UBND THÀNH PHỐ CẦN THƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
----------

BÁO CÁO
MÔN: ĐIỀU KHIỂN MỜ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
DC BẰNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ
(FUZZY)
Giảng viên: Nguyễn Lê Thế Duy
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Minh Đang

1800219

Lê Tuấn Anh

1800315

Lê Lưu Khánh Duy 1800091

CẦN THƠ THÁNG 5 NĂM 2021


UBND THÀNH PHỐ CẦN THƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
----------

BÁO CÁO
MÔN: ĐIỀU KHIỂN MỜ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

DC BẰNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ
(FUZZY)
Giảng viên: Nguyễn Lê Thế Duy

CẦN THƠ THÁNG 5 NĂM 2021


I. GIỚI THIỆU
1. Đặt vấn đề:
Trong công nghiệp, động cơ điện là một thiết bị rất phổ biến được sử
dụng trong các dây chuyền sản xuất, các loại xe, các loại máy móc,… và trong
nhiều trường hợp các dây chuyền sản xuất và các loại xe, máy móc cần được
vận hành với những tốc độ khác nhau để đáp ứng nhu cầu công việc, và điều
kiện khác làm việc khác nhau.
Trong các loại động cơ thì động cơ điện một chiều là loại động cơ khơng
những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ hàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch
điều khiển cũng đơn giản hơn những động cơ khác, chất lượng điều chỉnh cao
trong dải điều chỉnh rộng. Do đó, nhóm chúng em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống
điều khiển tốc độ động cơ dc bằng cảm biến nhiệt độ sử dụng điều khiển mờ
(fuzzy)” để tiếp cận nghiên cứu về vấn đề ở trên.
2. Mục tiêu đề tài:
Mục tiêu của đề tài là hiểu và vận dụng được nguyên lý hoạt động cũng
như cách điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều bằng dữ liệu analog (LM35)
thơng qua các thuật tốn điều khiển fuzzy.
3. Nội dung đề tài:
Nội dung đề tài thiết kế mơ hình điều khiển tốc độ động cơ điện một
chiều, từ phần cứng đến phần mềm. Ứng dụng thuật toán điều khiển fuzzy vào
trong hệ thống điều khiển tự động.
4. Giới hạn đề tài:
Trong thực tế, các động cơ được sử dụng rất đa dạng và đa chủng loại, và

cũng có rất nhiều cách để điều chỉnh thích hợp đối với từng loại động cơ. Trong
phạm vi môn học, đề tài chỉ được thực hiện trên quy mô công suất nhỏ và với
động cơ điện một chiều. Đó là điểm giới hạn của đề tài.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều là một mơ hình đơn giản và dễ
thực hiện đối với các bạn sinh viên đang học tập và nghiên cứu ở các trường
học. Về trong thực tế, việc điều chỉnh tốc độ động cơ rất quan trọng và đặc biệt
đối với các loại động cơ có cơng suất lớn trong sản xuất.


II. LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
1. Động cơ DC

- Động cơ DC 6-24V M36N– 4E
- Điện áp hoạt động: 6 – 24V
- Dịng khơng tải: 150 – 200mA
- Trục động cơ: 3mm
 Ứng dụng:
- Sử dụng rộng rải trong công nghiệp hiện nay như: Dùng trong quạt máy,
máy bơm thủy lực, sử dụng trong ô tô điện, chế tạo robot,...
- Cụ thể hơn mơ hình được sử dụng trong: Nhà thơng minh, nông trại thông
minh, và cả trong nông nghiệp,….
2. LM 35
 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 4~20VDC
- Công suất tiêu thụ: khoảng 60uA
- Khoảng đo: -55°C đến 150°C
- Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C
- Sai số: 0.25°C
- Kiểu chân: TO92

- Kích thước: 4.3 × 4.3mm


3. Arduino Uno R3

 Thông số kỹ thuật:
- Chip điều khiển chính: ATmega328P.
- Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.
- Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc
tròn DC.
- Số chân Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất xung PWM).
- Số chân PWM Digital I/O: 6.
- Số chân Analog Input: 6.
- Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA.
- Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA.
- Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader.
- SRAM: 2 KB (ATmega328P).
- EEPROM: 1 KB (ATmega328P).
- Clock Speed: 16 MHz.
- LED_BUILTIN: 13.
- Kích thước: 68.6 x 53.4 mm.


 Sơ đồ chân
- GND (Ground): Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn
dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này
phải được nối với nhau.
- 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
- 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
- Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối

cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
- IOREF: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn không
được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng
phải là cấp nguồn.
- RESET: Việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương
đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
4. Mạch cầu H(L298N)

- Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
- Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)
- Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
- Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA


- Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
- Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃
 Một số phần mềm lập trình cơ bản:

III. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN:
1. Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy:

Màn hình chính Fuzzy Logic


Điều chỉnh Input (Nhietdo) lấy giá trị analog LM35

Điều chỉnh Output (Tocdo) xung băm PWM



Bộ luật mờ Fuzzy

Bảng quy luật mờ:
Nhiệt Rất thấp
Độ
(NB)
Tốc
Độ
Rất thấp
Rất thấp
Thấp
Trung bình
Cao
Rất cao

Thấp
(NS)

Trung
Bình
(ZE)

Cao
(PS)

Rất cao
(PB)

Thấp

Trung bình
Cao
Rất cao


Rule Viewer ( Xem quy tắc)

Surface Viewer ( Xem bề mặt )


2. Thiết kế hệ thống bằng simulink (matlab)

Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ sử dụng LM35 bằng Fuzzy.
- Tín hiệu Analog LM35: được thiết lập vào chân A5 trên arduino để lấy tín
hiệu đầu vào cho bộ điều khiển. Do tín hiệu đầu vào dưới dạng điện áp nên cần
phải tính tốn. Lấy giá trị đọc được của Lm35 nhân cho 5 rồi chia cho 1024(10
bit) rồi tiếp tục nhân cho 100 để ra giá trị nhiệt độ môi trường.
- Bộ điều khiển mờ Fuzzy DK DC.
- Xung PWM: được thiết lập vào chân pin ~5 (PWM).
- Chân pin ~9, ~10 dùng để đảo chiều động cơ để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác
nhau.


3. Thiết kế phần cứng:

IV. KẾT LUẬN
Qua quá trình thực hiện, nhóm đã hồn thành những mục tiêu đề ra:
- Hiểu và vận hành tốt mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều
thông qua cách điều khiển bằng luật mờ Fuzzy.
- Khảo sát được nhiệt độ bằng LM35 thơng qua phần mềm Matlab nhúng

Arduino.
Q trình hoạt động của mạch: Điều khiển tốc độ động cơ theo nhiệt độ,
thiết bị cho phép điều khiển tốc độ động cơ như nhiệt độ thấp thì động cơ quay
chậm hoặc dừng, nhiệt độ cao thì tốc độ động cơ quay nhanh, cho phép cân
bằng tốc độ động cơ để đạt được giá trị nhiệt độ cần thiết nhất.