Tìm người làm bài tập thực hành: Bộ ĐK PID động cơ DC

[hoanf]

A mà quên các bác làm cho em cái mô hình rồi chụp hình lên trên đây cho bọn em xem và học tập làm theo cái.
Cám ơn các bác nha.
Bây giờ để em sang bên mảng động cơ tìm tài liệu về động cơ đọc coi:P
Các bác có lời khuyên nào cho em về cách học về động cơ nhanh nhất thì mong chỉ đường dẫn lối giúp em.

Chúc các bác ngày mới vui vẻ.

[tinhthanthep]

Tớ thì hết sinh viên được 4 năm nay rồi. Cũng rất muốn nghiên cứu về PIC qua các đề tài ứng dụng. Đối với tớ thì kinh phí không phải là vấn đề lớn, cái tớ cần là được hỗ trợ về kỹ thuật, lý thuyết... Tớ xin sẵn sàng đầu tư phần cứng: mua động cơ, chế tạo cơ khí gá lắp, mua linh kiện, làm mạch in... Phần còn lại là chúng ta cùng nhau thảo luận trên diễn đàn này để đi tới thành công của dự án.

[falleaf]

Oki, đây là phần thứ nhất, mọi người làm mô hình cơ như sau:

Một động cơ, và 3 cục tải như hình minh hoạ sau.

Ai làm xong thì chụp hình lại cho mọi người xem. Chú ý rằng trục động cơ đưa ra ngoài để tải không bị vướng.

Lỗ vít để bắt vào trục thay cho then, nhớ đặt xiên 45 độ.

Thử làm nhé.

Chúc vui

[hoanf]

Chào anh Falleaf
Anh đưa hình rất dễ hình dung
Để em mày mò làm thử mô hình coi
Hi vọng xong sớm post hình lên cho anh em coi :P

Thân chào anh em. chúc anh em một đêm ngon giấc.

[bluepine]

ok, mô hình của anh falleaf rất thú vị nhưng em còn một thắc mắc : '' lỗ vít để bắt vào trục thay cho then, nhớ đặt xiên 45 độ'' là sao hả anh ? em chưa hình dung được. Em sẽ tranh thủ tìm cách làm mô hình để sớm post lên cho các bác xem.
Thân chào.
bluepine

[falleaf]

Nghiêng 45 độ là nghiêng theo chiều dọc của trục động cơ. Tưởng tượng trục động cơ là một đường thẳng, vít từ ngoài cắm vào. Như vậy, vít và trục tạo thành góc 90 độ. Bây giờ đặt vít và trục nghiêng với nhau khoảng 45 độ - 60 độ, chứ không đặt thẳng góc 90 độ nữa. Nhớ là góc này để làm sao có thể đưa cái tuộc nơ vít, hoặc là đầu lục giác vào để vặn vít. Nếu các bạn làm nó nghiêng về phía cục tải, thì nó sẽ bị cản, không thể đưa cái tuộc vít vào để xiết chặt được, vậy thì cho nó nghiêng vào phía trong một chút. Nếu trường hợp trục của các bạn quá ngắn, thì các bạn cứ để nguyên nó thẳng góc 90 độ. Phần này chỉ là một chút liên quan đến nguyên tắc thiết kế cơ khí, các bạn nào học cơ điện tử thì phải học thiết kế cơ, còn nếu không biết thì thôi, không cần thiết.

Trong khi chờ đợi các bạn thực hành làm mô hình mẫu, có một bài toán nhỏ đặt ra, mọi người cùng tính nhé.

Tính moment quán tính của tải trụ tròn và tải trụ vuông.
http://em-ntserver.unl.edu/Negahban/...e18/note18.htm

Trang trên là một vài ví dụ về công thức tính moment quán tính của một vật so với một trục. Vậy, các bạn hãy xem một cách gần đúng là trục động cơ nhỏ, không đáng kể so với tải, hoặc tải và trục cùng làm bằng cùng một chất liệu. Khi đó, tải trụ tròn là một vật rắn gồm 2 hình trụ kích thước r và R gắn cứng với nhau. Tải trụ vuông là một hình trụ kích thước r và một hình khối vuông kích thước a, b, c (chữ nhật) gắn với nhau (các bạn tính trường hợp bất kỳ cho a,b,c sau đó, tuỳ theo người nào thiết kế trụ vuông như thế nào, người đó tự tính cho mình từ công thức tổng quát.

