Download miễn phí Đồ án Điều khiển PID tay máy
MỤC LỤC
Phần 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 4
I. Giới thiệu về động cơ điện một chiều 4
1. Cấu tạo 4
2. Nguyên lý hoạt động 4
3. Phân loại 4
4. Phương trình cơ bản của động cơ điện 1 chiều 5
5. Encoder 5
6. Động cơ được sử dụng trong mô hình 6
II. Giới thiệu về Xy-lanh, Van khí nén: 7
1. Xy lanh 7
1.1 Loại một chiều 7
1.2 Loại hai chiều 7
2. Các loại valse khí 8
2.1. Valse (3/2) 3 cửa, 2 vị trí (loại 1 cuộn dây) 8
2.2. Valse (3/2) 3 cửa, 2 vị trí (loại 2 cuộn dây) 9
3. Truyền động bánh răng 9
III. Giới thiệu PLC S7-200 11
1. Sơ đồ khối cấu tạo của PLC 12
2. Ứng dụng xuất xung tốc độ cao 12
2.1. Điều rộng xung 50% (PTO) 13
2.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) 13
3. Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC) 14
4. Bộ điều khiển PID 21
IV. Giới thiệu WinCC (Windows Control Center) 27
1. Cài đặt Driver kết nối PLC 27
2.1 Biến nội 28
2.2. Biến ngoại: Sử dụng PC Access 29
1. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng 31
2. Cài đặt thông số cho WinCC Runtime 32
3. Lâp trình C cho WinCC 33
5.1. Một số lệnh thường dùng trong chương trình 35
5.2. Các hàm điều khiển thường dùng 36
6. Hiển thị các giá trị quá trình và vẽ đồ thị trong WinCC 38
6.1. Mở Tag Logging 38
6.2. Cấu hình bộ định thời (Timer) 38
6.3. Tạo vùng lưu trữ (Archive) 38
6.4. Tạo bảng biểu(Table) 39
6.5. Tạo bảng đồ thị 41
8.6. Thiết lập thuộc tính chạy thực (Runtime) 41
Phần 2: THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 43
I. Mục đích – yêu cầu của đề tài 43
1. Mục đích 43
2. Yêu cầu 43
II. Phân tích – thi công – thiết kế và điều khiển 43
1. Phân tích 43
2. Tính toán thiết kế - thi công mạch 43
2.1 Thiết kế 43
2.2 Thi công 44
2.2.1 Trình tự thi công 44
2.2.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in 44
2.2.3. Số xung Encoder 47
1. Khâu 2 49
2. Khâu 3 (tay kẹp) 51
3. Tay kẹp quay trái, phải 51
IV. Giao tiếp 53
1. Định nghĩa các vùng nhớ 53
2. Kết nối với PLC 54
2.1. Kết nối với ngõ ra 54
2.2. Kết nối với đầu vào 55
IV. Khảo sát đáp ứng của bộ điều khiển PID 56
V. Lưu đồ giải thuật chương trình 57
1. Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển động cơ 58
2. Lưu đồ giải thuật chương trình con High Speed Counter 60
3. Lưu đồ giải thuật chương trình con PWM (điều xung) 60
4. Giải thuật chương trình xung sang góc 61
5. Giải thuật chương trình góc sang xung 61
6. Lưu đồ giải thuật chương trình cài đặt thông số PID 62
7. Lưu đồ giải thuật chương trình con PID 62
8. Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt 63
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 65
PHỤ LỤC 66
1. Sơ đồ mạch in 66
2. Giao diện Màn hình giao tiếp 68
3. Code chương trình Step 7 Micro Win. 69
4. Code chương trình WinCC 77
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
56.5SM136.5
SM146.0
SM156.5
Current counting direction status bit:
0 = counting down;
1 = counting up
SM36.6
SM46.6
SM56.6
SM136.6
SM146.0
SM156.6
Current value equals preset value status bit:
0 = not equal;
1 = equal
SM36.7
SM46.7
SM56.7
SM136.7
SM146.0
SM156.7
Current value greater than preset value status bit:
0 = less than or equal;
1 = greater than
(Tài liệu - Hướng dẫn sử dụng S7_200 – Hà Văn Trí – Công ty THHH TM&DVKT SIS).
4. Bộ điều khiển PID:
Định nghĩa:
Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợp.
Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID:
Trong CPU S7 – 200 có bộ ứng dụng PID (Proportional, Integral, Derivative). Bảng tham số của bộ điều khiển PID ở bảng sau.
Quá trình đáp ứng, bộ điều khiển PID giá trị của đầu ra sẽ được điều chỉnh sai số đến bằng không. Sai số được xác định bởi sự sai lệch giữa giá trị đặt (giá trị mong muốn) và giá trị xử lý (giá trị thực tế). Nguyên lý của điều khiển PID được dựa trên phương trình sau đây. Giá trị ra M(t) được mô tả bởi hàm của khâu tỷ lệ, khâu tích phân, khâu vi phân.
M(t) giá trị đầu ra theo thời gian t,
Kc: độ lợi của vòng lặp,
e: sai số = giá trị đặt – giá trị hiện tại,
Mdau: giá trị đầu của ngõ ra.
Để thi hành bộ điều khiển trên kỹ thuật số máy tính. Hàm liên tục phải được lượng tử hóa trong các mẫu tuần hoàn của sai số đầu ra. Phương trình đáp ứng số đầu ra
Mn: giá trị ra ở thời gian lấy mẫu n,
en: sai số ở thời gian lấy mẫu n,
en-1: sai số ở thời gian lấy mẫu trước đó,
KI: hệ số khâu tích phân,
KD: hệ số khâu vi phân.
Phương trình trên, khâu tích phân miêu tả sai số giữa giá trị đầu và giá trị hiện tại. Sự sai lệch của khâu này là hàm của giá trị hiện tại và giá trị trước đó. Trong khi khâu tỷ lệ chỉ hiệu chỉnh giá trị hiện tại.
Tính toán giá trị đầu ra phải phụ thuộc vào sai số của khâu tích phân.
MX: giá trị trước của khâu vi phân
Phương trình trên được rút gọn như sau:
Với:
Giá trị của khâu tỷ lệ:
SPn: giá trị đặt ở thời gian lấy mẫu n
PVn: giá trị xử lý ở thời gian lấy mẫu n
Giá trị của khâu tích phân:
Giá trị của khâu vi phân:
Bảng giá trị các tham số sử dụng trong bộ PID
Vùng nhớ (X...)
Tên
Kiểu định dạng
Loại
Mô tả
0
PVn
Double Word – Real
In
Giá trị xử lý (0.0 ÷ 1.0)
4
SPn
Double Word – Real
In
Giá trị đặt (0.0 ÷ 1.0)
8
Mn
Double Word – Real
In/Out
Giá trị ra (0.0 ÷ 1.0)
12
KC
Double Word – Real
In
Độ lợi (dương hay âm)
16
TS
Double Word – Real
In
Thời gian lấy mẫu (giá trị dương)
20
T I
Double Word – Real
In
Thời gian tích phân (giá trị dương)
24
TD
Double Word – Real
In
Thời gian vi phân (giá trị dương)
28
MX
Double Word – Real
In/Out
Tổng tích phân (0.0 ÷ 1.0)
32
PVn-1
Double Word – Real
In/Out
Giá trị xử lý ở n-1
(Tài liệu - Datasheet của S7_200 Siemens).
Hiệu chỉnh PID:
Việc hiệu chỉnh 3 thông số Kp, Ki, Kd sẽ làm tăng chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3 thông số này lên hệ thống như sau:
K
T
L
t
Y(t)
Phương pháp Ziegler – Nichols: khi đối tượng có khâu delay có trễ (tử số có hay có khâu quán tính bậc nhất dưới mẫu số điển hình là lò nhiệt. Để tìm thông số cho bộ điều khiển PID đối với đối tượng này thì người ta trước hết khảo sát đặc tính vòng hở của hệ thống, cấp một tín hiệu điều khiển vào cho đối tượng, sau đó khảo sát đặc tính quá độ của hệ thống, từ đó xác định các thông số T và L. Khi đó, các thông số của bộ PID được tính theo T và L.
Đường cong hình chữ S có 2 hằng số, thời gian chậm trễ L và hằng số thời gian T. Thời gian chậm trễ xác định cách vẽ đường tiếp tuyến tại điểm uốn của đường cong
Ziegler – Nichols đề xuất xác định Kp, Ti, Td.
Nguyên tắc hiệu chỉnh theo Ziegler – Nichols
Phương pháp
Kp
Ti
Td
P
T/L
0
PI
0,9 T/L
L/0,3
0
PID
1,2 T/L
2L
0,5L
Cách 2: Hiệu chỉnh theo phương pháp thử sai của Thomas Chen công ty FOXBORO
Ba thông số quan trọng nhất là PID được thể hiện như sau:
P: trong lý thuyết thường thể hiện bằng hệ số tỷ lệ nhưng ngày nay trong hầu hết các hệ thống người ta không sử dụng hệ số tỷ lệ K mà dùng một thông số khác gọi là dải tỷ lệ (proportional band – P band). Ý nghĩa của dải tỷ lệ như sau: P band ="20%" thì với sự thay đổi 20 % giá trị đầu vào bộ điều khiển sẽ gây ra sự thay đổi 100% tín hiệu đầu ra, với P band ="500%" thì với sự thay đổi tín hiệu đo 100 % thì tín hiệu đầu ra chỉ thay đổi có 20%. Quan hệ giữa hệ số tỷ lệ và dải tỷ lệ: K=100/%Pband.
I: Được thể hiện theo đơn vị đo thời gian là giây. Thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, ứng với độ lệch càng bé.
D: Cũng được thể hiện theo đơn vị đo thời gian là giây. Thời gian càng lớn thì điều chỉnh vi phân càng mạnh, ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh.
Rất ít các mạch điều chỉnh yêu cầu sử dụng điều chỉnh D. Hầu hết mạch điều chỉnh PI đủ đáp ứng yêu cầu điều chỉnh. Sau đây là phương pháp xác định thông số PI.
Bước 1: Đặt thời gian tích phân cực đại, thời gian vi phân cực tiểu. Khi đó hệ thống chỉ điều khiển tỉ lệ. Sau đó giảm dải tỉ lệ cho đến khi dao động xuất hiện. Đo chu kì của dao động, (khoảng thời gian giữa hai điểm cực đại hay cực tiểu của dao động, ta gọi thời gian này là chu kỳ tự nhiên)
Bước 2: Đặt thời gian tích phân bằng chu kỳ tự nhiên. Quan sát chu kỳ dao động mới, nó sẽ tăng thêm khoảng 40 ÷ 43% của chu kỳ tự nhiên. Nếu chu kỳ dao động lớn hơn mức trên thì cần tăng thời gian tích phân.
Bước 3: Cuối cùng ta điều chỉnh dải tỷ lệ sao cho độ lệch và thời gian đạt đến ổn định phù hợp với yêu cầu. Nguyên tắc điều chỉnh như sau dải tỷ lệ càng lớn thì độ lệch điều chỉnh càng lớn, thời gian đạt đến ổn định càng ngắn, dải tỷ lệ càng nhỏ thì độ lệch càng nhỏ, thời gian đạt đến ổn định càng dài.
Nghĩa là: đối với một số đối tượng có hàm truyền trong mẫu số có dạng dao động bậc hai như K/(1+T1s)*(1+T2s), điển hình là động cơ điện DC.
Ta cấp tín hiệu đặt rồi thay đổi dần các thông số Kp, Ki, Kd cho phù hợp. Đầu tiên, sẽ làm cho hệ thống ổn định bằng cách cho Ki, Kd bằng 0.
Sau đó tăng dần Kp lên. Khi Kp càng nhỏ thì Nyquist hệ hở càng xa điểm
(-1,j0). Hệ chắc chắn sẽ ổn định. Nhưng đổi lại, đáp ứng sẽ lâu. Mình tăng dần Kp đến khi hệ thống bắt đầu dao động thì dừng lại. Để triệt tiêu sai số xác lập, mình sẽ tăng dần Ki lên, nhưng đổi lại, do Ki tăng, hệ thống sẽ rất có khả năng bị vọt lố, mình tăng cho đến khi đặc tính quá độ vọt lố chừng 10% thì dừng. Tiếp theo, mình sẽ tăng tiếp Kd. Khi Kd tăng thì rất có thể thời gian xác lập mình dài ra hơn một chút nhưng bù lại sẽ bù trừ được 10% vọt lố ở trên.
IV. Giới thiệu WinCC (Windows Control Center):
Các bước để tạo một Project trong WinCC
Khởi động WinCC,
Tạo ...