Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu chế tạo và kiểm nghiệm card điều khiển thời gian thực trong điều khiển hệ truyền động

- i -

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN ĐỨC QUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM CARD ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã ngành: 62520216

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA

HỌC

TS. Đỗ Trung Hải

TS. Đỗ Trung Hải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- ii -

PHÒNG ĐÀO TẠO

TS. Đặng Danh Hoằng

THÁI NGUYÊN 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Đức Quân

Sinh ngày: 26 tháng 03 năm 1986

Học viên lớp cao học khoá 16 – Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá -

Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái

Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên –

Đại học Thái Nguyên.

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định

hƣớng của giáo viên hƣớng dẫn, không sao chép của ngƣời khác.

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã đƣợc chỉ ra trong luận văn.

Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả luận văn

Trần Đức Quân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- iii -

LỜI CẢM ƠN

Đề tài luận văn thạc s đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Kỹ thuật

Công nghiệp Thái Nguyên. Có đƣợc bản luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày

tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công

nghiệp, Khoa Điện, Phòng Đào tạo, và đặc biệt là thầy giáo TS. Đỗ Trung

Hải, Trƣởng khoa Điện đã trực tiếp hƣớng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tôi với những

chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn

thành đề tài “Nghiên cứu chế tạo và kiểm nghiệm card điều khiển thời

gian thực trong điều khiển hệ truyền động”.

Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học đã trực

tiếp giảng dạy truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên ngành Kỹ thuật

điều khiển và Tự động hóa cho bản thân tôi trong những năm tháng qua.

Tuy nhiên, do có sự hạn chế về kiến thức nên Luận văn không tránh

khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các

thầy giáo, cô giáo và các nhà khoa học để tôi tiến bộ hơn.

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn các tập thể và cá nhân TS Đỗ

Trung Hải đã hết lòng quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi hoàn thành

Luận văn.

Trân trọng cám ơn./.

Học viên

Trần Đức Quân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- iv -

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... ix

1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... ix 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ ix 3. Dự kiến các kết quả đạt đƣợc ............................................................................... ix 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... ix 5. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................... ix

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ................ 1

1.1. Cơ sở lý thuyết về đo lƣờng ............................................................................... 1 1.1.1. Khái niệm đo lƣờng ...................................................................................... 1 1.1.2. Lý thuyết đo lƣờng cơ sở .............................................................................. 2 1.1.3. Lý thuyết đo lƣờng ứng dụng ....................................................................... 3 1.1.4. Phân loại và cách thức thực hiện phép đo .................................................... 4 1.1.5. Các đặc trƣng cơ bản của kỹ thuật đo ........................................................... 5 1.2. Cơ sở lý thuyết xử lý số tín hiệu ........................................................................ 9 1.3. Tổng quan về điều khiển tự động .................................................................... 11 1.3.1. Lịch sử ra đời .............................................................................................. 11 1.3.2. Các khái niệm cơ bản về điều khiển ........................................................... 12 1.3.3. Những nguyên tắc điều khiển cơ bản ......................................................... 16 1.4. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................ 18

CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ CARD ĐIỀU KHIỂN ...................................................... 19

2.1. Thiết kế phần cứng ........................................................................................... 19 2.1.1. Yêu cầu về thiết kế phấn cứng .................................................................... 19 2.1.2. Khối vi xử lý trung tâm............................................................................... 20 2.1.3. Khối xử lý tín hiệu tƣơng tự ....................................................................... 24 2.1.4. Khối xử lý tín hiệu số ................................................................................. 25 2.1.5. Khối mạch nguồn nuôi ................................................................................ 26 2.1.6. Card điều khiển hoàn chỉnh ........................................................................ 26 2.2. Phần mềm cho vi xử lý trung tâm AT91SAM3X8E ....................................... 27 2.2.1. Ngôn ngữ lập trình cho AT91SAM3X8E ................................................... 27 2.2.2. Thuật toán chƣơng trình chính .................................................................... 28 2.2.3. Thuật toán chƣơng trình con xử lý dữ liệu từ Matlab/Simulink ................. 29 2.3. Phần mềm cho Matlab – Simulink ................................................................... 30 2.3.1. Khối cài đặt – CardTNUT Setup ................................................................ 31 2.3.2. Khối đọc tín hiệu tƣơng tự .......................................................................... 32 2.3.3. Khối xuất tín hiệu tƣơng tự ......................................................................... 32 2.3.4. Khối đọc tín hiệu số .................................................................................... 33 2.3.5. Khối xuất tín hiệu số ................................................................................... 33

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- v -

2.3.6. Khối xuất tín hiệu PWM ............................................................................. 33 2.3.7. Khối đọc tín hiệu từ bộ mã hóa xung encoder ............................................ 34 2.3.8. Khối xuất tín hiệu điều khiều động cơ servo một chiều ............................. 34 2.3.10. Khối ghép nối module điều khiển 16 kênh PWM 12bits ......................... 35 2.3.11. Khối ghép nối module điều khiển 32 servo .............................................. 35 2.3.12. Khối xuất xung điều khiển Thyristor ........................................................ 36 2.3.13. Khối giao tiếp nối tiếp .............................................................................. 36 2.3.14. Khối bộ điều khiển PID online ................................................................. 37 2.3.15. Khối cài đặt tham số bộ điều khiển PID trên Card ................................... 37 2.4. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................ 38

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM ................................................................................ 39

3.1. Hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập ......................................... 39 3.1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập ......... 39 3.1.2. Tổng hợp hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập .................... 40 3.1.3. Thực nghiệm điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều ..................... 44 3.2. Hệ chuyển động robot nhện (Spider Robot) .................................................... 45 3.2.1. Giới thiệu về hệ chuyển động robot nhện ................................................... 45 3.2.2. Thuật toán điều khiển di chuyển robot nhện .............................................. 46 3.2.3. Cấu trúc điều khiển hệ chuyển động robot nhện ........................................ 52 3.2.4. Kết quả thực nghiệm điều khiển hệ chuyển động robot nhện .................... 54 3.3. Hệ thống điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung ....................................... 55 3.3.1. Mô hình robot đi theo quỹ đạo mê cung ..................................................... 55 3.3.2. Cấu tạo của robot đi theo quỹ đạo mê cung................................................ 55 3.3.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống robot đi theo quỹ đạo mê cung ......................... 56 3.3.4. Cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung ................................... 57 3.3.5. Thực nghiệm ............................................................................................... 58 3.4. Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................ 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 61

Kết luận ................................................................................................................... 61 Kiến nghị ................................................................................................................. 62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- vi -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT

Ký hiệu

Diễn giải nội dung đầy đủ

ADC

1

Analog to Digital Converter, chuyển đổi tƣơng tự - số

DAC

2

Digital to Analog Converter, chuyển đổi số-tƣơng tự

3

TBĐK

Thiết bị điều khiển

4

Đối tƣợng điều khiển Bộ điều khiển

ĐTĐK

5

TBĐL

Thiết bị đo lƣờng

DC

6

Direct current, dòng điện một chiều

AC

7

Alternating current, dòng điện xoay chiều

8

PWM

Pulse-width modulation, điều chế độ rộng xung

Reduced instruction set computing, máy tính với tập lệnh

RISC

9

đơn giản hóa

10

CPU

Central Processing Unit, bộ xử lí trung tâm

11

JTAG

Joint Test Action Group, chuẩn nạp chƣơng trình vi xử lý

12

SWD

Serial Wire Debug, chuẩn nạp chƣơng trình vi xử lý

Direct memory access, kỹ thuật chuyển dữ liệu từ bộ nhớ

113

DMA

đến ngoại vi hoặc từ ngoại vi đến bộ nhớ mà không yêu cầu

đến sự thực thi của CPU.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- vii -

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống ĐKTĐ................................................ 14

Hình 1. 2. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo sai lệch bám ................... 16

Hình 1. 3. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo tín hiệu nhiễu ................. 16

Hình 1. 4. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo tín hiệu nhiễu ................. 17

Hình 1. 5. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển thích nghi ............................... 17

Hình 2. 1. Mô hình khối mạch điều khiển ................................................................ 20

Hình 2. 2. Bộ vi xử lý Cortex-M3 ............................................................................. 22

Hình 2. 3. Sơ đồ mạch vi xử lý trung tâm ................................................................. 23

Hình 2. 4. Sơ đồ nguyên lý mạch nhận tín hiệu tƣơng tự ......................................... 24

Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý mạch xuất tín hiệu tƣơng tự .......................................... 25

Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý mạch nhận/xuất tín hiệu số ........................................... 25

Hình 2. 7. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn nuôi ........................................................... 26

Hình 2. 8. Card điều khiển sau khi gia công ............................................................. 26

Hình 2. 9. Giao diện phần mềm Atmel Studio .......................................................... 27

Hình 2. 10. Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình chính .................................................... 28

Hình 2. 11. Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình con xử lý dữ liệu từ Simulink ............. 29

Hình 2. 12. Thƣ viện CardTNUT đƣợc cài vào Simulink......................................... 31

Hình 2. 13. Khối CardTNUT Setup .......................................................................... 31

Hình 2. 14. Khối đọc tín hiệu tƣơng tự ..................................................................... 32

Hình 2. 15. Khối xuất tín hiệu tƣơng tự .................................................................... 32

Hình 2. 16. Khối đọc tín hiệu số ............................................................................... 33

Hình 2. 17. Khối xuất tín hiệu số .............................................................................. 33

Hình 2. 18. Khối xuất tín hiệu PWM ........................................................................ 33

Hình 2. 19. Khối đọc tín hiệu từ bộ mã hóa xung encoder ....................................... 34

Hình 2. 20. Khối điều khiều động cơ servo .............................................................. 34

Hình 2. 21. Khối điều khiển module 16PWM .......................................................... 35

Hình 2. 22. Khối ghép nối module 32 servo ............................................................. 35

Hình 2. 23. Khối xuất xung điều khiển Thyristor ..................................................... 36

Hình 2. 24. Khối hỗ trợ giao tiếp nối tiếp ................................................................. 36

Hình 2. 25. Khối PID online ..................................................................................... 37

Hình 2. 26. Khối cài đặt tham số PID ....................................................................... 37

Hình 3. 1. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động động cơ một chiều ................................ 39

Hình 3. 2. Cấu trúc điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập . 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- viii -

Hình 3. 3. Dữ liệu tín hiệu điều khiển (volt) ............................................................. 41

Hình 3. 4. Dữ liệu tín hiệu tốc độ quay động cơ (vòng/phút) ................................... 42

Hình 3. 5. Đánh giá mô hình nhận dạng ................................................................... 43

Hình 3. 6. Cấu trúc điều khiển hệ thống động cơ một chiều trên Matlab/Simulink . 44

Hình 3. 7. Đáp ứng hệ truyền động động cơ một chiều ............................................ 45

Hình 3. 8. Hình vẽ mô tả robot nhện ......................................................................... 46

Hình 3. 9. Lƣu đồ thuật toán động tác Đứng tại vị trí cơ bản ................................... 47

Hình 3. 10. Lƣu đồ thuật toán động tác Tiến ............................................................ 48

Hình 3. 11. Lƣu đồ thuật toán động tác Quay trái .................................................... 50

Hình 3. 12. Lƣu đồ thuật toán động tác di chuyển sang sang phải ........................... 51

Hình 3. 13. Giao diện điều khiển Robot nhện ........................................................... 52

Hình 3. 14. Cấu trúc điều khiển Robot nhện trên Simulink ...................................... 53

Hình 3. 15. Khối điều xuất tín hiệu điều khiển chân Robot nhện ............................. 53

Hình 3. 16. Mô hình robot nhện ................................................................................ 54

Hình 3. 17. Mô hình robot đi theo quỹ đạo mê cung ................................................ 55

Hình 3. 18. Cấu tạo robot đi theo quỹ đạo mê cung ................................................. 55

Hình 3. 19. Sơ đồ nguyên lý dạng khối robot đi theo quỹ đạo mê cung ................... 56

Hình 3. 20. Sơ đồ nguyên lý mạch đệm .................................................................... 56

Hình 3. 21. Cảm biến đo khoảng cách GP2D12 ....................................................... 57

Hình 3. 22. Minh họa robot đi theo quỹ đạo mê cung .............................................. 58

Hình 3. 23. Sơ đồ cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung ..................... 58

Hình 3. 24. Cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung .............................. 58

Hình 3. 25. Độ lệch robot so với tâm mê cung (bộ điều khiển P) ............................ 59

Hình 3. 26. Độ lệch robot so với tâm mê cung (bộ điều khiển PID) ........................ 60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- ix -

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong l nh vực điều khiển và tự động hóa, có rất nhiều thuật toán điều khiển từ kinh điển đến hiện đại đòi hỏi bộ điều khiển phải xử lý khối lƣợng công việc lớn, tính toán phức tạp. Matlab là một phần mềm có khả năng tính toán và thực hiện tốt các thuật toán điều khiển. Kết hợp Matlab và Card thu thập dữ liệu sẽ tạo ra bộ điều khiển rất linh hoạt, có khả năng thực hiện các thuật toán điều khiển trong l nh vực điều khiển tự động thể hiện qua các báo cáo [3], [8], [12], [13], [14], tuy nhiên giá thành card của các hãng thƣờng rất cao. Do đó đề xuất thiết kế card có khả năng thu thập và xuất tín hiệu ra đối tƣợng điều khiển để kiểm chứng các thuật toán điều khiển để phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu là cần thiết. Qua luận văn này sẽ giúp tôi có cơ sở và phƣơng tiện để tiếp tục con đƣờng nghiên cứu về l nh vực điều khiển và tự động hóa tại Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp. Vì vậy tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và kiểm nghiệm card điều khiển thời gian thực trong điều khiển hệ truyền động”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, thiết kế card giao tiếp với máy tính trong điều khiển thời

gian thực (giao tiếp bằng phần mềm MatLab).

3. Dự kiến các kết quả đạt đƣợc

Card điều khiển.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về đo lƣờng, chuyển đổi tín hiệu. - Nghiên cứu lý thuyết phân tích, thiết kế mạch xử lý tín hiệu số, giao

tiếp với Matlab.

- Áp dụng lý thuyết vào thực nghiệm.

5. Cấu trúc của luận văn

Luận văn đƣợc chia làm 3 chƣơng: Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết về đo lƣờng và điều khiển Chƣơng 2. Thiết kế card điều khiển Chƣơng 3. Thực nghiệm Kết luận và kiến nghị.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 1 -

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

1.1. Cơ sở lý thuyết về đo lƣờng [1]

1.1.1. Khái niệm đo lường

Theo – D.I.Mendeleev thì: “Khoa học bắt đầu từ khi ngƣời ta biết đo. Một

khoa học chính xác sẽ không có ý ngh a nếu thiếu đo lƣờng”. Ngay từ thời xa

xƣa con ngƣời đã chú ý đến khái niệm đo lƣờng, đó là một ngành khoa học

chuyên nghiên cứu các phƣơng pháp để đo các đại lƣợng khác nhau. Và đã đƣợc

các nhà khoa học ở mọi l nh vực quan tâm. Đối với mỗi quốc gia việc phát triển

đo lƣờng bao giờ cũng phải bao gồm 2 l nh vực của đo lƣờng đó là đo lƣờng

pháp quyền và đo lƣờng khoa học.

- Đo lƣờng pháp quyền liên quan đến vấn đề sau:

+ Xây dựng hệ thống pháp luật về đo lƣờng.

+ Xây dựng các tổ chức về đo lƣờng để quản lý công tác đo lƣờng trong

cả nƣớc.

+ Xây dựng hệ thống chuẩn về đo lƣờng.

+ Kiểm định phƣơng tiện đo.

Đo lƣờng pháp quyền là một l nh vực lớn đặt ra cho mỗi quốc gia để mọi

hoạt động kinh tế, khoa học kỹ thuật, quốc phòng và đời sống xã hội luôn đƣợc

đảm bảo về chất lƣợng và số lƣợng trong sản xuất thƣơng mại cũng nhƣ trong

giao dịch quốc tế. Tuy nhiên với khoa học công nghệ ngày một phát triển với

nhiều các phát minh sáng giá thì mỗi chúng ta nên quan tâm đến l nh vực đo

lƣờng thứ hai đó là Đo lƣờng khoa học.

Trong đo lƣờng khoa học ngƣời ta chú ý đến vị trí và nội dung của đo

lƣờng trong hệ thống các ngành khoa học hiện đại: tập trung phân tích các ý

tƣởng, nguyên lý và phƣơng hƣớng khoa học của nó đƣợc đặt dƣới cái tên chung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 2 -

là “Lý thuyết đo lƣờng”. Để hiểu rõ nội dung của đo lƣờng khoa học trƣớc tiên

ta phải hiểu đo lƣờng là gì và cơ sở để hình thành lý thuyết đo lƣờng?

Đo lƣờng nhƣ là một phƣơng pháp đánh giá về định lƣợng của đối tƣợng

vật chất và phi vật chất có tính biện chứng toàn diện, từ đó hình thành các hƣớng

khác nhau của lý thuyết đo lƣờng.

Ví dụ, trong vật lý lƣợng tử khi thực hiện phép đo cần phải quan tâm đến

việc đo các đại lƣợng có kích thƣớc nhỏ, điều này hình thành lý thuyết đo lƣờng

cơ học lƣợng tử. Hay trong xã hội, tâm lý học, kỹ thuật hệ thống, điều khiển

học…phải quan tâm đến đại lƣợng phi vật lý cần đo, điều này hình thành lý

thuyết đo lƣờng tâm lý. Trong đo lƣờng học (metrology) ngƣời ta quan tâm đến

sai số từ đó hình thành lý thuyết về sai số. Sai số cũng đƣợc coi là một dạng

nhiễu trong kênh đo lƣờng và từ đó hình thành lý thuyết đo lƣờng thông tin.

Việc nghiên cứu về phép đo nhƣ là một phƣơng pháp nào đó để nhận đƣợc kết

quả bằng số về giá trị của một đại lƣợng cần đo nào đó (vật lý hay phi vật lý) từ

đó hình thành lý thuyết đo lƣờng angôrit. Nhƣ vậy lý thuyết đo lƣờng là một

khái niệm rất rộng nó bao quát nhiều l nh vực, nhiều hƣớng phát triển và mỗi

hƣớng tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của nó mà hình thành lý thuyết đo lƣờng.

1.1.2. Lý thuyết đo lường cơ sở

Lý thuyết đo lƣờng cơ sở là những vấn đề nền tảng của đo lƣờng. Nó

chính là gốc để phát triển khoa học chính xác nhƣ vật lý, toán học, phi vật lý.

Trong l nh vực này quan tâm đến những đặc tính chung nhất, những quy luật của

phép đo nhƣ là một phƣơng pháp đánh giá định lƣợng các thông số của thế giới

đối tƣợng. Những phát minh về quy luật của phép đo luôn đem lại ảnh hƣởng có

tính quyết định đến nền khoa học chính xác. Ví dụ, trong vật lý hiện đại phát

minh nổi tiếng trong l nh vực đo lƣờng là hệ thức bất định của Werner

Heisenberg (Đức) về nguyên tắc nó hạn chế độ chính xác của phép đo lƣờng cơ

lƣợng tử trong vật lý lƣợng tử. Trong toán học cũng vậy những phát minh toán

học sẽ hỗ trợ cho quá trình đo lƣờng một cách hiệu quả. Ví dụ việc phát minh ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 3 -

phƣơng pháp biến đổi Furiê nhanh đã giúp các nhà đo lƣờng phân tích phổ một

tín hiệu đo với một dải tần ngày càng cao và xác định đƣợc hàm mật độ phổ một

cách nhanh chóng, mở ra một phƣơng pháp đo lƣờng hiện đại, đó là đo lƣờng

toán học logic mà cốt lõi của nó là đo lƣờng angôrit trong đó bao hàm cả việc

gia công kết quả đo lƣờng. Đối với các đại lƣợng đo phi vật lý, lý thuyết đo

lƣờng cơ sở chú ý đến việc xác định các đặc trƣng phi vật lý (ví dụ lƣợng thông

tin hay các đặc trƣng thống kê…) những phát minh về mặt toán học đã đặt cơ sở

cho lý thuyết đo các đại lƣợng phi vật lý mà ta gọi đó là đo lƣờng tâm lý.

1.1.3. Lý thuyết đo lường ứng dụng

Lý thuyết đo lƣờng ứng dụng tập trung nghiên cứu các phép đo trong thực

tế, các bài toán cụ thể đƣợc đặt ra cho kỹ thuật nói chung và kỹ thuật đo lƣờng

nói riêng. Ví dụ việc nghiên cứu chế tạo các chuẩn đơn vị đo lƣờng (trƣớc đây là

hệ một, hệ tuyệt đối Gause và ngày nay là hệ đo lƣờng quốc tế SI Système

International d'unités) để đảm bảo sự thống nhất đo lƣờng trên toàn thế giới.

Xung quanh bài toán đó trong khoa học ngày nay hình thành một l nh vực đƣợc

gọi là đo lƣờng học (Metrology).

Đo lƣờng học là một môn khoa học về các phép đo, về phƣơng pháp và

phƣơng tiện đo để đảm bảo cho các quá trình đo đƣợc thống nhất và các phƣơng

pháp nhằm đạt đƣợc độ chính xác yêu cầu.

Đo lƣờng học đóng vai trò to lớn trong việc xây dựng phƣơng pháp thiết

bị đo và giải quyết hầu hết các bài toán đặt ra của kỹ thuật đo lƣờng. Khoa học

và kỹ thuật ngày càng phát triển, việc ứng dụng các thành tựu của máy tính và

điều khiển học kỹ thuật trong đo lƣờng đã làm xuất hiện một l nh vực mới trong

đo lƣờng ứng dụng đó là đo lƣờng tự động.

Nội dung của đo lƣờng tự động đó là con ngƣời ít can thiệp vào các thao

tác đo lƣờng và xử lý thông tin mà hầu nhƣ các thao tác này là hoàn toàn tự

động. Sự xuất hiện của các thiết bị đo thông minh, các hệ thống thông tin đo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 4 -

lƣờng và điều khiển thông minh, việc truyền tín hiệu đi xa bằng kỹ thuật số và

các phƣơng tiện hiện đại nhƣ cáp quang hay vô tuyến đã tạo ra các hệ thống đo

và điều khiển từ xa rất hiệu quả và tiện lợi. Nhƣ vậy lý thuyết đo lƣờng ứng

dụng hiện đại bao gồm hai hƣớng phát triển hỗ trợ cho nhau là: đo lƣờng học và

đo lƣờng tự động. Cả hai đều phản ánh quá trình quan trọng nhất trong kỹ thuật

đo lƣờng đó là quá trình vật lý (sử dụng những thành tựu của vật lý để hoàn

thiện thiết bị đo và quá trình tự động hoá. Sử dụng các phƣơng pháp đo tự động

trong điều khiển sản xuất công nghiệp).

Cùng với đo lƣờng cơ sở, đo lƣờng ứng dụng ngày càng phát triển tạo

thành ngành kỹ thuật đo lƣờng là một ngành khoa học công nghệ cao, nó có mặt

ở khắp mọi nơi, ở mọi l nh vực của kinh tế quốc dân và đời sống xã hội. Sự phát

triển của nó có ảnh hƣởng rất lớn đến sự phát triển khoa học – kỹ thuật, đƣa lại

lợi ích to lớn cho xã hội.

1.1.4. Phân loại và cách thức thực hiện phép đo

Để thực hiện một phép đo ta có thể thực hiện nhiều cách đo khác nhau, ta

có thể phân biệt các cách đo sau đây:

- Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận đƣợc trực tiếp từ một phép đo

duy nhất. Cách đo này cho kết quả ngay. Dụng cụ đo đƣợc sử dụng thƣờng

tƣơng ứng với đại lƣợng cần đo. Ví dụ: đo điện áp dựng Vônmét thì trên mặt

thang đo đã khắc độ sẵn bằng vôn. Trên thực tế chủ yếu dựng phƣơng pháp này.

- Đo gián tiếp: là cách đo mà kết quả đƣợc suy ra từ sự phối hợp kết quả

của nhiều phép đo dựng cách đo trực tiếp. Ví dụ: khi đo dòng điện ta dùng

Vônmét và Ômmét sau đó dựng định luật Ôm để suy ra kết quả: I = U/R. Tuy

nhiên cách đo này thƣờng mắc phải sai số lớn là tổng các sai số của các phép đo

trực tiếp.

- Đo thống kê: để đảm bảo độ chính xác của phép đo nhiều khi ngƣời ta

phải sử dụng cách đo thống kê tức là phải tiến hành đo nhiều lần, sau đó lấy giá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 5 -

trị trung bình. Cách đo này đặc biệt hữu hiệu khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc

khi cần kiểm tra độ chính xác của một dụng cụ đo.

- Đo so sánh: là cách đo mà kết quả đạt đƣợc khi ta tiến hành so sánh đại

lƣợng cần đo với mẫu. Cách đo này hiện nay đƣợc dựng khá phổ biến vì nó có

độ chính xác khá cao.

Tuỳ thuộc vào các điều kiện cụ thể khác nhau mà chúng ta lựa chọn một

phép đo sao cho phù hợp. Lựa chọn đƣợc một phép đo tốt và phù hợp sẽ đem lại

cho bạn một kết quả với độ chính xác cao.

1.1.5. Các đặc trưng cơ bản của kỹ thuật đo

Để hiểu rõ hơn về ngành kỹ thuật đo lƣờng ta nên quan tâm tới các đặc

trƣng của nó. Đó là các yếu tố cần thiết không thể thiếu đƣợc trong kỹ thuật đo.

Những đặc trƣng đó bao gồm: các đại lƣợng cần đo, điều kiện đo, phƣơng pháp

đo, thiết bị đo, ngƣời quan sát hay các thiết bị thu nhận kết quả đo.

1.1.5.1. Đại lƣợng đo

Là một thông số đặc trƣng cho đại lƣợng vật lý cần đo. Theo tính chất

thay đổi của đại lƣợng đo có thể chia chúng thành hai loại đó là: đại lƣợng đo

tiền định và đại lƣợng đo ngẫu nhiên.

- Đại lƣợng đo tiền định: là đại lƣợng đo đã biết trƣớc quy luật thay đổi

theo thời gian của chúng, nhƣng một hoặc nhiều thông số của chúng chƣa cần

phải đo. Đại lƣợng đo tiền định thƣờng là tín hiệu một chiều hay xoay chiều

hình sin hay xung vuông. Các thông số cần đƣợc đo thƣờng là: biên độ, tần số,

góc pha, … của tín hiệu đo.

- Đại lƣợng đo ngẫu nhiên: là đại lƣợng đo mà sự thay đổi theo thời gian

không theo một quy luật nào cả. Nếu ta lấy bất kỳ giá trị nào của tín hiệu thì ta

đều nhận đƣợc đại lƣợng ngẫu nhiên. Ta thấy trong thực tế số các đại lƣợng đo

đều là ngẫu nhiên. Tuy nhiên ở một chừng mực nào đó ta có thể giả thiết rằng

suốt thời gian tiến hành một phép đo đại lƣợng đo phải không đổi hoặc thay đổi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 6 -

theo quy luật đã biết (tức là đại lƣợng đo tiền định) hoặc tín hiệu phải thay đổi

chậm. Vì thế nếu đại lƣợng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh sẽ không thể

đo đƣợc bằng các phép đo thông thƣờng. Trong trƣờng hợp này ta phải sử dụng

một phƣơng pháp đo đặc biệt đó là đo lƣờng thống kê.

Theo cách biến đổi đại lƣợng đo mà ta có thể chia thành đại lƣợng đo liên

tục hay đại lƣợng đo tƣơng tự (analog) và đại lƣợng đo rời rạc hay đại lƣợng đo

số (digital):

- Đại lƣợng đo tƣơng tự (analog): là biến đổi nó thành một đại lƣợng đo

khác tƣơng tự nó. Ứng với đại lƣợng đo này ngƣời ta thƣờng chế tạo ra các dụng

cụ đo tƣơng tự. Ví dụ: một Ampemet có kim chỉ tƣơng ứng với cƣờng độ dòng

điện.

