See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/279194865
Applying the MCU-MSP430 to develop digital
PID controller kits
Conference Paper · November 2014
DOI: 10.15625/VCM.2014-231
CITATIONS
READS
0
422
2 authors, including:
Chi-Ngon Nguyen
Can Tho University
33 PUBLICATIONS 36 CITATIONS
SEE PROFILE
All content following this page was uploaded by Chi-Ngon Nguyen on 27 June 2015.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
Hội Cơ điện tử Việt Nam
Trường Đại học Lạc Hồng (Đơn vị đăng cai tổ chức)
Viện Cơ học và Tin học ứng dụng, Viện Công nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh
Chương trình Nghiên cứu Ứng dụng và Phát triển Công
nghệ Cơ khí -Tự động hóa KC-03
Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử
Toàn quốc lần thứ 7 (VCM-2014)
Đồng Nai, ngày 21 - 22/11/2014
Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ
Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị Cơ điện tử
Toàn quốc lần thứ 7 (VCM-2014)
ISBN: 978-604-913-306-0.
Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ
Địa chỉ: Nhà A16, số 18, đường Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Điện thoại:(04) 22149040
Fax: (04)37910147
Email:
[email protected]
MỤC LỤC
Prof. Sang Bong Kim.
Nonlinear Control and its Applications .................................................................................................1
Phạm Thượng Cát, Phạm Thế Quốc.
Điều khiển nhịp sinh trưởng cây trồng, một hướng phát triển công nghệ của nông nghiệp thế
kỷ thứ 21 và thực tiễn áp dụng cho cây vải ở Đắc Lắc ........................................................................2
Nguyễn Phùng Quang
Khái quát các vấn đề điều khiển hệ thống phát điện từ sức gió ............................................................3
Sơn Trần Bích, Vũ Phạm Xuân and Thành Nguyễn Chí.
Tối ưu thời gian tính toán cong vênh cho gọng kính nhựa bằng mạng nơ ron nhân tạo .................... 12
Nguyễn Văn Mạnh, Vũ Thu Diệp and Phan Duy Hùng.
Chỉ số dao động mềm và dự trữ ổn định mềm áp dụng trong nghiên cứu hệ điều khiển tầng
............................................................................................................................................................ 16
Chu Hoang and Vu Ngoc Hung.
Suy hao năng lượng gây bởi đàn hồi nhiệt trong linh kiện cộng hưởng dây nano silic. .................... 22
Thành Nguyễn Quang, Nhi Ngô Kiều, Toàn Phạm Bảo and Dũng Trần Tiến.
Tìm hiểu mối quan hệ giữa các thông số động - đặc trưng của dầm cầu gây bởi tải lưu thông.
............................................................................................................................................................ 27
Nhi Ngô Kiều, Thành Nguyễn Quang and Toàn Phạm Bảo.
Xây dựng quy trình mô phỏng nhịp cầu bởi độ võng và tần số riêng đo thực tế. .............................. 36
Hung Vu Ngoc, Chu Hoang, Long Nguyen Quang and Nhat Ha Sinh.
A Study of Mems In-Plane Tuning Fork Gyroscope Having Freestanding Structure. ...................... 44
Lê Anh Tú, Lê Sơn Thái and Nguyễn Quang Hoan.
Xác định trạng thái nhắm mở của mắt người trong các tập dữ liệu CEW và EEG Eye State sử
dụng mạng nơron SOM có giám sát phân tầng. ................................................................................. 49
Lê Xuân Huy, Nguyễn Tiến Sự, Phạm Anh Minh, Nguyễn Trường Thanh, Hoàng Thế Huynh, Vũ
Việt Phương, Phạm Anh Tuấn and Vũ Minh Đức.
Phân tích và mô phỏng hệ thống xác định tư thế của bàn mô phỏng không trọng lượng. ................. 56
Hung Pham Van, Got Hoang Van and Chung Nguyen Xuan.
Nghiên cứu thiết kế cơ cấu công tác hệ thống đổ sợi máy sợi con. ................................................... 64
Van Hiep Dao, Trung Kien Dao and Quốc Nam Tăng.
Giải pháp điều khiển mờ cho hệ vận động của robot hỗ trợ người thiểu năng vận động. ................. 71
Thanh Sơn Nguyen and Phuong Truong Le.
Nghiên cứu hệ thống thu hồi năng lượng thông qua gờ giảm tốc trên đường giao thông. ................ 78
Lê Bảo Quỳnh, Lê Dương Hùng Anh, Trương Quang Tri and Ngô Kiều Nhi.
