CHƯƠNG V THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
5.3. Thiết kế các cụm điều khiển chính của máy cắt kính
5.3.1. Điều khiển động cơ Servo bằng IC ATMEGA 16
IC LM629 là vi xử lý chuyên dụng của hãng điện tử National. Nó dùng để điều khiển chuyển động của các loại động cơ servo DC và các cơ cấu servo khác có tín hiệu hồi tiếp trả về lệch pha 900. Với khả năng tính toán 32 bit và tập lệnh hỗ trợ mạnh, ATMEGA 16 có thể sử dụng trong các ứng dụng phức tạp mà vẫn đảm bảo thời gian thực và độ phân giải cao. ATMEGA 16 với ngõ ra PWM 8 bit và chân điều khiển hướng quay động cơ để lái cầu H.
5.3.1.2. Các đặc tính chính
- Khả năng xử lý vị trí, vận tốc, gia tốc 32 bit - Bộ lọc PID có các tham số 16 bit lập trình được - Thời gian vi phân lập trình được
- Tín hiệu điều khiển dạng PWM 8 bit có dấu - Tự động tính toán quỹ đạo vận tốc.
- Cho phép cập nhật vận tốc, vị trí cuối và tham số bộ lọc trong lúc chuyển động.
- Hoạt động ở chế dộ vị trí và vận tốc.
- Các ngắt tới vi xử lý chủ có thể lập trình được - Giao tiếp song song 8 bit với vi xử lý chủ - Giao tiếp với encoder 3 pha A, B, Z.
5.3.1.3. Nguyên lý hoạt động a. Giới thiệu
Vi xử lý chủ giao tiếp với LM629 qua một port I/O để lập trình quỹ đạo vận tốc hình thang và bộ lọc bù số. Ngõ ra PWM 8 bit giao tiếp với mạch cầu H để cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động và tín hiệu hồi tiếp cho vòng điều khiển vị trí lấy từ encoder loại tương đối. Khối tạo biên dạng vận tốc hình thang sẽ tính toán quỹ đạo cần
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn thiết khi hoạt động ở kiểu vận tốc và kiểu vị trí. Khi hoạt động, LM629 sẽ tính toán sai số vị trí bằng cách lấy vị trí mong muốn trừ đi vị trí thực hiện (hiện tại), sai số này được đưa vào bộ lọc số để điều khiển.
b. Hồi tiếp vị trí
LM629 có thể giao tiếp với enconder tương đối loại 3 pha A, B, Z để kiểm soát vị trí động cơ. Mỗi khi có tín hiệu chuyển mạch của xung A hoặc B, thanh ghi vị trí của LM629 sẽ tăng giảm tương ứng. Điều này giúp nâng cao độ phân giải enconder lên 4 lần. Tín hiệu từ enconder được đồng bộ với xung clock của LM629
Hình 5.15. Tín hiệu hồi tiếp từ encoder
Tín hiệu từ xung Index dùng để nhận biết động cơ đã quay được một vòng. Khi được lập trình, LM629 sẽ ghi lại vị trí tuyệt đối của động cơ vào thanh ghi Index mỗi khi ba tín hiệu của encoder xuống mức logic thấp. Nếu encoder không có pha Index thì ngõ vào Index của LM629 vẫn có thể được dùng để ghi lại vị trí Home của động cơ. Trong trường hợp này, người ta bố trí sao cho khi động cơ đến điểm Home sẽ làm một công tắc xuống mức logic thấp và nối công tắc này vào chân Index. Khi có LM629 sẽ ghi lại vị trí động cơ vào thanh ghi Index và có thể gây ngắt vi xử lý chủ. Nếu không sử dụng, chân Index nên ở mức logic cao.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn c. Khối tạo biên dạng vận tốc
LM629 điều khiển vị trí bằng biên dạng vận tốc khi di chuyển là hình thang. Trong điều khiển vị trí, vi xử lý chủ xác định gia tốc, vận tốc tối đa và vị trí đích. LM629 dùng thông tin này để tạo ra chuyển động bằng cách gia tốc cho đến khi đạt vận tốc tối đa và giảm dần cho về không đạt vị trí. Giá trị của gia tốc và vận tốc là bằng nhau.