- Đại lƣợng đo số (digital): là biến đổi từ các đại lƣợng tƣơng tự thành đại

lƣợng số. ứng với đại lƣợng đo này ngƣời ta cũng chế tạo ra các dụng cụ đo số.

Theo bản chất của đại lƣợng đo ta có thể chia thành:

- Đại lƣợng đo năng lƣợng: là đại lƣợng đo mà bản thân nó mang năng

lƣợng. Ví dụ: sức điện động, điện áp, dòng điện…vv.

- Các đại lƣợng đo thông số: đó là thông số của mạch điện nhƣ: điện trở,

điện cảm, điện dung…vv.

- Các đại lƣợng đo phụ thuộc vào thời gian nhƣ: chu kỳ tần số góc pha…

- Các đại lƣợng đo không điện: để đo đƣợc bằng phƣơng pháp điện nhất

thiết phải biến đổi chúng thành các đại lƣợng điện thông qua các bộ cảm biến.

Thông qua các bộ cảm biến mà ta nhận đƣợc tín hiệu Y tỷ lệ với đại lƣợng cần

đo X khi đó ta có:

Y = f(X) (1.1)

Ta biết rằng tín hiệu đo là loại tín hiệu mang đặc tính thông tin về đại

lƣợng đo vì thế ngƣời ta có thể coi tín hiệu đo chính là đại lƣợng đo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 7 -

1.1.5.2. Điều kiện đo

Thông tin đo lƣờng bao giờ cũng gắn chặt với môi trƣờng sinh ra đại

lƣợng đo. Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hƣởng của môi trƣờng đến

kết quả đo và ngƣợc lại khi dựng dụng cụ đo không để dụng cụ đo ảnh hƣởng

đến đối tƣợng đo. Ngoài ra, ta phải chú ý đến môi trƣờng bên ngoài có thể ảnh

hƣởng đến kết quả của phép đo. Những yếu tố của môi trƣờng là: nhiệt độ, độ

ẩm của không khí, từ trƣờng bên ngoài, độ rung, độ lệch áp suất so với áp suất

trung bình, bụi bẩn... Những yếu tố này phải ở trong điều kiện chuẩn. Điều kiện

tiêu chuẩn là điều kiện đƣợc quy định theo tiêu chuẩn quốc gia, là khoảng biến

động của các yếu tố bên ngoài mà suốt trong khoảng đó dụng cụ đo vẫn đảm bảo

độ chính xác quy định, đối với mỗi loại dụng cụ đo đều có khoảng tiêu chuẩn

đƣợc ghi trong các đặc tính kỹ thuật của nó. Trong thực tế ta thƣờng phải tiến

hành đo nhiều đại lƣợng cùng một lúc rồi lại phải truyền tín hiệu đo đi xa, tự

động ghi lại và gia công thông tin đo. Cho nên, cần phải tính đến các điều kiện

đo khác nhau để tổ chức các phép đo cho tốt nhất.

1.1.5.3. Đơn vị đo

Để cho nhiều nƣớc có thể sử dụng một hệ thống đơn vị duy nhất ngƣời ta

đã thành lập hệ thống đơn vị đo quốc tế SI – 1960 đã đƣợc thông qua ở hội nghị

quốc tế về mẫu và cân. Hệ đo lƣờng quốc tế (viết tắt là SI từ tiếng Pháp) là hệ đo

lƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Nó đƣợc sử dụng trong mọi hoạt động kinh

tế, thƣơng mại, khoa học, giáo dục và công nghệ của phần lớn các nƣớc trên thế

giới.Trong hệ thống đó các đơn vị đƣợc xác định nhƣ sau:

- Đơn vị chiều dài một (m).

- Đơn vị khối lƣợng là kilogam (kg).

- Đơn vị thời gian là giây (s).

- Đơn vị cƣờng độ dòng điện là ampe (A).

- Đơn vị nhiệt độ là kelvin (K).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 8 -

- Đơn vị cƣờng độ ánh sáng là nền candela (Cd).

- Đơn vị số lƣợng vật chất là mol (mol).

Đó là 7 đơn vị cơ bản. Ngoài ra còn có các đơn vị dẫn xuất cùng với một

bộ các tiền tố đƣợc suy ra từ các đơn vị cơ bản này.

1.1.5.4. Phƣơng pháp đo

Các phép đo đƣợc thực hiện bằng các phƣơng pháp đo khác nhau phụ

thuộc vào các phƣơng pháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố đo nhƣ đại lƣợng

đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu... Phƣơng pháp đo có thể có nhiều

nhƣng ngƣời ta đã phân thành 2 loại:

- Phƣơng pháp đo biến đổi thẳng.

- Phƣơng pháp đo so sánh.

Các phƣơng pháp này đã đƣợc chế tạo thành các thiết bị đo để sử dụng

trong thực tế.

1.1.5.5. Ngƣời quan sát

Đó là ngƣời đo và gia công kết quả đo. Nhiệm vụ của ngƣời quan sát khi

đo là phải nắm đƣợc phƣơng pháp đo; am hiểu về thiết bị đo mà mình sử dụng,

kiểm tra điều kiện đo, phán đoán về khoảng đo để chọn thiết bị đo cho phù hợp

với sai số yêu cầu và phù hợp với điều kiện môi trƣờng xung quanh. Biết điều

khiển quá trình đo để có đƣợc kết quả nhƣ mong muốn sau cùng là nắm đƣợc

các phƣơng pháp gia công kết quả đo để tiến hành gia công (có thể bằng tay hay

sử dụng máy tính) số liệu thu đƣợc sau khi đo. Biết xét đoán kết quả đo xem đã

đạt yêu cầu hay chƣa, có cần thiết phải đo lại hay không, hoặc phải đo nhiều lần

theo phƣơng pháp đo lƣờng thống kê.

1.1.5.6. Kết quả đo

Kết quả đo ở một mức độ nào đó có thể coi là chính xác. Một giá trị nhƣ

vậy đƣợc coi là giá trị ƣớc lƣợng của đại lƣợng đo. Ngh a là giá trị đƣợc xác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 9 -

định bởi thực nghiệm nhờ các thiết bị đo. Giá trị này gần với giá trị thực mà ở

một điều kiện nào đó có thể coi là thực. Để đánh giá sai lệch giữa giá trị ƣớc

lƣợng và giá trị thực ngƣời ta sử dụng khái niệm sai số của phép đo: đú là hiệu

giữa giá trị thực và giá trị ƣớc lƣợng. Sai số của phép đo có vai trò quan trọng

trong kỹ thuật đo lƣờng. Nó cho phép đánh giá phép đo có đạt yêu cầu hay

không. Có rất nhiều nguyên nhân gây nên sai số của phép đo nhƣ:

- Nguyên nhân đầu tiên phải kể đến là do phƣơng pháp đo chƣa hoàn

thiện, chƣa phù hợp với điều kiện thực tế.

- Do có sự biến động của các điều kiện bên ngoài vƣợt ra ngoài các điều

kiện tiêu chuẩn đƣợc quy định cho dụng cụ đo mà ta chọn.

- Ngoài ra còn một số các yếu tố khác nữa nhƣ: sử dụng các dụng cụ đo

không đảm bảo độ chính xác, do cách đọc của ngƣời quan sát hoặc do cách đặt

dụng cụ không chính xác…

Kết quả đo là những con số kèm theo đơn vị đo hay những đƣờng cong tự

ghi, để ghi lại quá trình thay đổi của đại lƣợng đo theo thời gian. Việc gia công

kết quả đo theo một thuật toán (angôrit) nhất định bằng máy tính hay bằng tay

để đạt đƣợc kết quả nhƣ mong muốn.

1.2. Cơ sở lý thuyết xử lý số tín hiệu [7], [15]

Tín hiệu (một dòng thông tin đƣợc chuyển tải thông qua một đại lƣợng

vật lý nào đó, thƣờng là điện áp hay dòng điện) có thể đƣợc xử lý theo một trong

hai cách: xử lý tƣơng tự và xử lý số. Ví dụ việc lọc thông thấp một tín hiệu

dòng điện, giải pháp tƣơng tự sẽ dùng một mạch lọc (tích cực hay thụ động) để

làm suy giảm các thành phần tần số không mong muốn và giữ lại các thành phần

đƣợc quan tâm ở ngõ ra, trong khi giải pháp số sẽ chuyển tín hiệu dòng điện

thành một chuỗi các giá trị tƣơng ứng tại những thời điểm rời rạc, sử dụng các

cơ cấu tính toán số để thực hiện việc lọc tần số, sau đó tái tạo lại tín hiệu đã

đƣợc lọc ở ngõ ra. Việc chuyển đổi các giá trị tƣơng tự thành chuỗi giá trị số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 10 -

đƣợc thực hiện bằng các bộ chuyển đổi tƣơng tự-số (ADC-Analog to Digital

Converter), và việc chuyển đổi ngƣợc lại đƣợc thực hiện bằng các bộ chuyển đổi

số-tƣơng tự (DAC-Digital to Analog Converter).

Nhƣ vậy, các hệ thống xử lý tƣơng tự tín hiệu sử dụng các cơ cấu tính

toán tƣơng tự để thực hiện việc xử lý các tín hiệu tƣơng tự, còn các hệ thống xử

lý số tín hiệu lại thực hiện việc xử lý các tín hiệu tƣơng tự thông qua các cơ cấu

tính toán số. Một điều cần nói là các thuật ngữ 'tƣơng tự' và 'số' không thể hiện

bản chất của việc xử lý, thuật ngữ chính xác hơn là 'liên tục' và 'rời rạc' (theo

thời gian và phạm vi biến đổi của tín hiệu). Chúng ta có các hệ thống xử lý liên

tục tín hiệu với các cơ cấu tính toán tác động lên các tín hiệu liên tục (có độ lớn

thay đổi một cách liên tục) đối lập với các hệ thống xử lý rời rạc tín hiệu sử

dụng các cơ cấu tính toán tác động lên các tín hiệu rời rạc (có độ lớn thay đổi

một cách rời rạc tại những thời điểm rời rạc). Tuy nhiên kể từ đây trở đi, nhóm

tác giả vẫn dùng các thuật ngữ phổ thông là 'tƣơng tự' và 'số' để thuận tiện cho

ngƣời đọc.

Việc xử lý số tín hiệu xem ra có vẻ phức tạp hóa vấn đề, nếu dựa vào ví

dụ đơn giản trên để đánh giá. Tuy nhiên, có một số lý do khiến việc xử lý số tín

hiệu vẫn đƣợc sử dụng:

- Tính linh hoạt: dữ liệu có thể đƣợc lấy mẫu và xử lý sau đó, cũng có thể

áp dụng nhiều thuật toán lên cùng một dữ liệu để tìm ra thuật toán thích hợp

nhất. Độ phức tạp của thuật toán hầu hết chỉ bị giới hạn bởi bộ nhớ và tốc độ của

bộ xử lý, cũng nhƣ các thuật toán có thể đƣợc tạo sẵn để tự động thích nghi với

môi trƣờng.

- Tính lập trình: Nhiều bộ xử lý ngày nay có thể đƣợc cấu hình lại (bằng

cách lập trình phần mềm) để thực hiện nhiều tác vụ xử lý số tín hiệu khác nhau.

Chỉ cần thay đổi phần mềm để thực hiện một thuật toán khác. Điều này cũng có

ngh a là chỉ cần một số lƣợng linh kiện tối thiểu để thực hiện các thuật toán xử

lý rất phức tạp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 11 -

- Tính lặp lại: Các chức năng của các hệ thống số dựa trên phần mềm hay

phần cứng bên ngoài, do đó có thể lặp lại nhiều lần các thao tác đã đƣợc thực

hiện.

- Tính ổn định: Dữ liệu đƣợc lƣu trữ và xử lý bằng phần cứng số do đó

những ảnh hƣởng của môi trƣờng nhƣ nhiệt độ và sự lão hóa của linh kiện gặp

phải trong xử lý tƣơng tự là không có.

- Nén dữ liệu: Dữ liệu có thể đƣợc nén để truyền đi với những khoảng

cách xa, tiết kiệm đƣợc chi phí truyền dữ liệu mà vẫn đảm bảo thông tin đầy đủ

đến đƣợc điểm nhận.

- Chi phí: Ứng dụng của các bộ xử lý số tín hiệu ngày càng trải rộng, và

trong nhiều trƣờng hợp, chi phí của việc hiện thực thuật toán số nhỏ hơn chi phí

cho thuật toán tƣơng tự.

Hai thành phần cần thiết để một hệ thống xử lý số tín hiệu có thể giao tiếp

với thế giới thực là DAC và ADC.

1.3. Tổng quan về điều khiển tự động [4]

1.3.1. Lịch sử ra đời

Điều khiển tự động có lịch sử phát triển từ trƣớc công nguyên, bắt đầu từ

đồng hồ nƣớc có phao điều chỉnh của Ktesibios ở Hy Lạp. Hệ điều chỉnh nhiệt

độ đầu tiên do Cornelis Drebbel (1572 - 1633) ngƣời Hà Lan sáng chế. Hệ điều

chỉnh mức đầu tiên là của Ivan Polzunov (1728 - 1766) ngƣời Nga. Hệ điều

chỉnh tốc độ đƣợc ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên là của James Watt (1736

- 1819).

Thời kỳ trƣớc năm 1868 là thời kỳ chế tạo những hệ tự động theo trực

giác. Các công trình nghiên cứu lý thuyết bắt đầu từ Maxwell, đề cập đến ảnh

hƣởng của thông số đối với chất lƣợng của hệ, I.A Vysnhe gradsku với công

trình toán học về các bộ điều chỉnh. Chiến tranh thế giới thứ 2 đã đòi hỏi sự phát

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 12 -

triển về lý thuyết và ứng dụng để có những máy bay lái tự động, những hệ điều

khiển vị trí của các loại pháo, điều khiển tự động của các rađa…vv.

Những năm 1950, các phƣơng pháp toán học và phân tích đã phát triển và

đƣa vào ứng dụng nhanh chóng. Ở Mỹ thịnh hành hƣớng nghiên cứu trong miền

tần số với các công trình ứng dụng của Bode, Nyquist và Black ở các trung tâm

thí nghiệm điện tín. Trong khi ấy, ở Liên Xô (cũ) chú trọng l nh vực lý thuyết

điều khiển và ứng dụng trong miền thời gian.

Từ những năm 1980, máy tính số bắt đầu đƣợc sử dụng rộng rãi, cho phép

điều khiển với độ chính xác cao các đối tƣợng khác nhau. Với sự ra đời của vệ

tinh, thời đại vũ trụ bắt đầu thì các hệ điều khiển ngày càng phức tạp hơn và đòi

hỏi chất lƣợng ngày một cao. Các phƣơng pháp của Liapunoi, Minorsky cũng

nhƣ lý thuyết điều khiển tối ƣu hiện đại của L.S Pontryagin (Liên Xô cũ) đã có ý

ngh a rất lớn. Các nguyên tắc điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững, điều

khiển mờ, các “Hệ thông minh”…vv đã ra đời và đƣợc áp dụng có hiệu quả vào

thực tiện. Rõ ràng là trong việc phân tích và tổng hợp các hệ điều khiển hiện

nay, việc sử dụng đồng thời miền tần số và miền thời gian là rất cần thiết.

Ở Việt Nam, từ những năm 1960, đảng và nhà nƣớc ta đã quan tâm đến

việc đào tạo cán bộ và nghiên cứu khoa học trong l nh vực này. Hiện nay, công

nghệ tự động là một trong những hƣớng phát triển công nghệ mũi nhọn của đất

nƣớc trong tế kỷ 21. Nghị quyết 27CP của chính phủ về “Chƣơng trình tự động

hoá quốc gia” đã khẳng định vai trò quan trọng của ngành công nghệ này.

Những công trình công nghiệp lớn và trọng điểm hiện nay đều đƣợc tự động hoá

- tự động điều khiển ở mức độ tƣơng đối cao và chủ yếu là do các chuyên gia

nƣớc ngoài đảm nhiệm.

1.3.2. Các khái niệm cơ bản về điều khiển

Điều khiển là một l nh vực quan trọng của đời sống xã hội, của nền kinh

tế quốc dân, của khoa học kỹ thuật, của nền đại công nghiệp…vv. Bất cứ ở vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 13 -

nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi ngƣời trong chúng ta đều tiếp cận với điều

khiển. Nó là khâu quan trọng cuối cùng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt

động của chúng ta.

Nền đại công nghiệp hiện nay càng ngày càng đƣợc nâng cao mức độ tự

động hoá với mục đích nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải

phóng con ngƣời ra khỏi những vị trí làm việc độc hại cho sức khoẻ…vv. Để

tiếp cận với nền đại công nghiệp có trình độ tự động hoá cao, mỗi chúng ta

ngoài những kiến thức cơ bản về chuyên môn của mình, cần phải trang bị một số

kiến thức cơ bản về điều khiển tự động.

Trong khoa học tồn tại một ngành khoa học đã và đang phát triển mạnh

mẽ gọi là điều khiển học. Vậy câu hỏi đặt ra là: Điều khiển học là gì?

- Điều khiển học: là khoa học chuyên nghiên cứu về các quá trình thu

thập, xử lý tín hiệu và điều khiển trong mọi l nh vực đời sống xã hội, khoa học

công nghệ, môi trƣờng thiên nhiên,…vv. Điều khiển học chia ra nhiều l nh vực

khác nhau gồm điều khiển học toán học, điều khiển học sinh học, điều khiển học

kỹ thuật, điều khiển học kinh tế…vv.

- Điều khiển học kỹ thuật: là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập,

xử lý tín hiệu và điều khiển các quá trình và hệ thống thiết bị kỹ thuật. Cơ sở lý

thuyết của điều khiển học kỹ thuật là lý thuyết điều khiển tự động.

Khái niệm điều khiển: Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý

thông tin và tác động lên hệ thống theo một nguyên tắc, một quy luật nào đó để

đáp ứng đầu ra của hệ thống thoả mãn đƣợc các yêu cầu đặt trƣớc.

Điều khiển tự động là quá trình điều khiển không cần sự tác động của con

ngƣời.

Lý thuyết điều khiển tự động là cơ sở lý thuyết dựa trên toán học nghiên

cứu những nguyên tắc thành lập hệ tự động và các quy luật của các quá trình xảy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 14 -

ra trong hệ để từ đó xây dựng đƣợc các hệ tối ƣu hoặc gần tối ƣu đồng thời

nghiên cứu quá trình t nh và động của hệ thống đó.

Dựa vào những phƣơng pháp hiện đại của lý thuyết điều khiển tự động,

chúng ta có thể lựa chọn đƣợc cấu trúc hợp lý của hệ thống và xác định đƣợc trị

số tối ƣu của các thông số của hệ thống đồng thời đánh giá đƣợc tính ổn định và

các chỉ tiêu chất lƣợng của hệ thống trong quá trình điều khiển.

Hệ thống điều khiển là hệ thống đƣợc ghép bởi các thiết bị kỹ thuật

nhằm mục đích gia công quy luật biến đổi của tín hiệu đầu vào để tạo thành quy

luật biến đổi của đại lƣợng vật lý đầu ra cần điều khiển nhằm thoả mãn các yêu

cầu đặt trƣớc.

Một hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của con ngƣời trong quá

trình điều khiển đƣợc gọi là hệ thống điều khiển tự động.

Một cách tổng quát hệ thống điều khiển tự động chủ yếu gồm 3 phần:

thiết bị điều khiển (TBĐK), đối tƣợng điều khiển (ĐTĐK)và thiết bị đo lƣờng

(TBĐL). Đƣợc mô tả nhƣ hinh vẽ:

d(t)

y(t)

u(t)

r(t)

e(t)

TBĐK

ĐTĐK

(-)

f(t)

TB ĐL

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống ĐKTĐ

Trong đó: r(t): Tín hiệu đầu vào (tín hiệu đặt),

y(t): Tín hiệu đầu ra,

u(t): Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tƣợng,

d(t): Tín hiệu nhiễu loạn tác động vào hệ thống.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 15 -

- ĐTĐK: Đối tƣợng điều khiển (Cơ cấu chấp hành), có thể là các thiết bị

kỹ thuật, dây chuyền sản xuất, quy trình công nghệ… là mục tiêu điều khiển của

con ngƣời trong các l nh vực khác nhau.

Các phần tử chấp hành thƣờng dùng trong điều khiển tự động là các loại

động cơ bƣớc, động cơ DC, động cơ servo, động cơ AC, động cơ thuỷ lực khí

nén…

Một loại đối tƣợng điều khiển cũng thƣờng gặp khác trong công nghiệp là

hệ thống nhiệt, ví dụ nhƣ: lò nung trong dây truyền công nghiệp sản xuất gạch

men lò sấy trong dây chuyền chế biến thực phẩm, hệ thống làm lạnh trong dây

truyền chế biến thuỷ sản. Yêu cầu điều khiển đối với hệ thống nhiệt thƣờng là

điều khiển ổn định nhiệt độ hoặc điều khiển theo chƣơng trình.

- TBĐK: Thiết bị điều khiển, là thiết bị gia công tín hiệu điều khiển, nó có

nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển tác động lên ĐTĐK theo một quy luật nào đó

để thoả mãn các yêu cầu công nghệ.

- TBĐL: là thiết bị gia công tín hiệu phản hồi để đƣa trở lại đầu vào của

hệ thống.

Thông thƣờng các tín hiệu phản hồi lấy về là các tín hiệu không điện nhƣ:

tốc độ quay, nhiệt độ, lực, ứng suất, quang thông… Do đó cần phải có các thiết

bị đo các tín hiệu đó và chuyển thành các tín hiệu điện tƣơng ứng với tín hiệu

đầu vào của hệ thống.

Cấu trúc của thiết bị đo gồm có 3 phần chính: bộ phận chuyển đổi hay

cảm biến, cơ cấu đo điện, và các sơ đồ mạch khuếch đại trung gian hay mạch gia

công tín hiệu nhƣ mạch khuếch đại, chỉnh lƣu ổn định.

Các thiết bị đo tốc độ nhƣ DC Tachometer, AC Tachometer, Optical

Tachometer... Cảm biến nhiệt độ nhƣ Pt 56, Pt 100,Themorcouple…

Ngoài các thiết bị kể trên, để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ và dòng điện

ngƣời ta còn sử dụng hệ thống máy phát tốc và máy biến dòng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 16 -

1.3.3. Những nguyên tắc điều khiển cơ bản

1.3.3.1. Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch

Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển u(t) đƣợc thành lập dựa trên sự sai

lệch của lƣợng ra thực tế (y(t)) so với lƣợng ra yêu cầu (tín hiệu đặt ở đầu vào

r(t))

u(t) = f[r(t),y(t)] = f[e(t)] (1.2)

Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo sai lệch nhƣ sau:

y(t)

u(t)

r(t)

e(t)

TBĐK

ĐTĐK

(-)

TB ĐL

Hình 1. 2. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo sai lệch bám 1.3.3.2. Nguyên tắc điều khiển theo tín hiệu nhiễu loạn (bù nhiễu)

Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển u(t) đƣợc thành lập theo tín hiệu

nhiễu tác động với mục đích để khử nhiễu ở đầu ra:

u(t) = f[d(t)] (1.3)

Những hệ thống đƣợc xây dựng theo nguyên tắc này là những hệ thống hở

(không có phản hồi). Sơ đồ cấu trúc nhƣ sau:

TBĐK

TB1

d(t)

y(t)

u(t)

TB2

ĐTĐK

Hình 1. 3. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo tín hiệu nhiễu

Trong đó: TB1: là thiết bị để đo tín hiệu nhiễu,

TB2: là thiết bị để tạo ra tín hiệu điều khiển u(t).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 17 -

1.3.3.3. Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp (theo sai lệch và bù nhiễu)

Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển u(t) đƣợc thành lập dựa vào sự tổng

hợp của hai phƣơng pháp trên với

u(t) = f[e(t),d(t)] (1.4)

Sơ đồ cấu trúc tổng quát nhƣ sau:

TB bù

d(t)

(-)

y(t)

u(t)

r(t)

TBĐK

ĐTĐK

(-)

TBĐL

Hình 1. 4. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển theo tín hiệu nhiễu

1.3.3.4. Nguyên tắc điều khiển thích nghi

Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển u(t) đƣợc thành lập có tính đến tất

cả các yếu tố ảnh hƣởng đến đại lƣợng cần điều khiển.

Sơ đồ tổng quát của hệ điều khiển thích nghi nhƣ sau:

Thiết bị phụ

TT

TPT

TC

TPĐ

v(t)

d(t)

u(t)

y(t)

TBĐK

ĐTĐK

r(t)

Hệ thống chính

Hình 1. 5. Sơ đồ cấu trúc của nguyên tắc điều khiển thích nghi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 18 -

Trong đó:

TPT: Thiết bị phân tích tín hiệu vào (xác định tính chất của tín hiệu vào

nhƣ tốc độ, gia tốc ...).

TPĐ: Thiết bị phân tích đối tƣợng (xác định đặc tính động học của đối

tƣợng cấn điều khiển).

TT: Thiết bị tính toán (xác định phƣơng pháp biến đổi đặc tính của thiết bị

điều khiển chính).

TC: Thiết bị chấp hành (có nhiệm vụ chỉnh định thiết bị điều khiển theo

các tín hiệu nhận đƣợc từ thiết bị tính toán).

v(t): Là hàm tự chỉnh, nó là hàm đa tham số.

v(t)=f [u(t), r(t), y(t)....] (1.5)

Ngoài các nguyên tắc điều khiển đã nêu trên thì còn có các nguyên tắc

điều khiển khác nhƣ: Điều khiển mờ, điều khiển tối ƣu, điều khiển bền vững …

1.4. Kết luận chƣơng 1

Chƣơng 1 trình bày tìm hiểu tổng quan về cơ sở lý thuyết đo lƣờng, xử lý

số tín hiệu và điều khiển tự động. Trên cơ sở lý thuyết đó, tác giả thiết kế phần

cứng card điều điều khiển có khả năng nhận đƣợc các tín hiệu điện phản ánh các

đại lƣợng đo, xây dựng phần mềm cho card điều khiển có khả năng xử lý số tín

hiệu và thực hiện chức năng của thiết bị điều khiển trong hệ thống điều khiển.

Các nội dung này đƣợc trình bày trong chƣơng 2 của luận văn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 19 -

CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ CARD ĐIỀU KHIỂN

2.1. Thiết kế phần cứng

2.1.1. Yêu cầu về thiết kế phấn cứng

Khi thiết kế một card ứng dụng trong đo lƣờng, điều khiển thời gian thực

trƣớc tiên yêu cầu vi xử lý trung tâm trên card phải có khả năng tính toán nhanh,

dung lƣợng bộ nhớ lớn. Bên cạnh đó, card điều khiển cũng phải có khả năng

giao tiếp với nhiều đối tƣợng và thiết bị cảm biến khác nhau, hiển thị các tham

số, chế độ hoạt động và đồng thời có khả năng giao tiếp với máy tính thực hiện

chức năng điều khiển giám sát. Trên cơ sở đó việc thiết kế Card điều khiển trong

luận văn đƣợc thiết kế với yêu cầu sau:

- Card có thể nhận/xuất các tín hiệu tƣơng tự theo các chuẩn điện áp

0÷10VDC, 0÷20mA;

- Card có thể nhận/xuất các tín hiệu số có mức điện áp 0/24VDC, cho

phép thu thập các giá trị logic số, đếm xung, nhận tín hiệu ngắt từ bên ngoài và

xuất tín hiệu báo trạng thái, tín hiệu điều khiển PWM - Pulse-width modulation;

- Card có chức năng giao tiếp với máy tính, cụ thể phần mềm Matlab, với

tốc độ cao, ít xảy ra lỗi;

- Card có chức năng hiện thị chế độ hoạt động, hoặc thông số, trạng thái;

- Card có chức năng cài đặt, thay đổi tham số và chế độ hoạt động;

- Card có khả năng mở rộng các chân vào/ra cho phép kết nối một số

modul chức năng khác…

Nhƣ vậy mô hình các khối chức năng của card điều khiển có dạng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 20 -

Máy tính

Đầu vào số Đầu ra số

Khối vi xử lý trung tâm

Đầu vào tƣơng tự Đầu ra tƣơng tự

Cài đặt tham số Hiển thị (Led,…)

Hình 2. 1. Mô hình khối mạch điều khiển

2.1.2. Khối vi xử lý trung tâm

Khối vi xử lý trung tâm là trái tim của card điều khiển, có nhiệm vụ quản

lý, giám sát, điều khiển hoạt động toàn bộ các modul sử dụng trong card có

ngh a là mọi hoạt động trong hệ thống dựa trên cơ sở của vi xử lý trung tâm. Để

đáp ứng yêu cầu đó có rất nhiều loại vi xử lý có thể đáp ứng đƣợc. Tuy nhiên, do

mức độ thƣờng xuyên sử dụng và khả năng kinh tế của tác giả, vi xử lý trung

tâm đƣợc chọn là vi xử lý AT91SAM3X8E do hãng Atmel chế tạo sản xuất dựa

xây dựng trên bộ xử lý ARM Cortex-M3 (Advanced RISC Machine) [9].

Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Advanced RISC Machine) [10] là

một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit và 64 bit kiểu RISC (Reduced Instructions Set

Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) đƣợc sử dụng rộng rãi trong các

thiết kế nhúng. Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều

này khiến ARM trở thành cấu trúc 32-bit đƣợc sản xuất nhiều nhất trên thế giới.

CPU ARM đƣợc tìm thấy khắp nơi trong các sản phẩm thƣơng mại điện tử, từ

thiết bị cầm tay cho đến các thiết bị ngoại vi máy tính, các hệ thống điều khiển.

Một nhánh nổi tiếng của họ ARM là các vi xử lý Xscale của Intel.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 21 -

2.1.2.1. Đặc điểm Bộ vi xử lý Cortex-M3 [10]

- Hiệu suất cao: Trung tâm của bộ vi xử lý Cortex-M3 là một lõi có cấu

trúc đƣờng ống tiên tiến 3 tầng Instruction Fetch, Instruction Decode và

Instruction Execute, dựa trên kiến trúc Harvard, kết hợp nhiều tính năng mới

mạnh mẽ nhƣ suy đoán việc rẽ nhánh, phép nhân đƣợc thực thi trong một chu kỳ

và phép chia đƣợc thực hiện bằng phần cứng tạo nên một hiệu năng vƣợt trội.

Khi gặp một lệnh nhánh, tầng decode chứa một chỉ thị nạp lệnh suy đoán có thể

dẫn đến việc thực thi nhanh hơn. Bộ xử lý nạp lệnh dự định rẽ nhánh trong giai

đoạn giải mã. Sau đó, trong giai đoạn thực thi, việc rẽ nhánh đƣợc giải quyết và

bộ vi xử lý sẽ phân tích xem đâu là lệnh thực thi kế tiếp. Nếu việc rẽ nhánh

không đƣợc chọn thì lệnh tiếp theo đã sẵn sàng. Còn nếu việc rẽ nhánh đƣợc

chọn thì lệnh rẽ nhánh đó cũng đã sẵn sàng ngay lập tức, hạn chế thời gian rỗi

chỉ còn một chu kỳ.

- Dễ sử dụng, phát triển ứng dụng nhanh chóng, hiệu quả: Tiêu chí quan

trọng trong việc lựa chọn bộ vi xử lý là giảm thời gian và chi phí phát triển, đặc

biệt là khả năng phát triển ứng dụng phải thật nhanh chóng và đơn giản. Bộ vi

xử lý Cortex-M3 đƣợc thiết kế để đáp ứng mục tiêu trên. Ngƣời lập trình không

cần phải viết bất kì mã hợp ngữ nào (assembler code) hoặc cần phải có kiến thức

sâu về kiến trúc để tạo ra một ứng dụng đơn giản.

- Giảm chi phí phát triển và năng lƣợng tiêu thụ: Bộ vi xử lý đƣợc thiết kế

trên một diện tích nhỏ sẽ giảm chi phí đáng kể. Bộ vi xử lý Cortex-M3 thực hiện

điều này bằng cách cài đặt các lõi ARM nhỏ nhất từ trƣớc đến nay, chỉ với

33.000 cổng (cổng có thể là NAND hoặc NOR… tuỳ vào công nghệ sản xuất)

trong lõi trung tâm (0.18um G) và bằng cách kết hợp hiệu quả, chặt chẽ các

thành phần trong hệ thống vi xử lý. Bộ nhớ đƣợc tối giản bằng cách cài đặt bộ

nhớ không thẳng hàng (unaligned), thao tác bit dễ dàng với k thuật bit banding.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 22 -

Hình 2. 2. Bộ vi xử lý Cortex-M3

- Tích hợp khả năng dò lỗi và theo vết trong lập trình: Công nghệ gỡ lỗi

của bộ vi xử lý Cortex-M3 đƣợc cài đặt trong chính phần cứng của nó (kết hợp

với một vài thành phần khác) giúp gỡ lỗi nhanh hơn với các tính năng trace &

profiling, breakpoints, watchpoints và bản vá lỗi giúp rút ngắn thời gian phát

triển ứng dụng. Ngoài ra, bộ vi xử lý còn cung cấp một mức nhìn cao hơn vào hệ

thống thông qua cổng JTAG truyền thống hoặc cổng SWD (Serial Wire Debug)

chỉ sử dụng 2 đƣờng tín hiệu, thích hợp cho các thiết bị có kiểu đóng gói nhỏ

gọn.

2.1.2.2. Thông số vi xử lý AT91SAM3X8E [9]

Một lõi 32-bit, cho phép hoạt động trên 4 byte dữ liệu rộng trong một

xung nhịp CPU duy nhất.

Điện áp hoạt động: 3.3V (1.6 ÷ 3.6V)

Số đầu vào/ra: 103

Đầu ra PWM: 12 (12bits)

Đầu vào tƣơng tự 12 (12bits)

Đầu ra tƣơng tự 2 (DAC, 12bits)

Dòng điện vào/ra số 130 mA

Bộ nhơ chƣơng trình (Flash) 512 KB

Tần số xung hoạt động 84 MHz

Truyền thông:

USB, USARTs, SPIs, I2C (TWIs)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 23 -

2.1.2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm

Hình 2. 3. Sơ đồ mạch vi xử lý trung tâm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 24 -

2.1.3. Khối xử lý tín hiệu tương tự

Khối xử lý tín hiệu tƣơng tự gồm hai phần: mạch nhận tín hiệu tƣơng tự,

và mạch xuất tín hiệu tƣơng tự. Các tín hiệu tƣơng tự này đƣợc xử lý bằng

phƣơng pháp số. Khối ADC của AT91SAM3X8E có độ phân giải 12bits, có khả

năng nhận điện áp từ 0÷3.3V, đặc biệt hỗ trợ DMA giúp tăng tốc độ trích mẫu

ADC lến đến 80Msps, có khả năng nhận tín hiệu tƣơng tự lên đến 42Mhz.

(DMA (Direct memory access) là một kỹ thuật chuyển dữ liệu từ bộ nhớ

đến ngoại vi hoặc từ ngoại vi đến bộ nhớ mà không yêu cầu đến sự thực thi của

CPU, có ngh a là CPU sẽ hoàn toàn độc lập với ngoại vi đƣợc hỗ trợ DMA mà

vẫn đảm bảo ngoại vi thực hiện công việc đƣợc giao, tùy vào từng loại ngoại vi

mà DMA có sự hỗ trợ khác nhau).

Mạch nhận tín hiệu tƣơng tự (thể hiện các đại lƣợng vật lí của hệ thống)

có thể nhận đƣợc tín hiệu điện áp 0÷10VDC hoặc 0÷20mA rồi biến đổi thành

điện áp 0÷3.3VDC để đƣa vào bộ ADC của vi điều khiển AT91SAM3X8E.

Tín hiệu điện áp 0÷10VDC đƣợc đƣa vào chân (V+) và (V-), tín hiệu

dòng điện 0÷20mA đƣợc đƣa vào chân (AI) và (V-) sụt áp trên R5 (250Ω) thành

tín hiệu điện áp 0÷5VDC), tín hiệu điện áp này đƣợc qua mạch khuếch đại vi sai

(IC LM358-A) rồi qua mạch khuếch đại không đảo dấu (IC LM358-B) thành tín

hiệu điện áp 0÷3.3VDC đƣa vào chân nhận tín ADC của AT91SAM3X8E.

Hình 2. 4. Sơ đồ nguyên lý mạch nhận tín hiệu tƣơng tự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 25 -

Mạch xuất tín hiệu tƣơng tự có thể xuất đƣợc tín hiệu điện áp 0÷10VDC

hoặc 0÷20mA để đƣa đến các cơ cấu chấp hành. Vi điều khiển AT91SAM3X8E

có sẵn 02 bộ ngoại vi DAC bên trong nhƣng trong hệ thống vẫn sử dụng IC

DAC chuyên dụng MCP4822. MCP4822 là IC chuyển đổi DAC 12bit (0÷4095),

tín hiệu vào dạng giao tiếp nối tiếp chuẩn 3 dây ISP (CSI, SCK, SDI), 02 tín

hiệu ra (VOUTA, VOUTB) dạng điện áp 0÷4095mV. Tín hiệu điện áp này đƣợc

đƣa qua mạch khuếch đại tạo tín hiệu điện áp 0÷10VDC trên chân (VO1, VO2)

và (GND); tín hiệu dòng điện 0÷20mA (trên chân (I+) và (I-).

Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý mạch xuất tín hiệu tƣơng tự

2.1.4. Khối xử lý tín hiệu số

Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý mạch nhận/xuất tín hiệu số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 26 -

2.1.5. Khối mạch nguồn nuôi

Hình 2. 7. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn nuôi

2.1.6. Card điều khiển hoàn chỉnh

Từ sơ đồ nguyên lý các module ta thiết kế mạch in và gia công đƣợc phần

cứng của card điều khiển.

Hình 2. 8. Card điều khiển sau khi gia công

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 27 -

2.2. Phần mềm cho vi xử lý trung tâm AT91SAM3X8E

2.2.1. Ngôn ngữ lập trình cho AT91SAM3X8E [9]

Để lập trình cho AT91SAM3X8E ta sử dụng trình biên dịch Atmel Studio

do hãng Atmel phát triển. Atmel Studio hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ C và

ASM, biên dịch và gỡ lối cho các vi điều khiển của hãng Atmel.

Hình 2. 9. Giao diện phần mềm Atmel Studio

Chƣơng trình AT91SAM3X8E trong card điều khiển đƣợc lập trình bằng

ngôn ngữ C và theo cấu trúc gồm chƣơng trình chính và các chƣơng trình con.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 28 -

Bắt đầu

Khởi tạo các khối: RS232, PWM, TIMER, ngắt, … Khởi tạo các giá trị ban đầu.

0

Yêu cầu kết nối từ Matlab?

1

Đọc và xử lý tín hiệu đầu vào tƣơng tự Đọc tín hiệu đầu vào số

0

Kiểm tra có dữ liệu từ Matlab?

1

Cập nhật dữ liệu, Thực hiện các chức năng theo yêu cầu từ Matlab.

0

Yêu cầu ngắt kết nối từ Matlab?

1

Kết thúc

2.2.2. Thuật toán chương trình chính

Hình 2. 10. Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình chính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 29 -

Bắt đầu

Nhận dữ liệu, lƣu vào xâu str

Đọc đầu vào số “x”

1

Str = “1x”

0

1

str = “2xy”

Xuất giá trị “y” ra đầu ra số “x”

0

1

str = “3x”

Đọc đầu vào tƣơng tự “x”

0

1

str = “4xy”

Xuất giá trị “y” ra đầu ra tƣơng tự “x”

0

1

str = “5xy”

Xuất giá trị PWM “y” ra đầu ra số “x”

0

1

str = “8xy”

Xuất giá trị góc “y” ra servo “x”

0

1

str = “Exyz”

Cài đặt encoder “x” với 2 pha nối vào đầu vào “y” và “z”

0

1

str = “Gx”

Đọc giá trị từ encoder “x”

0

1

str = “Kx”

Điều khiển module 32 kênh servo “x”

0

1

str = “Ix”

Điều khiển module 16 kênh PWM “x”

0

1

str = “Rx”

Cài đặt bộ điều khiển PID online “x”

0

1

str = “Yx”

Cài đặt bộ điều khiển PID “x”

0

Kết thúc

2.2.3. Thuật toán chương trình con xử lý dữ liệu từ Matlab/Simulink

Hình 2. 11. Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình con xử lý dữ liệu từ Simulink

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 30 -

2.3. Phần mềm cho Matlab – Simulink [5, 11]

MATLAB là một môi trƣờng tính toán số và lập trình, đƣợc thiết kế bởi

công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm

số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện thân thiện với

ngƣời dùng, liên kết với những chƣơng trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ

lập trình khác và truyền thông kết nối thiết bị thực. Đặc biệt với bộ công cụ

Simulink và các thƣ viện, MATLAB cho phép mô phỏng quá trình điều khiển

nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật. Matlab có thể đóng vai trò là trung tâm

điều khiển trong hệ thống điều khiển số.

Để MATLAB có thể nhận đƣợc các tín hiệu từ card điều khiển, tác giả đã

phát triển một thƣ viện simulink riêng cho card, CardTNUT_Library.