Phương pháp xây dựng nội suy tọa độ điểm sau khi scan vật thể 3D trong việc gia công chi tiết
bởi máy phay CNC. ............................................................................................................................ 83
Nguyen Van Hieu, Bui Trong Tuyen, Tran Minh Van, Pham Anh Tuan and Nguyen Thu Hien.
Thiết kế, chế tạo khối điều khiển trung tâm của phổ kế phản xạ đặt trên máy bay không người
lái (UAV)............................................................................................................................................ 89
Chi Ngon Nguyen and Minh Truong Nguyen.
Ứng dụng vi điều khiển MSP430 để xây dựng kit điều khiển PID số. .............................................. 96
Cong Bang Pham, Trong Nghia Nguyen, Quoc Toan Truong and Hong Thinh Phan.
Balancing Robots: An Interesting Educational Topic For Students In Mechatronic
Engineering. ..................................................................................................................................... 101
Tiên Nguyễn Thanh, Chuyển Trần Đức, Thành Trần Công, Thảo Nguyễn Mạnh and Kỳ Hùnh
Ngọc.
Tổng hợp bộ điều khiển hệ truyền động bám điện cơ tốc độ chậm ứng dụng điều chỉnh định
hướng anten Viba. ............................................................................................................................ 108
Quoc Bao Truong, Thi Xuyen Dao and Van Phuc Vo.
Xây dựng tập đặc trưng mới cho bài toán nhận dạng chữ ký sử dụng mạng nơron nhân tạo. ......
.......................................................................................................................................................... 115
Tuấn Phạm Anh, Phương Vũ Việt and Hùng Trương Xuân.
Một số kết quả trong thẩm định an toàn vệ tinh PicoDragon theo tiêu chuẩn của dịch vụ phóng
từ Trạm Vũ trụ Quốc tế. ................................................................................................................... 123
Tuong Phuoc Tho and Nguyen Truong Thinh.
Identifying coordinate of object in packaging robot system. ........................................................... 130
Bùi Văn Huy, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh and Vũ Hoàng Phương.
Bộ biến đổi DC-AC-AC qua khâu trung gian tần số cao có khả năng trao đổi công suất hai
chiều. ................................................................................................................................................ 136
Vương Anh Trung and Nguyễn Văn Thinh.
Xác định tham số sắp đặt số lượng dư các truyền cảm quán tính của hệ thống điều khiển máy
bay không người lái cất hạ cánh thẳng đứng loại nhỏ. ..................................................................... 143
Ho Pham Huy Anh, Nguyen Ngoc Son and Truong Dinh Chau.
Adaptive Neural Network Model Optimized by Differential Evolution Algorithm for
Identification of 5-DOF Robot Manipulator Dynamic System. ....................................................... 148
Nghìn Đặng Văn, Dũng Nguyễn Hùng, Thắng Phạm Quang and Dũng Trương Thế.
Phân tích mô phỏng khuôn chén xét nghiệm y tế khi ép phun bằng khuôn kênh dẫn nóng. .......
.......................................................................................................................................................... 155
Nghìn Đặng Văn, Dũng Trương Thế, Long Gia Xuân, Tuấn Cao Trần Ngọc and Lâm Nguyễn Bửu.
Áp dụng công nghệ in 3d trong thiết kế và chế tạo khung mũi người. ............................................ 162
Chung Le Van and Phạm Thượng Cát.
Robust Visual Tracking Control of Pan-Tilt -Stereo Camera System. ............................................ 167
Thi Kim Nga Tran, Tan Y Nguyen and Van Hung Nguyen.
An Image processing study for tomato harvesting robot. ................................................................ 174
Hải Trần Ngọc.
Nghiên cứu độ ổn định tốc độ của trục chính máy tiện khi truyền động bằng động cơ thủy lực.
.......................................................................................................................................................... 180
Tiên Nguyễn Thannh, Khang Dương Ngọc, Hùng Phùng Mạnh and Dương Nguyễn Văn.
Nghiên cứu ổn định tần số cho đầu tạo dao động kiểu khối lệch tâm ứng dụng cho thiết bị rung
khử ứng suất dư. ............................................................................................................................... 186
Tran Viet Thang, Hoang TrungDung and Nguyen Van Binh.
Designing, manufacturing Deep hole drilling machine CNC control. ............................................. 194
Nguyễn Thế Truyện and Nguyễn Thế Vinh.
Nghiên cứu phân tích đánh giá hiệu năng của các bộ lọc số khử nhiễu lưới điện có phổ thay
đổi cho tín hiệu điện tim................................................................................................................... 200
Truong Duy Trung, Tran Duc Thuan, Phạm Đức Thỏa and Phạm Văn Phúc.
Developing an algorithm to calculate navigation parameters for anti-submarine weapon
dopped by a parasol from plan. ........................................................................................................ 206
Nguyễn Văn Nhờ and Đới Văn Môn.
Analysis of the offset based DC neutral point voltage balancing in three-level NPC inverter
.......................................................................................................................................................... 213
Hoang Trung Kien and Nguyễn Chỉ Sáng.
Nghiên cứu mô hình tính toán trao đổi nhiệt máy làm mát xỉ đáy lò hơi đốt than tuần hoàn
bằng phương pháp khô. .................................................................................................................... 220
Chuc Nguyen Huu, Anh Nguyen Van, Nguyen Ngo Vu and Thanh Nguyen Kim.
Position Control of a Trilayer Conducting Polymer Actuator. ........................................................ 224
Hoang-Duy Vo, Ngoc-Bich Le, Hoang-Vu Nguyen and Chi-Thanh Nguyen.
Nghiên cứu thiết kế điều khiển robot hỗ trợ di chuyển cho bệnh nhân............................................ 230
Tiến Hải Nguyễn, Văn Hòa Đinh and Phùng Quang Nguyễn.
Điều khiển dự báo động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sử dụng phương pháp điều khiển mô
men trực tiếp nuôi bởi biến tần ma trận. .......................................................................................... 236
Thảo Nguyễn Đức, Linh Trần Hoài and Nam Phạm Văn.
Sử dụng cảm biến gia tốc thu thập tín hiệu nhịp thở. ....................................................................... 244
Vũ Trung Trần, Đức Công Đặng and Phùng Quang Nguyễn.
Finite Control Set – Predictive Torque Control of Permanentmagnet excited Synchronous
Motor fed by Matrix Converter. ....................................................................................................... 249
Quang Huy Nguyễn, Xuân Hùng Phạm and Phùng Quang Nguyễn.
Model Predictive Direct Torque Control with Finite Control Set for PMSM fed by a Voltage
Source Inverter. ................................................................................................................................ 257
Mạnh Hùng Vũ, Hữu Nam Nguyễn and Phùng Quang Nguyễn.
Finite control set – predictive current control of a permanent magnet synchronous motor fed
by matrix converter. ......................................................................................................................... 264
Ho Pham Huy Anh and Nguyễn Chí Công.
Application of Adaptive Network-Based Fuzzy Inference System for Sensorless Control of
PMSG Wind Turbine With Nonlinear-Load-Compensation Capabilities. ...................................... 273
Vinh Nguyen Xuan, Ha Le Quoc, Lam Nguyen Ngoc, Quoc Le Hoai and Thanh Nguyen Minh.
Experimental System for the Optimization of the Parallel Manipulator Control. ........................... 280
Đức Đào and Trâm Lê.
Nghiên cứu đáp ứng quá độ của cơ cấu uốn trong máy uốn ống thủy lực. ...................................... 288
Pham Tuan Anh, Nguyen Van Chuong, Cao Xuan Duc and Nguyen Phung Quang.
Predictive Control for Supercapacitor Energy Storage System integrated with Wind Turbine....
.......................................................................................................................................................... 294
Duc Tho Ho, Hung Nguyen and Quoc Chi Nguyen.
Input Shaping Control of an Overhead Crane. ................................................................................. 303
Đô Trần Vi, Tâm Nguyễn Minh,Thuyên Ngô Văn and Đông Hải Nguyễn Văn.
Một số phương pháp điều khiển cân bằng con lắc ngược hai bậc tự do. ......................................... 312
Jin Jang, Byung-Oh Choi, Jong-Won Park and Hyun-Suk Yu.
A Practical Approach to System Identification of an Electro-Hydraulic Servo Actuator. .............. 319
Tri Cong Phung and Duy Anh Nguyen.
Research and Improving the Accuracy of Time in Controlling Motors using Xenomai Realtime Software. ............................................................................................................................... 324
Tri Vo Minh, Hung Tran Thanh and Nguyên Võ Huỳnh Thảo.
Phân tích không phá hủy độ săn chắc trái xoài bằng phương pháp âm thanh. .............................. 330
Thanh Le Xuan.
Impact of 6kV electric excavators’ operating situation on static voltage quality in Quang Ninh
open pit mines’ 6kV grid. .............................................................................................................. 337
Tri Vo Minh and Son Tran Ngoc.
Xác định vùng thông số động học tối ưu cho máy phay CNC có hệ trục điều khển vòng hở với
MACH3. ........................................................................................................................................ 342
Tuong Quan Vo and Tran Thanh Cong Vu.
A Study on Dynamics Analysis and PID Controller Design for Direction Control of a Snake
Robot. ............................................................................................................................................ 351
Tri Vo Minh, Giang Huynh Hoang and Luân Nguyên Minh.
Ứng dụng cảm biến quang để đếm tôm giống. ............................................................................. 358
Dang Tiep, Vu Quoc Tuan and Chu Duc Trinh.
Thiết kế và chế tạo cảm biến thăng bằng kiểu tụ điện dựa trên cấu trúc ống chất lỏng với bọt
khí. ................................................................................................................................................. 364
Tran Luan and Ngo Thuyen.
Phương pháp định vị và tìm đường đi tối ưu cho robot tự hành với bản đồ 2D. .......................... 369
Toản Phạm Văn, Bình Ngô Thanh and Tháo Lý Văn.
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy sắp xếp chi tiết vào khuôn tự động. .................................... 374
Tran Duc Thien, Hoang Dinh Vinh and Huynh Thai Hoang.
Implement A Real-Time Stabilizing Controller For A Single Tri-Rotor. ..................................... 380
Thai Hoang Huynh and Tan Sy Nguyen.
Thiết kế và thực hiện hệ thống kiểm tra lỗi vỉ thuốc dùng camera. .............................................. 387
Ngo Phong Nguyen and Quang Hieu Ngo.
Sliding Mode Control Of Two Dimensional Container Cranes. ................................................... 394
Văn Lẻ Lê, Hữu Thái Nguyễn and Quang Hieu Ngo.
Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy PD cho cần cẩu giàn. ..................................................................... 400
Nguyễn Chí Ngôn and Nguyễn Thành Nhơn.
Một giải pháp phân loại tôm nguyên liệu bị bơm tạp chất. ........................................................... 405
Nho-Van Nguyen and Chanh-Minh Nguyen.
Proportional Resonant Control for 3 Phase AC Voltage Source 50Hz using 3-level NPC
inverter. ......................................................................................................................................... 410
Nho-Van Nguyen and Thành Minh Nguyễn.
Study of PI-Repetitive Control for The Three Phase Four Leg Active Power Filter. ................... 418
Giang Hoang, Phuc Thinh Doan, Thien Phuc Tran, Sea June Oh and Sang Bong Kim.
Terrain adaptation method and balance control for a six legged robot. ........................................ 428
Hồng Phong Đào and Thuyên Ngô Văn.
Xây dựng bản đồ 2D cho robot di động sử dụng Point Cloud Library. ........................................ 437
Thanh Hung Tran and Quang Ha.
Mô hình hệ thống động lực xe tự hành kết hợp với tương tác địa hình. ....................................... 444
Huỳnh Cao Tuấn, Trần Văn Lăng, Lâm Thành Hiển and Nguyễn Trọng Vinh.
Điều khiển robot sử dụng bánh xe OMNI chạy thẳng hướng. ...................................................... 450
Dao Duy Vinh, Nguyen Van Hung, Dang Thien Ngon and Tran Minh Loc.
Design and fabrication of a laser-surface transmitter applying for the laser-controlled land
leveling system. ............................................................................................................................. 456
Duy Anh Nguyen, The Thao Doan and Duy Anh Nguyen.
Compute Distance from Camera to Object Using Monocular Camera. ........................................ 453
Nguyễn Tiến Dũng and Đõ Đức Nam.
Dynamics and position control of teleoperation-mobile robot...................................................... 469
Tuong Quan Vo, Hong Phuc Tran and Thi Thu Ha Thai.
A Study on Mathematical Model of a Power Transmission System of Fused Deposition
Modeling Machine. ....................................................................................................................... 474
Tan-Loc Nguyen and Hung Le-Van.
Trích xuất tham số mô hình cho bộ cộng hưởng MEMS vuông Face-Shear. ............................... 480
Linh Nguyễn Tùng and Cat Pham Thuong.
Áp dụng giải thuật luyện kim cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối. ............................... 484
Yuhanes Dedy Setiawan, Jin Wook Kim, Jung Hu Min, Hak Kyeong Kim and Sang Bong Kim.
Pipe Inspection Robot Controller Design Based on Linear Quadratic Regulator. ........................ 493
Nguyễn Vũ Quỳnh and Nguyễn Hà Thoại Phi.
Máy đếm sản phẩm Refill Shibo. .................................................................................................. 501
Kiem Nguyen Tien and Cat Pham Thuong.
Control of robot–camera system with a dynamic LuGre friction model and actuator dynamics
to track moving objects. ................................................................................................................ 506
Dinh Tuyen Nguyen, Van Nho Nguyen, Thanh Vu Tran and Van Vui Nguyen.
Thiết kế và điều khiển bộ nguồn 400 Hz công suất lớn cho máy bay........................................... 514
Tăng Quốc Nam and Nguyễn Bá Đại.
The motion control system of the assistive robot for people with movement disability. ............. 521
Le Ngoc Thanh Ha, Thanh Tung Luu, Thien Phuc Tran, Tan Tien Nguyen and Hoang Thai Son
Nguyen.
Study on an Automation Solution for Glue Painting on Shoe Sole. ............................................. 528
Nguyễn Vũ Quỳnh and Trần Hoàng Trung.
Design and Fabricate the Robot Tennis. ....................................................................................... 536
Pham The Hung.
Diagnostic of locomotion for off-road mobile robot. .................................................................... 541
Nghìn Đặng Văn, Thang Pham, Hà Thái Thị Thu and Dương Nguyễn Minh.
Giải mã công nghệ trong thiết kế hệ thống tạo mẫu nhanh lom.................................................... 549
Nghìn Đặng Văn, Thai Ha, Thang Pham, Dũng Trương Thế and Trung Quang Nhựt.
Thiết kế, chế tạo bộ khuôn kênh dẫn nóng cho chi tiết bánh răng. ............................................... 555
Phạm Bảo Toàn and Nguyễn Ngọc Hải.
Đánh giá tình trạng khuyết tật của cấu trúc dầm bằng phân tích wavelet và phổ năng lượng tín
hiệu dao động tự do của dầm......................................................................................................... 562
Vũ Hồ Anh and Nghĩa Dương Hoài.
Control of doubly fed induction generator using internal model control. ..................................... 570
Nghìn Đặng Văn, Thang Pham, Tuấn Huỳnh Việt and Long Gia.
Giải mã công nghệ trong thiết kế chế tạo robot vượt địa hình. ..................................................... 575
Tuan Trinh Minh and Tien Nguyen Tan.
Researching and Designing Medical Bed for Obesity Patients..................................................... 583
Nghìn Đặng Văn, Đại Kiều Nguyễn Phương, Thai Ha and Thức Nguyễn Công.
Xây dựng thuật toán để xác định phương pháp đánh giá chất lượng của thiết bị cơ điện tử y
sinh. ............................................................................................................................................... 591
Huu Danh Lam, Tran Duc Hieu Le, Tan Tung Phan, Tan Tien Nguyen and Hoai Quoc Le.
Smooth Tracking Controller for AGV through Junction using CMU Camera. ............................ 597
Thanh Hung Tran, Quang Hieu Ngo and Quang Ha.
Điều khiển vị trí với bộ điều khiển trượt – PID. ........................................................................... 602
Chanh Nghiem Nguyen, Nhut Thanh Tran and Chi Ngon Nguyen.
Evaluation of low cost RTK-GPS accuracy for applications in the Mekong Delta. ..................... 608
Thanh Luan Bui, Phuc Thinh Doan, Hak Kyeong Kim and Sang Bong Kim.
Tracking Control of an Omnidirectional Automated Guided Vehicles Using Adaptive Sliding
Mode Controller Based on Laser Sensor....................................................................................... 614
Hoai Linh Tran, Trung Dung Pham and Hang Dang Thuy.
Ứng dụng thuật toán K-mean trong đánh giá kết quả phân tích số liệu ung thư sử dụng
microarray. .................................................................................................................................... 622
Thanh Phuong Ly.
Hệ thống phân loại và lật mặt cơm dừa tự động. .......................................................................... 628
Duc-Hung Tran, Bao-Huy Nguyen and Minh C. Ta.
Dead-time Effect in Pulse-width Modulated Voltage Source Inverter: Analysis and Improved
Compensation Method. ................................................................................................................. 634
Thành Võ Duy, Tiến Sự Lê, Hà Thành Long Nguyễn and Minh C. Ta.
Thiết kế công cụ đọc thông tin truyền thông trên mạng CAN. ..................................................... 640
Ngọc Minh Vũ and Minh C. Ta.
Bảo vệ ngắn mạch cho bộ biến đổi DC/DC trong ô tô điện. ......................................................... 648
Minh Dang Doan.
Sử dụng bo mạch Raspberry Pi trong giảng dạy lý thuyết điều khiển tự động. ............................ 654
Hội nghị Toàn quốc lần thứ 7 về Cơ điện tử - VCM-2014
96
Ứng dụng vi điều khiển MSP430 để xây dựng kit điều khiển PID số
Applying the MCU-MSP430 to develop digital PID controller kits
Nguyễn Chí Ngôn và Nguyễn Minh Trường
Trường Đại học Cần Thơ
e-Mail:
[email protected]
Tóm tắt
Nghiên cứu này nhằm thiết kế và chế tạo kit điều
khiển PID số tích hợp trên vi điều khiển MSP-430 của
hãng Texas Instruments, có thu thập dữ liệu theo thời
gian thực và gửi về máy tính. Một động cơ DC công
suất nhỏ được sử dụng làm đối tượng điều khiển để
kiểm chứng khả năng hoạt động của kit PID số và
phần mềm giao tiếp với máy tính. Kết quả thực
nghiệm cho thấy khả năng tích hợp bộ điều khiển PID
số trên MCU-MSP430 là khả thi; phần mềm giao tiếp
giữa kit PID số và máy tính cho phép hiển thị và lưu
trữ thời gian quá độ của đáp ứng một cách thuận lợi.
Abstract
This study aims to design and manufacture a digital
PID controller kit integrated on a MCU-MSP430 of
the Texas Instruments Inc., which allows collecting
real time data and transmittinging to a PC. A low
power DC motor is used as a control plant to verify
the performance of proposed controller kit and
computer infterface software. Experimental results
show that the ability to integrate the digital PID
controller on the MCU-MSP430 is feasible; the PC
interface tool can conveniently display and record the
transient system response.
hướng đến việc dùng vi điểu khiển MCU-MSP 430
([4]) để thiết kế và chế tạo một kit phát triển PID số.
2. Phương pháp thiết kế
2.1 Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ điều khiển PID số tốc độ một động cơ DC dựa
trên MCU-MSP 430 được thể hiện trên hình H.1.
Nguyên lý hoạt động của hệ như sau: Đầu tiên, vận
tốc tham khảo Vset được cài đặt cho hệ thống. Lúc
này, hệ thống khảo sát là hệ hở. Khi động cơ hoạt
động, ở giai đoạn khởi tạo, vi điều khiển sẽ tiến hành
lấy mẫu vận tốc đáp ứng của hệ hở này thông qua
encoder. Sau khi lấy mẫu xong, vi điều khiển sẽ hiệu
chỉnh các thông số KP, KD và KI của bộ điều khiển.
Từ các thông số vừa nhận, bộ điều khiển PID số được
thiết lập trên vi điều khiển và sẵn sàng hoạt động.
Keywords: Digital PID controller, MCU-MSP430,
DC motor, Microcontroller
H. 1
Chữ viết tắt
MCU
PID
Microcontroller unit
proportional-integral-derivative
controller
1. Giới thiệu
Ngày nay bộ điều khiển PID (Proportional Integral
Derivative controller) được sử dụng rộng rãi trong các
hệ thống điều khiển công nghiệp [1]. Bộ điều khiển
PID gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn
được gọi là điều khiển ba khâu: khâu tỉ lệ P, khâu tích
phân I và khâu vi phân D. Thiết kế bộ điều khiển PID
thực chất là việc điều chỉnh 3 thông số trên để đạt
được chất lượng điều khiển theo yêu cầu. Bộ điều
khiển PID được tích hợp thành các mô-đun công
nghiệp lập trình được và tiện dụng [2-3]. Ngoại trừ
giá thành cao, thì các mô-đun công nghiệp này đáp
ứng được hầu hết các nhu cầu ứng dụng tương ứng.
Nhằm chế tạo bộ điều khiển PID nhỏ, giá thành thấp,
phục vụ các ứng dụng công suất thấp, nghiên cứu này
VCM-2014
Sơ đồ nguyên lý kit PID số
2.2 Điều chỉnh bộ điều khiển PID
Để điều chỉnh bộ điều khiển PID, người thiết kế cần
nắm vững ảnh hưởng của các thông số KP, KD và KI
lên chất lượng đáp ứng, được tóm tắt ở bảng B.1 [6].
