逢甲大学自动控制工程学系专题制作

逢甲大學自動控制工程學系專題製作專題論文雙電動推桿同步控制TheSynchronizationControlofDoubleElectricTappets指導教授：陳孝武學生:楊智為曾健銓中華民國九十八年五月二十五日I致謝首先，我們十分感謝我們的指導教授陳孝武老師，他不管在軟體上還是硬體上都給予我們最好的指導，對於實作經驗不是很多的我們，他總是不厭其煩的教導，我們由衷的感謝他。再者要感謝張志華助教以及洪三山老師的實驗室，讓我們不管在燒晶片或者是做實驗上都無後顧之憂。感謝逢甲大學給我們這個機會去做這個專題，並且提供資料齊全的圖書館，在查資料或是做報告都有一個良好的工作場地，對系上老師和實驗設備供應心無限感激,最後都希望我們可以從這次專題中學到一些東西，對未來面對各種不一樣的研究上奠定基礎。II中文摘要推桿控制可應用在許多生活中的例子，譬如:大樓氣窗的開啟，醫院病床的升降，等。同動控制可以避免雙推桿不同的速度引起的錯誤，進而改善其安全性以及效率。有潛力應用於新時代建築、傢俱、工業安全相關領域之研究與分析。本研究以脈衝寬度變調(PWMPulseWidthModulation)控制推桿馬達來串接，新一代的工業講究節能，PWM可達到其效果，PWM控制比以往的PID控制來的節能，儘管類比控制看起來可能直觀而簡單，但它總是不夠有效率,隨時間誤差，因而難以調節。能夠解決這個問題的精密類比電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設備)和昂貴。類比電路還有可能嚴重發熱。PWM可改善上述的缺點。藉由控制推桿直流馬達的責任週期，在89S51晶片寫入程式精準的控制，讓馬達比較速度，經由光遮斷器(感測器)的回授控制可達到同步，速度調節的功能，可解決因速度不同可能造成的意外，如平面傾斜導致易碎物品損壞、故障等問題。III英文摘要TappetControlhasfoundapplicationinlife.Forexample:Ithasbeenappliedforopeningbuildings’windowandrisingupordescendinghospitalbeds,etc.SynchronousMotionControlcanavoidmistakesfromdifferentvelocities,whichcanimprovethesecurityandefficiency.Ithasgreatpotentialapplyingtoconsiderationinconstructionandindustrialsecurity.Theresearchcontrolsthetappetsby“PWMPulseWidthModulation”.Newindustriesvalueenergysaving.PWMcanexactlydothejob.“PWMControl”isbetterthan“PIDControl”inenergysaving.Eventhoughanalogcontrollookslikesimplerandeasier,itisnotefficient.Itishardtocontrolduetotheduetotheerroroftime.Thisproblemcouldbesolvedbyexactanalogcircuitwhichmaybehugeandexpansive.Inaddition,exactanalogcircuitcanprobablyleadtoseriousheat.Inconclusion,“PWMControl”canimproveabovedisadvantages.Wewritefunctionintothechipandcontrolthemotorbydutycycle.Thenwecando“FeedbackControl”toattend“Synchronization”andadjustvelocitybysensor.Thatcanavoidaccidentbydifferentvelocity.Ifyoutiltfragileobject,itwouldbedamagedandbroken.IV目錄致謝..................................................I中文摘要...............................................II英文摘要..............................................III目錄..................................................IV圖目錄..................................................VI表目錄.........................................................VII第一章緒論………………………………………………..011.1研究背景……………………………………………………011.2研究動機與目的……………………………………………..01第二章基本理論…………………………………………..022.1PWM的基本原理……………………………………………...022.2雙螺旋推桿同步控制架構示意圖……………………….……04第三章軟體撰寫及硬體設置……………………………..053.1軟體架構流程圖……………………………………………053.2腳位說明……………………………………………….......063.3暫存器介紹………………………………………………...073.3.1TCON：計時器控制暫存器…………………………………083.3.2TMOD:計時模式控制暫存器……………………………....093.3.3中斷致能暫存器………………………………………….093.4計時器模式二簡介………………………………………….10V3.5馬達控制器………………………………………………….113.5.1馬達控制卡架構………………………………………….113.5.2外接式馬達控制器………………………………………..123.6光學式編碼器電路………………………………………….133.7繼電器電路………………………………………………….143.8正反轉偵測電路…………………………………………….153.9電源電路……………………………………………………163.1089S51部分電路…………………………………………..163.11電路全圖…………………………………………………..18第四章實體成果…………………………………………..194.1完整電路實體……………………………………………….194.2成果運作說明……………………………………………….20第五章結論與問題討論……………………………...………………..21第六章參考資料……………………………………………….…………22附錄本專題完整程式……………………………………………...………23VI圖目錄圖2.1.1PWM動作原理於低轉速時....................................02圖2.1.2PWM動作原理於高轉速時.....................................03圖2.1.3PWM示意圖.................................................03圖2.2.1整體架構示意圖..............................................04圖3.1.1程式流程圖..................................................05圖3.2.189S51腳位圖.................................................06圖3.4.1計時器模式二架構圖..........................................10圖3.5.1馬達控制卡示意圖............................................11圖3.5.2外接式馬達控制器示意圖......................................12圖3.5.3外接式馬達控制器電路圖......................................13圖3.6.1光遮斷器電路圖..............................................14圖3.7.1繼電器電路圖................................................15圖3.8.1偵測電路圖..................................................15圖3.9.1電源電路圖..................................................16圖3.10.189S51部分電路............................................17圖3.11.1全電路圖...................................................18圖4.1.1控制板電路實體..............................................19VII圖4.1.2馬達板電路實體以及PROTELPCB圖............................19圖4.1.3光學式編碼器................................................20圖4.2.1實體操作畫面................................................20VIII表目錄表3.1腳位說明......................................................07表3.2TCON暫存器...................................................08表3.3TMOD暫存器...................................................09表3.4IE暫存器.....................................................09表3.5接點說明......................................................111第一章緒論1.1研究背景馬達廣泛的應用於各種工業、民生、運輸與資訊設備，例如工業機器人、半導體製成設備、電路板元件自動組裝設備、電梯、冷氣機、捷運電動列車、電動機車、電動汽車、影像掃描器、雷射印表機、光碟機等等。控制馬達成為重要課題,現在多已微處理器結合馬達硬體去做控制,已達到我們要的結果,然而電動馬達的同步在市面上多已微調為主,受到時間及環境上的改變,即會使微調失去準確性,若此時能以回授作為控制馬達的基礎,無疑將是控制馬達上的一大進步。1.2研究動機與目的我們打算針對市面上所擁有的電動馬達,大多利用微調的方法來產生同步效果作為改良,我們考慮到方便性以及實用性,只要在原設備上加上一塊控制板即可達到我們所要的回授控制效果,廠商無需花費額外成本把原本的裝備重新拆解,需,生活中時常遇到物品十分龐大且貴重擔心會在搬運過程中損壞即可利用同步馬達可幫助物品搬運且增加他的安全性,電動馬達在醫院病床的升降中扮演使病人能穩定舒適的在病床上休息的角色,在新型大樓的玻璃門窗開關上取代人力的時間。2第二章基本理論2.1PWM的基本原理PWM(P