CardTNUT_Library đƣợc xây dựng trên phần mềm Matlab 2012a, nên chỉ các

các phiên bản sau Matlab 2012a mới có thể kết nối đƣợc. Để cài đặt

CardTNUT_Library, ta đặt thƣ mục làm việc của Matlab đến thƣ mục chứa thƣ

viện này và chạy lệnh install_CardTNUT. CardTNUT_Library gồm các khối cơ

bản nhƣ cài đặt kết nối, đọc/xuất tín hiệu số/tƣơng tự, xuất tín hiệu PWM, đọc

tín hiệu từ bộ mã hóa xung encoder; các khối nâng cao nhƣ điều khiển động cơ

một chiều, động cơ servo, động cơ bƣớc, cài đặt tham số bộ điều khiển PID; các

khối hỗ trợ giao tiếp nối tiếp RS232, RS485, I2C, SPI, CAN; và các khối hỗ trợ

các module ứng dụng có sẵn trên thị trƣờng nhƣ module điều khiển 32 RC

servo, module điều khiển 16 PWM 12bits, module hiện thị 8 LED. Sau khi cài

đặt xong, công cụ Simulink đã đƣợc thêm thƣ viện CardTNUT_Library.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 31 -

Hình 2. 12. Thƣ viện CardTNUT đƣợc cài vào Simulink

2.3.1. Khối cài đặt – CardTNUT Setup

Khối CardTNUT

Setup dùng để cài đặt thông

số kết nối từ Simulink tới

CardTNUT. Việc trao đổi

dữ liệu giữa card và

Simulink đƣợc thự hiện theo

chuẩn giao tiếp nối tiếp

không đồng bộ với tốc độ

1.152.000bits/s. Tốc độ trao

đổi dữ liệu cao nhƣ vây

Hình 2. 13. Khối CardTNUT Setup

(>1Mb/s) do dữ liệu thực

chất trao đổi qua cổng USB của vi điều khiển AT91SAM3X8E, và vi điều khiển

đƣợc lập trình tạo ra cổng com ảo (Virtual terminal), trên Simulink thực hiện các

giao tiếp với cổng com ảo này theo phƣơng thức nhƣ với cổng com thật nhƣng

tốc độ lại cao hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 32 -

2.3.2. Khối đọc tín hiệu tương tự

Khối CardTNUT ADC là khối

đọc tín hiệu tƣơng tự đƣợc chuyển đổi

thành tín hiệu số trên CardTNUT. Các

đầu vào tƣơng tƣ này có thể nhận

đƣợc tín hiệu điện áp 0÷10VDC hoặc

tín hiệu dòng điện 0÷20mA rồi chuyển

thành tín hiệu số 12bits có giá trị từ

Hình 2. 14. Khối đọc tín hiệu tƣơng tự

0÷4095. Các giá trị này còn đƣợc xử

lý sơ bộ một lần qua bộ lọc số với công thức sau:

(2.1)

|

∑

2.3.3. Khối xuất tín hiệu tương tự

Khối CardTNUT DAC là khối

xuất tín hiệu đầu ra tƣơng tự trên

CardTNUT.

Các đầu ra tƣơng tự này có hai

dạng gồm tín hiệu điện áp 0÷10VDC

Hình 2. 15. Khối xuất tín hiệu tƣơng tự

và tín hiệu dòng điện 0÷20mA. Bộ

DAC có độ phân giải 12bits nên khi xuất giá trị số từ 0÷4095 thì đầu ra tƣơng

ứng có giá trị từ 0÷10VDC hoặc 0÷20mA.

Khối CardTNUT DAC có thể cài đặt chế độ chỉ xuất tín hiệu khi đầu vào

có sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa CardTNUT và

Simulink.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 33 -

2.3.4. Khối đọc tín hiệu số

Khối CardTNUT DI là khối

đọc tín hiệu số ở đầu vào trên

CardTNUT. Các đầu vào số này có

mức điện áp 0, 24VDC ứng với mức

Hình 2. 16. Khối đọc tín hiệu số

logic 0, 1.

2.3.5. Khối xuất tín hiệu số

Khối CardTNUT DO là khối

xuất tín hiệu số ra đầu ra số trên

CardTNUT.

Khối CardTNUT DO có thể

cài đặt chế độ chỉ xuất tín hiệu ra khi

đầu vào có sự thay đổi giá trị nhằm

Hình 2. 17. Khối xuất tín hiệu số

giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa

CardTNUT và Simulink.

2.3.6. Khối xuất tín hiệu PWM

Khối CardTNUT PO là khối

xuất tín hiệu PWM ra đầu ra số trên

CardTNUT.

Khối PWM có độ phân giải

12bits nên khi xuất giá trị số từ

0÷4095 thì đầu ra tƣơng ứng tỷ lệ độ

Hình 2. 18. Khối xuất tín hiệu PWM

rộng xung từ 0÷100%.

Khối CardTNUT PWM có thể cài đặt mức logic tích cực của tín hiệu

PWM ở mức logic 0 hoặc mức logic 1 và chế độ chỉ xuất tín hiệu khi đầu vào có

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 34 -

sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa CardTNUT và

Simulink.

2.3.7. Khối đọc tín hiệu từ bộ mã hóa xung encoder

Khối CardTNUT EI là khối

đọc tín hiệu encoder trên đầu vào

số trên CardTNUT. Trên

CardTNUT có 06 đầu vào số đƣợc

thiết kế để nhận tín hiệu xung từ

encoder tƣơng đối một pha hoặc

hai pha do đó CardTNUT có thể

Hình 2. 19. Khối đọc tín hiệu từ bộ mã hóa xung encoder ghép nối đƣợc tối đa 03 encoder tƣơng đối 2 pha hoặc tối đa 06 encoder 1 pha.

Kết quả có thể đƣợc cài đặt là số xung đếm đƣợc, số xung trên 100ms hoặc thời

gian (ms) của một xung, tức kết quả có thể trả về là vị trí hoặc tốc độ giúp ngƣời

dùng có thể dễ dàng xử lý theo yêu cầu. Ngƣời dùng cũng có thể tùy chọn đếm

theo xung hoặc đếm theo sƣờn (sƣờn lên, sƣờn xuống) giúp cho độ phân giải của

encoder đƣợc tăng lên gấp đôi.

2.3.8. Khối xuất tín hiệu điều khiều

động cơ servo một chiều

Khối CardTNUT SEO là khối

xuất xung tần số 50Hz ra đầu ra số

của CardTNUT để điều khiển động

Hình 2. 20. Khối điều khiều động cơ servo

cơ servo một chiều. Giá trị đầu vào là vị trí đặt của servo (0o÷180o), tín hiệu

xung có độ rộng xung tƣơng tứng từ 500÷2500ms.

Khối CardTNUT SEO có thể cài đặt chế độ chỉ xuất tín hiệu khi đầu vào

có sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa CardTNUT và

Simulink.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 35 -

2.3.10. Khối ghép nối module điều khiển 16 kênh PWM 12bits

Khối CardTNUT 16PWM

là khối xuất tín hiệu điều khiển

module 16PWM. CardTNUT có

thể kết nối với 64 module

16PWM thành mạng theo chuẩn

giao tiếp nối tiếp I2C giúp cho

Hình 2. 21. Khối điều khiển module 16PWM

việc mở rộng đầu ra PWM đƣợc thực hiện một cách đơn giản. Tín hiệu PWM

của module 16PWM có thể đƣợc cài đặt với tần số từ 0÷1600Hz, độ phân giải

12bits.

Khối CardTNUT 16PWM có thể cài đặt chế độ chỉ xuất tín hiệu khi đầu

vào có sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa CardTNUT và

Simulink.

2.3.11. Khối ghép nối module điều khiển 32 servo

Khối CardTNUT 32RC

SERVO là khối xuất tín hiệu điều

khiển module 32RC SERVO.

CardTNUT có thể kết nối module

32RC SERVO theo chuẩn giao tiếp

nối tiếp không đồng bộ RS232 giúp

cho việc mở rộng đầu ra điều khiển

Hình 2. 22. Khối ghép nối module 32 servo

động cơ servo một chiều đƣợc thực

hiện một cách đơn giản. Tín hiệu đầu vào của khối CardTNUT 32RC SERVO có giá trị từ 500 đến 2500 ứng với vị trí đặt của động cơ servo từ 0o÷180o..

Khối CardTNUT 32RC SERVO có thể cài đặt chế độ chỉ xuất tín hiệu khi

đầu vào có sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa CardTNUT

và Simulink.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 36 -

2.3.12. Khối xuất xung điều khiển Thyristor

Khối CardTNUT Thyristor là

khối xuất tín hiệu xung điều khiển

Thyristor của các bộ chỉnh lƣu cơ

bản (chỉnh lƣu hình tia 1, 2, 3 pha,

chỉnh lƣu hình cầu 1, 3 pha).

CardTNUT có thể hỗ trợ phát xung

cho 02 bộ chỉnh lƣu với tần số điện

áp lƣới đến 100Hz. Tín hiệu đầu

vào của khối CardTNUT Thyristor

Hình 2. 23. Khối xuất xung điều khiển Thyristor

có giá trị từ 0 đến 1 ứng với góc

mở Thyristor từ lớn nhất đến bé nhất của mỗi sơ đồ chỉnh lƣu.

Khối CardTNUT Thyristor có thể cài đặt chế độ chỉ xuất tín hiệu khi đầu

vào có sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ liệu trao đổi giữa CardTNUT và

Simulink.

2.3.13. Khối giao tiếp nối tiếp

Hình 2. 24. Khối hỗ trợ giao tiếp nối tiếp

CardTNUT hỗ trợ trao đổi dữ liệu với các module hoặc thiết bị khác theo

chuẩn giao tiếp nối tiếp RS232, SPI hoặc I2C giúp cho khả năng ứng dụng của

CardTNUT đƣợc linh hoạt và phù hợp với nhiều dự án khác nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 37 -

2.3.14. Khối bộ điều khiển PID online

CardTNUT có thể thực hiện thuật toán điều khiển PID với các giá trị cài

đặt và đầu vào đƣợc nhận từ Matlab/Simulink, giá trị đầu ra đƣợc gửi trở lại máy

tính. Với chức năng này, CardTNUT có thể đƣợc ứng dụng trong việc kiểm

nghiệm bộ điều khiển PID thực trong việc điều khiển các mô hình của hệ thống

mà việc xây dựng hệ thống thực gặp khó khăn.

CarTNUT có thể thực hiện cùng lúc 04 bộ

điều khiển PID online. Khối CardTNUT Online

PID có thể cài đặt chế độ chỉ gửi dữ liều khi đầu

vào có sự thay đổi giá trị nhằm giảm lƣợng dữ

Hình 2. 25. Khối PID online

liệu trao đổi giữa CardTNUT và Simulink.

2.3.15. Khối cài đặt tham số bộ điều khiển PID trên Card

Khối CardTNUT Setup PID

dùng để cài đặt đầu vào, đầu ra và

các tham số bộ điều khiển PID.

Giá trị đặt có thể là hằng số

hoặc từ các đầu vào tƣơng tƣ, từ

các bộ mã hóa xung; Giá trị phản

hồi có thể từ các đầu vào tƣơng tự

Hình 2. 26. Khối cài đặt tham số PID

từ các bộ mã hóa xung; Giá trị đầu ra có thể đƣợc xuất ra đầu ra tƣơng tự, đầu ra

PWM và đƣợc gửi lên Matlab/Simulink.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 38 -

2.4. Kết luận chƣơng 2

Chƣơng 2 đã trình bày về thiết kế phần cứng, thuật toán lập trình cho

CardTNUT và thƣ viện Matlab/Simulink để giao tiếp với CardTNUT. Sơ đồ

nguyên lý các module đƣợc thiết kế để đáp ứng các yêu cầu xác định: module vi

xử lý trung tâm sử dụng vi xử lý AT91SAM3X8E với tần số hoạt động 84MHz,

giao tiếp với Matlab/Simulink qua cổng USB với tốc độ 1.152.000bits/s; module

tƣơng tự có thể xử lý tín hiệu có điện áp 0÷10VDC hoặc dòng điện 0÷20mA với

độ phân giải 12bits; module vào/ra số có mức logic 0/1 ứng với mức điện áp

0/24VDC, có thể nhận đƣợc tín hiệu từ bộ mã hóa xung, xuất tín hiệu PWM với

độ phân giải 12bits; phần cứng CardTNUT cũng đƣợc thiết kế để có thể giao

tiếp với một số module chức năng nhƣ module 32 kênh điều khiển động cơ

servo, module 16 kênh PWM 12bits. Phần mềm cho CardTNUT và thƣ viện

Simulink đƣợc xây dựng phù hợp với các chức năng của phần cứng. Để biết

CardTNUT có làm việc đƣợc hay không, tác giả tiến hành kiểm nghiệm

CardTNUT với một số đối tƣợng điều khiển, các nội dung này đƣợc trình bày

trong chƣơng 3 của luận văn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 39 -

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM

3.1. Hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập [2], [6]

Matlab/Simulink



+10V

ucđ

FX

uđk

3.1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập

AO0

PID

=

+

AI0 AI1

BBĐ

+ -

Ud Đ

CKĐ

n

CardTNUT

-

FT

Hình 3. 1. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động động cơ một chiều

Trong đó:

Đ: Động cơ một chiều,

CKĐ: Cuộn kích từ động cơ,

FT: Máy phát tốc,

BBĐ: Bộ biến đổi chỉnh lƣu Thyristor,

FX: Mạch phát xung điều khiển Thyristor,

PID: Bộ điều chỉnh tốc độ,

AI0, AI1, AO0: đầu vào/ra tƣơng tự của CardTNUT,

: Biểu tƣợng biểu thị tác dụng giới hạn biên độ,

ucđ: Tín hiệu chủ đạo (Tốc độ đặt),

n: Tín hiệu phản hồi tốc độ,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 40 -

Ud: Sức điện động của BBĐ.

Thông số động cơ:

Pđm [ kW] 2,2 Uđm [ V] 220 Iđm [ A] 12,0 nđm [ v/p] 1500

3.1.2. Tổng hợp hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập

Cấu trúc điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc

lập:

Từ sơ đồ hình 3.1, ta xây dựng đƣợc cấu trúc điều khiển hệ truyền động

uđk

động cơ một chiều kích từ độc lập:

nđ

n

e

BĐK

BBĐ

ĐC

(-)

Đối tƣợng điều khiển

Hình 3. 2. Cấu trúc điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập

Trong đó:

nđ: Tốc độ đặt,

BĐK: Bộ điều khiển,

BBĐ: Bộ biến đổi chỉnh lƣu (gồm mạch phát xung và mạch

chỉnh lƣu co điều khiển Thyristor),

ĐC: Động cơ truyền động,

n: Đáp ứng tốc độ quay của động cơ (vòng/phút),

e: Sai lệch tín hiệu đặt và đáp ứng đầu ra,

uđk: Tín hiệu điều khiển.