B.1
Ảnh hưởng của các thông số của bộ điều
khiển lên chất lượng hệ thống
Thông
số
Thời gian
tăng
Thời
gian xác
lập
Sai số
xác lập
Độ ổn định
KP
Giảm
Thay đổi
nhỏ
Giảm
Giảm
KI
Giảm
Tăng
Giảm
đáng kể
Giảm
KD
Giảm ít
Giảm ít
Không
tác động
Cải thiện
nếu KD nhỏ
2.2.1 Phương pháp điều chỉnh thử sai
Phương pháp điều chỉnh thử sai thường thiết đặt giá
trị đầu của KI và KD bằng không. Tăng dần KP cho
DOI: 10.15625/VCM.2014-231
Hội nghị Toàn quốc lần thứ 7 về Cơ điện tử - VCM-2014
97
đến khi đáp ứng vòng điều khiển dao động, sau đó KP
có thể được đặt tới xấp xỉ một nửa giá trị đó. Sau đó
tăng KI đến giá trị phù hợp sao cho đảm bảo thời gian
tăng của đáp ứng. Tuy nhiên, KI quá lớn sẽ gây mất
ổn định. Cuối cùng, tăng KD nếu cần, cho đến khi đáp
ứng nhanh chóng đạt được giá trị tham khảo. Tuy
nhiên, KD quá lớn sẽ làm hệ thống đáp ứng chậm.
2.2.2 Phương pháp thực nghiệm Ziegler–Nichols
Phương pháp thực nghiệm Ziegler–Nichols, được giới
thiệu bởi John G. Ziegler và Nathaniel B. Nichols vào
những năm 1940. Độ lợi KI và KD lúc đầu được gán
bằng không. Độ lợi KP được tăng đến giá trị tới hạn
Ku, mà ở đó đáp ứng vòng hở bắt đầu dao động. Ku và
chu kỳ dao động Pu được dùng để cài đặt thông số bộ
điều khiển PID theo quan hệ được Ziegler–Nichols đề
xuất trên bảng B.2 [5].
B.2
Thông số PID theo phương pháp Ziegler–
Nichols
VCC5
R2
220
2.3.1 Khối nguồn
Hình H.2 mô tả sơ đồ thiết kế đơn giản cho nguồn cấp
điện của Kit PID. Trong đó điện áp 5VDC, được đưa
qua chip LM1117 để tạo nguồn 3.3VDC cấp cho vi
điều khiển MCU-MSP430 F5529.
5V
VCC5
GND
J1
DC JACK_0
1
2
J9
3.3V
2
1
VCC3.3
GND
2
1
TEST
RST
1
2
U4
VCC5
C4
C3
10uF
3
R12
104
1
VIN
NAP
VOUT
VCC3.3
C6
2
ADJ
C5
10uF
104
VSS (GND)
VDD
Vo
LCD0
GND
LCD1
1
GND
VCC5
VCC5
GND
10k
R3
H. 4
2
R/W
RS
3
4
E
5
DB0
DB1
LCD2
LCD3
LCD4
GND
LCD5
6
7
DB2
8
2.3 Thiết kế phần cứng kit PID số
DB3
KpPu/8
9
2 Kp/Pu
DB4
0.6 Ku
10
PID
DB5
-
11
1.2 Kp/Pu
12
0.45 Ku
DB7
PI
DB6
-
13
-
K (LED -)
0.5 Ku
14
P
LCD-1602
KD
A ( LED+)
KI
15
KP
Sơ đồ thiết kế của khối xử lý trung tâm
U2
16
Dạng điều khiển
H. 3
Sơ đồ thiết kế mạch hiển thị LCD 16x2
2.3.4 Khối công suất
Khối công suất hình H.5 dùng chip L298D, là chip
tích hợp 2 mạch cầu H, dùng để điều khiển tốc độ
động cơ và đảo chiều chuyển động của động cơ.
VCC5
330
LM1117
D8
D1
D7
LED
MOTOR
GND
H. 2
Sơ đồ thiết kế khối nguồn
2.3.2 Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm dùng MCU-MSP430F5529,
hình H.3. Nó có chức năng: lấy mẫu đáp ứng, xuất tín
hiệu điều khiển tốc độ động cơ và nhận các lệnh điều
khiển từ bên ngoài. Đồng thời, vi điều khiển còn có
chức năng quan trọng tích hợp giải thuật điều khiển
PID số. Bên cạnh những chức năng trên, vi điều khiển
còn đảm nhiệm chức năng: khởi động lại hệ thống,
duy trì hoạt động của hệ thống, chọn các chế độ xử lý
và báo hiệu.
2.3.3 Khối hiển thị LCD
Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2 để hiển thị các thông
số cần thiết hỗ trợ tương tác giữa hệ thống và người
sử dụng, được trình bày trên hình H.4.
