề 3

1.2 Mục tiêu đề tài 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Tổng quan về động cơ Brushless 6

2.1.1 Khái niệm 6

2.1.2 Cấu tạo 6

2.1.3 Nguyên lý hoạt động 7

2.1.4 Phương pháp điều khiển 7

2.2 Tổng quan về cảm biến Hall 9

2.2.1.Chức năng của cảm biến Hall 9

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 10

2.3 Giới thiệu chung về PID 10

2.4 Thuật toán PID 11

2.4.1 Khâu tỉ lệ 11

2.4.2 Khâu tích phân 12

2.4.3 Khâu vi phân 14

2.5 Rời rạc hóa bộ điều khiển PID 15

2.6 Sai số tuyệt đối tỷ đối 17

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 19

3.1 Sơ đồ mô tả các khối của bộ điều khiển 19

3.2 Lưu đồ thuật toán 20

3.3 Lựa chọn thiết bị 20

3.3.1 Động cơ 20

3.3.2 Vi điều khiển trung tâm 21

3.3.3 Nguồn đầu vào 23

3.3.4 Driver Module điều khiển 24

3.4 Sơ đồ đi dây phần cứng 25

3.5 Mô hình thực nghiệm 26

3.6 Kết quả thu được và đánh giá 27

KẾT LUẬN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

PHỤ LỤC 31

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.Đặt vấn đề

Ngày nay, thế giới đang chứng kiến sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệp do việc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ Cùng với sự thay đổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về

tự động hoá cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của thế giới Các hệ thống tự động hoá sử dụng động cơ điện truyền thống thường được thiết kế với những phần tử tương tự tương đối rẻ tiền Điểm yếu của các hệ thống tương tự là chúng nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ và tuổi thọ của các thành phần Một nhược điểm nữa của các hệ thống này là khó mở rộng và nâng cấp Các cấu trúc điều khiển số khắc phục được tất cả những nhược điểm của các cấu trúc truyền động tương tự và bằng cách sử dụng các bộ xử lý có thể lập trình được việc nâng cấp trở nên rất dễ dàng do được thực hiện bằng phần mềm Các bộ

xử lý tín hiệu số tốc độ cao cho phép chúng ta thực hiện được những bài toán điều khiển số yêu cầu độ phân giải cao, tốc độ và khối lượng tính toán lớn chẳng hạn như các bài toán điều khiển thời gian thực Ngoài ra, chúng còn cho phép tối thiểu hoá các thời gian trễ trong mạch vòng điều khiển Những điều khiển hiệu suất cao này còn cho phép giảm được dao động momen, giảm đáng kể tổn thất công suất như tổn thất công suất do các điều hoà bậc cao gây ra trong rotor Các dạng sóng liên tục cho phép tối ưu hoá các phần tử công suất và các bộ lọc đầu vào Những tiến bộ gần đây trong ngành Vật liệu từ (Nam châm vĩnh cửu), ngành điện tử công

11

suất, trong chế tạo các bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao, kỹ thuật điều khiển hiện đại

đã ảnh hưởng đáng kể đến việc mở rộng ứng dụng của các hệ truyền động động cơ một chiều không chổi than kích thích vĩnh cửu nhằm đáp ứng nhu cầu về sản xuất hàng hoá, thiết bị, các bộ xử lý của thị trường cạnh tranh khắp thế giới

Động cơ một chiều không chổi than là loại động cơ có rất nhiều ưu điểm nên gần đây đã được chú ý nghiên cứu và đưa vào sử dụng rộng rãi nhất là trong các hệ thống tự động có yêu cầu cao về độ tin cậy trong các điều kiện làm việc đặc biệt: môi trường chân không, nhiệt độ thay đổi, va đập mạnh, dễ cháy nổ, Do không

có bộ phận đổi chiều cơ khí sử dụng vành góp,chổi than nên động cơ này khắc phục được hầu hết các nhược điểm của động cơ một chiều thông thường Hiệu suất cao do giảm được tổn thất công suất, không cần bảo dưỡng và quán tính rotor nhỏ của động cơ một chiều không chổi than đã làm tăng nhu cầu sử dụng động cơ này trong những ứng dụng rô bốt và servo công suất lớn Việc phát minh ra các thiết bị công suất hiện đại như MOSFET, IGBT, GTO và nam châm vĩnh cửu đất hiếm năng lượng cao đã tăng cường các ứng dụng của động cơ này trong các truyền động có yêu cầu điều chỉnh tốc độ

Với việc ứng dụng vi xử lý trong điều khiển BLDC cho phép chúng ta thực hiện giải pháp nhằm cải thiện chất lượng giảm giá thành sản phẩm và khắc phục khuyết điểm ở những động cơ BLDC nhỏ Chính vì vậy việc nghiên cứu và thực hiện giải pháp điều khiển tốc độ động cơ BLDC mang tính cấp thiết

12

1.2 Mục tiêu đề tài

- Mục tiêu tổng quát:

+ Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng vi mạch chính là Arduino Mega2560 để

điều khiển tốc độ động cơ

+ Điều khiển và giám sát tốc độ động cơ Brushless sử dụng giao diện Python và phần mềm Arduino IDE

- Mục tiêu cụ thể:

+ Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển BLDC: Tìm hiểu và phân tích các phương

pháp điều khiển tốc độ động cơ BLDC như điều khiển điện áp, dòng điện, điều khiển bằng vi điều khiển sử dụng chương trình trên Arduino IDE và giao diện Python

+ Thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ BLDC: Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển tốc độ động cơ BLDC dựa trên bộ điều khiển PID

+ Đọc số lần thay đổi trạng thái của cảm biến HAll để điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên giá trị đặt

+ Điều chỉnh các tham số PID để động cơ đạt được tốc độ ổn định và chính xác so với giá trị đặt

+ Đánh giá hiệu quả hệ thống điều khiển: Thực nghiệm và kiểm tra mô phỏng so sánh hiệu quả của phương pháp điều khiển trong việc duy trì tốc độ động cơ BLDC

13

ổn định dưới các điều kiện thay đổi điện áp Đánh giá các chỉ tiêu như độ chính xác , độ ổn định , thời gian xác lập và hệ thống đáp ứng của động cơ

- Ứng dụng thực tế :

+ Điều khiển động cơ Brushless với thuật toán nâng cao có ứng dụng rất nhiều trong hệ thống tự động hóa trong nhà máy và dây chuyền sản xuất, nơi yêu cầu công suất vừa phải và tốc độ cao

+ Tạo nền tảng nghiên cứu, chế tạo phát triển nhiều dự án hơn trong tương lai

- Yêu cầu đạt được:

+ Điều khiển động cơ Brushless với khả năng điều chỉnh tốc độ, sai số thấp, bám xung chính xác và hoạt động ổn định

+ Đọc được sai số, tốc độ đầu ra từ cảm biến Hall, điều chỉnh tốc độ mong muốn bằng giao diện

14