Để tổng hợp Bộ điều khiển tốc độ, tìm ra luật điều khiển ta phải xác định

mô hình các thành phần trong hệ thống. Có nhiều phƣơng pháp để xác định mô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 41 -

hình toán học theo mối quan hệ các đại lƣợng của từng thành phần. Tuy nhiên,

trong phạm vi luận văn tác giả kết hợp sử dụng CardTNUT và công cụ nhận

dạng mô hình (System Identification toolbox) của phần mềm Matlab để xác

định mô hình toán học hệ thống. Khi đó, đối tƣợng điều khiển gồm Bộ biến đổi

và Động cơ, với tín hiệu vào là tín hiệu điều khiển mạch phát xung uđk và tín

hiệu ra là vận tốc quay động cơ n.

Xác định mô hình toán học hệ thống:

CardTNUT xuất ra tín hiệu điều khiển ra đầu ra AO0 cấp cho mạch phát

xung và đo tín hiệu tốc độ động cơ thông qua đầu vào tƣơng tự AI1, AI1 đƣợc

nối vào đầu ra máy phát tốc.

Sau khi thực hiện thu thập dữ liệu tín hiệu điều khiển và đáp ứng tốc độ

quay động cơ, ta thu đƣợc đặc tính của các dữ liệu nhƣ sau:

Hình 3. 3. Dữ liệu tín hiệu điều khiển (volt)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 42 -

Hình 3. 4. Dữ liệu tín hiệu tốc độ quay động cơ (vòng/phút)

Sử dụng công cụ của Matlab (System Identification toolbox) để nhận

dạng đối tƣợng (khi nhận dạng đối tƣợng sử dụng dữ liệu trong miền thời gian

Time – Domain Data), mô hình toán học đối tƣợng:

(3.1)

Trong đó: K = 190.668,

τ1 = 0.678,

τ2 = 0.433.

Thay số ta đƣợc hàm truyền hệ thống:

(3.2)

Đánh giá mô hình nhận dạng với các tín hiệu thực ta thấy mô hình nhận

dạng đạt 92.76% tín hiệu thu thập đƣợc. Vậy mô hình toán học nhận dạng đƣợc

đã mô tả đƣợc quan hệ giữa tín hiệu vào/ra của đối tƣợng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 43 -

Hình 3. 5. Đánh giá mô hình nhận dạng

Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ:

Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc

lập

nđ

n

udk

e

Rn(s)

(-)

Xác định Rn theo phƣơng pháp module tối ƣu sao cho hàm truyền hệ kín

với phản hồi (-1) phải thỏa mãn điều kiện chuẩn modul tối ƣu, hay:

(3.3)

(3.4)

Chọn τ = τ1 = 0.678, ta đƣợc:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 44 -

(3.5)

Thay số ta đƣợc:

(3.6)

Nhƣ vậy bộ điều khiển tốc độ đƣợc thực hiện theo luật PI.

3.1.3. Thực nghiệm điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều

Thực nghiệm điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều với

CardTNUT đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm thuộc module thí nghiệm Tự

động hóa do khoa Điện, trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp quản lý.

Cấu trúc điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều trên

Matlab/Simulink:

Hình 3. 6. Cấu trúc điều khiển hệ thống động cơ một chiều trên Matlab/Simulink

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 45 -

Đáp ứng tốc độ của động cơ:

Hình 3. 7. Đáp ứng hệ truyền động động cơ một chiều

Trên hình ta thấy thời gian để tốc độ đầu ra đạt tới tốc độ đặt khá nhanh

(khoảng 0.8s), lƣợng quá điều chỉnh nhỏ (khoảng 8.3%) và tốc độ luôn đạt theo

yêu cầu, điều này chứng tỏ bộ điều khiển PI (biểu thức 3.6) mà tác giả đã tính

toán theo tiêu chuẩn modul tối ƣu là rất tốt.

3.2. Hệ chuyển động robot nhện (Spider Robot)

3.2.1. Giới thiệu về hệ chuyển động robot nhện

Robot đi bộ từ lâu đã là một l nh vực đang phát triển mạnh mẽ và nhanh

chóng của ngành cơ điện tử cũng nhƣ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Robot

nhện có hình dáng giống động vật nhện, gồm từ 4 đến 8 chân. Do di chuyển

bằng các động tác bƣớc chân nên robot nhện có lợi thế rất lớn trong việc di

chuyển trên các địa hình phức tạp nhằm thực hiện các nhiệm vụ khác nhau.

Trong phạm vi luận văn, tác giả sử dụng CardTNUT để điều khiển một

robot nhện thực hiện một số động tác cơ bản theo yêu cầu của ngƣời điều khiển.

Robot nhện này có 06 chân, mỗi chân gồm 03 bậc tự do đƣợc truyền động bằng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 46 -

động cơ servo. 18 động cơ servo trên robot đƣợc điều khiển bằng module điều

khiển 32 servo.

3.2.2. Thuật toán điều khiển di chuyển robot nhện

Để làm cho robot di chuyển, chúng ta phải phối hợp điều khiển nhiều

chân cùng một lúc và phải qua một chuỗi các bƣớc đồng bộ với nhau. Sơ đồ 6

Tiến

Chân 1

Chân 6

Chân 2

Chân 5

Khớp 2

Khớp 3

Chân 4

Chân 3

Khớp 1

Lùi

chân gắn vào thân robot đƣợc thể hiện trong hình sau:

Hình 3. 8. Hình vẽ mô tả robot nhện

Một yêu cầu cơ bản để robot có thể đứng đƣợc là phải có ít nhất 3 chân

gồm (1 hoặc 2) chân (trong số các chân 0, 1, 2) và (2 hoặc 1) chân (trong số các

chân 3, 4, 5) tiếp xúc địa hình.

Từ đó ta xác định đƣợc chuỗi các hoạt động để robot thực hiện một số

động tác cơ bản nhƣ sau:

3.2.2.1. Động tác Đứng tại vị trí cơ bản

Với mối khớp của robot, ta sử dụng động cơ servo có thể quay đƣợc góc từ 00 -1800, nên khi chế tạo robot ta phải chú ý xác định vị trí ban đầu robot ứng với vị trí của mỗi động cơ servo là góc 900.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 47 -

Bắt đầu

0

Yêu cầu đứng tại vị trí cơ bản

1

n=1

0

n<=6

1

m=1

n=n+1

m<=3

0

1

Điều khiển động cơ [n,m] góc 90o m=m+1

Kết thúc

Lƣu đồ thuật toán cho động tác Đứng tại vị trí cơ bản:

Hình 3. 9. Lƣu đồ thuật toán động tác Đứng tại vị trí cơ bản Trong đó: n là chỉ số chân của robot, m là chỉ số khớp trên mỗi chân robot.

3.2.2.2. Động tác Tiến, Lùi

Từ vị trí đứng cơ bản, để thực hiện động tác Tiến robot thực hiện chuỗi

các hoạt động sau:

- B1: Nâng các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân, lúc này robot đƣợc định vị bằng các chân 2, 4 và 6;

- B2: Quay các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi

chân để đƣa các chân này tiến về phía trƣớc; Đồng thời quay các chân 2, 4 và 6

của robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi chân theo chiều ngƣơc lại để đƣa

thân robot tiến về phía trƣớc;

- B3: Hạ các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân theo chiều ngƣợc lại B1, sau lúc này robot đƣợc định vị bằng cả 6 chân;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 48 -

- B4: Nâng các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân, lúc này robot đƣợc định vị bằng các chân 1, 3 và 5;

- B5: Quay các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi

chân để đƣa các chân này tiến về phía trƣớc; Đồng thời quay các chân 1, 3 và 5

của robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi chân theo chiều ngƣơc lại để đƣa

thân robot tiến về phía trƣớc;

- B6: Hạ các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân theo chiều ngƣợc lại B4, sau lúc này robot đƣợc định vị bằng cả 6 chân;

Lặp lại các bƣớc từ B1 đến B6 để tiếp tục cho robot Tiến về phía trƣớc.

Tƣơng tự cho động tác Lùi về phía sau.

Bắt đầu

0

Yêu cầu Tiến

1

Điều khiển động cơ [1,2, 3,2] , [5,2] góc 70o

Điều khiển động cơ [1,1, 3,1] , [5,1] góc 70o Điều khiển động cơ [2,1, 4,1] , [6,1] góc 110o

Điều khiển động cơ [1,2, 3,2] , [5,2] góc 90o

Điều khiển động cơ [2,2, 4,2] , [6,2] góc 70o

Điều khiển động cơ [1,1, 3,1] , [5,1] góc 110o Điều khiển động cơ [2,1, 4,1] , [6,1] góc 70o

Điều khiển động cơ [2,2, 4,2] , [6,2] góc 90o

Kết thúc

Lƣu đồ thuật toán cho động tác Tiến:

Hình 3. 10. Lƣu đồ thuật toán động tác Tiến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 49 -

3.2.2.3. Động tác Quay Trái, Quay Phải

Từ vị trí đứng cơ bản, để thực hiện động tác Quay Trái robot thực hiện

chuỗi các hoạt động sau:

- B1: Nâng các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân, lúc này robot đƣợc định vị bằng các chân 2, 4 và 6;

- B2: Quay các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi

chân để đƣa các chân này quay sang trái; Đồng thời quay các chân 2, 4 và 6 của

robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi chân theo chiều ngƣơc lại để đƣa thân

robot quay sang trái;

- B3: Hạ các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân theo chiều ngƣợc lại B1, sau lúc này robot đƣợc định vị bằng cả 6 chân;

- B4: Nâng các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân, lúc này robot đƣợc định vị bằng các chân 1, 3 và 5;

- B5: Quay các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi

chân để đƣa các chân này quay sang trái; Đồng thời quay các chân 1, 3 và 5 của

robot bằng việc quay khớp số 1 của mỗi chân theo chiều ngƣơc lại để đƣa thân

robot quay sang trái;

- B6: Hạ các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân theo chiều ngƣợc lại B4, sau lúc này robot đƣợc định vị bằng cả 6 chân;

Lặp lại các bƣớc từ B1 đến B6 để tiếp tục cho robot Quay sang trái.

Tƣơng tự cho động tác Quay sang phải.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 50 -

Lƣu đồ thuật toán cho động tác Quay trái:

Bắt đầu

0

Yêu cầu Quay trái

1

Điều khiển động cơ [1,2, 3,2] , [5,2] góc 70o Điều khiển động cơ [1,1, 3,1] , [5,1] góc 70o Điều khiển động cơ [2,1, 4,1] , [6,1] góc 70o

Điều khiển động cơ [1,2, 3,2] , [5,2] góc 90o

Điều khiển động cơ [2,2, 4,2] , [6,2] góc 70o

Điều khiển động cơ [1,1, 3,1] , [5,1] góc 110o Điều khiển động cơ [2,1, 4,1] , [6,1] góc 110o

Điều khiển động cơ [2,2, 4,2] , [6,2] góc 90o

Kết thúc

Hình 3. 11. Lƣu đồ thuật toán động tác Quay trái

3.2.2.4. Động tác đi ngang sang phải, đi ngang sang trái

Từ vị trí đứng cơ bản, để thực hiện động tác đi ngang sang phải robot thực

hiện chuỗi các hoạt động sau:

- B1: Nâng các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân, lúc này robot đƣợc định vị bằng các chân 2, 4 và 6;

- B2: Duỗi chân 1, 3 và co chân 5 của robot bằng việc quay khớp số 3 của

mỗi chân để đƣa các chân này theo hƣớng sang phải; Đồng thời co các chân 2 và

duỗi chân 4, 6 của robot bằng việc quay khớp số 3 của mỗi chân để đƣa thân

robot di chuyển theo hƣớng sang phải;

- B3: Hạ các chân 1, 3 và 5 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân theo chiều ngƣợc lại B1, sau lúc này robot đƣợc định vị bằng cả 6 chân;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 51 -

- B4: Nâng các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân, lúc này robot đƣợc định vị bằng các chân 1, 3 và 5;

- B5: Co chân 1, 3 và duỗi chân 5 của robot bằng việc quay khớp số 3 của

mỗi chân để đƣa các chân này theo hƣớng sang phải; Đồng thời duỗi các chân 2

và co chân 4, 6 của robot bằng việc quay khớp số 3 của mỗi chân để đƣa thân

robot di chuyển theo hƣớng sang phải;

- B6: Hạ các chân 2, 4 và 6 của robot bằng việc quay khớp số 2 của mỗi

chân theo chiều ngƣợc lại B4, sau lúc này robot đƣợc định vị bằng cả 6 chân;

Lặp lại các bƣớc từ B1 đến B6 để tiếp tục cho robot di chuyển ngang sang

phải.

Tƣơng tự cho động tác đi ngang sang trái.

Bắt đầu

0

Yêu cầu sang Phải

1

Điều khiển động cơ [1,2, 3,2] , [5,2] góc 70o Điều khiển động cơ [1,3, 3,3, 4,3] , [6,3] góc 110o Điều khiển động cơ [5,3, 2,3] góc 70o

Điều khiển động cơ [1,2, 3,2] , [5,2] góc 90o

Điều khiển động cơ [2,2, 4,2] , [6,2] góc 70o

Điều khiển động cơ [1,3, 3,3, 4,3] , [6,3] góc 70o Điều khiển động cơ [5,3, 2,3] góc 110o

Điều khiển động cơ [2,2, 4,2] , [6,2] góc 90o

Kết thúc

Lƣu đồ thuật toán cho động tác di chuyển ngang sang phải:

Hình 3. 12. Lƣu đồ thuật toán động tác di chuyển sang sang phải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 52 -

3.2.2.5. Phối hợp các động tác

Khi phối hợp các động tác cơ bản trên lại với nhau, ta có thể điều khiển để

robot thực hiện di chuyển theo yêu cầu của quỹ đạo.

