Luận văn Nghiên cứu và ứng dụng Card điều khiển số DSP để thiết kế bộ điều khiển số trong điều khiển chuyển động

toán học chính xác. Để giải quyết và khác phục các điểm hạn chế này, có nhiều 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 116 
cách điều chỉnh bộ PID như là auto-ning và bộ điều khiển PID thích nghi được phát 
triển sau này. Sử dụng bộ điều khiển bộ điều khiển mờ là một trong các phương 
pháp giải quyết bài toán trên. So với bộ điều khiển truyền thống, ưu điểm chính của 
bộ điều khiển mờ là không cần đòi hỏi mô hình toán học chính xác của hệ. Vì luật 
của bộ điều khiển mờ dựa trên kiến thức về hành vi của hệ và kinh nghiệm trong 
điều khiển, bộ điều hkiển mờ đòi hỏi mô hình ít chính xác hơn bộ điều khiển truyền 
thống. Tuy nhiên để đặt được hiệu quả cao thì bộ điều khiển mờ cần sự tính toán và 
điều chỉnh có hiệu quả. 
Nghiên cứu thực nghiệm về bộ điều khiển mờ trên Card điều khiển thời gian 
thực DS1104 là một giải pháp nhanh nhất để đưa bộ điều khiển mờ vào ứng dụng 
trong các hệ thống. Card DS1104 và phần mềm ControlDesk được sử dụng để phát 
triển các bộ điều khiển. Trong phần này là một ứng dụng Card DS1104 trong phát 
triển bộ điều mờ cho hệ thống điều khiển vị trí. 
Với các thiết bị phần cứng không thay đổi, trong phần này ta chỉ đi vào 
nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển mờ cho hệ ứng dụng trên Card DS1104. Để đơn 
giản, ở đây ta chỉ thiết kế bộ điều khiển mờ để điều khiển vị trí. Khi đó cấu trúc 
điều khiển của hệ có bộ điều khiển mờ có dạng. 
Hình 3.16. Cấu trúc hệ điều khiển vị trí với Card DS1104 
vị trí đặt 
vị trí 
thực 
R 
DAC 
PWM 
Card DS1104 
R Ri 
Power 
AMP 
ĐC 
Servo 
Sensor 
vị trí 
ADC 
 vi phân 
ADC 
(-) (-) (-) 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 117 
Bộ điều khiển mờ được thiết kế ở đây gồm hai đầu vào và một đầu ra. Các 
đầu vào là sai lệch vị trí (e) và độ thay đổi của sai lệch vị trí trong thời gian lấy mẫu 
(e ), đầu ra là tín hiệu điều khiển (u). 
Ở thời điểm lấy mẫu k, sai lệch vị trí và sự thay đổi của sai lệch được tính theo 
d ae( k ) ( k ) ( k )   ; 1e( k ) e( k ) e( k )   
trong đó d ( k ) là vị trí góc mong muốn và a( k ) là vị trí góc của cơ cấu chấp 
hành. Cấu trúc bộ điều khiển mờ gồm 3 khối : khối mờ hoá, khối hợp thành, khối 
giải mờ. Để xác định các hàm liên thuộc của e, e và u, ta chia làm bảy biến ngôn 
ngữ là NB( âm lớn), NM(âm trung bình), NS(âm nhỏ), Z(không), PS(dương nhỏ), 
PM(dương trung bình) và PB (dương lớn). Chọn hàm liên thuộc dạng hình tam giác 
và tập các giá trị như trong hình vẽ. Ta chọn luật điều khiển như bảng …. và có thể 
hiệu chỉnh cho phù hợp với thực nghiệm. Dựa vào việc chọn các tập mờ đầu vào, 
đầu ra và các luật luật điều khiển ở trên, chọn luật hợp thành là ‘Max-Min’ và giải 
mờ theo phương pháp trọng tâm. 
