Tài liệu Do an th1 lò điện trở (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................1 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.............................................2 LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................3 LỜI CẢM ƠN......................................................................................................4 CHƯƠNG 1: LÒ ĐIỆN TRỞ VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35.................5 1.1. Tổng quan về lò điện trở..............................................................................5 1.1.1. Giới thiệu chung...................................................................................5 1.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu ...............................................................................................................................5 1.1.3. Nguyên lý làm việc của lò điện trở......................................................6 1.1.4. Cấu tạo của lò nhiệt điện trở...............................................................7 1.2. Tổng quan cảm biến nhiệt độ LM35...........................................................9 1.2.1. Giới thiệu chung...................................................................................9 1.2.2. Đặc điểm chính của cảm biến nhiệt độ LM35.....................................9 1.3 Giới thiệu chung về phương pháp băm xung PWM................................10 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN....................14 2.1. Hệ thống điều khiển tự động với các quy luật điều chỉnh......................14 2.1.1. Luật điều khiển tỉ lệ (P)......................................................................14 2.1.2. Luật điểu khiển tích phân (I).............................................................17 2.1.3. Luật đỉều khiển vi phân (D)...............................................................21 2.2. Các luật điều khiển kết hợp.......................................................................23 2.2.1. Luật điều khiển tỉ lệ tích phân (PI)....................................................24 2.2.2. Quy luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân (PID)......................................27 2.3. Mô hình toán học của lò điện trở..............................................................30 2.3.1. Các phương pháp xây dựng mô hình toán học.................................30 2.3.2. Mô tả toán học cảu lò điện trở ( hàm truyền của lò).........................30 GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM............................................................................................................32 3.1. Sơ đồ khối....................................................................................................32 3.1.1. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ board..........................................................33 3.1.2. Khối điều khiển...................................................................................36 3.1.3. Khối công suất và cách ly...................................................................41 3.1.4. Khối hiển thị LCD...............................................................................47 3.1.5 . Sơ đồ kết nối tổng quát......................................................................52 3.2. Chương trình lập trình..............................................................................53 3.2.1. Lưu đồ thuật toán...............................................................................53 3.2.2. Chương trình ổn định nhiệt độ lò nhiệt.............................................53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................57 4.1. Kết luận.......................................................................................................57 4.2. Phương hướng phát triển của đề tài.........................................................58 4.3. Tài liệu tham khảo......................................................................................58 GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Hưng yên, ngày tháng năm 2017 Giảng viên hướng dẫn ĐỖ THÀNH HIẾU GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì ngành công nghiệp là ngành có tầm quan trọng đứng hàng đầu để phát triển kinh tế ở nước ta. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật điện, kỹ thuật truyền thông và công nghệ thông tin đã tạo sự chuyển biến cơ bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hoá công nghiệp.Trước tình hình đó thách thức đặt ra với ngành điện tự động hóa cũng hết sức cao, phải nắm bắt công nghệ mới để đưa vào phục vụ sản suất thay thế cho công nghệ cũ, thủ công,lạc hậu, năng suất và chất lượng ổn định, tăng khả năng cạnh tranh cho hàng hoá trong nước. Nhận thấy tầm quan trọng của động cơ điện một chiều trong các ngành công nghiệp ở nước ta hiện nay và đây là một hệ thống cần có sự cải tiến và thiết kế mới trong lĩnh vực điều khiển do vậy chúng em đã mạnh dạn nhận đề tài “Tính toán, thiết kế, chế tạo vali thí nghiệm khảo sát và điều khiển ổn định nhiệt độ của lò điện trở” Vì khả năng và thời gian có hạn nên chúng em không tránh khỏi những thiếu sót trong đề tài. Do vậy chúng em mong thầy cô và bạn bè đóng góp xây dựng để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Hưng Yên, ngày 27 tháng 7 năm 2017 Sinh viên thực hiện : Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học SPKT Hưng Yên nói chung và quý thầy cô của khoa Điện-Điện Tử nói riêng đã tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình học. Kính gửi đến thầy Đỗ Thành Hiếu lời cảm ơn chân thành và sâu sắc, cảm ơn thầy đã tận tình theo sát và chỉ dẫn chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này. Chúng tôi xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã động viên, góp ý, giúp đỡ rất nhiều trong quá trình tìm hiểu và làm đề tài. GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I CHƯƠNG 1: LÒ ĐIỆN TRỞ VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 1.1. Tổng quan về lò điện trở 1.1.1. Giới thiệu chung Hình 1.1: Lò lung điện trở Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v... - Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật : + Sản xuất thép chất lượng cao + Sản xuất các hợp kim pherô + Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện + Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi + Sản xuất đúc và kim loại bột - Trong các lĩnh vực công nghiệp khác : + Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng để sất, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm + Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v... Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v... 1.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu a. Ưu điểm Lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu có những ưu điểm sau : - Có khả năng tạo được nhiệt độ cao GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I - Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao - Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ - Kín - Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyễn vật phẩm - Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ b. Nhược điểm - Năng lượng điện đắt - Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng 1.1.3. Nguyên lý làm việc của lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ : Q=I2RT Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J) I - Dòng điện tính bằng Ampe (A) R - Điện trở tính bằng Ôm T - Thời gian tính bằng giây (s) Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò: - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp. Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liều để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò. GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I 1.1.4. Cấu tạo của lò nhiệt điện trở Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, lớp lót và dây nung. a.Vỏ lò Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chị tải trọng trong quá trình làm việc của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín hoàn toàn hoặc tương đối của lò. Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cấn thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, còn đối với các lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổng thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò. Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lò không bọc kín. Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chị được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò ( vật nung ) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò. - Vỏ lò chữ nhật thườnng dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v... - Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v... - Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò. Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng thép tấm dày 3 - 6 mm khi đường kính vỏ lò là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm khi đường kính vỏ lò là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính vỏ lò khoảng 4500 – 6500 mm. Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loại thép hình. Vỏ lò chữ ngật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình dáng thích hợp. Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tuỳ theo yêu cầu kín của lò. Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và tán. b.Lớp lót Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt. Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt tuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò. Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi là các khối đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn. Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau : + Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò. GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I + Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc. + Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều kiện làm việc. + Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn. + Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lò và ảnh hưởng của vật nung. + Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò làm việc chu kỳ Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa. Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu. Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là : + Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu + Khả năng tích nhiệt cực tiểu + Ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định. Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt. c. Dây nung Hình 1.2: Dây nung kim loại GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai loại : dây nung kim loại và dây nung phi kim loại. Trong công nghiệp, các lò điện trở dùng phổ biến là dây nung kim loại. 1.2. Tổng quan cảm biến nhiệt độ LM35 1.2.1. Giới thiệu chung Hình 1.3 Ảnh của cảm biến nhiệt độ LM35 Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh. 1.2.2. Đặc điểm chính của cảm biến nhiệt độ LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC + Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C + Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau. Xét một số mức điện áp sau : GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I - Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV - Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV - Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV Sai số: + Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV + Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150. 1.3 Giới thiệu chung về phương pháp băm xung PWM Phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra. Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ. Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là nó còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như là : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha...PWM chúng ta còn gặp nhiều trong thực tế và các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hoặc là sườn âm. Để dễ hiểu hơn ta có hình vẽ sau : GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I Hình 1.13. Đồ thị dạng xung điều chế PWM Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườn dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính bằng phần trăm tức là độ rộng của nó được tính như sau : Độ rộng = (t1/T).100 (%) Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn. Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là : + Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V) + Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V) + Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V) Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào. Nguyên lý của phương pháp PWM Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn. Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I Hình1.14.Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải Hình 1.15. Đồ thị xung của van điều khiển và đầu ra Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM. Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải. GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I + Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải : Gọi to là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở )còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải. ==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là : + Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90% GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Khi tiến hành thiết kế một hệ thống điều khiển tự động nói chung, công việc đầu tiên ta phải xây dựng mô hình toán học cho đối tuợng. Công việc này cung cấp cho ta những hiểu biết về đối tuợng, giúp ta thành công trong việc tổng hơp bộ điều khiển. Một công việc quan trọng không kém giúp ta giải quyết tốt bài toán là chọn luật điều khiển cho hệ thống.Từ mô hình và yêu cầu kỹ thuật, ta phải chọn luật điều khiển thích họp cho hệ thống. Đưa kết quả của việc thiết kế hệ thống đạt theo mong muốn. Hiện nay trong thực tế có rất nhiều phuơng pháp thiết kế hệ thống, mỗi phuơng pháp cho ta một kết quả có ưu điểm riêng.Tùy thuộc vào điều kiện làm việc, yêu cầu kỹ thuật và mô hình đối tượng mà ta chọn luật điều khiển phù hợp. 2.1. Hệ thống điều khiển tự động với các quy luật điều chỉnh Trong hệ thống điều chỉnh tự động trong công nghiệp hiện nay thuờng sử dụng các quy luật điều chỉnh chuẩn là quy luật tỉ lệ, quy luật tích phân, quy luật tỉ lệ tích phân, quy luật tỉ lệ vi phân và quy luật tỉ lệ vi tích phân. 2.1.1. Luật điều khiển tỉ lệ (P) - Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ tín hiệu vào e(t) - Phương trình vi phân mô tả động học u(t) = Km.e(t) Trong đó : u(t) là tín hiệu ra của bộ điều khiển. e(t) là tín hiệu vào. Km là hệ số khuếch đại của bộ điều khiển Xây dựng bằng sơ đồ mạch khuếch đại thuật toán: Hình 2.1.Sơ đồ khối thuật toán tỉ lệ GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I + Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace W  p  U  p Km E  p + Hàm truyền đạt trong miền tần số  W  jω Km + Hàm quá độ là hàm mô tả tác động tín hiệu vào 1(t)  h  t  K m .1 t  + Hàm quá độ xung  W t  dh t   K m δt  dt ; δ t  l à xung đ irac + Biểu diễn đồ thị đặc tính   W  j ω  A  ω .e j φω  Trong đó  φ  ω  arctg 0  A  ω √ R e 2  I m 2  K m Hình 2.2. Đồ thị đặc tính tỉ lệ GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I Từ các đặc tính trên ta thấy quy luật tỷ lệ phản ứng như nhau đối với tín hiệu ở mọi giải tần số, góc lệch pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra bằng không, tín hiệu ra sẽ tác động ngay khi có tín hiệu vào. Sai lệch thông số : Sai lệch thông số được tính : lim  p → 0 E  p  δ Ta có:      E  p  X  p −Y  p  X  p −Km . W dt  p . E  p =>  Ep  1 X  p 1  Km . Wdt  p  Xét trường hợp tổng quát:  W t  m m −1 b 0 p  b 1 p  …  bm n n−1 a 0 p  a 1 p  …  am Trong đó: m = n - 1 Tín hiệu vào là tín hiệu bậc thang    X  t 1  t  X  p  A  p GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ lim  p → 0 δ  Với:  1 A . m−1 bo p  b1 p  …  b m p m 1  Km ao p n  a1 p n−1  …  a m δ  ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I  1 1km.kd kd bm an - Ưu điểm: Bộ điều khiển có tính tác động nhanh khi đầu vào có tín hiệu sai lệch thì tác động ngay tín hiệu đầu ra. - Nhược điểm : Hệ thống luôn tồn tại sai lệch dư, khi tín hiệu sai lệch đầu vào của bộ điều khiển bé thì không gây tín hiệu tác động điều khiển, muốn khắc phục nhược điểm này thì ta phải tăng hệ số khuếch đại Km. Như vậy hệ thống sẽ kém ổn định GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I Hình 2.3. Quá trình điều chỉnh với các hệ số Km khác nhau 2.1.2. Luật điểu khiển tích phân (I) - Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tích phân của tín hiệu vào e(t) - Phương trình vi phân mô tả động học t   u t  K ∫ e  τ . d τ  0 t  1 ∫ e τ .d τ Ti 0 Trong đó : u(t) là tín hiệu điều khiển e(t) là tín hiệu vào của bộ điều khiển Ti là hằng số thời gian tích phân Từ công thức này ta thấy giá trị điều khiển u(t) chỉ đạt giá trị xác lập (quá trình điều khiển đã kết thúc) khi e(t) = 0 - Xây dựng sơ đồ mạch khuếch đại thuật toán: Hình 2.4.Sơ đồ khối thuật toán tích phân t U r −RC ∫ U v t dt 0 + Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace  W1 p  U  p 1  E  p  Ti . p + Hàm truyền trong miền tần số GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ  W  jω  ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I π −j 1 1 1 − j  .e 2 Ti . j ω Ti . j ω Ti . j ω Trong đó:  1 Ti . ω  −π 2 A ω  φω  GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: Vũ Tiến Đạt Nguyễn Văn Tiến Page 20