Ngoài ra, bằng việc quay các khớp ở mỗi chân của robot, ta có thể điều

khiển cho robot thực hiện các động tác phức tạp khác.

3.2.3. Cấu trúc điều khiển hệ chuyển động robot nhện

Cấu trúc điều khiển hệ chuyển động robot nhện đƣợc thực hiện bằng

Matlab/Simulink và CardTNUT. Từ yêu của ngƣời vận hành, Matlab tính ra vị

trí góc của từng động cơ servo theo chƣơng trình. CardTNUT nhận giá trị góc

đó và gửi xuống module điều khiển 32RC servo dƣới dạng mã lệnh.

Hình 3. 13. Giao diện điều khiển Robot nhện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 53 -

Hình 3. 14. Cấu trúc điều khiển Robot nhện trên Simulink

Hình 3. 15. Khối điều xuất tín hiệu điều khiển chân Robot nhện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 54 -

3.2.4. Kết quả thực nghiệm điều khiển hệ chuyển động robot nhện

Mô hình robot nhện:

Hình 3. 16. Mô hình robot nhện

- Nghiên cứu và thiết kế đƣợc thuật toán để robot thực hiện một số động

tác di chuyển cơ bản gồm đi Tiến, Lùi, sang Trái, Phải, quay Trái, Phải.

- Lập trình cho robot thực hiện một số động tác di chuyển cơ bản và phối

hợp các động tác đó theo thuật toán đã đƣợc trình bày trong mục 3.2.2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 55 -

3.3. Hệ thống điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung

3.3.1. Mô hình robot đi theo quỹ đạo mê cung

Hình 3. 17. Mô hình robot đi theo quỹ đạo mê cung

B1

CBT

ĐCT

PIN

B3

BBĐ

ĐCP

CBP

B2

3.3.2. Cấu tạo của robot đi theo quỹ đạo mê cung

Hình 3. 18. Cấu tạo robot đi theo quỹ đạo mê cung

B1, B2, B3: 3 bánh xe của robot, B3 là bánh tự lựa hƣớng của robot,

ĐCT: Động cơ gắn bánh xe bên trái B1,

ĐCP: Động cơ gắn bánh xe bên phải B2,

CBT, CBP: Khối cảm biến nhận biết vị trí xe trong mê cung,

Các thành phần của robot

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 56 -

BBĐ: Bộ biến đổi xung áp cấp điện cho động cơ,

Pin: Nguồn cấp cho robot hoạt động.

3.3.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống robot đi theo quỹ đạo mê cung

ĐCT

PWM0 DO1

AI0

Card TNUT

AI1

CBT Cảm biến vị trí CBP

ĐCP

I1 O1 Mạch đệm I2 O2

PWM2 DO3

Nguồn nuôi

Sơ đồ nguyên lý dạng khối hệ thống:

Hình 3. 19. Sơ đồ nguyên lý dạng khối robot đi theo quỹ đạo mê cung

Sơ đồ nguyên lý mạch đệm:

Hình 3. 20. Sơ đồ nguyên lý mạch đệm

L298 là một chip tích hợp hai mạch cầu H với chuẩn điều khiển TTL.

Chịu tải tối đa trên mỗi cầu là 2A, điện áp 40VDC. Sử dụng dạng đóng gói

Multiwatt15. Rất thích hợp cho các các ứng dụng công suất nhỏ nhƣ các động

cơ một chiều loại nhỏ và vừa. Trong hệ thống này chúng ta dùng chip L298 để

làm mạch đệm cho 02 động cơ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 57 -

Khối cảm biến: gồm 02 cảm biến đo khoảng cách bằng cặp led thu phát

hồng ngoại GP2D12 của hãng Sharp (Sharp IR Distance Sensor). GP2D12 đo

đƣợc khoảng các từ 1÷80cm, nó tích hợp bộ xử lý tín hiệu và mạch tạo tín hiệu

ra analog tỷ lệ với khoảng cách đo đƣợc. GP2D12 sử dụng nguồn nuôi có điện

áp 4.5 ÷ 7.5V.

Hình 3. 21. Cảm biến đo khoảng cách GP2D12

Công thức xác định khoảng cách:

(3.7)

Trong đo : l – khoảng cách (cm)

U – điện áp đầu ra của cảm biến (V)

3.3.4. Cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung

Mục tiêu điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung: Robot đúng theo quỹ

đạo trong mê cung với tốc độ nhanh nhất có thể.

Nguyên tắc điều khiển robot theo quỹ đạo mê cung: Khối cảm biến nhận

biết robot đi theo quỹ đạo và gửi tín hiệu về điều khiển trung tâm CardTNUT;

CardTNUT tính toán điều khiển tốc hai bánh xe robot để điều khiển hƣớng di

chuyển của robot, cụ thể, để rẽ trái tốc độ bánh xe bên phải robot nhanh hơn bên

trái, ngƣợc lại để rẽ phải tốc độ bánh xe bên trái nhanh hơn tốc độ bên phải, để

Đũng quỹ đạo

Lệch trái

Lệch phải

đi thẳng tốc độ hai bánh xe đều nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 58 -

Hình 3. 22. Minh họa robot đi theo quỹ đạo mê cung

CB Phải

Động cơ Phải

Sp

Bộ điều khiển

Tốc độ max

(-)

(-)

(-)

CB Trái

Động cơ Trái

Sơ đồ cấu trúc điều khiển:

Hình 3. 23. Sơ đồ cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung

Bộ điều khiển có nhiệm vụ tính toán độ lệch tốc độ giữa hai bánh xe để lái

robot theo quỹ đạo. Bộ điều khiển này đƣợc thực hiện theo luật điều khiển PID

với tham số đƣợc xác định theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols.

3.3.5. Thực nghiệm

Cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung trên

Matlab/Simulink:

Hình 3. 24. Cấu trúc điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê cung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 59 -

Trong đó 4095 là giá trị PWM ứng với độ rộng xung điều khiển tốc độ

động cơ là 100%.

Xác định tham số bộ điều khiển PID:

- Thiết lập cho khối PID với bộ điều khiển P, điều chỉnh hệ số khếch đại

KP đến giá trị Kth= 14.56 thì sai lệch vị trí của robot so với tâm mê cung có dạng

dao động điều hòa với dạng sau (độ lệch mang dấu (+) có ngh a robot lệch sang

Tth

trái, độ lệch mang dấu (-) có ngh a robot lệch sang phải so với tâm mê cung):

Hình 3. 25. Độ lệch robot so với tâm mê cung (bộ điều khiển P)

Theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols ta xác định đƣợc tham số bộ điều khiển PID:

Kp = 0.6·Kth = 0.6·14.56 = 8.736

KI = 2·KP/Tth = 2·8.736/9.1 = 1.92

KD = KP·Tth /8 = 8.736·9.1/8 = 9.9372

Đáp ứng Độ lệch của robot so với tâm mê cung với tham số bộ điều khiển vừa tìm

đƣợc:

Chu kì dao động: Tth = 33-23.9 = 9.1 (s).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 60 -

Hình 3. 26. Độ lệch robot so với tâm mê cung (bộ điều khiển PID)

Nhƣ vậy robot luôn đi theo quỹ đạo mê cung.

3.4. Kết luận chƣơng 3

Chƣơng 3 đã trình bày về việc thực nghiệm sử dụng card điều khiển CardTNUT

trong việc điều khiển các hệ thống: Hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập;

Hệ chuyển động robot nhện (Spider Robot); Hệ thống điều khiển robot đi theo quỹ đạo

mê cung. Tổng hợp thuật toán điều khiển và xây dựng cấu trúc điều khiển của các hệ

thống trên đƣợc thực hiện bằng các khối trong thƣ viện của CardTNUT trên phần mềm

Matlab/Simulink. Kết quả thực nghiệm cho thấy card điều khiển CardTNUT và cấu

trúc điều khiển đáp ứng đƣợc yêu cầu điều khiển của các hệ thống đó. Nhƣ vậy

CardTNUT đã làm việc đƣợc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 61 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Nội dung trong luận văn cơ bản tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và chế

tạo card giao tiếp với máy tính trong điều khiển thời gian thực (giao tiếp bằng

phần mềm MatLab) với tên gọi CardTNUT. Nhiệm vụ cụ thể là Nghiên cứu chế

tạo và kiểm nghiệm card điều khiển thời gian thực trong điều khiển hệ

truyền động.

Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn đã hoàn thành các chƣơng sau:

Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết về đo lƣờng và điều khiển

Chƣơng 2. Thiết kế card điều khiển

Chƣơng 3. Thực nghiệm

Kết quả của luận văn đã đạt đƣợc là:

+ Nghiên cứu, tìm hiểu tổng quan về cơ sở lý thuyết đo lƣờng, xử lý số tín

hiệu và điều khiển tự động.

+ Tìm hiểu cấu trúc và ngôn ngữ lập trình cho vi xử lý AT91SAM3X8E

của hãng Atmel.

+ Nghiên cứu và thiết kế phần cứng CardTNUT với các yêu cầu cụ thể

đƣợc trình bày trong chƣơng 2.

+ Nghiên cứu thuật toán và lập lập trình cho CardTNUT để sử dụng các

chức năng phần cứng của card.

+ Nghiên cứu và xây dựng bộ thƣ viện Matlab/Simulink để giao tiếp và sử

dụng các chức năng của CardTNUT.

+ Thực nghiệm sử dụng card điều khiển CardTNUT trong việc điều khiển

các hệ thống: Hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập; Hệ chuyển

động robot nhện (Spider Robot); Hệ thống điều khiển robot đi theo quỹ đạo mê

cung. Tổng hợp thuật toán điều khiển và xây dựng cấu trúc điều khiển của các

hệ thống trên đƣợc thực hiện bằng các khối trong thƣ viện của CardTNUT trên

phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả thực nghiệm cho thấy card điều khiển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

- 62 -

CardTNUT và cấu trúc điều khiển đáp ứng đƣợc yêu cầu điều khiển của các hệ

thống đó.

Kiến nghị

Tiếp tục nghiên cứu áp dụng thuật toán điều khiển nâng cao vào

CardTNUT.

Hoàn thiện các kết quả nghiên cứu để có thể áp dụng vào trong thực tiễn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Nguyễn Hữu Công, Kỹ thuật đo lƣờng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

[2] Trần Xuân Minh, Nguyễn Nhƣ Hiển, “Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ”,

NXB Giáo dục 2011

[3] Đinh Văn Nghiệp, “Nghiên cứu và ứng dụng card điều khiển số DSP để thiết

kế bộ điều khiển số trong điều khiển chuyển động”, Luận văn Thạc sỹ Tự động

hoá, Đại học Thái Nguyên, 2009

[4] Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Xƣởng in ĐHTC -

Đại học Bách khoa Hà Nội, 2002

[5] Nguyễn Phùng Quang, “Matlab & Simulink dành cho kỹ sƣ điều khiển tự

động”, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004

[6] Trần Thọ, Võ Quang Lạp, “Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện”,

NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004

[7] Nguyễn Quốc Trung, Hoàng Văn Quang, Trần Đình Thông, Kiều Xuân

Thực, “Giáo trình Xử lý số tín hiệu”, NXB Giáo dục, 2014

[8] Đoàn Quang Vinh, Diệp Xuân An, “Ứng dụng thiết bị xử lý tín hiệu số trong

điều khiển hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện 1 chiều kích từ độc

lập”, tạp chí khoa học và công nghệ, đại học đà nẵng - số 4 (39).2010

Tiếng Anh

[9] Atmel, http://www.atmel.com/

[10] ARM, http://www.arm.com/

[11] MathWorks, http://www.mathworks.com/

[12] Ghani, Z.A.; Hannan, M.A.; Mohamed, A., “Development of three-phase

photovoltaic inverter using dSPACE DS1104 board”, Research and

Development (SCOReD), 2009 IEEE Student Conference on, pp 242 - 245.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

[13] Ghani, Z.A.; Hannan, M.A.; Mohamed, A.; Subiyanto, “Three-phase

photovoltaic grid-connected inverter using dSPACE DS1104 platform”, Power

Electronics and Drive Systems (PEDS), 2011 IEEE Ninth International

Conference on, pp 447 – 451.

[14] Rios, J.D.; Alanis, A.Y.; Rivera, J.; Hernandez-Gonzalez, M., “Real-time

discrete neural identifier for a linear induction motor using a dSPACE DS1104

board”, Neural Networks (IJCNN), The 2013 International Joint Conference on,

pp 1-6.

[15] Steven W. Smith, Ph.D., The Scientist and Engineer's Guide to Digital

Signal Processing.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

BÁO CÁO VỀ VIỆC TIẾP THU, BỔ SUNG, CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

THEO NGHỊ QUYẾT CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Học viên: Trần Đức Quân

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo và kiểm nghiệm card điều khiển thời gian thực

trong điều khiển hệ truyền động

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 62520216

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Đỗ Trung Hải

Căn cứ nội dung Nghị quyết, Biên bản chi tiết cuộc họp Hội đồng chấm luận văn thạc

s (HĐ) họp ngày 06 tháng 03 năm 2016, học viên đã nghiên cứu những nội dung

quyết nghị và kết luận của HĐ, đối chiếu với nội dung luận văn, tôi xin giải trình chi

tiết các nội dung sau:

1. Chỉnh sửa, bổ sung về hình thức luận văn, lỗi chính tả, lỗi kỹ thuật gồm:

- Chỉnh sửa lỗi chính tả: trang 1, 3, 18, 19, 20, 21, 31, 33, 34, 38, 53,55.

2. Chỉnh sửa các kết luận chƣơng.

3. Bổ sung trích dẫn tài liệu tham khảo trong nội dung luận văn.

Thái Nguyên, ngày 16 tháng 03 năm 2016

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

HỌC VIÊN

TS. Đỗ Trung Hải

Trần Đức Quân

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG/ HOẶC NGƢỜI

XÁC NHẬN CỦA PHÒNG ĐÀO TẠO

ĐƢỢC GIAO NHIỆM VỤ

PGS.TS. Trần Xuân Minh

TS. Đặng Danh Hoằng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN