Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
IV. Lựa chọn phương án thực hiện

IV. Lựa chọn phương án thực hiện

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



Đây là hình thức điều khiển bằng cách đưa tín hiệu điều khiển dựa vào sự khác

biệt mức nước giữa mức nước thực tế của đối tượng và mức nước đặt, với K P được

xem là độ khuếch đại tỷ lệ của bộ điều khiển.

W = Kp.(TS – TO)



(2.2)



Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P)

Ta thấy hệ số khếch đại KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ tuy nhiên đáp

ứng của hệ thống càng dao động, độ vọt lố càng cao. Nếu KP tăng quá giới hạn thì

hệ thống sẽ trở nên mất ổn định. Do đó khơng thể có sai số của hệ thống bằng 0 và

cũng không thể tăng hệ số khếch đại lên vô cùng.

2.2 Điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ PD

Vấn đề về tính ổn định và quá tầm trong điều khiển tỷ lệ với độ khuếch đại lớn,

có thể được giảm đi khi thêm vào đó là khâu vi phân cho tín hiệu sai số.

d



W  Kp. �

 TS  TO   TD .  TS  TO  �



dt







(2.3)



Với KD = KP .TD; TD : là thời hằng vi phân của bộ điều khiển PD

Kỹ thuật đó được gọi là kỹ thuật điều khiển PD. Khâu vi phân có thể hiệu chỉnh

khả năng đáp ứng sự thay đổi tại mức nước đặt, đó là giảm độ vọt lố , đáp ứng ra

c(t) bớt nhấp nhô hơn, được biểu diễn ở hình sau:

7



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = 1

Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ thống khi thay đổi giá trị TD và giữ hệ số KP

bằng hằng số. Ta thấy TD càng lớn thì đáp ứng càng nhanh, thời gian lên càng ngắn.

Tuy nhiên, nếu thời gian lên nhanh quá thì sẽ dẫn đến vọt lố mặc dù đáp ứng khơng

có dao động.

Bộ hiệu chỉnh PD khơng thể thực hiện bằng các linh kiện mạch thụ động, có thể

dùng khếch đại thuật tốn, điện trở và tụ điện. Nhược điểm của bộ PD này là rất

nhạy về nhiễu vì bản thân bộ PD là mạch lọc thơng cao, với độ lợi lớn hơn 1 sẽ làm

tăng sự ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu.

2.3 Điều khiển bằng khâu tỉ lệ tích phân PI

Vấn đề về sai số xác lập có thể khắc phụ bằng hiệu chỉnh PI. Hiệu chỉnh PI có

tác dụng làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt lố, giảm sai số xác lập. Do hệ số

khếch đại của khâu PI bằng vô cùng tại tần số bằng 0 nên khâu hiệu chỉnh PI làm

cho sai số đối với tín hiệu vào là hàm nấc của hệ thống khơng có khâu tích phân lý

tưởng bằng 0 (hệ vơ sai bậc 1). Ngồi ra khâu PI là một bộ lọc thơng thấp nên nó

còn có tác dụng triệt tiêu nhiễu tần số cao tác động vào hệ thống.

t





1

W  Kp. �

e ( )  .�

e( )d �

TI 0







(2.4)

8



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



Với: e(  ) = TS –T0

Ki = Kp/TI, TI là thời hằng tích phân của bộ điều khiển PI



Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 1

Khâu hiệu chỉnh PI làm cho sai số xác lập của hệ thống đối với tín hiệu vào là

hàm nấc bằng 0. Tuy nhiên khâu hiệu chỉnh PI lại làm cho hệ thống kém ổn định do

làm tăng thời gian xác lập.

Dựa trên đáp ứng quá độ của hệ thống khi giảm thời hằng tích phân TI thì độ vọt

lố của hệ thống càng cao, hệ thống càng chậm xác lập. Vậy hằng số thời hằng tích

phân TI ta nên cho giá trị lớn nhằm hạn chế độ vọt lố. Tuy vậy khi TI bằng hằng số

thì ảnh hưởng của P đến chất lượng của hệ thống chính là ảnh hưởng của khâu

khếch đại, P càng tăng thì độ vọt lố càng cao, tuy nhiên thời gian quá độ lại không

thay đổi.

2.4 Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ PID

Bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều

loại đối lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây ra vọt lố và trong vài trường

hợp là không chấp nhận được đối với mạch động lực. Sự có mặt của khâu vi phân tỉ

lệ (PD) làm giảm độ vọt lố và đáp ứng ra bớt nhấp nhô hơn và hệ thống sẽ đáp ứng

nhanh hơn. Khâu tích phân tỉ lệ(PI) có mặt trong hệ thống sẽ dẩn đến sai lệch tĩnh

triệt tiêu( hệ vô sai). Muốn tăng độ chính xác ta phải tăng hệ số khuếch đại, song

9



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



với mọi hệ thống thực đều bị hạn chế và sự có mặt của khâu PI là bắt buộc. Khâu

hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID) kết hợp những ưu điểm của khâu PI và PD, có

khả năng tăng độ dự trử pha ở tần số cắt, khử chậm pha. Sự có mặt PID ở vòng hồi

tiếp có thể dẩn đến sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởi hàm Dirac

(t).Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạng thiết

bị điều khiển hay thuật toán phần mềm.

Do sự thơng dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra

đời các bộ điều khiển thương mại rất thông dụng.

Thực tế các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID dùng quỹ đạo nghiệm số,

giản đồ Bode hay phương pháp giải tích rất ít được sử dụng do việc khó khăn trong

xây dựng hàm truyền đối tượng. Phương pháp phổ biến nhất để chọn tham số PID

thương mại hiện nay là phương pháp Ziegler-Nichols.



Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID có hàm truyền liên tục như sau:

G(s )  K p 



� 1



Ki

 Kd s  K p �

1

 TD s �

s

� TI s





(2.5)



Với các giá trị Kp, Ki, Kd là các hằng số thực.

Phương trình vi tích phân mơ tả sự tương quan giữa tín hiệu ra u(t) với tín hiệu

sai lệch e(t) của bộ điều khiển PID là:

(2.6)

Trong đó:



e(t) là sai lệch trong hệ thống e(t) = r(t) – c(t).



r(t) và c(t) là tín hiệu vào và đáp ứng ra của hệ thống.

10



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



Vấn đề thiết kế là cần xác định giá trị Kp, Ki, Kd sao cho thoả mãn các yêu cầu

về chất lượng.

Đối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong

bồn chứa,… Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là vì nó có khả năng

triệt tiêu sai số xác lập, tăng đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ

điều khiển được chọn lựa thích hợp.

Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai

số xác.



Dòng tuần hồn của PID được xác định theo sơ đồ trên, dựa vào đó chúng ta có

thể cài đặt các biến cho khối PID (FC41) cho phù hợp với mục đích sử dụng. Các

biến cần thiết phải cài đặt như sau : PVPER_ON đặt ở mức 0, D_SEL đặt ở mức 1,

MAN_ON đặt ở mức 1, ngồi ra thơng số DEABAND (sai số cho phép) có thể



11



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



setup tùy người dùng nhưng tốt nhaasrt nên set gia trị 0 để đạt ổn định đầu ra là cao

nhất .



12



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ CẦN DÙNG CHO HỆ THỐNG



I.



Mơ hình hệ thống điều khiển mức nước



Hình 1.1 Mơ hình hệ thống điều khiển mức nước

1

2

3

4

5



Bồn nước

Bơm nước vào

Van xả

Cảm biến khoảng cách

Tủ điều khiển



II.



Sơ đồ khối



Sơ đồ khối của hệ thống



13



ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH



GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC



- Khối cảm biến: Gồm có cảm biến siêu âm, lấy thơng tin mức nước đưa tín hiệu về

module tương tự.

- Khối PLC: là khối đọc tín hiệu từ module tương tự (tín hiệu đã được chuyển đổi

về dạng số) báo về, xử lý tín hiệu số theo chương trình lập trình.

- Khối máy tính: lập trình chương trình cho PLC, WinCC.

- Bơm: bơm nước.

* Lưu đồ chương trình của hệ thống :



Lưu đồ của hệ thống

III. Các thiết bị chính

1. Bồn chứa

Việc chọn bồn dường như là qui trình quan trọng nhất đối với đồ án này nó

ảnh hưởng đến việc chọn cơng suất của bơm ,biến tần , thời gian ổn định mức

nước ,…

Vậy nên bước này chúng ta hết sức lưu ý và cẩn thận:

Thông số bồn được chọn:



14



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

IV. Lựa chọn phương án thực hiện

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×