Fuzzy logic 
Contrller 
Analog Output 
D/A 
Power 
AMP 
DC 
Servo 
Incremental 
encoder 
d 
Encoder 
24 bit 
CardDS1104 
a ph 
Hình 3.17 Cấu trúc điều khiển mờ vị trí với Card DS1104 
a 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 118 
e / e NB NM NS Z PS PM PB 
NB NB NB NB NB NS PS PB 
NM NB NB NM NM Z PS PB 
NS NB NB NS NS Z PM PB 
Z NB NB NS Z PS PB PB 
PS NB NM Z PS PS PB PB 
PM NB NS Z PM PM PB PB 
PB NB NS PS PB PB PB PB 
Bảng 3.2. Luật điều khiển 
Hình 3.19. Hàm liên thuộc của biến sai lệch vị trí 
Icremental 
encoder 
Card DS1104 
Hình 3.18. Hệ điều khiển mờ vị trí với Card DS1104 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 119 
Hình 3.21. Hàm liên thuộc của tín hiệu điều khiển 
Hình 3.20. Hàm liên thuộc của biến thay đổi sai sốvị trí 
Hình 3.22. Surface luật điều khiển mờ 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 120 
Hình 3.25. mô phỏng luật điều khiển mờ 
Hình 3.23. Vi phân sai lệch vị trí 
Hình 3.25. Cấu trúc hệ điều khiển vị trí với bộ điều khiển mờ 
Hình 3.24. Sai lệch vị trí 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 121 
3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển chuyển động 
3.3.1 Giới thiệu các thiết bị trong hệ thống thực. 
1. Máy tính Pentum IV, có cài phần mềm Matlab 7.0.4 và phần mềm 
ControlDesk Version 5.0. 
- Card DS1104 được gá lắp trên Mainboard của máy tính qua khe PCI và lập trình 
điều khiển, giám sát thông qua máy tính. 
- Thư viện các khối của DS1104 được nhúng trong phần mềm Matlab-Simulink. 
- Thông qua phần mềm ControlDesk ta có thể giám sát, điều khiển và đánh giá 
chất lượng hệ. 
Vị trí đặt Máy tính số 
Card DS1104 
Matlab 7.0.4 
ControlDesk 
I/O connector:P1A 
P1B 
Driver Servo 
motor Midi-
Maestro 
Matador DC 
Servo Motor 
I/O connector:P1A 
P1B 
Hình 3.27.Cấu trúc hệ thống thực nghiệm 
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
vi tri dat
toc do
vi tri 
toc do
vi tri
Hình 3.26. Mô phỏng luật điều khiển mờ 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 122 
2. Card DS1104. 
Các chân tín hiệu vào ra và 
nguồn của Card DS 1104 được nối 
đến đối tượng bằng 2 cáp P1A và 
P1B. 
- Kênh chuyển đổi số-tương tự 
DACH6(Pin46-DACH6, Pin45-
GND) đưa tín hiệu điều khiển đến 
Driver. 
- Kênh chuyển đổi tương tự-số ADCH6 (Pin16-DACH6, Pin17-GND) nhận tín hiệu 
dòng điện. 
-Kênh chuyển đổi tương tự-số ADCH8 (Pin48-DACH8, Pin47-GND) nhận tín hiệu 
từ máy phát tốc. 
- Hoặc đo vị trí và tốc độ có thể sử dụng 2 kênh encoder. 
3. Driver Servo motor Midi-Maestro 140x14/28. 
- Bộ biến đổi công suất là bộ biến đổi xung 
áp có đảo chiều dòng, mạch lực dùng 
trazitor IGBT. 
- Điện áp ra đặt vào phần ứng của động cơ 
Uđm=140V. 
- Dòng điện định mức Iđm=14A . 
- Nhận tín hiệu điều khiển tương tự (-10V 
đến 10V), tín hiệu máy phát tốc. 
- Cho ra tín hiệu tỷ lệ với dòng điện. 
- Có thể thực hiện thuật toán điều khiển 
PID tuỳ theo cấu trúc Daughter board. 
4. Matador DC Servo Motor- Encoder 24 bit 
- Matador DC Servo Motor được sản xuất bởi hẵng Control, các thông số đã được 
chỉ ra trong phần tính toán. 
Hình 3.28.Card DS1104 trong hệ thực 
nghiệm 
Hình 3.29. Driver DC servo motor 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 123 
- Động cơ được chế tạo đồng bộ kèm 
theo máy phát tốc một chiều, encoder 
24 bit. 
5. Bộ điều khiển tải và tải AS motor. 
3.3.2. Lập trình điều khiển hệ. 
Với kết quả mô phỏng Offline, trong 
phần này ta tiến hành lập trình điều 
khiển hệ thực nghiệm. 
Bƣớc 1: Xác định hàm truyền của đối 
tượng, thiết kế bộ điều chỉnh bằng lý 
thuyết.( đã thực hiện trong phần tổng hợp hệ thống) 
Bƣớc 2: Mô phỏng Offline để 
bước đầu xác định tham số của 
thuật toán điều chỉnh và đánh 
giá kết quả tính toán và thiết 
kế.( đã thực hiện trong phần 
tổng hợp hệ thống) 
Bƣớc 3: Bổ xung thêm các 
khối xuất/nhập dữ liệu: 
-DS1104ADC_C5 Chuyển 
đổi tín hiệu vào tương tự (-
10V10V) thành tín hiệu số(đo 
tốc độ bằng máy phát tốc). 
