Đề tài Đặc điểm điều khiển pid tay máy

ĐIỀU KHIỂN PID TAY MÁY Nội dung đề tài: Điều khiển PID cho tay máy. Điều khiển tay máy gắp nhả vật vị trí cố định. Giao tiếp hiển thị trên máy tính. Yêu cầu: Dùng PLC S7 – 200 để điều khiển. Dùng WinCC 7.0 để hiển thị và giao tiếp. Điều khiển chính xác tay máy gắp nhả vật vị trí cố định. III. Giải thuật điều khiển: Vị trí đầu tay máy trùng với trục Ox, tay kẹp ở vị trí như hình vẽ. Giả sử vật đang ở vị trí như hình vẽ. Để tay máy gắp được vật thì khâu đế di chuyển một góc và khâu 2 phải di chuyển một góc . Tay kẹp luôn vuông góc với mặt phẳng ngang. Ta biết được góc từ cung tròn có chia độ. Ta tìm góc từ chiều cao hC. Khâu 3 (tay kẹp) có thể di chuyển qua trái, phải. Điều khiển khâu đế dùng thuật toán PID. Điều khiển On/Off cho khâu 2. Khâu 3 được băm xung vì môment lớn và truyền động trực tiếp. Điều khiển PID cho khâu đế: Y N Góc đặt Bộ PID xử lý Xuất xung qua ngõ Q0.0 Động cơ hoạt động Encoder hồi tiếp về → góc Góc hiện tại = góc đặt? Ngắt xung, thoát bộ PID, dừng động cơ Khâu 2: Khâu 2 có chiều dài L =19cm, Vùng hoạt động: cung nhỏ: Do đó khoảng làm việc của tay kẹp từ 5cm ÷ 29cm Tính toán độ dịch chuyển (góc) của khâu 2 dựa cào chiều cao h. Nghĩa là dựa vào hC suy ra góc dịch chuyển. Giả sử vật đang ở C Ta có: Ban đầu khâu 2 đang ở vị trí A. Đến C thì đi được 1 góc Khi đó tay máy di chuyển một góc Khâu 3(tay kẹp): Yêu cầu tay kẹp luôn luôn vuông góc với mặt phẳng ngang. Tính góc dịch chuyển của tay kẹp. Vị trí ban đầu có Khi khâu 2 di chuyển một góc thì khâu 3 di chuyển một góc Quy ước: khâu 2 quay thuận: cùng chiều kim đồng hồ. khâu 2 quay thuận: ngược chiều kim đồng hồ. Do đó: khâu 2 di chuyển góc thì khâu 3 di chuyển một góc Tay kẹp quay trái, phải: Quay phải: Động cơ 1 quay cùng chiều kim đồng hồ Động cơ 2 quay ngược kim đồng hồ. Quay trái thì ngược lại Giải thuật điều khiển: Góc đặt Quay phải ? ĐC 1 quay ngược ĐC 2 quay thuận ĐC 1 quay thuận ĐC 2 quay ngược Đếm xung trả về → góc Góc đo = góc đặt ? Ngừng động cơ Phân tích – thi công – thiết kế và điều khiển: Phân tích: Tay máy hoạt động ở ba vị trí: Vị trí ban đầu: vị trí tay máy đứng chờ vật tới vị trí gắp vật. Vị trí gắp vật: vị trí tay máy thực hiện gắp vật. Vị trí nhả vật: vị trí tay máy thực hiện nhả vật. Quá trình làm việc của tay máy: Vị trí ban đầu Vị trí gắp vật Xử lý Vị trí nhả vật Xử lý Xử lý Tính toán thiết kế - thi công mạch: Thiết kế: Vì PLC S7-200 (CPU 224 DC/DC/DC) tích cực mức một trong tầm điện áp 15 – 30VDC do đó ta phải chuyển tín hiệu trong ngưỡng đó. Trong mạch này dùng nguồn 24VDC nên tất cả tín hiệu kết nối với PLC được chuyển về mức 24VDC. Khối nguồn: Các khối Encoder và các tín hiệu điều khiển hoạt động ở 5VDC do đó ta thiết kế nguồn 5VDC. Động cơ DC hoạt động ở tầm điện áp 24VDC. Mạch thu tín hiệu từ Encoder: lấy tín hiệu từ hai pha của các Encoder và chuyển về tín hiệu 24VDC. Khối báo động giới hạn: báo động khi đến vị trí giới hạn và cho dừng động cơ. Mạch công suất điều khiển các Motor quay thuận nghịch. 