Một số vấn đề em biết về điều khiển số động cơ:
1.
Quan trọng nhất: Tìm được hàm truyền của động cơ.
Với động cơ 1 chiều, đã có nhiều báo cáo về phương pháp tìm hàm truyền của động cơ, quy chung lại có 3 phương pháp:
a. Đo trực tiếp các thông số của động cơ, Ra, La, M, Kb, Ke....
Phương pháp này đòi hỏi thiết bị đo khá hiện đại (như các oscillo số)...
b. Vẽ đáp ứng bước nhảy h(t) của đầu ra mong muốn, chẳng hạn như vận tốc góc---điện áp vào, dòng điện----điện áp vào. Cách này đơn giản hơn!
c. Xây dựng đặc tính tần: Chẳng hạn như cho vào đc 1 điện áp sin rồi đo đáp ứng (vận tốc góc, dòng điện) từ đó tính ra hàm truyền.
Phương pháp a là đơn giản nếu có thiết bị, phương pháp b thì phức tạp hơn vì cần xây dựng mạch phần cứng đủ mạnh (ADC đủ nhanh chẳng hạn) để thu thập số liệu. Phương pháp c chưa nghĩ bao j nên không có ý kiến
Hàm truyền vận tốc góc phụ thuộc điện áp vào là một khâu PT2.
Hàm truyền dòng điện - điện áp là khâu PT1.
Sau khi tính được hàm truyền trong miền Laplace, ta tính hàm truyền trong miền Z (rời rạc, và phụ thuộc vào chu kì trích mẫu T)
2. Phương pháp điều khiển.
Phương pháp điều khiển tốt nhất là sử dụng cấu trúc vòng phân cấp. với 3 vòng điều khiển.
- Vòng điều khiển dòng (điều khiển momen) là vòng điều khiển trong cùng có động học nhanh nhất, yêu cầu chu kì đk nhỏ nhất (cỡ 100us-400us).
- Vòng điều khiển vận tốc đứng thứ 2 với chu kì gấp 1 số nguyên lần vòng thứ nhất (thường là 10 lần)
- Vòng điều khiển vị trí là vong ngoài cùng, yêu cẫu chu kì điều khiển lớn nhất và cũng gấp 1 số nguyên lần vòng đk vận tốc.
Chu kì trích mẫu của các vòng là khác nhau nhưng chúng tỉ lệ với nhau. Chu kì này sẽ quyết định hàm truyền rời rạc của đối tượng trong vòng điều khiển.
Vòng điều khiển dòng có thể sử dụng khâu điều chỉnh Dead-beat (tối ưu cấu trúc).
Vòng điều khiển vận tốc có thể dùng thiết kế tối ưu module số (tối ưu tham số)
Vòng điều khiển vị trí tương tự vòng điều khiển vận tốc.
Các
application note về điều khiển động cơ (nhiều nhất là của Micorchip) đều chỉ hướng dẫn điều khiển PID vòng điều khiển vận tốc.
Chú ý rằng chu kì trích mẫu là một yếu tố vô cùng quan trọng trong bài toán điều khiển số. Với động cơ, chu kì trích mẫu không những phụ thuộc vào tốc độ tính toán của VDK mà còn phụ thuộc vào độ phân giải của Encoder cũng như vận tốc quay của động cơ. Các encoder 500 xung là không đủ để đảm bảo chất lượng điều khiển.
Ví dụ thế này:
Con động cơ của em có encoder 500 xung, vận tốc không tải ở 12V là 2500v/phút. Mạch điều khiển đã nhân đôi xung từ Encoder là được 1000 xung/vòng. như vậy với vòng điều khiển vận tốc chỉ 4ms ta đếm được cùng lắm là 167 xung! Sai số điều khiển 1 xung sẽ ứng với 2500/167=15v/phút. Một con số tương đối lớn.
Trong trường hợp này đảm bảo nhất là sử dụng phương pháp đo chu kì xung, tuy nhiên nếu áp dụng sẽ tương đối phức tạp và khi ấy bộ QEI của PIC chỉ dùng cho vòng điều khiển Vị trí thôi
.
Để thực hiện được vòng điều khiển dòng, ta cần 1 ADC (tối thiểu 10bit). Sử dụng ADC onchip là một giải pháp tốt. ADC của PIC có thể đáp ứng được điều này vì có thời gian biến đổi tương đối nhỏ (10us của PIC16, 5us của PIC18 và 2us của dsPIC). ADC 10 bit của AVR có thời gian biến đổi đến 67us.
Các chíp PIC đời cao như 18F2331, 18F4331, dsPIC2010.... là lý tưởng để giải quyết thấu đáo vấn đề điều khiển số động cơ 1 chiều.
Về khâu chấp hành:
Phương pháp thường được sử dụng nhất là điều khiển PWM động cơ. Tuy nhiên sử dụng kiểu PWM nào:
- PWM không đảo chiều có đường đi cho dòng điện hãm
- PWM đảo chiều kiểu một cực
- PWM đảo chiều một cực bị hạn chế
- PWM đảo chiều kiểu diode
Phương pháp đầu là kiểu điều khiển động cơ bằng 1 FET kiểu này cho đặc tính cơ của động cơ không tốt lắm.
3 Phương pháp sau là các cách điều khiển khác nhau của 1 mạch cầu H, trong đó điều khiển PWM kiểu một cực thường được sử dụng nhất (chẳng hạn với L298 khi cho 1 chân là PWM, 1 chân là DIR). Điều khiển PWM kiểu diode cho đáp ứng tốt nhất với động cơ, đặc biệt ổn định ở dải vận tốc thấp, nhưng gây tổn hao lớn cho mạch công suất (đưa 2 xung đối nhau vào 2 chân điều khiển của L298).
Tần số PWM theo đa số các tài liệu và cả theo bác falleaf thì tốt nhất là nằm trong khoảng 16-25kHz. Ở tần số này các optocouper kiểu như P521 hay 4N35 không sử dụng được. Vì thế không được sử dụng chúng để cách ly.
Hình đính kèm là điện áp đo được giữa 2 đầu động cơ mà em sử dụng khi băm bằng L298 ở tần số 33kHz. Và xung vào từ encoder (xung kênh A và xung sau khi qua mạch nhân 2)