-DS1104ADC_C6 Chuyển 
đổi tín hiệu vào tương tự (-
10V10V) thành tín hiệu số 
(dòng điện). 
-DS1104DAC_C6 Chuyển 
đổi tín hiệu số thành tín hiệu 
tương tự (-10V10V) 
- Chọn thời gian lấy mẫu tín 
hiệu: T=0.001S. 
Hình 3.30.DC servo motor 
Hình 3.31. Chọn thời gian lấy mẫu cho hệ 
Hình 3.32. Chọn thời gian lấy mẫu cho hệ 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 124 
- Chọn ngôn ngữ dịch (ngôn ngữ Card DS1104): chọn ngôn ngữ C 
Bƣớc 4: Sử dụng C-compiler tạo mã C để nạp xuống card hardware, cài xen với hệ 
thống phần mềm điều khiển theo ngắt. 
Sau khi khai báo các thông số cơ bản của chương trình ta tiến hành chạy mô hình 
thực nghiệm: 
- Load chương trình điều 
khiển vào bộ nhớ của 
Card DS1104. 
- Khởi động phần mềm 
ControlDesk Version 
5.0. Thiết lập màn hình 
giám sát và điều khiển hệ 
thực nghiệm. 
- Sử dụng một trong 
các tính năng vẽ đồ thị đặc tính động của hệ thực nghiệm, căn cứ vào kết quả 
này ta đánh giá được chất lượng điều chỉnh hệ thực nghiệm với các bộ điều 
chỉnh đã thiết kế. 
Hình 3.34.Chương trình điều khiển hệ thống thưc nghiệm 
Hình 3.33. Màn hình ControlDesk với hệ thực nghiệm 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 125 
3.3.3. Các đặc tính thực nghiệm hệ điều khiển chuyển động (Với chƣơng trình 
điều khiển trong hình 3.34). 
Hình 3.35. Chương trình điều khiển hệ thống thưc nghiệm dùng 
bộ điều khiển mờ. 
Vị trí 
Tốc độ 
Vị trí đặt 
Hình 3.36. Kp=1.167, Kd=0.02334, Idm=4A 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 126 
Hình 3.37. Kp=1.0, Kd=0.02334, Idm=4A 
Hình 3.38. Kp=0.2, Kd=0.02334, Idm=4A 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 127 
Hình 3.39. Kp=0.3, Kd=0.02334, Idm=4A 
Hình 3.38. Kp=0.05, Kd=0.02334, Idm=4A 40
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 128 
Hình 3.41. Kp=0.1, Kd=0.02334, Idm=4A 
Hình 3.42. Kp=0.7, Kd=0.1167, Idm=4A 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 129 
 Việc sử dụng Card DSP trong nghiên cứu phát triển các bộ điều chỉnh là 
một vấn đề rất cấp thiết. Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp đã có hai Card 
DS1102 và DS1104 tại Trung tâm Thí nghiệm, nhưng chưa được sử dụng và khai 
thác có hiệu quả. Với kết quả nghiên cứu và hệ thực nghiệm đã xây dựng có thể 
được sử dụng để nghiên cứu phát triển các bộ điều chỉnh số, các phương pháp điều 
khiển mới. Về mặt lý thuyết các tính toán và phân tích trên là một tài liệu quan 
trọng trong việc nghiên cứu và sử dụng các Card DSP khác như : DS1102, DS1103, 
DS1105… 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Truyền Động Điện Thông Minh, tác giả:Nguyễn Phùng Quang, Nxb 
KHKT 
[2] Matlab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, 
Nguyễn Phùng Quang (2004), NXB KHKT, Hà Nội. 
[3] Experiment Guide For Release 5.0 
[4] Hardware Installation and Configuration For Release 5.0 
[5] New Features and Migration For Release 5.0 
[6] Automation Guide For Release 4.2 
[7] Implementation Guide For Release 5.0 
[8] Điều khiển số. tác giả:Lại Khắc Lãi - Nguyễn Như Hiển, Nxb KH và KT 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 130 
Hệ thí nghiệm thực tại Phòng thí nghiệm điện - điện tử-Trung tâm Thí nghiệm- 
Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp