Đồ án Thiết kế và vận hành mô hình máy đo và cắt chiều dài

Chương1: Thuyết minh Thiết kế và vận hành mô hình máy đo và cắt chiều dài. I.Giới thiệu chung: .Sơ đồ nguyên lý mô hình máy đo và cắt chiều dài: 1.2. Bộ điều khiển mô hình máy cắt dùng để điều khiển 1 động cơ điện 1 chiều cùng với con lăn kéo chiều dài đối tượng cần cắt được cuộn trong Robbin , động cơ chạy với tốc độ tùy thuộc chiều dài, thời gian cài đặt. Điều khiển 1 dao cắt để cắt đối tượng khi động cơ đã kéo đúng chiều dài. Trong quá trình mô hình vận hành tín hiệu phản hồi được lấy về từ Encoder đưa vào bộ điều khiển xử lý, xuất tín hiệu điều khiển động cơ và dao cắt. 1.3. Bộ điều khiển sử dụng điện áp +5V lấy từ điện áp 220v(50Hz) qua bộ chỉnh lưu áp . 1.4. Động cơ điện 1 chiều để kéo đối tượng sử dụng áp+ 24V, kích tư ø+ 24V, vì động cơ củ nên thông số không đầy đủø. Một dao cắt được làm từ Role sử dụng áp +110V. 1.5.Ngoài ra trong mô hình còn sử dụng hệ thống hãm bằng cơ khí gắn liền với Robbin. II.Nguyên lí làm việc: 1.1 Nguyên lí làm việc của thiết bị điều khiển mô hình máy cắt mô tả trong hình dưới đây: Hình 2: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển máy đo và cắt. Trong đó: Udk1: Điện áp điều khiển mạch động lực động cơ, có dạng áp xung với chu kì T cố định, T1 thay đổi tùy NFP Udk2 : Điện áp điều khiển Relay đóng ngắt dao. NFP : Sốxung phản hồi về từ Encoder. NSP : Số xung đặt tương ứng với chiều dài cần cắt. Umax : Điện áp cung cấp cho mạch động lực điều khiển động cơ. Vi trí đặt : Chiều dài, thời gian cần đo và cắt đối tượng. Khối hiển thị, bàn phím: khối hiển thị hiển thị chiều dài, số lần cắt. Khối bàn phím nhập chiều dài, thời gian thực hiện 1 lần cắt. Khối điều khiển: Nhận tín hiệu từ Bàn phím, số xung NFP phản hồi từ Encoder. Đồng thời xuất tín hiệu điều khiển Led 7 đoạn, tín hiệu Udk1, Udk2 điều khiển động cơ, dao cắt. 1.2.Điều khiển động cơ: Nguyên lí điều khiển theo sai lệch của bộ điều khiển được thực hiện trong khối điều khiển. Các tín hiệu được tổng hợp bằng phương trình sau: (1) Trong đó: Kp: hệ số khuyếch đại tỉ lệ theo phương pháp điều khiển vòng kín PID mà trong trường hợp này ta chỉ sử dụng khâu P. Hệ số KP phụ thuộc vào đặc tính động cơ. EN : Sai số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi. EN = NSP – NFP. (2) DUTY_CYCLE : Ta gọi là chu kì nhiệm vụ. Nó được định nghĩa như sau: (3) Tín hiệu điều khiển Udk1 được tạo ra nhờ bộ điều khiển số. Nó có dạng xung với tần số T cố định. Biên độ thay đổi giữa 2 mức 0V, 5V. Khi DUTY_CYCLE thay đổi thì áp ra mạch động lực Udc cung cấp cho động cơ thay đổi khi đó tốc độ động cơ thay đổi theo. Dựa vào biểu thức (1), Kp không đổi , DUTY_CYCLE thay đổi theo EN : EN = 0, DUTY_CYCLE = 0 , Udc =0 , động cơ dừng. EN=NSP, DUTY_CYCLE = 100 , Udc= Umax , động cơ hoạt động ở chế độ định mức. Ta có: (4) 1.3. Điều khiển dao cắt: Dao cắt đóng ngắt theo Udk2. Udk2 là tín hiệu số giống như Udk1 , khi DUTY_CYCLE = 0, Udk2 =0, Relay hở, dao cắt đóng xuống. Khi DUTY_CYCLE > 0, Relay đóng dao được kéo lên. 1.4. Đặc tuyến điều khiển độâng cơ có dạng sau: Điều khiển đo chiều dài thực chất là điều khiển vị trí. Điều khiển cho động cơ quay tới góc quay xác định mà không có vọt lố do tính chất của máy. Đặc tuyến cần điều khiển có dạng sau: Có rất nhiều phương pháp điều khiển để đạt được đặc tính mong muốn như hình 3, đạt độ chính xác cao mà giá thành lại rẻ, như phương pháp PID tương tự, số, điều khiển mờ v.v. Phương pháp PID bằng thực nghiệm của Zeigler và Nichols , đòi hỏi cần có các thiết bị đo chính xác và các điều kiện nghiêm ngặt đưa hệ thống vào chế độâ dao động lúc đó chúng ta mới xác định các thông số của bộ điều khiển, nếu ta biết đối tượng ta là gì thì rất dễ dàng điều khiển. Phương pháp điều khiển mờ ta không cần xác định đối tượng của ta như thế nào, ta chỉ cần dựa vào kinh nghiệm điều khiển đối tượng, ta thành lập bộ luật điều khiển và tùy thuộc vào tình huống mà hệ thống đưa ra 1 luật trong bộ luật điều khiển đối tượng. Bộ điều khiển càng chính xác nếu người điều khiển có nhiều kinh nghiệm. Các phương pháp này được trình bày chi tiết hơn ở chương sau. Do hạn chế về thời gian, thiết bị đo, kinh nghiệm với luận văn này chỉ sử dụng phương pháp điều khiển P số. Phương pháp P số ta phải xác định KP trong biểu thức (1) . Khi KP đã xác định ta có giá trị DUTY_CYCLE thay đổi theo EN. Điều cần quan tâm lúc này là làm thế nào để xác định KP. Ta có: 0 £ DUTY_CYCLE £ . Mà ta có 0 £ DUTY_CYCLE £ 100 mới có nghĩa với tín hiệu điều khiển Udk1 do đó: £ 1 hay KP £. KP £. (4) Dựa vào (4) ta có nhận xét sau: NSP càng lớn nếu KP càng nhỏ. Nếu vị trí đặt càng nhỏ mà NSP càng lớn thì sai số càng nhỏ. Do dó thông thường hệ số KP rất nhỏ. Để tiến hành điều khiển ta chọn 1 vài hệ số KP tùy chọn nào đó đưa vào bộ điều khiển cho mạch hoạt động quan sát ngõ ra nếu có sai số thì ta tiến hành thay đổi hệ số KP sao cho đạt kết quả với sai số cho phép. Ta có đặc tuyến DUTY_CYCLE có dạng sau: ta định nghĩa : Trong đó HSTGG :Hệ số thời gian giảm T’ : Thời gian đặt cho mỗi lần cắt T’1 : Thời gian mà ta gán DUTY_CYCLE là hằng số lớn hơn 0. Dựa vào đặc tuyến này ta có thể hình dung quá trình điều rất rõ ràng. Giả sử ta chọn DUTY_CYCLE = 100 trong khoảng thời gian T’1, Khi thời gian còn xa T’ thì ta cho động cơ hoạt động với điện áp định mức nghĩa là chạy với tốc độ cho phép tối đa. Khi thời gian lớn hơn T’1 và tiến gần đến T’ nghĩa là gần đến giá trị mong muốn, thì ta tiến hành giảm DUTY_CYCLE theo qui luật nào đó để khi đến giá trị đặt thì DUTY_CYCLE = 0, lúc đó động cơ dừng. Tùy vào đặc tính động cơ như thế nào mà ta chọn HSTGG hay hệ số góc K cho phù hợp. Tại t=0 tacó DUTY_CYCLE: D= Tại t=T’1 (5) (6) Từ ( 5) ta có: (7) Từ (5) và (7) ta có: (8) Trong đó: d1 :Ta chọn tùy ý tùy thuộc vào thời gian đặt, tốc độ kéo đối tượng. HSTGG: Phụ thuộc vào quán tính của động cơ. 0 £ d1 £ 100, 0 £ HSTGG £ 1 Ví dụ: Ta muốn động cơ quay đến giá trị 5000 xung tính theo ngõ ra Encoder , trong thời gian 5 giây . Ta có: T’=5s, NSP=5000xung, Umax=24V, xác định KP ? Giải: Chọn d1=100, HSTGG=0.5. KP=(100*24(1+0.5))/(100*5000) = 36/5000 (V/vòng). Với các số liệu trên thì quá trình điều khiển diễn ra như sau. Trong thời gian 2,5s đầu tiên động cơ chạy với tốc độ tương ứng áp đặt vào 24V. 2,5s còn lại tốc độ động cơ sẽ giảm cho đến khi dừng hẳn thì lúc này thời gian cũng vừa đủ 5s. Như đã trình bày sử dụng phương pháp điều khiển số khâu P Lưu đồ giải thuật khâu hiệu chỉnh P:(trình bày phần sau). Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ máy cho vi xử lý 8952. Điện áp Udk1 được lấy từ PC0 của 8255 kết nối với Vi xử lý. Điện áp này được đưa đến mạch động lực điều khiển điện áp cung cấp cho động cơ. Udk1 có dạng hình 2, được tạo ra bằng phần mềm có lưu đồ giải thuật (trình bày phần sau). NFP số xung phản hồi về qua mạch đếm xung số xung chứa tối đa trong 2 byte, ngõ ra mạch đếm xung đưa vào PortA(byte thấp) và PortB(Byte cao) 8255. Sau đó đưa vào vi xử lí thông qua mạch chốt. Lưu đồ giải thuật đọc xung phản hồi( trình bày phần sau). Dữ liệu cần đặt được lấy vào thông qua các phím nhấn. Lưu đồ giải thuật đọc 1 phím nhập dữ liệu vào (trình bày phần sau): Sau khi đã có các dữ liệu vào ta tiến hành tính toán đưa ra DYTU_CYCLE, tạo áp Udk1, đồng thời ta cũng cho hiển thị chiều dài, số lượng cần cắt trong quá trình hoạt động. Chương trình thực hiện nhiều công việc cùng lúc ,vừa phải đếm xung phản hồi, vừa tạo áp Udk1 liên tục, vừa phải hiển thị Led, đồng thời phải thường xuyên phải kiểm tra phím nhấn. Lưu đồ giải thuật toàn bộ chương trình : III.Các lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống: Dựa vào các lưu đồ này ta tiến hành thiết kế mạch cứng và viết chương trình điều khiển. Chương 2. Thiết kế phần cứng. Khối điều khiển bao gồm mạch giao tiếp giữaVi Xử Lí với RAM (62256), mạch giao tiếp máy tính qua IC 75176, mạch mở rộng Port qua IC 8255. Quá trình giải mã địa chỉ tránh xung đột khi giao tiếp với các khối trên nhờ IC chốt 74573 và IC 74138. Mạch vi xử lí: P0 được nối với JP6 ,chức năng I/O. Chân 9 nối mạch Reset. Khi chân Reset được nhấn Mạch vi xử lí trở về trạng thái như lúc mới cấp nguồn. Chân 31 nối JP1 có 2 chế độ: Khi JP2 nối cho Vi xử lí chạy chương trình trong ROM ngoài. Khi JP2 không nối cho vi xử lí chạy chương trình trong ROM nội. Chân 12 ->15 nối đến JP11. Khi cần sử dụng ngắt ta nối đến các chân nối này. Chân 18, 19 : Nối mạch dao động: Mạch gồm 2 tụ điện C1, C2 30 pF và thạch anh 11.059 MHz, tạo cho Vi Xử Lí có tần số hoạt động 12MHz, khi 2 tụ điện thay đổi thì tần số dao động vi xử lí thay đổi theo. Chân 10,11: Giao tiếp nối tiếp. Mức áp 1 vào ra là 5V, mức áp vào ra là 0V. Sơ đồ kết nối mạch vi xử lí Chân 10 nối với chân 4 IC 75176, có chức năng thu. Chân 11 nối với chân 1 IC 75176, có chức năng phát. Ngỏ ra IC 75176 mức áp vi sai (0 - 200mV). Các chân /RD(16) nối đến chân /OE(22) của RAM và chân /RD(6) của 8255 có tác dụng đọc Data về từ ngoại vi, /WR(17) nối chân /WE của RAM và nối tới chân /WR(36) của 8255 trong quá trình xuất Data thì các chân này tích cực, cả hai chân đều tích cực mức thấp. P0 : Trong chu kì truyền, truyền Data và địa chỉ, ngỏ ra mắc điện trở kéo lên. Từ P0.0 ->P0.7 nối đến 8 đầu điện trở 10K đầu kia nối lên nguồn, sau đó nối đến JP12 khi cần sử dụng cho mục đích khác, nối đến ngỏ vào (chân 2->9) IC 74573, nối đến ngỏ vào địa chỉ RAM. P2 :3 chân (P2.5,P2.6,P2.7) nối đến ngỏ vào tương ứng A,B,C(1,2,3) IC 74138. Các chân P2.0-> P2.6 nối ngỏ vào địa chỉ RAM. Chân ALE nối chân LE IC74573, khi ALE tích cực địa chỉ được truyền qua. Khi ALE mức thấp, địa chỉ ngỏ ra giử nguyên cho đến khi ALE tích cực lại. Xác lập địa chỉ cho mỗi khối trên : Khối tạo địa chỉ: gồm IC 74573, IC 74138, IC7400: Hình vẽ minh họa quá trình truy xuất data qua IC chốt: IC 74138 các chân G2A(4),G2B(5) tích cực mức thấp trong trường hợp này ta nối Mass. Chân G1(6) tích cực mức cao, được nối lên nguồn. Không nhất thiết phải nối lên nguồn G1, nối Mass G2A, G2B, trong những trường hợp khác ta còn có thể sử dụng chúng để kết hợp việc giải mã địa chỉ. Chân /OE (1) IC 74573 tích cực mức thấp ta cho nối Mass. Chân LE(11) nối ALE Vi Xử lí, chức năng chốt, Xác nhận địa chỉ. Byte địa chỉ thấp được chốt giử qua IC 74373. Các đường địa chỉ thấp đưa vào ngỏ vào IC 74573. Ngỏ ra IC 74138: có các địa chỉ nền sau : Y0: 0000H Y1: 2000H Y2: 4000H Y3: 6000H Y4: 8000H Y5: A000H Y6: C000H Y7: E000H Được tạo ra từ 3 bit cao nhất của Byte địa chỉ cao(P2) của Vi xử Lí . Kết hợp ngỏ ra chốt địa chỉ IC 74573, 8 bit địa chỉ thấp và các ngỏ còn lại của P2 (P2.0->P2.5) . YI: A15:A16:A17 P2.4 ->P2.0: A14-> A8 D7->D0: A7->A0 Địa chỉ truy xuất ứng với từng ngỏ ra YI: Y0: P2.4 ->P2.0: D7->D0: 1000H ->1FFFH Y1 P2.4 ->P2.0: D7->D0: 2000H ->3FFFH Y2 P2.4 ->P2.0: D7->D0: 400H ->5FFFH Y3 P2.4 ->P2.0: D7->D0: 6000H ->7FFFH Y4 P2.4 ->P2.0: D7->D0: 8000H ->9FFFH Y5 P2.4 ->P2.0: D7->D0: A00H ->BFFFH Y6 P2.4 ->P2.0: D7->D0: C000H->DFFFH Y7 P2.4 ->P2.0: D7->D0: E000H->FFFFH sơ đồ nguyên lí mạch tạo địa chỉ Khối tạo địa chỉ: 8 đường Data nối P0 Vi xử lí. 2 chân /WR, /RD nối với /WR, /RD vi xử lý. A1,A0 nối ngỏ ra IC 74573. Chân Reset nối Mass . Ngỏ vào chọn chip (/CS) nối Y2. Port A:4000H Port B: 4001H PortC: 4002H Thanh ghi điều khiển:4003H. Trong quá trình xuất Data, khi đã đúng địa chỉ, và chân /WR được chuyển xuống mức 0, lúc đó Data được xuất bởi 8255. Trong quá trình nhận Data về, khi đã đúng địa chỉ, và chân /RD chuyển mức thì Data được nhận về từ 8255. Khối giao tiếp Vi xử lý và RAM(62256): RAM dung lượng 32K ngoại có địa chỉ truy xuất 8000H->FFFFH. 8 đường địa chỉ (D1->D8) nối đến P0 vi xử lí, (A0-A7) nối (Q0->Q7) IC 74573, (A9->A14 nối P2.0->P2.6 vi xử lí), /WE nối /WR, /0E nối /RD vi xử lí. Tín hiệu chọn địa chỉ lấy từ chân 6 IC 7400 , đưa vào chân /CE, với điều kiện ngỏ vào 4, 5 IC 7400 cùng nối P2.7(A15). Khối đếm xung: Gồm 2 IC 74393, 2 IC chốt 74573. Mạch chỉ có tác dụng đếm lên, khi tràn tự động trở về 0. Ngỏ Counter đưa xung cần đếm vào. Ngỏ CLR có nhiệm vụ xóa tất cả ngỏ ra 74393 về 0, tích cực mức 0 có dạng xung, 2 ngỏ vào chốt CS1, CS2 có nhiệm vụ lấy đúng 1 giá trị tại 1 thời điểm, cả 2 chân ở mức 0 khi chốt. Chú ý: Cần phải mắc thêm điện trở kéo lên ở ngỏ ra 2 IC 74573, tránh nhiễu khi đọc vào. Ngỏ ra mạch đếm nối vào Port A,B của 8255. Khối hiển thị: Gồm 6 LED 7 đoạn, IC 74247 giải mã từ số BCD sang mã LED 7 đoạn. 1 IC giải mã địa chỉ 74138. Các Transistor(Tr) C828 kéo LED. Mạch được thiết kế theo phương pháp quét không chốt, quét vòng 6 led ,chu kì quét 1 LED không lớn hơn 20mS, đảm bảo cho LED không có hiện tượng nháy. Các tín hiệu thực hiện việc quét LED chứa trong BUS truyền 8 bit hay chứa trong 1 thanh ghi. Với 4 bit thấp chứa Data cần xuất, 4 bit này phải là số BCD, 3 bit cao chứa thông tin về vị trí LED cần quét. Toàn bộ nội dung trong thanh ghi này là Data và vị trí 1 LED tại 1 thời điểm xác định. Data được đưa đến JP1 ,4 bit thấp được đưa đến ngỏ vào có tên 1, 2, 4, 8 IC 74247 ngỏ ra IC này gồm 8 Bit tương ứng mã LED 7 đoạn, sau đó 8 ngỏ ra có tên này được đến tương ứng với tên mỗi LED. 3 bit cao kế tiếp đưa đến chân ABC IC 74138 theo thứ tự bit. Tại 1 thời điểm thì trong tất cả. Ngỏ ra chỉ có 1 ngỏ ra mức 0, do đó ta đã có thể cung cấp Data cho 1 Led nào đó mà không sợ phải có sự cùng Data cho nhiều led ,Vì dòng ngỏ ra IC74138 không đủ cho việc kéo Led, nên Ta phải dùng thêm các Transistor (Tr) để kéo Led. Vì phải kéo 6 led nên ta cần đến 6 transistor. Sáu ngỏ ra 6 Tr này nối đến chân nguồn dương của LED 7 đoạn Anot Chung. Chú ý: Trong quá trình lắp mạch vào ta phải xác định đúng chân của các Transitor (ECB) tránh trường hợp mắc nhầm chân dẫn đến mạch không chạy mặc dù ta thiết kế đúng. Tùy từng loại IC mà thứ tự chân khác nhau. Trên thị trường có một số loại Tr thôâng dụng mà ta cần phải nắm rỏ tránh việc đáng tiếc xảy ra. Ở đây trình bày một vài Tr thông dụng . Khối bàn phím: Gồm sáu phím, 1 đầu phím nối Mass, 1 đầu phím nối nguồn, chọn 1 điểm tùy ý để lấy Data sao cho khi phím nhấn thì điểm này xuống Mức 0. Sáu điểm cần chọn nối vào JP2 . 8) Khối Mạch động lực : Khối này gồm các Tr nối Darlington mục đích tăng dòng ngỏ ra, có các Optron cách li các cấp điện áp. Aùp sử dụng gồm áp 5V, 24V, mạch được nối sao cho cặp Darlington tầng cuối thay phiên đóng ngắt , ngỏ ra cuối này có điện áp thay đổi tùy vào sai lệch thời gian dẫn mỗi Tr trong 1 chu kì T cố định. Điện áp đưa vào PC0, giả sử tại 1 thời điểm PC0 mức 1, lúc đó Q1 dẫn, Q2 ngắt vì điện áp mức 0 do phải qua cổng đảo. Q1 dẫn , Optron 1 dẫn, cặp Darlington phía trên dẩn, kéo ngỏ ra lên áp 24V. Giả sử tại 1 thời điểm PC0 mức 0, lúc đó Q2 dẫn do phải qua cổng đảo, Q1 ngắt vì điện áp mức 0. Q2 dẫn, Optron 2 dẫn, cặp Darlington dưới dẩn, kéo ngỏ ra xuống 0V. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy trong 1 chu kì, ta có áp ra là áp biến đổi. Mà đối tượng sử dụng áp này là động cơ 1 chiều, do đó cần phải xác định chu kì đóng ngắt thích hợp, sao cho động cơ nhìn điện áp này là điện áp 1 chiều với các điều kiện cho phép. Mạch đóng ngắt dao: Mô hình dao cắt là 1 Relay 110V do đó ta thiết kế 1 mạch điều khiển Relay này. Khi Relay đóng tương ứng với dao cắt, ngược lại dao không cắt. Để đóng ngắt Relay này ta điều khiển đóng ngắt 1 Reley có cấp điện áp nhỏ hơn, Relay này cần áp 12V. Vì áp Udk2 lấy từ PC4 8255 mức áp TTL nên không thể điều khiển trực tiếp , mà phải qua Optron cách ly 2 cấp điện áp. Vì Relay 12v có dòng lớn nên ta không thể dùng C828 điều khiển mà phải dùng Tr có dòng lớn hơn H1061. Khi áp Udk2 mức thấp Q1 ngắt, Relay 12V ngắt, dao cắt. Khi Khi áp Udk2 mức cao Q1 ngắt, Relay 12V ngắt, dao kéo lên. Chương 3: ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC Khái niệm : Hệ thống truyền động điều khiển vị trí thuộc loại hệ thống được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như trong cơ cấu truyền động cho tay máy, người máy, cơ cấu ăn dao cắt gọt kim loại, quay anten, kính viễn vọng ,……… Tùy thuộc vào cơ cấu mà công suất truyền động nằm trong dải rộng từ hàng chục W đến hàng trăm KW. Trong hệ điều khiển vị trí 1 đại lượng điều khiển (lượng đặt jw ) có ý nghĩa quan trọng quyết định cấu trúc điều khiển hệ thống thường lượng điều khiển jw là một hàm của thời gian, có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyền tính hoặc hàm tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm Parabol và hàm điều hoà. Tuỳ thụoc vào lượng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vị trí cho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điều khiển vị trí theo chế độ bám . Trong hệ thống điều khiển vị trí chuyển dịch trong các chỉ tiêu chất lượng chung người ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ. Điều này có liên quan đến giãn đồ tối ưu về tốc độ w(t), gia tốc a(t) và vị trí j(t). Để xây dựng hệ điêu khiển người ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh truyền động điện trên nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động. Điều khiển vị trí dùng các vòng phản hồi : Nếu theo phương pháp này thì việc điều khiển vị trí sử dụng ba vòng phản hồi : vùng vị trí ở vòng ngoài cùng tạo tín hiệu đặt cho vòng tốc độ, ngỏ ra vòng tốc độ lại là tín hiệu đặt cho vòng dòng điện. Tín hiệu vị trí được xác định từ bộ giải mã vị trí là tín hiệu hồi tiếp cho vòng vị trí được khuếch đại rồi trở thành giá trị đặt cho vòng tốc độ. Tín hiệu sai lệch tốc độ được điều khuếch đại bởi bộ khuếch đại có giới hạn (II) rồi trở thành giá trị đặt cho vòng dòng điện. Sai lệch dòng điện (dưới dạng điện áp đặt ) được khuếch đại bởi bộ khuếch đại (III) rồi đưa vào điều khiển bộ biến đổi tạo điện áp phần ứng thích hợp. Việc đưa thêm vòng dòng điện vào có tác dụng tránh sự tăng giảm dòng điện quá áp khi khởi động và khi sai lệch vận tốn lớn. Thuật toán điều khiển PID: Nhiều năm trước đây, bộ điều khiển PID được xem là bộ điều khiển lý tưởng đối với các đối tượng có mô hình liên tục. Bộ PID thực sự là bộ điều khiển động mà việc thay đổi các tham số của bộ điều khiển có khả năng làm thay đổi đặc tính động và tĩnh của hệ thống điều khiển tự động. Bộ điều khiển PID thực chất làthiết bị điều khiển thực hiện luật điều khiển được mô tả bằng phương trình sau : ( 6.1 ) Trong đó e(t) là tín hiệu vào, u(t) là tín hiệu ra của bộ điều khiển, kp là hệ số khuếch đại của luật điều khiển, T1 hằng số thời gian tích phân và TD là hằng số thời gian vi phân. Đối với hệ thống có độ dự trữ ổn định lớn, nếu muốn tăng độ chính xác điều khiển ta chỉ cần tăng hệ số khuếch đại của luật điều khiển tỉ lệ [7]. Hệ thống sẽ không có sai lệch tĩnh khi tín hiệu vào là hàm bậc thang đơn vị và hằng số thời gain tích phân TI được chọn khác không. Luật điều khiển tích phân còn gọi là điều khiển chậm sau vì sai số điều khiển được tích lũy cho đến khi đủ lớn thì quyết định điều khiển mới được đưa ra. Tăng khả năng tác động nhanh của hệ, giảm bớt thời gian quá điều chỉnh bằng cách thay đổi hằng số thời gian của luật điều khiển vi phân, còn được gọi là điều khiển vượt trước. Luật điều khiển trong phương trình (6.1) thường còn được biểu diễn dưới dạng hàm truyền đạt như sau: ( 6.2 ) Từ năm 1975 trở lại đây, do sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi xử lý, các PID số ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. PID số được mô tả qua phương trình vi sai phân sau: ( 6.3 ) hoặc bằng hàm truyền dạt gián đoạn: ( 6.4 ) Với bộ điều khiển PID, người sử dụng dễ dàng tích hợp các luật điều khiển khác như luật điều khiển tỉ lệ ( luật P ), điều khiển tỉ lệ-tích phân ( luật PI ), luật điều khiển tỉ lệ-vi phân ( luật PD ). Bộ điều khiển PID luôn là một phần tử không thể thay thế được trong các quá trình tự động khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ… Ngay cả khi lý thuyết điều khiển tự động hiện đại được ứng dụng vào việc thiết kế, các bộ điều khiển như bộ diều khiển mờ, bộ điều khiển Nơron, bộ điều khiển bền vững thì việc kết hợp giữa các phương pháp điều khiển hiện đại và bộ điều khiển PID kinh điển vẫn đem lại những hiệu quả bất ngờ mà không có khả năng đem lại. Một trong những ứng dụng của bộ điều khiển PID trong điều khiển thích nghi và điều khiển mờ là thường xuyên phải chỉnh lại các tham số của nó cho phù hợp với sự thay đổi không biết trước của đối tượng cũng như của môi trường nhằm đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng đã đề ra cho hệ thống. Nếu như ta đã tự động hóa được công việc thay đổi tham số này thì bộ điều khiển PID đó sẽ là một bộ điều khiển bền vững với mọi tác động của nhiễu nội cũng như nhiễu ngoại lên hệ thống . Cũng chính vì vậy mà các thiết bị điều khiển quá trình như DSC Disbute Control system, PLC Programable Logic Control, PSC Process Control System của các hãng sản xuất thiết bị tự động trên thế giới không thể thiếu được module điều khiển PID hoặc cứng hoặc mềm. Để sử dụng tốt các module này, người thiết kế phải nắm được các phương pháp chọn luật điều khiển và các tham số cho bộ điều khiển. Bộ điều khiển PID vi tích phân tỷ lệ rất hay dùng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp vì nó có ưu điểm sau : PID là sự kết hợp những ưu điểm của 3 khâu P, PI , PD trước hết ta cần tìm hiểu chức năng của từng khâu : Điều khiển PID liên tục : Điều khiển PID là cấu trúc điều khiển thông dụng nhất trong các quy trình điều khiển . đầu ra của điều khiển là tổng hợp của ba thành phần: Thành phần thứ nhất up(t) là tỷ lệ giữa sai số đầu ra của hệ thống thực với giá trị tham chiếu (giá trị đặt). Thành phần thứ hai uI(t) là tích phân theo thời gian của sai số . Thành phần thứ ba uD(t) là đạo hàm của sai số . Hàm điều khiển : Thông số K là độ lợi của điều khiển, TI là tích phân thời gian và t là biến tích phân. Giá trị u0 là giá trị xác định trung bình biên độ tín hiệu xác thực . Một vài quy trình điều khiển đặt biệt là quy trình cũ có khoảng tỷ lệ đặt thay vì độ lợi điều khiển. Khoảng tỷ lệ được xác định là PB=100/K . định nghĩa chỉ áp dụng khi K là không thứ nguyên. Công thức của hàm điều khiển không chỉ giới hạn thực tế ở đầu ra. Điều khiển sẽ đạt trạng thái bão hoà khi ngõ ra đạt giới hạn vật lý umax hoặc umin . Trong thực tế ngõ ra của tỷ điều khiển tỷ lệ như sau : Phần tích