Nào, xin mời mọi người vừa làm vừa thực hành nhé.

Chúc vui

[tinhthanthep]

vừa ra trợ giời kiếm về con động cơ làm dự án với bác falleaf đây. Nhưng mà tìm mãi trên mạng không thấy datasheet của nó. Không biết xác định chân cẳng của nó ra sao. Đây là các thông số ghi trên nhãn động cơ:
DC motor Hitachi
type D06D304E
Volts: 38 Outphut: 53W
Ampe: 1.9 Rating : cont
RPM: 3700 INS. CL. B
Ricoh: P/N Encoder: 240 P/R

Từ mạch encoder thấy có 6 dây ra với 6 màu khác nhau. Còn từ động cơ có 2 dây ra (màu đen và đỏ). Hai dây này là nối với nguồn DC. Hôm nay chưa kiếm được cái máy ảnh để chụp lên cho anh em xem. Các bác giúp em tìm cái thông tin về động cơ này với. Không biết 6 dây ra ở encorder là thế nào đây?

[falleaf]

Nguyên văn bởi tinhthanthep

vừa ra trợ giời kiếm về con động cơ làm dự án với bác falleaf đây. Nhưng mà tìm mãi trên mạng không thấy datasheet của nó. Không biết xác định chân cẳng của nó ra sao. Đây là các thông số ghi trên nhãn động cơ:
DC motor Hitachi
type D06D304E
Volts: 38 Outphut: 53W
Ampe: 1.9 Rating : cont
RPM: 3700 INS. CL. B
Ricoh: P/N Encoder: 240 P/R

Từ mạch encoder thấy có 6 dây ra với 6 màu khác nhau. Còn từ động cơ có 2 dây ra (màu đen và đỏ). Hai dây này là nối với nguồn DC. Hôm nay chưa kiếm được cái máy ảnh để chụp lên cho anh em xem. Các bác giúp em tìm cái thông tin về động cơ này với. Không biết 6 dây ra ở encorder là thế nào đây?

Các thông số:
Điện áp vào tối đa 38VDC
Công suất: 53Watt
Vận tốc tối đa: 3700 vòng/phút (Rounds Per Minute - RPM)
Encoder độ phân giải 240 xung/vòng (Pulses Per Revolution - P/R hoặc PPR)
Dòng lớn nhất khoảng 1.9A, nhưng dòng hoạt động khoảng 1.4A



Đây là cách nối dây 6 chân.

Với loại encoder 5 chân, thì không có A-, B- mà nó sẽ là chân Z. Lưu ý là, theo cách nối trên, thì không biết thứ tự nhé, chỉ có cách kiểm tra thứ tự chân thôi, chứ không phải loại nào cũng giống loại nào. F chỉ đưa cái hình này ra để mọi người biết nó gồm những chân nào thôi.

Đây là thí dụ cho loại 5 chân chân Z hay chân Index, dùng để đếm số vòng quay



Ở đây, chúng ta chỉ sử dụng, VDD, GND, A và B, không dùng A-, B-.

Chúc vui.

[falleaf]

Cảm phiền các bạn nào tham gia đề tài, có thể cung cấp tên và địa chỉ cụ thể cho F và cho mọi người biết, để F có thể gửi PIC cho các bạn làm thực hành. Các bạn nào không cần F gửi PIC để thực hành mà có thể tự mua được thì không cần cung cấp thông tin cá nhân cũng được.

Chúc vui

[sphinx]

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)

[tinhthanthep]

Động cơ của mình là 53W
Trục động cơ có kích thước fi10mm
Định làm mấy cái tải bằng sắt kích thước khoảng 30mmx50mmx50mm
Không biết thế có đủ nặng và to không nhỉ falleaf?

[falleaf]

Ước lượng:

Công suất động cơ khoảng 53W, công suất động cơ dùng cho cái quạt máy chạy trong nhà chỉ khoảng 40W.

Tuỳ theo tốc độ quay, năng lượng = lực * vận tốc. Như vậy, chuyển qua chuyển động quay, thì nó là moment * vận tốc góc. Khi đó, cần phải cân đối giữa vận tốc góc muốn điều khiển, và moment của động cơ.

Nếu bạn dùng cục tải có moment quán tính lớn, thì vận tốc quay khó điều khiển, nó gọi là quán tính, có nghĩa là muốn làm cho nó quay cũng khó mà nó đang quay dừng lại cũng khó. Hiểu nôm na là vậy, vì bạn xem mô hình động cơ, ảnh hưởng của moment quán tính nằm ở dưới mẫu trong hàm truyền động cơ + tải.

tính sơ bộ một đĩa tròn (F không tính trụ tròn, để lại cho các bạn tính), thì



Cho nên, R ảnh hưởng nhiều đến moment quán tính hơn khối lượng. Nếu bạn làm R quá to, thì nó sẽ ảnh hưởng nhiều, nếu bạn thay vật liệu, nó ảnh hưởng theo khối lượng vật liệu mà thôi. Mà khối lượng vật liệu lại tỉ lệ với bậc 3 của kích thước.

V là bậc 3 của kích thước R.

Như vậy bạn thấy, kích thước ảnh hưởng một cách rất lớn lên moment quán tính.

Đây là một điểm mà các bạn cần phải chú ý khi có ý định thay đổi kích thước của tải, và cũng ước lượng được mức độ thay đổi kích thước tải ảnh hưởng lên moment quán tính cỡ bao nhiêu. Xong điểm thứ nhất.

Thử tải, với các động cơ lớn, công nghiệp, F không dám giới thiệu phương pháp thử này, nhưng với các động cơ nhỏ, thì đây là một cách thử bằng kinh nghiệm. Các bạn chú ý rằng: P = U*I = U^2/R

Như vậy, P sẽ tỉ lệ với bình phương của U. Nếu các bạn giảm U đi 2 lần, thì các bạn sẽ thấy P giảm đi 4 lần. R của động cơ là không đổi. Các bạn xem lại mô hình động cơ mà F đã gửi link. Các bạn sẽ thấy rằng, U quan hệ với moment động cơ như thế nào .

Khi đó, các bạn có thể ước lượng như sau, tay người khi xoắn một vật vào khoảng 70lbin (cái này F nhớ không chính xác, khoảng 8Nm thì phải). Như vậy, bạn giảm V đến khi nào tay người có thể giữ được động cơ, thì có thể từ đó tính ra lực tải tối đa, ước lượng được với 24VDC thì lực tải sẽ khoảng bao nhiêu, và cũng ước lượng được với cục tải như vậy, vận tốc của động cơ sẽ khoảng bao nhiêu.

Còn chọn cục tải cỡ nào để chúng ta làm thí nghiệm cho dễ thấy, thì cái rotor bản thân nó cũng có moment quán tính, và khối lượng của nó bằng khoảng nửa khối lượng động cơ. Bạn chỉ cẩn làm cục tải cầm cỡ cỡ khối lượng động cơ thì lúc đó cục tải sẽ có moment quán tính lớn hơn gấp đôi moment quán tính rotor (nếu như kích thước cục tải bằng kích thước rotor, tức là bán kính nhỏ như cái động cơ). Nếu như cùng khối lượng đó, nhưng mà thay đổi R, thì theo tinh thần tính toán ở trên kia, cứ tăng R gấp đôi, thì moment quán tính sẽ tăng khoảng 2^2 lần (lưu ý trên kia moment quán tính chỉ mới tính cho đĩa dẹp thì nó là 2^2 lần, nhưng nếu có thêm kích thước dày thì các bạn phải tính lại nhé). Các bạn ước lượng làm sao, để moment quán tính của tải lớn hơn nhiều lần so với moment quán tính của rotor, thì sau này khi tính toán, có thể coi moment quán tính của rotor là nhỏ.

Đây là một cách để thiết kế cục tải.

Tóm lại, những ý rời rạc và chung chung này, cung cấp cho các bạn một vài phương hướng ước lượng để chọn một cục tải vừa phải, tầm tầm, làm sao để cho chúng ta có thể thực hiện bài thí nghiệm, và quan sát tốt, chứ đúng ra về phương diện điều khiển, thì tải phải là cái cho trước, vì ở đây chúng ta không đi làm cái việc thiết kế máy.

Có lẽ bài toán thiết kế tải để tối ưu động cơ, thì anh Nam sẽ có thể giải thích chi tiết hơn, vì anh Nam chuyên về động cơ. Còn F chỉ có thể ước lượng mà thôi. Hình sau mô tả mối quan hệ giữa dòng của động cơ, moment tải và vận tốc, bằng các thông tin trên, các bạn có thể tìm ra các đường dốc này, và chọn một cục tải ở mức trung bình. Đây cũng là một cách chọn tải.

Nhờ anh Nam giúp về việc chọn tải để tối ưu hoá việc điều khiển động cơ. Nếu bài toán chọn tải tối ưu (hơi ngược, vì người ta có tải thì người ta sẽ chọn động cơ để tối ưu), nhưng có cách nào ước lượng được tốt, nhờ anh Nam tiếp tay vậy.

Chúc vui

[namqn]

Trong thực tế thì tải có nhiều hình dạng, và kích thước, và chúng ta thường không thể ép buộc người dùng về việc chọn lựa hình dạng, kích thước. Do đó, động cơ có thể làm việc với nhiều loại tải khác nhau, với mômen quán tính có thể nhỏ hơn hay lớn hơn của động cơ. Thông thường mômen quán tính của tải là lớn hơn của động cơ.

Chúng ta có thể làm theo cách sau để xác định mômen quán tính tương đối của tải so với của động cơ (chính xác hơn là của hệ rôto trong động cơ, vì stato không quay). Trước hết chúng ta đo đáp ứng tốc độ theo thời gian của động cơ khi không tải, động cơ được đóng vào nguồn điện có giá trị nhỏ hơn điện áp định mức (khoảng 1/3 đến 1/2 điện áp định mức) để tránh dòng điện khởi động quá lớn (dù là khởi động không tải). Sau đó chúng ta đo đáp ứng tốc độ theo thời gian của động cơ khi có tải, cũng với nguồn điện như trên. Có thể tính gần đúng là tỷ số của mômen quán tính của trường hợp sau (bằng tổng mômen quán tính của động cơ và của tải) với mômen quán tính của trường hợp đầu (chỉ có mômen quán tính của động cơ) bằng tỷ số của thời gian tăng ở trường hợp sau với thời gian tăng ở trường hợp đầu.

Nên làm tải hình trụ với đường kính bằng khoảng 1/2 đến 2/3 đường kính động cơ, và chiều dài tương đương với chiều dài của động cơ.

Trong các hệ truyền động thì mômen quán tính tương đối của tải so với của động cơ có ý nghĩa hơn giá trị tuyệt đối của mômen quán tính.

Nói thêm một chút về cách xác định mômen định mức của động cơ. Động cơ của bạn tinhthanthep có thông số: 38V, 1.9A, 53W, 3700 rpm.

Công suất đầu vào định mức = 38Vx1.9A = 72.2W
Công suất đầu ra định mức = 53W
Hiệu suất định mức = 53/72.2 = 73.4%
Tốc độ định mức = 3700 rpm = 387.5 rad/s
Mômen định mức = 53W/387.5 rad/s = 0.137 Nm

Khi khởi động (mở máy) thì dòng điện tăng lên nhiều lần, giả sử bằng 10 lần dòng định mức, khi đó mômen mở máy sẽ bằng 10 lần mômen định mức (nghĩa là 1.37 Nm trong ví dụ trên).

Với dự án của chúng ta thì các bạn có thể chọn tải với mômen quán tính bằng với của động cơ (nghĩa là bạn sẽ có tỷ số giữa thời gian tăng khi khởi động có tải và không tải là 2).

Thân,

[tinhthanthep]

Hình chụp của động cơ của tớ đây:
Tớ đang đi đặt làm cái gá cơ khí và tải. Một vài hôm nữa là sẽ có ảnh.

[hoanf]

HIHI. Chào buổi sáng mọi người!
Em và bạn bluepine đã làm xong mô hình hôm nay post hình cho mọi người coi
Mô hình khá đẹp (khá tốn tiền )
Một điều tụi em đang quan tâm là làm sao tìm được datasheet của cái động cơ quỷ quái này.(do nó kô ghi thông số trên vỏ và bọn em đã tìm thử nhưng rất khó kiếm)
Sau đây là các chữ còn lưu lại trên động cơ:
JAMAGAWA SEIK CO.LTD
DC MOTOR ENCODERS

Chỉ được có bấy nhiêu các anh à

Ngoài ra các anh có sơ đồ mạch nguồn nào khoảng 50W điện áp có thể tinh chỉnh được gửi cho bọn em để test thử cái động cơ.

Chúc mọi người vui vẻ.
hoanf