Luận văn: Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC servo bằng vi điều khiển

Luận văn: Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC servo bằng vi điều khiển nhằm giới thiệu đến bạn động cơ DC servo, vi điều khiển ATMEGA8, thiết kế và xây dựng mạch điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn: Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC servo bằng vi điều khiển BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………….. Luận văn Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC servo bằng vi điều khiển LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật luôn xuất hiện khái niệm kỹ thuật vi xử lý và điều khiển, với sự trợ giúp của máy tính kỹ thuật vi xử lý và điều khiển đã có sự phát triển mạnh mẽ đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của các họ vi xử lý và điều khiển với những tính năng mới. Và xuất phát từ những sự phát triển đó em đã nghiên cứu và thiết kế một mạch dùng vi điều khiển đó là: “Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC servo bằng vi điều khiển” Động cơ DC servo đã xuất hiện nhiều trong công nghiệp và trong sản xuất. Hầu như trong bất cứ dây chuyền sản xuất nào hay trong các xưởng, nhà máy, xí nghiệp…đều cũng sử dụng động cơ DC servo. Một số ứng dụng cơ bản của động cơ DC servo trong công nghiệp như là điều khiển vị trí, vận tốc, gia tốc, trong các cơ cấu servo máy CNC, băng tải, cơ cấu robot… Đề tài này giúp em hiểu rõ hơn về vi điều khiển, đồng thời tích luỹ kiến thức đặc biệt là những kinh nghiệm trong quá trình lắp mạch thực tế song do thời gian và kiến thức có hạn, nên mạch thiết kế còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để có thể nâng cao chất lượng của đề tài tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn ! 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ SERVO 1.1. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ SERVO 1.1.1. Động cơ Servo DC - Điều khiển động cơ 1 chiều: Dẫn động chạy dao máy công cụ điều khiển số NC/CNC đòi hỏi hệ điều khiển phải có khả năng điều khiển đồng thời cả tốc độ và vị trí. Mặc dù với sự phát triển của công nghiệp điện tử, động cơ xoay chiều điều khiển tốc độ bằng biến tầng ngày càng phát triển mạnh mẽ nhưng động cơ Servo DC vẫn được sử dụng phổ biến trong các máy công cụ điều khiển số. Những năm trước 1995 của thế kỉ trước 95% động cơ dùng trong xích chuyển động chạy dao máy động cơ NC/CNC đều được sử dụng động cơ DC điều khiển Servo. Động cơ Servo DC có 2 loại: động cơ 1 chiều có chổi than và động cơ 1 chiều không có chổi than. 1.1.1.1. Động cơ Servo DC có chổi than Động cơ servo dòng một chiều DC chổi than được trình bày trên (hình 1.1) gồm 4 thành phần cơ bản: stator của động cơ DC là một nam châm vĩnh cửu, cuộn day phần ứng lắp trên roto. Trong quá trình hoạt động, từ trường cố định được sinh ra từ nam châm vĩnh cửu gắn trên stator tương tác với dòng từ sinh ra từ cuộn dây trên roto khi có dòng điện chạy qua nó. Quá trình tương tác đó sinh ra moment tác động lên trục roto. Moment này biểu diễn theo phương trình Tm=ke.ϕ.Ie.sinƟ (1) Trong đó : Te = moment động cơ ; Ke=hệ số động cơ ; Φ = mật độ dòng từ Ia = dòng phần ứng Ɵ = góc giữa vectơ từ trường cố định và vectơ dòng 2 Hình 1.1: Cấu tạo động cơ Servo DMC chổi than Công thức (1) cho thấy phần tử sinƟ ảnh hưởng tới momen trên trục động cơ. Hình 1.2 chỉ ra quan hệ giữa vectơ từ trường cố định và vectơ dòng qua phần ứng. moment trên trục động cơ tăng dần từ Ө = 0o và lớn nhất khi góc Ɵ =90o có nghĩa là khi vectơ từ trường cố định vuông góc với vectơ dòng phần ứng, moment trên trục động cơ là lớn nhất khi và khi Ɵ = 0o vectơ dòng phần ứng song song với vectơ từ trường cố định, tại đó moment trên trục là nhỏ nhất. Để đảm bảo moment trên trục động cơ luôn đạt được giá trị lớn nhất cần thiết phải điều khiển chuyển mạch cấp điện cho cuộn dây roto sao cho vectơ dòng phần ứng luôn luôn vuông góc với từ trường cố định. Với cách điều khiển quá trình cấp điện như trên, mômen động cơ sẽ biến thiên tỉ lệ với dòng cấp cho cuộn dây phần ứng. 3 Hình 1.2: Vectơ từ trường cố định và vectơ dòng qua phần ứng Một mối liên hệ khác giữa các thông số của động cơ một chiều là tốc độ quay của rôto tỷ lệ với sức điện động phản điện động phản điện sinh ra trong cuộn dây phần ứng Mômen và tốc độ của động cơ Servo DC điều khiển có thể mô tả bằng hai phương trình sau: Tđc= Km.Iu (2) Eb=Kb.ω (3) Trong đó: Tđc- là mômen từ, Nm Iu- dòng điện trong cuộn dây phần ứng, A Eb- điện áp phản điện (emf), V Km- hệ số mômen, kgm/A Kb- hệ số điện, đơn vị đo vôn trên vòng trên phút ω- vận tốc quay của động cơ, vòng/phút Mạch động cơ Servo DC chỉ ra trên hình 1.3 4 Hình 1.3: Mạch động cơ Servo DC Từ định luật Kirchhoff ta có phương trình mạch dIu Vu Kb . R u .Iu Lu .( ) (4) dt Thành phần Lư nhỏ hơn so với Rư nên có thể bỏ qua Lư. Bỏ qua Lư phương trình sẽ là: Vư – RưIư = Kb ω (5) Phương trình mômen tải Tm đặt trên trục động cơ : Tm = Tđ + Ts + Tc (6) Và Td =Jđc (dω/ dt) Ts = fdcω Tc =Jm (dω/dt)+fm Trong đó : Tđ - mômen động Ts - mômen tĩnh Tc - mômen cản Jđc- mômen quán tính roto động cơ Fđc- hệ số sức cản nhớt của tải Jm – mômen quán tính tải Fm- hệ số sức cản nhớt của tải 5 Để động cơ quay thì mômen động cơ phải bằng với mômen tải: Tm= Tđc=Km.Iu (7) Ưu điểm của động cơ Servo DC c ...