Trong suốt thời gian di chuyển, vận tốc cực đại và vị trí đích có thể thay đổi được và động cơ sẽ tăng hay giảm gia tốc cho phù hợp. Hình 5.16 (a) là hình thang đơn giản lý tưởng, hình 5.16 (b) là hình thang, có được khi vận tốc thay đổi trong những thời gian khác nhau trong lúc chuyển động.
Hình 5.16. Biên dạng hình thang mẫu biểu diễn biên dạng vận tốc
Khi hoạt động ở kiểu vận tốc, động cơ tăng đến vận tốc xác định ứng với gia tốc đặt trước và giữ vận tốc ổn định cho đến khi có lệnh dừng. Nếu có nhiễu trong lúc hoạt động thì vận tốc trung bình vẫn không đổi do LM629 sẽ tính toán bù trừ cần thiết. Nếu
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn động cơ không đạt được vận tốc đặt (ví dụ, động cơ bị kẹt hoặc công suất không đảm bảo) thì vị trí yêu cầu từ LM629 vẫn tiếp tục tăng dẫn đến sai lệch vị trí ngày càng lớn.
Nếu ngẫu nhiên lỗi này được khắc phục thì động cơ sẽ nhanh chóng đạt vận tốc rất cao để đạt vị trí yêu cầu. Lỗi này có thể phát hiện bằng cách dùng lệnh LPEI, LPES.
Tất cả các thông số quỹ đạo có là số dạng 32 bit. Thông số vị trí là giá trị có dấu. Giá trị gia tốc và vận tốc là số dương gồm 16 bit biểu thị phần nguyên và 16 bit biểu thị phần thập phân.
d. Hoạt động đọc và ghi của LM629
Vi xử lý chủ ghi lệnh vào các chân của LM629 qua ngõ I/O port khi chân PS \=0. Mã lệnh được truyền song song qua port giao tiếp và chân WR\ tích cực, byte lệnh được chốt vào nhờ cạnh xuống của chân này. Khi ghi lệnh cần phải đọc trạng thái và kiểm tra cờ trạng thái, gọi là cờ bận (bit 0). Nếu bit báo bận ở mức logic cao thì không được ghi lệnh. Bit báo bận không bao giờ ở mức logic cao trong thời gian quá 100s, thường thì chỉ trong 15s khoảng đến 25s. Vi xử lý chủ đọc byte trạng thái theo các tương tự, cho PS \=0 và đọc dữ liệu từ cạnh xuống của chân RD, thông tin trạng thái được giữ trong thời gian RD\ ở mức logic thấp.
Ghi và đọc dữ liệu hay trạng thái của LM629 kết thúc khi chân PS \= 1. Việc đọc và ghi luôn thực hiện theo từng 2 byte và byte đầu tiên luôn là byte có trong số cao. Khi truyền dữ liệu theo từng word (2 byte), nhất thiết phải kiểm tra bit bận. Khi bit bận ở mức logic thấp thì có thể truyền tiếp. Nếu bit bận ở mức logic cao thì phải kiểm tra lại liên tục cho đến khi bit này được xóa mới tiếp tục truyền, nếu không thì lệnh sẽ bị bỏ qua và báo lỗi. Bit bận sẽ lên cao ngay lập tức sau khi ghi byte lệnh hoặc khi đọc, ghi byte thứ 2.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Hình 5.17. Hoạt động đọc Byte trạng thái
Hình 5.18. Hoạt động ghi Byte lênh
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Hình 5.19. Hoạt động đọc dữ liệu
Hình 5.20. Hoạt động ghi dữ liệu
e. Ngõ ra điều khiển động cơ
LM629 cung cấp ngõ ra PWM 8 bit và chân tín hiệu điều khiển chiều quay động cơ.
Tương ứng chiều dương PWM tối đa là 127/128. chiều âm là 128/128.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn