Download miễn phí Đồ án Xây dựng bộ điều chỉnh PID và PI dùng cho điều khiển truyền động điện công suất đến 3kW
Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài, sinh viên đã ứng dụng lý
thuyết tìm hiểu để xây dựng thực nghiệm mô hình bộ PID điều khiển động cơ
một chiều loại nhỏ.
Mang tính chất thử nghiệm thiết kế thử bộ PID dùng IC thuật toán, từ
việc lựa chọn thông số K
đến lựa chọn IC, giá trị tụ điện và điện
trở phù hợp đạt yêu cầu bộ chức năng điều khiển chính của hệ thống.
Hiện nay, trong các dây chuyền tự động, có nhiều đối tượng cần điều
khiển phục vụ cho các mục đích khác nhau. Mỗi đối tượng sẽ được điều khiển
bằng các luật khác nhau bởi các bộ điều khiển khác nhau. Bộ PID số, bộ PID
tương tự. Xuất phát từ vấn đề bộ, PID thực nghiệm dùng IC thuật toán thiết kế
ra đời là tiền đề cho việc xây dựng các bộ PID dùng IC thuật toán phục vụ sản
xuất thực tiễn.
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:
h 1.8a) gồm có mạch hồi tiếp âm điện ápđặt vào đầu đảo, còn tín hiệu đặt tới đầu vào không đảo của OA. Vì điện áp
giữa các đầu vào OA bằng 0 (Uo = 0) nên quan hệ giữa Uv và Ur xác định bởi:
Uv = Ur.
Hệ số khuếch đại không đảo có dạng:
Kk = Ura/Uvao= = 1 +
Lưu ý khi đến vị trí giữa lối vào và lối ra tức là thay thế Ura bằng Uvào
và ngược lại trong sơ đồ (H 1.9a), ta có bộ suy giảm điện áp :
Ura = .R1
Khi Rht = 0 và R1 = ∞ thì ta có sơ đồ bộ lặp lại điện áp (Hình 1.8b) với
Kk=1
Điện trở vào của bộ khuếch đại không đảo bằng điện trở vào OA theo
đầu đảo và khá lớn, điện trở ra Rr → 0.
-
+
Ur=Uv
Uv
11
1.3.4. Mạch cộng
a – Mạch cộng đảo:
Hình 1.9: Sơ đồ mạch cộng đảo
Sơ đồ hình (Hình 1.9) có dạng bộ khuếch đại đảo với các nhánh song
song ở đầu vào bằng số lượng tín hiệu cần cộng. Coi các điện trở là bằng
nhau: Rht = R1 = R2 = … = Rn < Rv
Khi Iv = 0 thì Iht = I1 + I2 + … + In
Hay Ur = -(U1 + U2 + …+ Un) = - (1-2)
Công thức (1-2) phản ánh sự tham gia giống nhau của các số hạng
trong tổng.
Tổng quát:
Khi R1 ≠ … ≠ Rn có:
Ur = - ( U1 + U2 + …+ Un ) (1-3)
= -Rht ( + + … + ) = - với i =
-
+
Ur
Rht
Iht
Io
Uo
R1
In
Un
I2
U2
I1
U1
R1
R2
Rn
12
b – Mạch cộng không đảo:
Hình 1.10: Sơ đồ mạch cộng không đảo
Sơ đồ nguyên lí của mạch cộng không đảo vẽ trên hình (Hình 1.10) khi
Uo = 0, điện áp ở hai đầu vào bằng nhau và bằng:
Uv+ = Uv- = .Ur
Khi dòng vào đầu không đảo bằng không (Rv = ∞), ta có:
= 0
Hay: U1 + U2 + …+ Un = n.
Chọn các tham số của sơ đồ thích hợp sẽ có thừa số đầu tiên của vế phải công
thức (1-3) bằng 1
( R1 + Rht ) / (nR1) = 1 và Ura = U1 + U2 + …+ Un =
-
+
Ur
Rht
Iht
Io
Uo
R1
In
Un
I2
U2
I1
U1
R1
R2
Rn
13
1.3.5. Mạch trừ
Hình 1.11: Sơ đồ mạch trừ
Hình 1.12: Sơ đồ lấy hiệu một số lớn các tín hiệu
Khi cần trừ hai điện áp, người ta có thể thực hiện theo sơ đồ
(Hình1.11). Khi đó điện áp đầu ra được tính theo:
Ur = K1U1 + K2U2
Có thể tìm K1 và K2 theo phương pháp sau : Cho U2 = 0, mạch làm việc
như một bộ khuếch đại đảo, tức là: Ura = -αaU1
-
+
R
U1
Ur
Rb
Rb/aa
-
+
RUn
Ur
Rb
Rb/an
U2
Rb/a2
U1
Rb/a1
U'1
U'2
U'n
Ub
Rb/a'2
Rb/a'n
Rb/a'1
A
B
14
Vậy K1 = -αa. Khi U1 = 0, mạch này chính là mạch khuếch đại không
đảo có phân áp.
Khi đó: Urb = U2
Hệ số khuếch đại của mạch khi đó là :
Vậy : Ur = Ura + Urb = [αb/(1+αb)](1+αa)U2 – αaU1
Nếu điện trở trên cả hai lối vào là như nhau, tức là αa = αb = α thì K2 =
α, K1 = -α
vậy: Ura = α (U2 – U1)
Tổng quát, sơ đồ trừ vạn năng dùng để đồng thời lấy tổng và lấy hiệu
của một số điện áp vào bất kì có thể thực hiện bằng mạch (Hình 1.12)
Để rút ra hệ thức cần thiết, ta sử dụng quy tắc nút đối với cửa vào A
của bộ khuếch đại :
+ = 0
Rút ra:
- Ua[ + Ua = 0
Tương tự đối với cửa vào B của bộ khuếch đại
– Ub[ + Ua = 0
Nếu Ua = Ub và thỏa mãn thêm điều kiện:
=
Thì sau khi trừ hai biểu thức trên ta sẽ có :
Ua= -
15
1.3.6. Mạch tích phân
Hình 1.13: Sơ đồ bộ tích phân
Sơ đồ bộ tích phân được mô tả trên (Hình 1.13). Với phương pháp tính
như trên từ điều kiện cân bằng dòng ở nút A, iR = Ic ta có:
-C =
Ur = dt + Uro
Ở đây : Uro là điện áp trên tụ C khi t = 0 ( là hằng số tích phân xác định từ
điều kiện ban đầu ).
Thường khi t = 0, Uv = 0 và Ur = 0. Nên ta có:
Ur = dt
Ở đây : = RC gọi là hằng số tích phân của mạch. Khi tín hiệu vào thay đổi
từng nấc, tốc độ thay đổi của điện áp ra sẽ bằng :
=-
Nghĩa là ở đầu ra bộ tích phân sẽ có điện áp tăng (hay giảm) tuyến tính theo
thời gian.
-
+
C
Uo
R
Uv
Air
ic
16
Đối với tín hiệu hình sin, bộ tích phân sẽ là bộ lọc tần thấp, quay pha tín hiệu
hình sin đi 90o và hệ số khuếch đại của nó tỉ lệ nghịch với tần số.
1.3.7. Mạch vi phân
Hình 1.14: Sơ đồ bộ vi phân
Bộ vi phân (Hình 1.14). Bằng các tính toán tương tự các phần trên có
điện áp ra của nó tỉ lệ với tốc độ thay đổi của điện áp vào:
Ur = -RC
Ở đây = RC gọi là hàng số vi phân của mạch.
Khi tín hiệu vào là hìn sin, bộ vi phân làm việc như một bộ lọc tần cao, hệ số
khuếch đại của nó tỉ lệ thuận với tần số tín hiệu vào và làm quay pha Uvào 1
góc 90
o. Thường bộ vi phân làm việc kém ổn định ở tần cao vì khi
đó Zc = → 0 làm hệ số hồi tiếp âm giảm nên khi sử dụng cần lưu ý đặc
điểm này và bổ sung 1 điện trở làm nhụt R1.
-
+
R
C
Uv
Ur
17
CHƢƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC LUẬT 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 tượng. Công việc này
cung cấp cho ta những hiểu biết về đối tượng, giúp ta thành công trong việc
tổng hợp 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 hợp cho hệ thống. Đưa kết quả
của việc thiết kế hệ thống đạt theo mong muốn. Hiện nay trong thực tế có rất
nhiều phương pháp thiết kế hệ thống, mỗi phương 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 thường
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:
18
Hình 2.1: Sơ đồ khối thuật toán tỉ lệ
+ Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace
W(p) = U(p)/E(p) = Km
+ 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) = Km.1(t)
+ Hàm quá độ xung
W(t) = = Km. (t); (t) là xung đirac
+ Biểu diễn đồ thị đặc tính
W(jω) = A(ω).
Trong đó:
A(ω) = = Km
φ(ω) = arctg = 0
19
Hình 2.2: Đồ thị đặc tính tỉ lệ
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 :
δ =
ta có :
E(p) = X(p) – Y(p) = X(p) – Km.Wdt(p).E(p)
=> E(p) = X(p)
Xét trường hợp tổng quát:
W(t) =
Trong đó: m = n – 1
Tín hiệu vào là tín hiệu bậc thang
20
X(t) = 1(t) => X(p) = A/p
δ =
=> δ =
Với: 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
đi...