2.2 Thi công: 2.2.1 Trình tự thi công: Vẽ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in Thi công mạch in Ráp linh kiện và cân chỉnh mạch Viết chương trình chính và chương trình con Test mạch và hoàn thiện sản phẩm 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in: 2.2.2.1 Khối nguồn: Tạo nguồn 5V cung cấp cho khối Encoder va khối công suất. 2.2.2.2. Khối thu tín hiệu từ Encoder: Đưa 2 pha của Encoder thành tín hiệu 24V. 2.2.2.3 Khối báo động giới hạn: Tay máy chỉ hoạt động trong giới hạn cố định. Khi tay máy đến vị trí giới hạn thì loa phát ra 3 tiếng kêu và cho ngừng động cơ. Đồng thời có các công tắc hành trình cho ta biết vị trí đầu của Tay máy. 2.2.2.4. Khối công suất: Mạch này có thể băm xung qua chân PWM Q0.0 và hai chân Select để chọn cho động cơ nào được điều xung Cho phép động cơ chạy và Đảo chiều của động cơ. Ghép cầu H của L298 để đảm bảo dòng cho động cơ. 2.2.2.5 Khối cảm biến quang: Dùng phát hiện vật đến đúng vị trí để điều khiển tay máy hoạt động J4.2: 24 VDC khi có vật Lưu đồ giải thuật chương trình: START Gọi các chương trình con HSC, Cài đặt thông số PID, PID, PWM, Góc - xung, Xung – góc, chương trình ngắt Về vị trí đầu Có vật ? Gọi chương trình điều khiển động cơ Gọi chương trình điều xung cho khâu 3 PID khâu đế On/Off cho khâu 2 Vị trí gắp vật Vị trí nhả vật No Yes No Yes No Yes Chờ 2s Gọi chương trình điều khiển động cơ 1. Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển động cơ: Đếm giá trị Encoder trả về → góc hiện tại, chiều cao hiện tai Động cơ hoạt động Góc hiện tại = giá trị đặt?, h(hiện tại) = h (đặt)? Góc hiện tại < giá trị đặt h(hiện tại)< h(đặt) Quay nghịch Quay thuận Dừng ĐC Start 2. Lưu đồ giải thuật chương trình con High Speed Counter: Start Cài đặt giá trị của HSC Chọn Mode 9 đếm xung vuông pha từ Encoder End SMBX7 = 16#FC 1 1 1 1 1 1 0 0 Enable Chân xóa tích cực cao Cập nhật HSC0 Chân Start tích cực cao Cập nhật giá trị đặt HSC0 Hệ số 1 Hướng cập nhật Đếm lên Lưu đồ giải thuật chương trình con PWM (điều xung): Start Cài đặt giá trị của bộ PWM Đặt chu kỳ T = 100 Nếu quay thuận: Ton=6 Nếu quay ngược: Ton=9 Xuất xung qua Q0.1 Start SMB77 = 16#DB 1 1 0 1 1 0 1 1 Enable Tạo lại T PWM Tạo lại Ton Vận hành đơn Không đếm Cập nhật đồng bộ ms/stick Giải thuật chương trình xung sang góc: Giá trị HSC chuyển thành số thực = a a*360/240 = b b: góc hiện tại → hiển thị WinCC Giải thuật chương trình góc sang xung: Giá trị góc đặt chuyển thành số thực = c c*240/360 = d d: góc đặt từ WinCC → vị trí đặt cho tay máy Lưu đồ giải thuật chương trình cài đặt thông số PID: Số xung trong thời gian lấy mẫu = (số xung Encoder)*(T mẫu) Start Tmẫu(ms) Ú (s) End Start Giá trị đặt Ú 0.0 ÷ 1.0 Thời gian lấy mẫu vào byte chứa thời gian ngắt SMB34 End Lưu đồ giải thuật chương trình con PID: Start Bộ PID xử lý Giá trị đặt Ú0.0 ÷ 1.0 Điều chỉnh giá trị xung đầu ra Góc đặt = góc hiện tại? Ngắt xung và thoát bộ PID Thoát ngắt Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt: Giao diện màn hình giao tiếp: Đánh giá – nhận xét: Đánh giá: Luận văn này là mô hình điều khiển cánh tay máy gắp thả vật ở vị trí cố định, nó có thể di chuyển qua phải, trái và lên xuống. Các khâu hoạt động ổn định Hiển thị, giao tiếp ổn định Nhận xét: đã thực hiện những vấn đề sau: Điều khiển PID cho khâu đế. Đếm xung tần số cao. Điều rộng xung cho khâu tay kẹp ( hai động cơ hoạt động đồng thời). Nắm vững tập lệnh PLC S7-200. Sử dụng tốt phần mềm WinCC. Điều khiển được hoạt động của cánh tay máy theo chế độ tuần tự. Khuyết điểm: Khâu 2 điều khiển On/Off động cơ chạy còn hơi giật. Tay máy chưa có thị giác nhân tạo do đó để tay máy hoạt động gắp nhả đúng vị trí. Số xung Encoder của các khâu nhỏ dẫn đến có sai số trong việc điều khiển vị trí. Kết cấu cơ khí chưa được ổn định. Hướng phát triển đề tài: Điều khiển tối ưu tay máy. Hoàn thiện cơ khí để điều khiển thật chính xác các khâu. Điều khiển tay máy hoạt động linh hoạt. Điều khiển tay máy thông qua mạng Internet