VCM-2014
MOTOR1
MOTOR2
KENHA
VCC3.3
KENHB
GND
U5
NE1
NE2
1
2
3
4
5
6
5
7
10
12
GND
MOTOR
J6
VCC5V
VCCL298
VIN
1
2
3
1
15
PWM
6
11
VCC5
9
VCCL298 4
1Y 1
1Y 2
2A1
2A2
2Y 1
2Y 2
MOTOR1
MOTOR2
2
3
D5
D6
13
14
GND
1E
2E
1EN
2EN
VCC1
VCC2
L298
CON3
H. 5
1A1
1A2
J2
MOTOR1
MOTOR2
1
2
DOMINO MOTOR
Khối công suất điều khiển động cơ
2.3.5 Khối Encoder
Việc đọc encoder trên MCU-MSP430F5529 được
thực hiện bằng ngắt ngoài. Đây là một phương pháp
dễ thực hiện bằng cách nối kênh A của encoder với 1
ngắt ngoài (INT2 chẳng hạn) và kênh B với một chân
bất kỳ của vi điều khiển (không phải chân ngắt). Mỗi
khi ngắt ngoài tác động, tức có 1 xung xuất hiện trên
kênh A thì trình phục vụ ngắt ngoài tự động được gọi.
Trong chương trình phục vụ ngắt, ta kiểm tra mức của
Hội nghị Toàn quốc lần thứ 7 về Cơ điện tử - VCM-2014
kênh B. Tùy theo mức của kênh B chúng ta sẽ tăng
biến đếm xung lên 1 hoặc giảm đi 1.
2.3.6 Khối giao tiếp máy tính
Khối giao tiếp máy tính được thực hiện thông qua
cổng USB và giao tiếp vi xử lý thông qua UART,
được thiết kế đơn giản như hình H.6.
98
( K p + K i + K d ) + ( − K p − 2 K d ) z −1 + K d z −1
E (z)
U (z) =
1 − z −1
(3)
Ta định nghĩa:
K1 = K p + K i + K d
K2 = p − 2Kd
−K
K3 = K d
Rút gọn (3) ta được:
U ( z ) − z −1U ( z ) =K1 + K 2 z −1 + K 3 z −2 E ( z )
H. 6
Sơ đồ nguyên lý mô-đun FT232 giao tiếp máy tính
2.4 Chương trình PID số trên MCU-MSP430
2.4.1 Điều khiển động cơ DC bằng MCU
Đối tượng điều khiển dùng để kiểm chứng là một
động cơ DC 24V, có vận tốc không tải tối đa là 4.000
vòng/phút. Encoder dùng cho động cơ có độ phân giải
100 xung/vòng. Kênh A của encoder được nối với
ngắt ngoài của MCU để đếm xung. Nhận và gửi tín
hiệu điều khiển với máy tính thông qua giao tiếp
UART. Màn hình LCD dùng để hiển thị vận tốc thực
của motor đọc từ encoder và tốc độ tham khảo. Giải
thuật PID số được vận hành bởi MCU-MSP430 trong
thời gian lấy mẫu là 20ms bằng Timer B. Timer A là
bộ tạo tín hiệu điều xung PWM để điều khiển tốc độ
động cơ. Lưu đồ giải thuật được minh họa trên hình
H.7.
H. 7
Lưu đồ giải thuật của MCU-MSP430
2.4.2 Rời rạc hóa PID
Một cách tổng quát, theo [1, 6] bộ điều khiển PID
được xác định bởi (1):
t
d
(1)
u(t) = K p e(t) + K i ∫ e( τ )dτ + K d e(t)
dt
0
Rời rạc hóa (1) bằng phép biến đổi Z ta được [6]:
Ki
U ( z ) = K p +
+ K d (1 − z −1 ) E ( z )
1 − z −1
hay
VCM-2014
(2)
(4)
Chuyển đổi (4) sang miền thời gian ta được:
u [ k ]= u [ k − 1] + K1e [ k ] + K 2 e [ k − 1] + K 3 e [ k − 2]
(5)
Mã lệnh tạo bộ điều khiển PID số cho (5) trên vi điều
khiển MSP430 được xây dựng như sau:
Double e,e1,e2,u,delta_u;
K1=kp+ki+kd;
K2=-kp-2kd;
K3=kd;
Void PID ()
{
e2 = e1;
e1 = e;
e = Vset - Vcount; // Vset là vận tốc tham khảo,
//Vcount là vận tốc đáp ứng
delta_u = k1*e + k2*e1 + k3*e2;
u = u + delta_u;
if(u>UMAX)
u=UMAX;
if(u
- Xem thêm -