Đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển theo nguyên tắc cực trị

a = 1,1 ¸ 1,25) ta sö dông hÖ thèng tù ®éng t×m cùc trÞ. Tøc lµ t×m hÖ sè a b»ng bao nhiªu ®ã ®Ó cã nhiÖt ®é ngän löa lµ cùc ®¹i. B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn lµ: Gi¶ sö ®Ó ®èt hÕt mét kg dÇu nÆng, ta cÇn dïng m kg kh«ng khÝ. Tuy nhiªn trªn thùc tÕ do nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau mµ l­îng kh«ng khÝ cÇn cho viÖc ®èt hÕt mét kg dÇu lu«n ³ m. ViÖc ®èt ®¹t nhiÖt ®é tèi ­u ®­îc thÓ hiÖn nh­ h×nh 2-4 víi ®Çu vµo lµ hÖ sè d­ thõa kh«ng khÝ vµ ®Çu ra lµ nhiÖt ®é vïng nung trªn. T(x) a* Ta sö dông m kg kh«ng khÝ ®Ó ®èt mét kg dÇu th× ta cã a = 1. Thùc tÕ ta ph¶i dïng m’ kh«ng khÝ ®Ó ®èt mét kg dÇu (m > m’). Tõ ®ã ta cã hÖ sè d­ thõa kh«ng khÝ: a = HÖ thèng gåm hai vïng: - Bé ®iÒu chØnh tû lÖ tiªu hao nhiªn liÖu kh«ng khÝ. - Bé tù ®éng t×m cùc trÞ. H×nh 2-4 a PhÇn III ThiÕt lËp s¬ ®å nguyªn lý A- C¸c ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh t×m cùc trÞ kiÓu b­íc I . S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng. C¬ cÊu chÊp hµnh §èi t­îng ®iÒu chØnh ThiÕt bÞ tÝnh to¸n Bé ph¸t lÖnh PhÇn tö ®¶o dÊu BN1 BN2 So s¸nh Y Y1 Y2 Sign DU M H×nh 3-1 1- S¬ ®å 2- Nguyªn lý lµm viÖc cña s¬ ®å. Gi¶ sö l­îng vµo cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh thay ®æi theo thêi gian thiÕt bÞ tÝnh cho ta gÝa trÞ Y1 t­îng øng víi t1 , Y12 t­îng øng víi t2 . C¸c gi¸ trÞ nµy lÇn l­ît ®­a vµo trong BN1 vµ BN2 ( c¸c bé nhí ) sau khi qua bé so s¸nh tÝn hiÖu ra DY = Y2 -Y1 t¸c ®éng vµo phÇn tö ®¶o chiÒu quyÕt ®Þnh sù lµm viÖc cña c¬ cÊu chÊp hµnh dÉn ®Õn l­îng vµo ®èi t­îng thay ®æi . Khi DY ³ 0 phÇn tö ®¶o chiÒu kh«ng t¸c ®éng, v× thÕ c¬ cÊu chÊp hµnh gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i lµm viÖc . NÕu DY < 0 (DY ³ 0 Û Y2 - Y1 < 0 hay cô thÓ h¬n Y2 - Y1 £ e trong ®ã e lµ mét sè d­¬ng ph¶n øng ng­ìng nh¹y cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ) th× phÇn tö ®¶o chiÒu t¸c ®éng b¾t buéc c¬ cÊu chÊp hµnh ®æi chiÒu lµm viÖc . §Ó thùc hiÖn c«ng viÖc trªn bé ph¸t lÖnh ®· lµm nhiÖm vô chØ huy c¸c b­íc theo tr×nh tù. B­íc 1 : Ghi nhí gi¸ trÞ tr­íc vµo BN1. B­íc 2 : Cho c¬ cÊu chÊp hµnh lµm viÖc theo chiÒu nµo ®ã ( ch¹y thö). B­íc 3 : Ghi nhí gi¸ trÞ sau khi ch¹y thö vµo BN2. B­íc 4 : So s¸nh 2 gi¶ trÞ trong c¸c bé nhí råi xo¸ ®i chuÈn bÞ cho c chÊp hµnh lµm viÖc. ë ®©y ®èi t­îng ®iÒu chØnh cã ®Æc tÝnh cùc trÞ nh­ ë h×nh 2-4 vµ c¬ cÊu chÊp hµnh lµ ®éng c¬ §CH . C¸c phÇn tö nh­ thiÕt bÞ tÝnh to¸n, bé ghi nhí , so s¸nh ... ®­îc x©y dùng chóng dùa trªn c¸c phÇn tö cã tiÕp ®iÓm vµ kh«ng cã tiÕp ®iÓm . II Bé ®iÒu chØnh cùc trÞ kiÓu b­íc dïng c¸c phÇn tö cã tiÕp ®iÓm 1- S¬ ®å nguyªn lý H×nh 3-2 chØ ra s¬ ®å nguyªn lý cña cùc trÞ kiÓu b­íc dïng c¸c phÇn tö cã tiÕp ®iÓm. Bé chØ huy lµ sù kÕt hîp gi÷a m¸y ph¸t xung tõ tÊn sè siªu thÊp víi bé ph©n phèi. M¸y ph¸t xung tõ lµ mét bé khuyÕch ®¹i tõ lµm viÖc ë chÕ ®é r¬ le cã vßng dao ®éng LK CK m¾c nèi tiÕp vµp cuén ®iÒu khiÓn. C¸c dao ®éng ®­îc khuyÕch ®¹i vµ biÕn ®æi thµnh xung. Cã thÓ x¸c ®Þnh tÇn sè dao ®éng b»ng viÖc chän LK CK . W0K W0C W W X C2 Lx CK C1 2 1 3 4 1 3 4 2 ~ III II R2 R2 BN1 BN2 IK IK R1 R1 1R2 +250V _§CH +27V 1R1 r1 r1 H×nh 3-2 Y rn + _ C¸c xung t¹o bëi m¸y ph¸t ®­îc ®­a vµo cuén d©y ®iÖn tõ cña bé ph©n phèi (cuén nµy kh«ng vÏ ë h×nh 3-2) nhê ®ã mµ c¸c thanh quÐt dÞch chuyÓn trong tr­êng tiÕp xóc I, II, III víi tÇn sè x¸c ®Þnh bëi tÇn sè xung m¸y ph¸t. ThiÕt bÞ nhê sö dông c¸c tô C1, C2 vµ mÆch lÆp katèt cña ®Ìn ®iÖnt tö hai cùc kÐp, ®iÖn ¸p tû lÖ víi c¸c gi¸ trÞ Y1, Y2 ®Æt lªn l­íi ®Ìn phÇn tö t¸c ®éng l«gic lµm nhiÖm vô so s¸nh hiÖu sè ®iÖn ¸p Y1 vµ Y2 lµ r¬ le ph©n cùc R1. R¬ le n¸y ®iÒu khiÓn phÇn tö ®¶o chiÒu cña bé ®iÒu chØnh ®¶m b¶o cung cÊp ®iÖn ¸p cho cuén kÝch tõ cña §CH tuú thuéc vµo chuyÓn ®æi trø¬c ®ã cña nã. 2- Nguyªn lý lµm viÖc. - B­íc thø nhÊt : Thanh quÐt ë vÞ trÝ 1 gi¸ trÞ Y1 ®­îc nhí l¹i tû lÖ víi ®iÖn ¸p trªn tô C1. - B­íc thø 2 : Thanh quÐt ë vÞ trÝ 2 , §CH lµm viÖc kÐo biÕn trë rn sù dÞch chuyÓn cña con tr­ît m« h×nh ho¸ cho chuyÓn ®éng cña c¬ quan ®iÒu chØnh , cßn ®iÖn ¸p trªn biÕn trë tû lÖ víi hÖ sè ®iÒu chØnh m. - B­íc thø 3 : Thanh quÐt ë vÞ trÝ 3 , gi¸ trÞ Y2 ®­îc nhí trªn tô C2. - B­íc thø 4 : Thanh quÐt ë vÞ trÝ 4 Thùc hiÖn viÖc so s¸nh ®iÖn ¸p tØ lÖ víi Y1,Y2 tuú theo dÊu cña DY mµ 1 R1 sÏ ®ãng ®iÖn cho mét trong hai cuén kÝch thÝch cña c¬ cÊu chÊp hµnh. NÕu Y2 ³ Y1 nghÜa lµ chuyÓn ®éng theo h­íng tiÕn tíi cùc trÞ th× 1R1 gi÷ nguyªn gi¸ trÞ cò , kh«ng cã viÖc ®¶o chiÒu . NÕu Y2 £ Y1 nghÜa lµ khi qua khái ®iÓm cùc trÞ th× 1R1 sÏ ®ãng sang vô trÝ kh¸c. III - Bé ®iÒu chØnh cùc trÞ kiÓu b­íc dïng c¸c phÇn tö kh«ng tiÕp ®iÓm 1- S¬ ®å cÊu tróc (h×nh 3-3 ) HÖ thång gåm c¸c phÇn tö : - §«i t­îng ®iÒu khiÓn, to¹ ®é X lµ ®¹i l­îng chuyÓn dÞch vµ to¹ ®é Y lµ l­äng ®iÖn ¸p ®­a vµo c¸c bé ghi nhí . - §CH : §éng c¬ ®iÖn ®Ó chuyÓn ®éng cho ®èi t­îng (thay ®æi to¹ ®é X) - K§T : KhuÕch ®¹i tõ dïng ®Ó ®iÒu khiÓn §CH quay thuËn nghÞch ®iÒu chØnh tèc ®é. FNI IV II I V1 GN1 GN2 V2 SS KD VP V4 V3 K§T §CK T Y X H×nh 3-3 cs IV cs III cs cs - Bé ph©n phèi 4 b­íc ®­îc x©y dùng trªn bé ghi dÞch b»ng Ferit ®i«t hay Ferit tri«t nã ®­îc thùc hiÖn b»ng thuËt to¸n sau : 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 - CS : Lµ bé chËm sau ®Ó ghi nhí tÝn hiÖu lµm viÖc cho nhËp sau. s¬ ®å lµm viÖc theo nguyªn t¾c mét nhÞp ( bé ghi dÞch). - FN1 : Lµ bé ph¸t xung nghÑt ph¸t ra d¹ng biªn ®é lín vµ ®é réng hÑp dïng ®Ó kÝch thÝch Ferit lµm viÖc theo nhÞp tÝn hiÖu tõ kh©u nay sang kh©u kh¸c . Nã ®­îc ®iÒu khiÓn ®a hµi F§. - F§ : Lµ bé ®a hµi ®îi , khi cã tÝn hiÖu tõ Ferit sè hai ®­a lªn th× bé F§ sÏ vµo tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh. §Çu sè 2 cña F§ sÏ cã tÝn hiÖu ®­a vµo bé V3 , V4. §Çu vµo 1 cña F§ sÏ c¾t FN1 ra khái tr¹ng th¸i lµm viÖc . Sau khi F§ quay vÒ tr¹ng th¸i æn ®Þnh th× FN1 sÏ b¾t ®Çu lµm viÖc l¹i. GN1 vµ GN2 lµ bé ghi nhí tÝn hiÖu ®iÖn ¸p Uy1 vµ Uy2 cña ®èi t­îng ®iÒu khiÓn. - SS lµ bé so s¸nh 2 gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cña ®èi t­îng. - K§ lµ bé K§ tÝn hiÖu so s¸nh. - VP lµ bé vi ph©n tÝn hiÖu so s¸nh ®Ó kÝch thÝch Trig¬ T. - Trig¬ dïng ®Ó x¸c ®Þnh ph­¬ng h­íng cho §CH quay thuËn nghÞch. - K Kho¸ n¹p vµ phãng ®iÖn. 2- Nguyªn t¾c ho¹t ®éng Kho¸ K ®ãng ë vÞ trÝ 1 ®Ó nguån E n¹p cho tô C, sau khi K vÒ vÞ trÝ 2 Tô C phãng ®iÖn vµo c¸c cuén d©y x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn ban ®Çu cña bé ph©n phèi . Tr¹ng th¸i ®Çu tiªn cña c¸c Ferit lµ 1000 cho nªn V1 sÏ më ra vµ ®­a tÝn hiÖu ®iÖn ¸p Uy2 tõ ®èi t­îng GN1. Qu¸ tr×nh trªn thùc hiÖn b­íc thø nhÊt . Bé FN1 ph¸t ra mét xung ®­a vµo c¸c cuén dÞch chuyÓn cña bé ph©n phèi . TÝn hiÖu tõ Ferit thø nhÊt chuyÓn sang Ferit thø hai vµ tr¹ng th¸i cña Ferit la 0100. §Çu ra cña Ferit thø hai co¸ tÝn hiÖu ®­a vµo FD lµm cho thay ®æi tr¹ng th¸i. §Çu 2 F§ cho ta tÝn hiÖu ®­a vµo V3 vµ V4 ®iÒu khiÓn §CH quay mét qu·ng Dx ®ång thêi tÝn hiÖu tõ ®Çu 1F§ ®­a vÒ kho¸ FN1. Bé F§ chØ cã mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh v× thÕ sau mét thêi gian t nµo ®ã nã sÏ trë vÒ tr¹ng th¸i æn ®Þnh ban ®Çu. Lóc ®ã §CH kh«ng quay n÷a vµ FN1 l¹i cã thÓ ph¸t xung ®ã lµ b­íc thø hai. Bé FN1 tiÕp tôc ph¸t xung ®­a vµo Ferit. TÝn hiÖu tõ Ferit chuyÓn sang 3 vµ tr¹ng th¸i cña bé ph©n phèi la 0010. §Êu ra cña Ferit 3 cã tÝn hiÖu ®­a vµo V2 vµ ®iÖn ¸p Uy2 cña ®èi t­îng ®­a vµo GN2 . §©y lµ b­íc 3. Bé FN1 l¹i ph¸t xung chuyÓn tr¹ng th¸i bé ph©n phèi. §Çu ra cña Ferit 4 cho tÝn hiÖu vµo FN2 vµ ph¸t xung ®­a vµo GN1 vµ GN2. Hai bé ghi nhí cho hai ®iÖn ¸p Uy1 vµ Uy2 ®­a vµo bé so s¸nh . NÕu Uy1 x1) th× bé so s¸nh kh«ng cã tÝn hiÖu ra . NÕu Uy1 > Uy2 th× bé so s¸nh sÏ cã tÝn hiÖu ra ®­a vµo K§ vµ VP ®Ó ®­a xung vi ph©n vµo Trig¬ lµm thay ®æi tr¹ng th¸i cña nã. Mét trong hai tr¹ng th¸i ®ã sÏ khèng chÕ V3 hay V4 ®Ó §CH cã thÓ thay ®æi chiÒu. Chu k× ®iÒu khiÓn tiÕp theo sÏ lÆp l¹i qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c¸c b­íc tr­íc . ThiÕt bÞ cña hÖ thèng kh«ng tiÕp ®iÓm cã kÝch th­íc nhá, ®é tin cËy cao. IV - So s¸nh ph­¬ng ¸n C¸c bé ®iÒu chØnh t×m cùc trÞ kiÓu b­íc xÐt ë trªn ®Òu gåm c¸c khèi sau : - Khèi ph¸t lÖnh - Ghi nhí - So s¸nh - §¶o dÊu HÖ thèng lµm viÖc theo bèn b­íc nh­ ®· biÕt : ë s¬ ®å h×nh 3-2 : Bé ph¸t lÖnh lµ khuyÕch ®¹i tõ vµ bé ph©n phèi b¾ng cã khÝ do vËy lµm viÖc tin cËy , ch¾c ch¾n song qu¸n tÝnh lín , chu k× dao ®éng kh«ng thÓ nhá ®­îc. Thêi gian lµm viÖc cña c¸c tiÕp ®iÓm c¬ khÝ mau háng. MÆt kh¸c thiÕt bÞ nÆng nÒ vÒ träng l­îng vµ kång kÒnh vÒ thÓ tÝch. Bé ghi nhí vµ bé so s¸nh dïng ®Ìn 3 cùc kÐp vµ r¬ le ph©n cùc nh­ vËy sÏ lµm tin cËy, Ýt bÞ ¶nh h­ëng nhiÔu sãng, ®é nh¹y thÊp, ®é t¸c ®éng nhanh kÐm. §øng vÒ phÝa thiÕt bÞ mµ nãi s¬ ®å trªn khã thùc hiÖn v× c¸c thiÕt bÞ nh­ bé t×m b­íc, r¬ le ph©n cùc, cã rÊt Ýt g©y khã kh¨n cho viÖc söa ch÷a thay thÕ. * ë s¬ ®å 3-3 ®ä t¸c ®éng nhanh còng cã h¹n chÕ do sù cã mÆt cña c¸c m¹ch tõ Ferit. MÆt kh¸c s¬ ®å kh¸ phøc t¹p, sè l­îng c¸c phÇn tö, c¸c m¹ch logic kh¸ nhiÒu. Thêi gian vµ thiÕt bÞ kh«ng cho phÐp thùc hiÖn s¬ ®å nay tuy nã cã nhiÒu ­u ®iÓm vÒ ®é tin cËy. B- Bé ®iÒu chØnh cùc trÞ kiÓu b­íc Qua 2 ph­¬ng ¸n trªn ®Ó kh¾c phôc c¸c nh­îc ®iÓm vÒ c¸c l­îng thÓ tÝch, ®é tin cËy vµ ®¬n gi¶n dÔ söa ch÷a thay thÕ phï hîp víi thiÕt bÞ co¸ s½n em chän ph­¬ng ¸n sau: I - S¬ ®å h×nh khèi h×nh 3-4 - PL bé ph¸t lÖnh gåm ®a hµi tù dao ®éng §H vµ Trig¬ T, t¶i cña chóng lµ c¸c r¬ le R1 , R2. BN1vµ BN2 lµ hai bé ghi nhí b»ng tô C1 C2. SS bé so s¸nh gåm hai K§ thuËt to¸n trong ®ã cã mét khèi lµm viÖc ë d¾c tÝnh r¬ le. - PTD PhÇn tö dÊu , thùc hiÖn viÖc ®¶o chiÒu §CH gåm Trig¬ vµ r¬ le R3. Nguyªn lý lµm viÖc: Bé ®a hµi tù dao ®éng cho ra xung vu«ng, qua Trig¬ tÇn sè xung gi¶m mét nöa. Do vËy ta cã bé ph¸t lÖnh ®iÒu khiÓn c¸c r¬ le ®ãng c¾t theo ®óng tr×nh tù bèn b­íc yªu cÇu ( h×nh 3-4). T DT CH §H SS 1 2 E E T PTD §CK H×nh 3-4 B­íc 1 : ; tô C1 n¹p gi¸ trÝ ®Çu y1 B­íc 2 : ; ®éng c¬ ch¹y thö theo chiÒu nµo ®ã B­íc 3 : ; tô C2 n¹p gi¸ trÝ ®Çu y2 B­íc 4 : ; Bé so s¸nh lµm viÖc so s¸nh 2 gi¸ trÞ y1 vµ y2 . NÕu y2 ³ y1 th× PT§ kh«ng t¸c ®éng chuyÓn bÞ cho §CH ®¶o chiÒu quay. II - S¬ ®å nguyªn lý: HÖ thèng gåm c¸c bé phËn chÝnh sau: + §èi t­îng cã ®Æc tÝnh cùc trÞ. + Bé ph¸t lÖnh. + Bé nhí. H×nh 3-5 RK12 R1 Rb12 Rb21 R2 RK2 §4 C2 C1 §3 §1 §2 T2 T1 +E + Bé so s¸nh. + §éng c¬ chÊp hµnh. * M¹ch ®iÒu khiÓn. 1 - Bé ph¸t lÖnh. a) Bé ®a hµi tù dao ®éng: §Æc ®iÓm c¬ b¶n cña bé t×m b­íc lµ ph¶i cã khèi lÖnh t¹o xung ®Ó thùc hiÖn c¸c b­íc mong muèn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. ë ®©y bé ®a hµi tù dao ®éng ®ãng vai trß quan träng, nã lµ nh÷ng thiÕt bÞ ®iÖn t¹o nªn nh÷ng xung ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn cã d¹ng vu«ng gãc d­íi t¸c dông cña qu¸ tr×nh phãng n¹p cña tô ®iÖn qua c¸c m¹ch R-C. + Nguyªn lý lµm viÖc Gi¶ sö lóc ®Çu T1 t¾t, T2 th«ng, tô C1 n¹p ®iÖn theo chiÒu: + ER ® R1®+C1®§1 ®T2®-EK cßn C2 phãng theo chiÒu : C2 ® §4 ® T2® -EK®Rb2®-C2 Qu¸ tr×nh phãng ®iÖn cña C2 lµm cho VBT1 cã xu h­íng d­¬ng lªn khi ®iÖn ¸p phãng d¹t ®Õn ng­ìng kho¸ T2 th× T2 t¾t vµ T1 b¾t ®µu th«ng lóc nµy C2 ®­îc n¹p vµ C1 phãng ®iÖn. Qu¸ tr×nh trªn cø lÆp ®i lÆp l¹i, hai ®Ìn thay phiªn nhau th«ng t¾t , v× thÕ ta cã bé ph¸t xung tù dao ®éng. §Ó c¶i thiÖn d¹ng xung ra l¾p thªm mét bé n¾n xung gåm R1R3 vµ R2R4 C¸c ®i«t §1§2 ®Ó æn ®Þnh nhiÖt. Cã hai ph­¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè lµm viÖc cña m¹ch. Thay ®æi gi¸ trÞ Rb (m¹ch phãng). Thay ®æi gi¸ trÞ tô C. Gi¶n ®å xung nh­ sau: Ub1 Ub2 O O UC2 UC1 - E t t +EK t - E t Rk6 H×nh 3-6 RK5 C7 C8 R8 R7 T5 T6 Rf2 Rf1 §5 Rb5 Rb6 §6 C6 C5 Vv + Ed - EK b) Trig¬ ®èi xøng: Cïng víi ®a hµi tù dao ®éng Trig¬ ®èi xøng cã ®Çu vµo ®Õm lµm nhiÖm vô chia tÇn t¹o thµnh khèi lÖnh chØ huy toµn hÖ thèng theo 4 b­íc. M¹ch ®a hµi dao ®éng víi chu k× 10(s) th× chu k× xung cña Trig¬ lµ 20(s) nghÜa lµ tÇn sè xung ®­îc chia ®«i. Trig¬ ®èi xøng lµ m¹ch xung cã hai tr¹ng th¸i c©n b»ng æn ®Þnh. + Nguyªn lý ho¹t ®éng: NÕu ë tr¹ng th¸i ban ®Çu T6 b·o hoµ cßn T5 t¾t th× §6 sÏ th«ng cßn §5 t¾t . Do ®ã cã xung d­¬ng ë ®Çu vµo chØ cã thÓ ®i qua ®i«t §6 ®Õn kÝch thÝch vµo cùc gèc cña Tranzito b·o hoµ T6 vµ lËt tr¹ng th¸i cña Trig¬. Song mét vÊn ®Ò ®Æt ra lµ s¬ ®å nµy cã thÓ chuyÓn biÕn hai lÇn ®­îc kh«ng khi chØ cã mét xung kÝch thÝch ë ®Çu vµo vµ sau khi Trig¬ lËt tr¹ng th¸i ®i«t §5 th«ng vµ xung vµo vÉn ch­a kÞp kÕt thóc. Song cÇn nhËn ra ®i«t §5 kh«ng thÓ th«ng ngay tøc thêi sau khi Trig¬ chuyÓn tr¹ng th¸i mµ chØ th«ng sau khi tô C5 ®· phãng ®iÖn cho nªn viÖc chuyÓn biÕn “nhÇm” sÏ kh«ng x¶y ra. Nh­ vËy xung kÝch thÝch tiÕp theo chØ ®­îc dÉn ®Ôn sau khi c¸c tô C5, C6 ®­îc n¹p vµ phãng ®iÖn hoµn toµn ®Ó ®i«t §6 t¾t vµ §5 th«ng. Gi¶ sö lóc ®Çu T6 th«ng, T5 t¾t thÕ ë KT6 d­¬ng lªn ®Æt vµo BT5 lµm cho T5 kho¸ ch¾c ch¾n. §ã lµ tr¹ng th¸i x¸c lËp thø nhÊt. Khi xung d­¬ng kÝch thÝch vµo BT6 th× T6 t¾t , UKT6 = - EK ®Æt vµo BT5 lµm cho T5 tõ t¾t chuyÓn sang th«ng. Tr¹ng th¸i cña Trig¬ cø duy tr× nh­ vËy cho tíi khi cã xung thø hai kÝch thÝch vµo. Nh­ vËy cø cã hai xung ®Çu vµo th× ë ®Çu ra ta ®­îc mét xung. t t t UR CV Uv + Gi¶n ®å xung. +EK Rb4 RK4 T4 RK3 C4 T3 R4 C3 R5 R6 Uv c ) §a hµi ®îi H×nh 3-7 Nguyªn lý lµm viÖc: ë tr¹ng th¸i ®Çu vµo bao giê T4 còng th«ng vµ T3 t¾t. Dßng n¹p cho tô C4 tõ: + E ® RK3 ® C4 ® RE ®- EK khi cã xung kÝch thÝch vµo qua tô vi ph©n ®­îc xung d­¬ng kÝch vµo BT3 lµm T3 th«ng, khi T3 th«ng ¸p ©m trªn tô ®Æt vµo BT4 lµm cho T4 t¾t lu«n C4 phãng ®iÖn qua T3 ®RE vÒ nguån khi tô phãng hÕt còng lµ lóc hÕt xung ®Çu vµo vµ m¹ch trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu T3 t¾t T4 th«ng. d ) M¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n: Nguyªn lý ho¹t ®éng: §­a ®iÖn ¸p UV1 vµ UV2 vµo c¸c ®Çu vµo cña T7 vµ T8. Gi¶ sö UV1>UV2 nghÜa lµ DU = UV2 - UV1 0. Ng­îc l¹i nÕu UV1 0 th× Ur< 0. Nh­ vËy ta cã ®Çu vµo mét lµ ®Çu vµo ®ång pha cßn ®Çu vµo hai lµ ®Çu vµo ®¶o pha. R14 R13 R15 R23 R25 T13 T7 T8 T10 T11 T12 T14 R11 R17 R22 R27 Rt C10 T9 R20 R19 R18 R21 R24 R12 R10 R26 §7 §8 +EK +EK H×nh 3-8 2- Bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n t¹o vïng kh«ng nh¹y. + S¬ ®å: ë ®©y t¹o ra vïng kh«ng nh¹y tõ bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n mét ®Çu vµo nh­ (h×nh 3-9). r2 +E D1 D2 Urr Uv Uv1 -E CA2 CA1 r1 r’2 r1 H×nh 3-9 Khi Uv d­¬ng ®i«t §2 d­¬ng bÞ kho¸ bëi ®iÖn ¸p -E vµ - Ur . Khi Uv nhá h¬n ®iÖn ¸p ng­ìng Utd th× §1 cßn bÞ kho¸, ®Õn khi Uv t¨ng ®Õn gi¸ trÞ b»ng ®iÖn ¸p ng­ìng th× §1 th«ng , lóc nµy bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµm nhiÖm vô céng hai tÝn hiÖu Uv vµ E .NÕu bá qua ®iÖn trë thuËn cña ®i«t th× ta cã : Ur = NghÜa lµ sau khi §1 th«ng th× ®iÖn ¸p ra cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi . Giai ®o¹n nµy ®­îc m« t¶ b»ng ®o¹n ab trªn (h×nh 3-10) Ur Uv b a Ut® d c H×nh 3-10 - Khi Uv ©m th× §1 kho¸ lóc Uv qua gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­ìng th× §2 th«ng ta cã Ur = - §iÖn ¸p ra mang dÊu (+) biÓu thÞ b»ng ®o¹n cd trªn ®Æc tÝnh. Tãm l¹i b»ng mét lÇn thay ®æi cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p vµo ta ®· nhËn ®­îc ®Æc tÝnh cã vïng kh«ng nh¹y. f ) S¬ ®å m¹ch æn ¸p. §Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ± 12 v ta dïng s¬ ®å gåm cã : - M¸y biÕn ¸p biÕn ®æi ®iÖn ¸p l­íi xuèng ®iÖn ¸p yªu cÇu. - Bé chØnh l­u. - C¸c tô läc. - Hai IC æn ¸p 7812 vµ 7912. S¬ ®å nh­ sau : 7812 7912 +12V BA C1 C3 C4 C2 CL -12V + - + - H×nh 3-11 PhÇn IV TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ 1- M¹ch ®a hµi tù dao ®éng Yªu cÇu xung ra cã ®Æc tÝnh d­¬ng Biªn ®é xung : Um³ 10 v TÇn sè dao ®éng f = 1 ¸ 0,1 Hz §é æn ®Þnh tÇn sè Df/f £ 10 % Nguån cung cÊp EK =1,2Um =12 v chän ®Ìn nh­ng-p-nh­ng kÝ hiÖu KC509 cã b = 240 ¸ 900 ; fa >150 MHz ; P = 300mW ; UKC7 = 25 v IKm = 100 mA Trong m¹ch xung th­êng chän IK = 10 ¸50 mA ; ë ®©y chän IK=12mA. - §iÖn trë t¶i : RK’ = RK1 // R1 = RK2 // R2 RK’ = VËy: RK1 = RK2 = R1 = R2 = 2RK = 2K Trë t¹o thiªn ¸p Baz¬. Víi ®Ìn cã b lín th­êng tÝnh dßng : I6 = Do I6 nhá ta cã thÓ chän R6 lín mµ kh«ng ¶nh h­ëng tíi chÕ ®é lµm viÖc b·o hoµ cña ®Ìn , mÆt kh¸c ta cã thÓ chän tô C nhá ; Chän: R6 = 50 ¸100 K ; lÊy chuÈn R6 = 75K Tô: C1 vµ C2 C = = 9,5.10-6 ¸ 95 .10-6 F Víi T = 1¸10 (s) ; R6 =75 K ® chän C = 10¸ 100mF . Gi÷ nguyªn R6 mµ thay ®æi C ta cã quan hÖ T = f(c) T(S) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C(mF) 9,5 19 28,5 38 47,5 57 63 76 81,2 95 ViÖc chän ®Ìn cã b lín lµ ®Ó c¶i thiÖn d¹ng xung ra ®ång thêi ®¸p øng yªu cÇu m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh ë tÇn sè thÊp , ph¹m vi thay ®æi tÇn sè réng . 2- M¹ch Trig¬ ®èi xøng V× m¹ch ®èi xøng nªn ta chØ tÝnh cho mét vÕ vÕ kia t­¬ng tù . Yªu cÇu : Ur = 10 v ; Ir = 10mA Chän nguån EK =12 v ; Ed = 1,5 v Víi tÇn sè nhá chän ®Ìn MII41 ta cã : Vcf =15 v ; IK =150 mA ; fa = 1MHz ; IK0 = 25 mA; b = 10¸ 50 TÝnh RK®Ó ®¶m b¶o cho m¹ch lËt tr¹ng th¸i : RK < = 2,2 K CK lµ ®iÖn dung tiÕp gi¸p vect¬ vµ b»ng 600pF MÆt kh¸c ta cã : RK³ VËy chän: RK = 1K TÝnh l¹i : IK = §iÖn dông t¨ng tèc C7. Yªu cÇu C7 > CK míi khö ®­îc ¶nh h­ëng cña CK khi lµm viÖc. C7 = Chän: C7 = 22 nF R6 = 81 K d E vµ dR lµ ®é mÊt æn ®Þnh cña nguån cung cÊp vµ cña ®iÖn trë. - §iÖn trë ph¶n håi R7 . R7 =( 1-2dR ) RK Trong ®ã N lµ hÖ sè nÐn tÝn hiÖu ®ång pha cña tÇng vi sai . N = 20 lg() TrÞ sè N cã thÓ chän tõ -60 ¸ 100 dB R7 = 5,8 K . Chän chuÈn R7 = 5 K §iÖn trë vi ph©n Rf1 t¹o víi C5 lµm nhiÖm vô vi ph©n. Chän Rf1 = 15K Tô vi ph©n ®Çu vµo C5: C5 = 0,05.10-3 mF = 550 nF C¸c ®i«t §5 vµ §6 chØ cÇn chän lo¹i cã néi trë bÐ nªn ta dïng 0A1160. * HiÖu chØnh m¹ch: Tr¹ng th¸i ®Çu tiªn cho mét ®Ìn th«ng vµ mét ®Ìn t¾t . NÕu kh«ng t¹o ®­îc tr¹ng th¸i n©µy th× th× thay ®æi trë vµ tô t¨ng tèc R7R8 vµ C7 C8. R = 5 ¸ 15 K ; C = 5 ¸ 100nF Thö ®é nh¹y Trig¬: Dïng thÕ ®Êt kÝch trùc tiÕp vµo ®Ìn cùc gèc ®ang th«ng, nÕu ®Ìn lËt tr¹ng th¸i lµ ®ñ ®é nh¹y. NÕu kh«ng ®­îc th× thay ®æi RK trong kho¶ng 1 ¸ 3K vµ t¨ng R6 tõ 10 ¸ 100 K. Khi lµm viÖc nÕu Trig¬ kh«ng gi÷ ®­îc tr¹ng th¸i mµ lËt theo nhÞp cña ®a hµi th× chän ®i«t cã kh¶ n¨ng chÞu ¸p ng­îc lín h¬n (tøc lµ dÆc tÝnh cã IK ng­îc nhá) hoÆc ghÐp nèi tiÕp thªm ®i«t ®Ó cã ng­ìng më lín h¬n. * Bé lÖnh ph¸t xung ra 4 nhÞp nh­ng thùc hiÖn c¸c b­íc trªn ®Ó ®iÒu khiÓn hÖ thèng lµm viÖc lµ nhiÖm vô cña c¸c r¬ le tiÕp ®iÓm nèi ë ®Çu ra cña ®a hµi Trig¬. V× thÕ ë sau c¸c bé nµy ®Òu m¾c thªm mét kho¸ ®iÖn tö ®Ó ®ãng c¾t c¸c r¬ le ®ã. TÝnh to¸n kho¸ víi yªu cÇu lµm viÖc ë chÕ ®é b·o hoµ vµ c¾t dßng v× r¬ le cã V nh¶ kh¸ lín. ë ®©y dïng r¬ le PC-5 vµ PC-3 cã V hót = 12 v ; I =125 mA ; U nh¶ = 0,6 U hót = 7,2 V Chän kho¸ lµ ®Ìn n-p-n lo¹i KV612 cã: IKm = 3 A ; UKm = 80 v ; b =20 ¸ 65 ; Pm =10 w TÝnh trë t¶i: - Dßng colect¬: IK = IT = 0,125 A - Dßng Baz¬ : I6 = §iÖn trë Baz¬: R6 = 3- M¹ch ®a hµi ®îi: Yªu cÇu: Ur = 10 v ; fv = 0,1 ¸ 1Hz Nguån cung cÊp : EK = 12v Chän URE = 1¸3 v ®Ó ®¶m b¶o tr¹ng th¸i ®Çu T3 t¾t T4 th«ng chän URE = 2 V §iÖn trë Colect¬ RK4 ³ MÆt kh¸c: RK4 < VËy chän chuÈn RK14 =1K Chän ®Ìn KC149: RE= Chän : RE = 220W Rb4 £ bmin Chän: Rb4 = 75K S lµ hÖ sè khi xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña t¶i: S = RK3 ³ §iÖn trë ph©n ¸p: URE ³ ® Dßng Colect¬: IK3 = Dßng Baz¬ : Ib3 = Dßng qua ph©n ¸p : Ifa = ( 10¸20)Ib3 = 20.22 = 440 mA Trë ph©n ¸p : R = R4+R5 = VËy: R4 = 27K ; R5 = 3K Tô C: Chän: tô C = 10mF §é réng s­ên xung : tx < Chän: tx = 1 s ; Víi C = 10mF th× tÇn sè lµm viÖc cña m¹ch lín rÊt nhiÒu so víi tÇn sè lµm viÖc cña xung vµo. Nh­ vËy ®¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng tèt. 4- M¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n ViÖc tÝnh chän linh kiÖn phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cho tr­íc ë ®©y yªu cÇu : Urmax = ± 10 V ; Ir = 10 mA ; K = 10 4 Víi hÖ sè K§ lµ 104 ta chän 4 tÇng khuÕch ®¹i nh­ h×nh vÏ. * TÝnh tÇng ra. TÇng ra lµ tÇng ®Èy kÐo t¶i Emit¬. - Chän nguån: EK = (1,1¸1,2) URmax = 1,2.10 = 12 V - Chän: EK = ±12 V - §iÖn trë t¶i: Rt = = 1,2K §Ó m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh chän Rt = 3K §iÖn ¸p ng­îc ®Æt vµo ®Ìn gi¶ thiÕt khi T14 th«ng vµ T13 t¾t UEKng = 2EK = 24 V - Chän ®Ìn: C¨n cø vµo IKmax vµ UKEng ta chän T13 lµ ®Ìn n-p-n KC149 Ýt bÞ ¶nh h­ëng cña nhiÔu vµ ån , cã c¸c tham sè : b = 240 ¸ 900 ; fa = 150 MHz T14 lµ ®Ìn thuËn 0C1071 cã : b = 47 ; fa = 4,5 MHz ; UKE = 32V ; IKMax = 50 mA ; P = 125 mw Trë ch«ng ng¾n m¹ch R26 , R27 Dßng ch¹y qua T13nã th«ng hoµn toµn lµ: IKT7 max ³ 100 mA R26 = R27 = = 120 (W) Chän ®iÖn trë chuÈn R26 = R27 = 56 (W) TÝnh ®iÖn ¸p ra khi cã R26 vµ R27 Umax = E K -IK . R26 =12 - 10 . 56 = 11,5 V VËy Ur ®¶m b¶o yªu cÇu. - Dßng Baz¬ ®Ìn: IbT13 = IbT14 = * TÇng khuÕch ®¹i ®¬n - §iÖn trë Colect¬ R25 R25 lín th× K t¨ng song ®Ó ®¶m b¶o U1Rmax th× R 10 £ = 10 K - Dßng Colect¬: - IKT12 = - Chän T12 lµ ®Ìn n- p-n kÝ hiÖu KC509 cã b = 240 ¸ 900 ; I = 100 mA ; U = 25 mA - Dßng Baz¬: IbT12 = Chän §8 cã ¸p më trïng víi ng­ìng chÕt cña T13 vµ T14 ®Ó ®Æc tuyÕn ®i qua ®iÓm 0 . ë ®©y §8 chän lo¹i OA1160 cã ng­ìng më lµ 0,5 V. * TÇng khuÕch ®¹i vi sai trung gian: - Chän T10 vµ T11 t­¬ng tù cã IK0 = 4,5 mA chèng ®­îc tr«i. §Ó ®¶m b¶o æn ®Þnh chän: IKT10 = 100 IbT12 = 100.4,8 = 480 mA = 0,48 mA T12 lµ ®Ìn n-p-n cã UbE = 0,5 ¸ 0,8 V Chän UbET12 = 0,6 V R21 = = 1,25 K Chän R21 = R22 = 2K ; R24 = 4K - §iÖn trë R23 : Dßng IR23 = 2IKT10 = 2. 0,48 = 0,96 mA R23 = V× T12 lµm viÖc ë chÕ ®é A víi UK = 4v nªn chän R23 = 8 K - TÝnh l¹i: IR23 = = 1mA; IbT10 = * TÇng ®Çu vµo: - TÝnh IKT7 = IKT8 ³ IbT10 .10 = 10 mA = 0,1 mA - Trë Colect¬: R13 = R15 = = 80 K Chän chuÈn R13 = R15 =75K - Chän biÕn trë R14 = 47 K Tõ Umax vµ Imax chän ®Ìn n-p-n lo¹i KC149 Dßng ®Çu vµo: IbT7 = IbT8 = =0,36mA - Chän Trë ®Çu vµo R10 = R11= 3K R12 = R17= 27K * Côm nguån æn dßng Chän ¸p UbT9 = 6 V: R18 = Chän R18 =20K - Chän T9 gièng nh­ T7 vµ T8 - Dßng qua ph©n ¸p: IR20 = ( 10 ¸ 50 ) IbT9 = 50 . 7,4= 370 mA Trë ph©n ¸p: R20 = R19 = = 16,2K R20 = R19 = 18 K - Chän §7 gièng nh­ §8 ®Ó phï hîp víi ng­ìng më cña T9 - HÖ sè khuÕch ®¹i : - HÖ sè khuÕch ®¹i tÇng 1: K = trong ®ã Rt1 = R11 // RK R11 = RbT10 + (b +1 ) RT1 = = 2,8 K R10m = RbT7 + (b +1 ) VËy: K1 = HÖ sè khuÕch ®¹i tÇng 2: K2 = Rt2 = R21 // RVT12 RVT12 = RbT12 + (b +1 ) RT2 = = 0,98 K VËy: K2 = HÖ sè khuÕch ®¹i tÇng 3: K2 = HÖ sè khuÕch ®¹i tÇng 4. §©y lµ tÇng ®Èy kÐo t¶i Emit¬ nªn K4 @1 . HÖ sè khuÕch ®¹i toµn m¹ch. K = K1 K 2.K3.K4 = 10,6 . 10 . 436 .1 = 46254 K > 10 4 nh­ vËy ®Ó ®¶m b¶o hÖ sè khuÕch ®¹i yªu cÇu * HiÖu chØnh: ViÖc hiÖu chØnh ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng ®Çu vµo trë ®i. Hai tÇng ®Çu lµ tÇng khuÕch ®¹i vi sai, nhiÖm vô chñ yÕu lµ chèng tr«i, hÖ sè khuÕch ®¹i nhá . M¹ch khuÕch ®¹i cã nhiÖm vô ®¶m b¶o hÖ sè khuÕch ®¹i lín . §Ó ®¶m b¶o ¸p ra hai cùc tÝnh vµ ®ñ c«ng suÊt ®­a ra t¶i, tÇng ra ph¶i lµ tÇng ®Èy kÐo m¾c t¶i Emit¬. - V× tr«i tÇng ®Çu nªn ë tÊng nµy dïng nguån æn dßng gåm T9, §7, R20, R19, R18, yªu cÇu chän T7 vµ T8 vµ c¸ trÞ sè trë R13, R15, R12, R17, R 10, R11 ph¶i c©n nhau. - Víi tÇng 2 còng lµm nh­ tÇng ®Çu, sau ®ã nèi ®Çu ra tÇng 1 víi ®Çu vµo tÇng 2, hiÖu chØnh cho UKT10 = 11,5 v nhê R23 = 5 ¸ 10 K - TÇng khuÕch ®¹i ®¬n gi¶n yªu cÇu lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i do vËy ®iÒu chØnh R25 = 5 ¸ 15 K. - Cuèi cïng ®iÒu chØnh chÕ ®é lµm viÖc cña toµn m¹ch .LÊy hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch lµ 9 , tÝnh R28 = K .R11 = 9*3 = 27 K L¾p R28 vµo ®Çu ®¶o pha - §Ó bï tÇn sè do hiÖn t­îng ký sinh g©y ra , dïng tô C9 vµ C10 . Chän C9 = 4700pF vµ C10 = 0,01mF §Æt tÝnh cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n trªn h×nh sau : §ång pha §¶o pha Ur[v] Ur[v] M¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n cã yªu cÇu khi chän cµng gi¶m lo¹i ®Ìn cµng tèt . Do vËy ë ®©y ta chän c¸c ®Ìn cïng lo¹i mÆc dï tham sè cã h¬i thõa . 5- M¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n t¹o vïng kh«ng nh¹y. C¸c ®i«t §12 vµ §11 ®­îc chän sao cho ng­ìng më cña nã b»ng gi¸ trÞ Utd mµ ta ®· chän , ë ®©y dïng ®i«t lo¹i OA1160, c¸c chiÕt ¸p CA1 , CA2 lo¹i 47 K. Muèn bá mét trong hai nh¸nh cña ®iÖn ¸p ra , ë ®©y ta chØ lÊy ra Ur mang dÊu (+ ) th× vÆn con tr­ît chiÕt ¸p vÒ phÝa gi¶m R416 tíi 0. 6- TÝnh to¸n tô ®iÖn trong bé ghi nhí. ViÖc tÝnh to¸n tô ®iÖn lµm nhiÖm vô ghi nhí ph¶i ®¶m b¶o ®ñ n¨ng l­îng ®Ó cho bé so s¸nh lµm viÖc chÝnh x¸cvµ cã kh¶ n¨ng gi÷ ®­îc n¨ng l­îng trong chu kú lµm viÖc Do vËy nÕu chän C lín sÏ cã thêi gian phãng ®iÖn dµi, khi so s¸nh tô vÉn gi÷ mét l­îng ¸p d­. Cß nÕu chän C nhá qu¸ sÏ kh«ng du n¨ng l­îng ®Ó so s¸nh vµ còng kh«ng gi÷ ®­îc ®iÖn ¸p trong chu k× lµm viÖc. ë ®©y ta tÝnh C sao cho n¨ng l­îng nã tÝnh ®­îc ®ñ ®Ó më tÇng khuÕch ®¹i vi sai cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n. - §iÖn ¸p n¹p trªn tô: q = CU hay Dq = CDU Dq lµ sè gia ®iÖn tÝch: Dq = idt = I tb.tt® tt® : lµ thêi gian qu¸ ®ä cña tranzito. DU lµ ®ä sôt ®iÖn ¸p ( 0,055v). - Dßng ®iÖn trung b×nh x¸c ®Þnh dùa vµo bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n: Itb = Ib + IK Ib = IR = Itb = 0,37 + 0,33 = 0,7 mA tS t tng tf t t 0,9 I IB I §Ó tÝnh tt® dùa vµo d¹ng c¸c dßng ®iÖn ë ®Çu ra vµ ë ®Çu vµo cña Tranzito víi s¬ ®å cùc ph¸t chung. ts : Thêi gian ®èn m¹ch tng : Thêi gian ng¾t m¹ch tf : Thêi gian tiªu t¸n t : Thêi gian tån t¹i xung Cã c«ng thøc: tt® = t 1ln mµ t1 = Víi ®Ìn KC149 cã b = 275 ; fa = 150MHz ; IKm = 100mA VËy: t1 = tt® = 0,265.10-6.ln Trong ®ã: IBC = = 0,043.10-2 Cuèi cung ta cã : Dq = I .Dt = 0,7.10-3 .0,61 = 0,247 . 10-9 C Tô ®iÖn : C = - Gi¸ trÞ cña tô C tÝnh trªn lµ trÞ sè nhá nhÊt d­ ®Ó cho bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n t¸c ®éng . Song trong thùc tÕ ë n­íc ta ®é Èm vµ nhiÖt ®é cao, bôi bÈn nhiÒu nªn l­îng ®iÖn tÝch dß øng víi thêi gian cña chu k× dµi 20 (s) sÏ rÊt lín. Do ®ã tô C ph¶i chän víi trÞ sè ®ñ ®Ó t¸c ®éng bé so s¸nh khi ®· tÝnh ®Õn l­îng ®iÖn tÝch dß ë d©y chän C = 10mF. NÕu chän C qu¸ lín th× ë cuèi qu¸ tr×nh ®iÖn tÝch d­ cßn nhiÒu nªn viÖc ghi nhí lÇn sau sÏ kh«ng chÝnh x¸c. 7- Chän ®éng c¬: V× ®éng c¬ ®iÖn cña ta dïng ®Ó kÐo con tr­ît trªn biÕn trë nªn chØ cÇn chän ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu c«ng suÊt nhá cã c¸c th«ng sè nh­ sau: Uv = 12V ; UKT = 15 V ; P = 12,5w PhÇn V Kh¶o s¸t chÊt l­îng hÖ thèng - PhÇn trªn ta ®· biÕt mét vµi øng dông cña hÖ thèng tù ®éng t×m cùc trÞ trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp. Tõ ®ã cã nhËn xÐt sau: + §Æc ®iÓm næi bËt cña hÖ cùc trÞ lµ: - ë ®èi t­îng hay ë bé ®iÒu chØnh cã kh©u phi tuyÕn kh«ng ®¬n trÞ ®­îc m« t¶ to¸n häc b»ng ph­¬ng tr×nh ®¹i sè bËc hai hay cao h¬n. - V× khi tù dao ®éng xung quanh ®iÓm cùc trÞ hÖ cùc trÞ t­ ®éng ®¶o chiÒu nªn viÖc ®¶o chiÒu ®­îc dïng lµm dÊu hiÖu c¸c ®Æc biÖt ®Ó ®¸nh dÊu tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ thèng ®èi víi ®iÓm cùc trÞ cña m×nh. - Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, hÖ thèng cã thÓ cã hoÆc kh«ng cã qu¸n tÝnh tuú theo tÝnh chÊt cña ®èi t­îng. - ChÊt l­îng cña hÖ thèng tù ®éng t×m cùc trÞ phô thuéc nhiÒu vµo d¹ng ®Æc tÝnh tÜnh cña ®èi t­îng vµ møc ®é qu¸n tÝnh cña hÖ thèng. * Sau ®©y ta sÏ tiÕn hµnh kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vµ ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña hÖ thèng th«ng qua viÖc nghiªn cøu tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ®éng häc cña nã. I. S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng. 1- S¬ ®å cÊu tróc: Tõ s¬ ®å nguyªn lý ®· xÐt ë phÇn tr­íc ta tiÕn hµnh x©y dùng s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng tù ®éng t×m cùc trÞ kiÓu b­íc. ViÖc x©y dùng s¬ ®å cÊu tróc dùa trªn nguyªn t¾c. Thay thÕ c¸c khÝ cô t¸c ®éng thùc tÕ trong s¬ ®å nguyªn lý b»ng c¸c kh©u ®éng häc ®iÓn h×nh cã moo t¶ to¸n häc t­¬ng ®­¬ng víi tr¹ng th¸i t¸c ®éng cña c¸c khÝ cô ®ã. - Sù t­¬ng ®­¬ng vÒ nguyªn t¾c ®éng ë s¬ ®å nguyªn lý vµ m« t¶ to¸n häc ë s¬ ®å cÊu tróc nh­ sau: + VÒ ®èi t­îng cã ®Æc tÝnh cùc trÞ thÓ hiÖn b»ng ®Æc tÝnh tÜnh theo quan hÖ y = f(x) ë hai s¬ ®å ®Òu nh­ nhau. + Bé ph¸t lÖnh ë s¬ ®å nguyªn lý ®­îc m« h×nh ho¸ b»ng hai phÇn tö xung PIX1 vµ PIX2 trªn s¬ ®å cÊu tróc. Hai phÇn tö xung nµy t¸c ®éng theo chu kú 4 b­íc cña bé ph¸t lÖnh. + Bé nhí ë hai s¬ ®å nh­ nhau nghÜa lµ gåm tô ho¸ C1 vµ C2 . + PhÇn tö so s¸nh ë s¬ ®å cÊu tróc lµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n ë s¬ ®å nguyªn lý. + Bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n t¹o vïng kh«ng nh¹y vµ trig¬ trong s¬ ®å nguyªn lý ®­îc ký hiÖu lµ phÇn tö dÊu (PTD) ë s¬ ®å cÊu tróc. + Kh©u chÊp hµnh ë s¬ ®å cÊu tróc chÝnh lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ë s¬ ®å nguyªn lý. + NÕu kh«ng xÐt tíi tÝnh qu¸n tÝnh cña ®èi t­îng th× s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng ®­îc vÏ nh­ sau: y x §T CH P.T.D PTX2 BN1 BN2 PTX1 yn-1 yn y H×nh 5-1: S¬ ®å cÊu tróc hÖ tù ®éng t×m cùc trÞ kiÓu b­íc. 2- Nguyªn t¾c ho¹t ®éng. TÝn hiÖu ®Çu ra y cña ®èi t­îng ®­îc ®­a tíi bé nhí mét c¸ch gi¸n ®o¹n trong tõng kho¶ng thêi gian Dt nhê PTX1. T¹i thêi ®iÓm t = nDt tÝn hiÖu ®Çu ra ®ã sÏ lµ yn ®­îc ®­a vµo BN, ®Çu ra cña BN ®­a tíi phÇn tö so s¸nh. PhÇn tö nµy sÏ tiÕn hµnh so s¸nh tÝn hiÖu ®Çu ra tøc thêi Yn víi gi¸ trÞ tÝn hiÖu ®Çu ra tr­íc ®ã mét b­íc lµ Yn-1 ®· gi÷ trong bé nhí. Nh­ vËy ®Çu ra cña phÇn tö so s¸nh lµ: DYn = Yn - Yn-1 - ë thêi ®iÓm sau ®ã, lóc t = (n+1) Dt th× gi¸ trÞ Yn-1 bÞ xo¸ ®i, gi¸ trÞ Yn ®­îc nhí l¹i, BN sÏ ghi tÝn hiÖu míi Yn+1 ®Ó tiÕn hµnh so s¸nh b­íc nµy, ®ång thêi ®Çu vµo PTD xuÊt hiÖn tÝn hiÖu míi lµ: DYn+1 = Yn+1 - Yn NÕu DY ³ 0,055v (ë ®©y 0,055v chÝnh lµ gi¸ trÞ e mµ ta ®· giíi thiÖu ë phÇn tr­íc) th× PTD t¸c ®éng ®ãng r¬le lµm ®¶o chiÒu ®éng c¬ chÊp hµnh. NÕu DY < 0,055v th× PTD gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i vµ ®éng c¬ tiÕp tôc quay theo chiÒu cò. - Gi÷a PTD vµ CH cã PTX2, phÇn tö xung nµy ®ãng c¾t theo lÖnh cña bé chØ huy sÏ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ quay theo ®óng c¸c b­íc ®· ®Þnh s½n. II. Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn x¸c ®Þnh chÊt l­îng cña hÖ thèng. 1- §Æc tÝnh ®éng häc cña c¬ cÊu chÊp hµnh. - C¬ cÊu chÊp hµnh cña hÖ cùc trÞ kiÓu b­íc lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song, l­îng vµo lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬, cßn l­îng ra lµ tèc ®é gãc (hay gãc quay), ë ®©y coi tõ th«ng kÝch tõ cña ®éng c¬ kh«ng ®æi. - Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: Uv = iuR­ + L­ + Kcn - Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m«men khi kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña phô t¶i: M® = KM I­ = - Gi¶i hai ph­¬ng tr×nh trªn cã hµm truyÒn cña §: W(p) = Trong ®ã: KD = 1/Ce TE = : H»ng sè thêi gian ®iÖn tõ. TM = : H»ng sè thêi gian ®iÖn c¬. - NÕu l­îng ra lµ gãc quay j, dùa vµo: j(p) = ta cã: W(p) = V× DCH nhá, bá qua TE vµ TM cã thÓ coi §CH lµ mét kh©u tÝch ph©n lý t­ëng cã: W(p) = vµ hµm qu¸ ®é h(t) = k(t) 1(t) 2- C¸c th«ng sè chÊt l­îng: - ChÊt l­îng cña hÖ thèng t×m cùc trÞ ®­îc ®¸nh gi¸ bëi c¸c th«ng sè sau ®©y: + Thêi gian t×m ®Õn cùc trÞ (tt×m ): lµ thêi gian tÝnh tõ lóc hÖ b¾t ®Çu lµm viÖc ë mét vÞ trÝ nµo ®ã trªn ®Æc tÝnh tÜnh cña ®èi t­îng ®Õn lóc hÖ thèng tíi ®iÓm cùc trÞ. + Tæn thÊt t×m (Pt): lµ ®é sai lÖch trung b×nh trong mét chu kú dao ®éng quanh ®iÓm cùc trÞ. + Tæn thÊt l¾c (P1): lµ hiÖu sè gi¸ trÞ l­îng vµo lín nhÊt xmax vµ l­îng vµo nhá nhÊt xmin trong mét chu kú. + Chu kú dao ®éng quanh ®iÓm cùc trÞ (Tt): lµ thêi gian tÝnh tõ lôc hÖ thèng ®i tõ vÞ trÝ c©n b»ng nµy cho ®Õn khi hÖ trë vÒ ®óng vÞ trÝ ®ã trong chu kú æn ®Þnh. HÖ thèng ®­îc ®¸nh gi¸ lµ cã chÊt l­îng tèt khi Pt , P1, T nhá vµ Tt ng¾n. Ng­êi ta x¸c ®Þnh chÊt l­îng cña hÖ thèng nhê c¸c ®­êng ®Æc tÝnh ®Çu vµo x(t), ®Çu ra y(t) cña ®èi t­îng. Ta sÏ x©y dùng ®Æc tÝnh trªn khi ®èi t­îng cã ®Æc tÝnh tÜnh d¹ng parabol víi cùc trÞ lµ cùc ®¹i. 3- §Æc tÝnh ®Çu vµo cña ®èi t­îng x = x(t). Tõ s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng, ta thÊy r»ng l­îng vµo x cña ®èi t­îng do CH t¹o nªn, trong ®ã ®éng c¬ chÊp hanh ®­îc coi lµ kh©u tÝch ph©n lý t­ëng. Khi lµm viÖc gãc quay j cña §CH lµm thay ®æi vÞ trÝ con tr­ît trªn biÕn trë ®iÒu chØnh nghÜa lµ lµm biÕn ®æi l­îng vµo x cña ®èi t­îng ®iÒu khiÓn. Do ®ã ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh ®Çu vµo ®èi t­îng lµ: x = xo ± KD . t Trong ®ã: xo : lµ ®iÓm lµm viÖc ban ®Çu. K§ : lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña §CH hay chÝnh lµ tèc ®é dÞch chuyÓn con tr­ît trªn biÕn trë. (DÊu (+) øng víi sù chuyÓn ®éng cña DCH lµm t¨ng l­îng vµo cña ®èi t­îng, dÊu (-) ng­îc l¹i. DCH chØ cã tÝn hiÖu vµo khi PTX2 t¸c ®éng, trong mét chu kú lµm viÖc cña bé ph¸t lÖnh th× PTX2 chØ t¸c ®éng ë nhÞp thø hai. Nh­ vËy quan hÖ x = xo ± KD.t kh«ng ph¶i lµ ®­êng th¼ng liªn tôc mµ lµ ®­êng gÉy khóc t¨ng theo chiÒu t¨ng cña thêi gian t. Kho¶ng thêi gian t¨ng ®ã ký hiÖu lµ Dt - lµ thêi gian duy tr× mét lÖnh cña bé ph¸t xung. Do vËy khi ®· biÕt xo , KD, Dt sÏ vÏ ®­îc ®­êng x = x(t). 4- §Æc tÝnh ®Çu ra cña ®èi t­îng y = y(t). §Æc tÝnh y = y(1) ®­îc suy ra tõ ®Æc tÝnh tÜnh vµ ®Æc tÝnh ®Çu vµo cña ®èi t­îng. Gi÷a x vµ y cã quan hÖ y = f(x) v× thÕ nÕu biÕt x = x(t) ta sÏ x¸c ®Þnh ®­îc y theo biÓu thøc y =f(x) = f[x(t)]. 5- §Æc tÝnh tr¹ng th¸i t¸c ®éng cña PTD. Bé PTD nµy ®Æt ë ®Çu ra cña bé so s¸nh. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p nhí trªn hai tô sau khi so s¸nh vµ khuÕch ®¹i sÏ ®Æt vµo ®Ó kÝch PTD. ë ®©y chän ng­ìng t¸c ®éng cña phÇn tõ dÊu lµ Utd = 0,5v. NÕu utd < 0,5v th× PTD gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i, DCH tiÕp tôc quay theo chiÒu cò. NÕu Utd ³ 0,5 v th× PTD lËt tr¹ng th¸i ®ãng ®iÖn cho t¶i cña nã lµ r¬le, tiÕp ®iÓm cña r¬le sÏ ®¶o chiÒu cho DCH quay ng­îc víi h­íng cò. Ta ký hiÖu tr¹ng th¸i t¸c ®éng cña PTD lµ: K = + 1 trong kho¶ng thêi gian cã > 0 K = - 1 trong kho¶ng thêi gian cã < 0 6- Chän b­íc tèi thiÓu Dx. XuÊt ph¸t tõ tÝnh chÊt t¸c ®éng cña bé PTD vµ yªu cÇu cña hÖ cùc trÞ kiÓu b­íc, mét vÊn ®Ò quan träng ®Æt ra lµ gi¸ trÞ b­íc Dx cña l­îng vµo ph¶i chän nh­ thÕ nµo ®Ó hÖ thèng lµm viÖc tèt nhÊt, ®¶m b¶o ®­îc c¸c chØ tiªu chÊt l­îng. TrÞ sè tèi thiÓu cña Dx lµ trÞ sè mµ øng víi nã Dy ®ñ ®Ó PTD t¸c ®éng ®­îc: Dy = Trong ®ã: KT lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Nh­ vËy trÞ sè tèi thiÓu cña Dx phô tuéc d¹ng ®Æc tÝnh cña ®èi t­îng, yªu cÇu chÊt l­îng cña hÖ thèng vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n. - Víi c¸c d¹ng ®Æc tÝnh ®èi t­îng kh¸c nhau Dx ph¶i ®¶m b¶o sao cho l­îng chªnh ¸p Dy do nã g©y ra lµ nhá nhÊt nh­ng ®ñ ®Ó PTD t¸c ®éng ®­îc. III. Kh¶o s¸t chÊt l­îng cña hÖ thèng trong tr­êng hîp cã qu¸n tÝnh. Thùc tÕ phÇn lín c¸c hÖ thèng tù ®éng t×m cùc trÞ ®Òu cã qu¸n tÝnh nghÜa lµ sau mét kho¶ng thêi gian t nµo ®ã tõ lóc cã tÝn hiÖu x ®i vµo ®èi t­îng ®iÒu khiÓn, tÝn hiÖu ra y míi ®­îc x¸c ®Þnh. Trong tr­êng hîp nµy quan hÖ gi÷a l­îng vµo vµ l­îng ra kh«ng biÓu thÞ b»ng ph­¬ng tr×nh ®¹i sè mµ ®­îc viÕt d­íi d¹ng ph­¬ng tr×nh vi ph©n. Víi ®èi t­îng lµ lß c¸n thÐp cã thÓ coi nh­ gåm hai kh©u m¾c nèi tiÕp: kh©u qu¸n tÝnh bËc hai vµ ®Æc tÝnh tÜnh cña lß: y x u(t) x(t) y(t) H×nh 5-2 Sau ®©y ta sÏ kh¶o s¸t chÊt l­îng cña hÖ thèng cã qu¸n tÝnh b»ng ph­¬ng ph¸p ®å thÞ gi¶i tÝch. 1- Víi ®èi t­îng cã ®Æc tÝnh d¹ng Parabol. y x §T CH PTX2 BN1 BN2 PTX1 yn-1 yn y(t) P.T.D x(t) W(p) u(t) H×nh 5-3 TÝn hiÖu ®Çu vµo u = u(t) t¸c ®éng vµo kh©u qu¸n tÝnh bËc hai cã hµm truyÒn ®¹t: W(p) = V× §CH chØ lµm viÖc t­¬ng øng víi lÖnh thø hai cña bé ph¸t lÖnh nªn u(t) lµ mét ®­êng th¼ng g·y khóc. V× vËy ®Ó x©y dùng ®Æc tÝnh qu¸ ®é x = x(t) tr­íc hÕt ph¶i xÐt ph¶n øng cña kh©u qu¸n tÝnh bËc hai d­íi t¸c dông cña tÝn hiÖu vµo d¹ng l(t)kt. §Æc tÝnh qu¸ ®é x = x(t) sÏ lµ kÕt qu¶ xÕp chång theo thêi gian ph¶n øng cña kh©u khi cã tÝn hiÖu t¸c ®éng vµo. Nh­ ®· biÕt, trong bèn nhÞp cña bé ph¸t lÖnh §CH chØ lµm viÖc t­¬ng øng víi nhÞp thø hai, xung nhÞp nµy ®­îc ph©n tÝch thµnh hai xung. 1 Nh­ vËy tÝn hiÖu 1(t) kt tõ §CH ®­a vµo kh©u qu¸n tÝnh hay nãi c¸ch kh¸c ®Æc tÝnh ®éng häc ®Çu vµo u = u(t) sÏ lµ sù xÕp chång liªn tiÕp c¸c ®­êng th¼ng: 1(t)kt; - 1(t-t1)k (t=t1); 1(t-t2)k(t-t2) ; -1(t-t3)k(t-t3) ; 1(t-t4)k(t-t4) KÕt qu¶ sÏ ®­îc mét ®­êng cong g·y khóc t¨ng gi¸n ®o¹n víi hÖ sè k. l(t)kt t u(t) u(t) H×nh 5-4 Dïng thÐp biÕn ®æi Laplace xÐt ph¶n øng cña kh©u qu¸n tÝnh d­íi tac ®éng cña tÝn hiÖu 1(t)kr. U(p) y x W(p) X(p) Y(p) ¶nh biÕn ®æi Laplace cña tÝn hiÖu vµo 1(t)kt lµ: l(t)kt Û 1/P2 . TÝn hiÖu ra cña kh©u qu¸n tÝnh: X(P) = Ph©n tÝch ra ®a thøc: X(P) = + + + (5-1) MÉu sè chung: P2 (T1P + 1)(T2P + 1) Gi¶i (5-1) cã: K§ = A(T1P + 1) (T2P+1+) + BP(T1P + 1) (T2P + 1) + CP2 (T2P+1) + DP2 (T1P+1) K§ = A[T1T2P2 + P((T1 +T2) + 1] + CT2P3 + CP2 + DT1P3 + DP2 + + BP(T1T2P2 + P(T1+ T2) + 1] = AT1T2P2 + AP(T1 + T2) + A + B T1T2P3 + BP2(T1+T2) + BP + P3(CT2 + DT1) + P(C+D) = P3(B T1T2 + CT2 + DT1) + P2[A T1T2 + B(T1+T2) + C + D ] + + P[A(T1T2) + B] + A Cuèi cïng ta cã: A = K§ (a) B T1T2 + CT2 + DT1 = 0 (b) A T1T2 + B (T1+ T2) + C + D = 0 (c) A(T1+ T2) + B = 0 (d) Tõ (d) cã: B = -A(T1+ T2) = - K§(T1+ T2) (c) : C = -A T1+ T2 - B(T1+ T2) - D (b) : - K§(T1+ T2)T1 T2 + T2 [-AT1 T2 - B(T1+ T2) - D] + DT1 = 0 ® - K§(T1+ T2)T1T2 -AT1T22 - BT2(T1+ T2)-DT2 + DT1 = 0 D = - Chän T1 = 5s, T2 = 10s th×: A = K§ ; B = -15 K§ ; C = - 25 K§ ; D = 200 K§ Thay vµo (4-1) cã: X(p) = - - + = - - + BiÕn ®æi Laplace ng­îc l¹i ta cã: x(t) = K§t - 15K§1(t) - 5K§e-0,2t + 20K§e-0,1t x(t) = 5K§ (4 e-0,1t - e0,2t + 2,2t - 3) øng víi mçi gi¸ trÞ cña t sÏ cã mét gi¸ trÞ cña x. Tõ ®ã ta vÏ ®­îc ®­êng x = x(t) khi t¸c ®éng vµo kh©u qu¸n tÝnh tÝn hiÖu 1(t) K(t). B»ng ph­¬ng ph¸p ®å thÞ gi¶i tÝch viÖc vÏ x(t) lÇn l­ît tiÕn hµnh theo tr×nh tù sau: - Tr­íc hÕt cho t¸c ®éngvµo kh©u qu¸n tÝnh tÝn hiÖu K(t). Chän K§ = 0,2 ph¶n øng cña kh©u sÏ lµ: x1(t) = 4e-0,2t - e-0,2t + 0,2t - 3 Gi¶ sö khi t = 10s ta cã: 4e-0,1t = 1,476 ; e-0,2t = 0,1353; 0,2t = 2 Þ x1(t) = 0,3363 LÇn l­ît víi c¸c gi¸ trÞ cña t ta x©y dùng ®­îc b¶ng sau: B¶ng 5-1: t(s) 5 6 8 10 12 14 15 16 4e-0,1t 2,427 2,195 1,797 1,431 1,207 0,986 0,829 0,807 e-0,2t 0,367 0,294 0,201 0,135 0,09 0,06 0,049 0,04 0,2t 1 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3 3,2 x1 0,059 0,1 0,159 0,336 0,516 0,725 0,842 0,967 t(s) 18 20 22 24 25 30 35 40 4e-0,1t 0,661 0,541 0,443 0,362 0,328 0,199 0,12 0,073 e-0,2t 0,027 0,018 0,012 0,008 0,006 0,002 0,00 0 0,2t 3,6 4 4,4 4,8 5 6 7 8 x1 1,233 1,523 1,831 2,154 2,321 3,196 4,119 5,073 t(s) 45 50 55 60 65 70 75 80 4e-0,1t 0,044 0,026 0,016 0,009 0,006 0,003 0,002 0,001 e-0,2t 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2t 9 10 11 12 13 14 15 16 x1 6,044 7,026 8,016 9,009 10,06 11,03 12,02 13,01 t(s) 85 90 95 100 105 110 115 120 4e-0,1t 0 0 0 0 0 0 0 0 e-0,2t 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2t 17 18 19 20 21 22 23 24 x1 14 15 16 17 18 19 20 21 - Víi tÝn hiÖu vµo lµ xung 1(t)K9t) tån t¹i trong kho¶ng thêi gian t = Dt ®Õn t th× ph¶n øng cña kh©u qu¸n tÝnh sÏ lµ: x1 = x1(t) + x2(t) = x1(t) - x2(t- Dt) Tõ ®ã ta x©y dùng ®­îc b¶ng 5-2 vµ ®å thÞ biÓu diÔn x1(t) nh­ h×nh 5-5. B¶ng 5-2: t(s) 5 10 15 20 25 30 35 40 x1 0,059 0,277 0,506 0,680 0,798 0,875 0,923 0,953 t 45 50 55 60 65 70 75 80 x1 0,972 0,982 0,989 0,993 0,996 0,997 0,998 0,999 t 85 90 95 100 105 110 115 120 x1 0,9995 0,9996 ... ... 1 1 ... ... Gi¶ sö víi: t = 20 (s) x1(20s) = 1,523 x1(15s) = 0,08428 Þ x1(203 ) = 1,523 - 0,08428 = 0,6802 - Khi cã N xung t¸c ®éng t­¬ng tù sÏ cã thªm c¸c ®­êng xII , xIII, xIV, ... , xN(t). Trong ®ã: xII(t) = x1(t) + x2(t) + x3(t) + x4(t) xII(t) = x1(t) + x1(t-T) xIII(t) = x1(t) + x2(t) + ... + x6(t) = = x1(t) + x1(t-T) + x1(t-2T) Tõ ®ã cã c«ng thøc tæng qu¸t: xN(t) = = x1[t-(N-1)T] (5-2) N : thø tù cña ®­êng (sè b­íc); t : thêi gian; T : chu kú bé ph¸t lÖnh (T = 20s) Dùa vµo (5-2) vµ tr¹ng th¸i t¸c déng cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµm viÖc ë chÕ ®é r¬le víi ng­ìng t¸c ®éng lµ: Dy ³ ® Dy ³ = 0,055 Ta lËp ®­îc quan hÖ gi÷a x vµ t: x = K(N)x1(t - (N-1)T] (5-3) §­êng x(t) cã d¹ng nh­ ®å thÞ h×nh 4-6. Khi x qua gi¸ trÞ cùc ®¹i x* ta ph¶i kiÓm tra l­îng chªnh ¸p Dy cña ®èi t­îng ë c¸c b­íc tr­íc vµ sau x* xem PTD t¸c ®éng ë nh÷ng b­íc nµo nhê c«ng thøc: Dy = y2 - y1 = [-K2 (x2-a)2 + b] - [-K2(x1-a)2 + b] Tr­êng hîp cña ta PTD t¸c ®éng t¹i c¸c b­íc thø 11, 15, 19, 23, ... VÝ dô: - T¹i b­íc thø 11: x1 = 9,8257 ; x2 = 10,1319 Dy = -0,12(1,13)2 + 10 + 0,12(0,82)2 - 10 = 0,074 - T¹i b­íc 15: Dy = 0,08 - T¹i b­íc 19: Dy = 0,073 Tõ ®â©y dùng ®­îc b¶ng (5-3) biÓu diÔn quan hÖ x = x(t) theo c«ng thøc (5-3). B¶ng 5-3: t(s) 5 10 25 30 45 50 65 70 x(cm) 0,059 0,277 0,857 1,152 1,830 2,134 2,826 3,132 1 85 90 105 110 125 130 145 150 x 3,825 4,131 4,825 5,131 5,825 6,131 6,825 7,131 t 165 170 185 190 205 210 225 230 x 7,825 8,131 8,825 9,131 9,825 10,131 10,565 10,423 t 245 250 265 270 285 290 305 310 x 9,94 9,656 8,991 8,688 7,999 7,693 7,259 7,404 t 325 330 345 350 365 370 385 390 x 7,884 8,168 8,883 9,136 9,825 10,131 10,565 10,423 0,5 0 5 15 25 35 45 55 [s] t x1 [cm] 1 x1(t) x1(t) x2(t) H×nh 5-5 3,6 0 10 20 40 60 80 100 [s] t x [cm] -x1(t) xI x2 H×nh 5-6 3 2,4 2 1,6 1 0,4 x1 xII xIII 0 65 145 225 305 t(s) x [cm] Pl x* 8 6 5 3 1 H×nh 5-7 0 100 200 300 400 t(s) y (v) Pl = 2,5% 10 5 t = 260s PhÇn VI ThuyÕt minh s¬ ®å nguyªn lÝ Trªn s¬ ®å nguyªn lÝ ®éng c¬ §CH ®­îc ®¶o chiÒu b»ng c¸c r¬ le R R2, R3 . C¸c r¬ le nµy ®èng c¸t theo sù ®iÒu khiÓn cña c¸c bé t¹o lÖnh. Nguyªn lý lµm viÖc cña s¬ ®å nh­ sau : + Khèi t¹o lÖnh : Bao gåm c¸c m¹ch ®a hµi tù dao ®éng , ®a h×a ®îi vµ Trig¬ . - Gi¶ sö lóc ®Çu T2 th«ng , T1 t¾t lóc nµy do thÕ ®Æt vµo cùc gèc cña TK1 xÊp xØ b»ng kh«ng nªn TK1 sÏ kho¸ vµ R1 kh«ng cã ®iÖn ( ) Lóc nµy T4 sÏ th«ng vµ kh«ng cã xung ®­a vµo Trig¬ nªn T6 th«ng vµ T5 t¾t ® ThÕ ®Æt vµo cùc gèc cña TK2 lµ thÕ d­¬ng nªn TK2 sÏ th«ng ®R2 cã ®iÖn ( )vµ ®©y lµ tr¹ng th¸i thø nhÊt cña m¹ch . Trong qu¸ tr×nh T2 th«ng th× tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn vµ tô C2 phãng ®iÖn. Qu¸ tr×nh phãng cña tô C2 lµm cho thÕ cùc gèc C1 cã xu h­íng lªn, khi ®iÖn ¸p kho¸ ®¹t tíi ng­ìng kho¸ cña T2 th× T2 t¾t vµ T1 th«ng. Khi T1 th«ng T2 kho¸ th× trªn hai cùc ph¸t gãp cña T2 xuÊt hiÖn xung d­¬ng xung nµy ®­îc ®­a tíi kÝch thÝch vµo cùc gèc cña TK1 lµm cho TK1 th«ng ®R1 cã ®iÖn ( ). §ång thêi xung d­¬ng nay qua tô vi ph©n C3 tíi kÝch thÝch vµo cùc gèc cña T3 lµm cho T3 th«ng ®T4 kho¸. Trªn 2 cùc gãp ph¸t cña T4 còng xuÊt hiÖn xung d­¬ng . Xung nµy qua tô vi ph©n C6 vµ ®i«t §6 tèi kÝch thÝch vµo cùc gèc cña T6 lµm cho T6 tõ th«ng chuyÓn sang t¾t vµ T5 sÏ th«ng ®Trig¬ lËt tr¹ng th¸i . Lóc nµy ®iÖn ¸p ®Æt lªn cùc gèc cña TK2 lµ rÊt nhá ch­a v­ît tíi ng­ìng cña TK2 nªn TK2 sÏ kho¸ ®R2 mÊt ®iÖn ( )®©y lµ tr¹ng th¸i thø hai cña m¹ch Khi tô C1 phãng ®iÖn tíi ng­ìng kho¸ cña T1 th× T1 sÏ t¾t T2 sÏ th«ng . Lóc nµy trªn hai cùc ph¸t gãp cña T2 kh«ng cã xung hay thÕ ®Æt vµo cùc gèc cña TK1 xÊp xØ 0 nªn TK1 kho¸ ®R1 mÊt ®iÖn ( ).Lóc nµy kh«ng cã xung ®­a vµo cùc gèc cña T3 nªn T3sÏ kho¸ vµ T4 th«ng . ë trªn hai cùc gãp ph¸t cña T4 kh«ng cã xung nªn Trig¬ vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i T5 th«ng vµ T6 kho¸ ®TK2 kho¸ vµ R2 mÊt ®iÖn ( )®©y chÝnh lµ tr¹ng th¸i thø 3 cña m¹ch. Khi C2 phãng tíi ng­ìng kho¸ cña T2 th× T2 sÏ kho¸ vµ T1 sÏ th«ng lóc nµy trªn hai cùc ph¸t gãp cña T2 sÏ cã mét xung d­¬ng . Xung nµy tíi kÝch thÝch vµo cùc gèc cña TK lµm cho TK th«ng ® R1 cã ®iÖn. §ång thêi xung d­¬ng nay qua tô vi ph©n C3 Tíi kÝch thÝch vµo cùc gèc cña T3 lµm cho T3 më . Trªn hai cùc gèc ph¸t cña T4 sÏ xuÊt hiÖn xung d­¬ng , xung nµy sÏ qua tô C5 vµ §5 tíi kÝch vµo cùc gèc cña T5 lµm T 5 t¾t vµ T6 th«ng ®Trig¬ lËt tr¹ng th¸i lóc nµy thÕ ®Æt vµo cùc gèc cña TK2 lµ thÕ d­¬ng vµ lín h¬n ®iÖn ¸p ng­ìng cña TK2 nªn TK2 th«ng ®R2 cã ®Ön ( )vµ ®©y chÝnh lµ tr¹ng th¸i thø t­ cña m¹ch. Nh­ vËy m¹ch sÏ ho¹t ®éng tuÇn tù theo 4 b­íc trªn: B­íc 1 : ; tô C1 n¹p gi¸ trÝ ®Çu y1 B­íc 2 : ; ®éng c¬ ch¹y thö theo chiÒu nµo ®ã B­íc 3 : ; tô C2 n¹p gi¸ trÝ ®Çu y2 B­íc 4 : ; Bé so s¸nh lµm viÖc so s¸nh 2 gi¸ trÞ y1 vµ y2 . NÕu y2 ³ y1 th× PT§ kh«ng t¸c ®éng chuyÓn bÞ cho §CH ®¶o chiÒu quay. ë bø¬c thø t­: Khi y2 ³ y1 ® T7 th«ng h¬n T8 ®thÕ cùc gãp cña T7 sÏ ©m h¬n thÕ trªn cùc gãp cña T8 ®T11 th«ng nhiÒu h¬n T10 ® thÕ ®Æt vµo cùc gèc cña T12 sÏ ©m ®T12 sÏ kho¸ .ThÕ ®Æt vµo cùc gèc cña T13 d­¬ng ®T13 th«ng ®®iÖn ¸p ra cña kh©u khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ d­¬ng ®T22 th«ng ® ®iÖn ¸p ra cña m¹ch t¹o vïng kh«ng nh¹y lµ ©m ®T23 sÏ t¾t vµ T24 sÏ th«ng ® kh«ng cã xung ®­a vµo Trig¬ nªn Trig¬ vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i. Gi¶ sö trong tr¹ng th¸i ®Çu lµ T26 th«ng T25 t¾t , TK3 cã ®iÖn vµ R3 cã ®iÖn. Khi y2 < y1® T8 th«ng h¬n T7 ®thÕ trªn cùc gãp cña T7 sÏ ©m h¬n thÕ trªn cùc gãp cña T8 ®T10 th«ng h¬n T11 ®thÕ ®Æt vµo cùc gèc T12 d­¬ng ®T12 th«ng ® thÕ trªn cùc gãp T12 sÏ ©m bít ®i ®T14 sÏ th«ng vµ ®iÖn ¸p cña kh©u K§TTlµ ©m . §iÖn ¸p ®Çu ra nµy ®­îc ®­a vµo ®Çu vµo cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n t¹o vïng kh«ng nh¹y cô thÓ lµ ®­a vµo cùc gèc cña T16 lµm cho T16 kho¸ vµ T15 th«ng ®T19 th«ng T18 kho¸ ®T20 kho¸ ®T22 kho¸ vµ T21 th«ng lµm ®iÖn ¸p ra cña m¹ch t¹o vïng nh¹y lµ d­¬ng ®­a tíi cùc gèc cña T23 xuÊt hiÖn mét xung d­¬ng qua tô vi ph©n C16 vµ ®ièt §14 tíi kÝch vµo cùc gèc cña T26 lµm T26 kho¸ l¹i vµ T25th«ng ®Trig¬ lËt tr¹ng th¸i vµ TK3 ®sÏ kho¸ l¹i ®R3 mÊt ®iÖn vµ ®éng cã ®¶o chiÒu quay. phÇn VII thiÕt kÕ hÖ thèng hiÓn thÞ nhiÖt ®é §èi t­îng cÇn hiÓn thÞ sè ®ã lµ nhiÖt ®é cña lß nung. Víi nhiÖt ®é lß nung míi ë hµng ngh×n nªn ta chØ thiÕt kÕ hÖ thèng hiÓn thÞ ®Õn hµng ngh×n. IG 1B 1A 2G 2B 2A 1Y3 1Y2 1Y1 1Yn 2Y3 2Y2 1Y1 2Yn 5v D3 T2 R7 A1 A0 R1 a b c d e f g 4 5 6 7 D0 D1 D2 to = 0 ¸ 2000oC 0 = 0 ¸ 5(v) SENSOR ADC 0804 MP8080 SN 74247 74139 T3 T0 T S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng nh­ sau: 1- Bé biÕn ®æi t­îng tù ADC: Ta chän bé biÐn ®æi t­¬ng tù ADC lµ vi m¹ch ADC 0804 cña h·ng NSC lµ mét bé biÕn ®æi A/D t¸c ®éng nhanh vµ gi¸ kh«ng cao. C¸c th«ng sè kü thuËt nh­ sau: + Bus d÷ liÖu 8 bÝt. + Cã nèi vµo analog vi ph©n. + TÊt c¶ tÝn hiÖu t­¬ng thÝch TT1. + Bé ph¸t xung nhÞp cïng n»m trªn chÝp. + D¶i tÝn hiÖu analog nèi vµo 0 . . . 5v khi ®iÖn ¸p nguån nu«i lµ 5v. + Kh«ng cÇn hiÖu chØnh ®iÓm 0. + Dßng tiªu thô cì 1,9 mA. M¹ch ®iÖn ®iÓn h×nh dïng vi m¹ch ADC 0804 ®Ó t¹o ra A/D 8 bit. 330 VIN + VIN - CLKIN vroy2 ICS IP0 D0 . . D7 /INTR /WR + 5v 6 20 0...5v 7 19 4 + 9 - 1 2 8 5 + 10 mF LM358 REP252 START 1 mF 10K 10K 2- Senser: V× bé ADC cã ®Çu vµo 0 ¸ 5v nªn ta cã thÓ chän Senser lµ mét cÆp nhiÖt vµ bé khuÕch ®¹i. Ta chän cÆp nhiÖt lo¹i: Vonfram (5% Rcni) Vonfram (20% Reni). Ký hiÖu BP5/20 cã søc ®iÖn ®éng nhiÖt víi 100oC t­¬ng øng víi 1,33mV. VËy víi 2000 oC ®iÖn ¸p ®Çu ra lµ 26,6mV. §Ó n©ng ®iÖn ¸p tõ 0 ¸ 2,66mV lªn 0 ¸ 5V th× ta ph¶i dïng bé khuÕch ®¹i cã hÖ sè khuÕch ®¹i lµ K = 188. Cã thÓ dïng bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n mA741, bé nµy cã triÕt ¸p ®Ó cã thÓ ®iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i. 3- Vi xö lý: Ta chän mP8080 cña h·ng INTEL cã nhiÖm vô sö lý d÷ liÖu ®­îc ®­a vµo tõ ®Çu ra ADC, ë ®Çu ra cña mP8080 göi 2 ®Þa chØ d÷ liÖu ®Õn bé gi¶i m· vµ bé gi¶i m· 7 thanh. S¬ ®å bè trÝ ch©n cña mP8080 nh­ sau: 4- ThiÕt bÞ gi¶i m· TTL: Ta chän bé gi¶i m· ph©n kªnh TTL lo¹i 74139. B¶ng sù thËt IG 1B 1A 2G 2B 2A 1Y3 1Y2 1Y1 1Y0 2Y3 2Y2 1Y1 2Y0 G B A Yo Y1 Y2 Y3 II X X II II II II L L L L II II II L L II II L II II L II L II II L II L II II II II II L 1 3 2 15 13 14 6 7 5 4 9 10 11 12 to = 0 ¸ 2000oC 0 = 0 ¸ 5(v) SENSOR ADC 0804 TÝn hiÖucho phÐp G lµ tÝch cùc ©m còng nh­ ®Çu ra tõ Yo . . . Y3. §iÒu nµy cã nghÜa mét 74139 bÞ cÊm (tøc ®Çu vµo G ë møc cao) th× mét trong c¸c ®Çu ra sÏ ë møc thÊp (nghÜa lµ kh¼ng ®Þnh víi logic ©m). Cßn c¸c ®Çu ra kh¸c ë møc cao. 1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 9 32 10 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 A10 INTEL 8080 GIID D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Reset -5V TCOLD INT f2 INTE DSIN WR SYNC -5V f1 IILDA READY WAIT Ao A1 A2 12V A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A15 A12 A13 A14 A11 H×nh 7.1- S¬ ®å bè trÝ ch©n cña mP8080 5- Bé gi¶i m· 7 thanh vµ led: a g 5V cc a R1 g c e R7 d a b b p §Çu vµo bé gi¶i m· 7 thanh ®­îc lÊy tõ ®Çu ra vi xö lý. Bé gi¶i m· 7 thanh ®­îc chÕ t¹o d­íi d¹ng vi m¹ch. KiÓu SN 74247, cã c¸c ®Çu ra hë cùc gãp. Nã ®­îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn mét bé chØ thÞ Led cã chung an«t 5V. ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña hÖ thèng b»ng ng«n ng÷ MATLAB PhÇn tr­íc ta ®· kh¶o s¸t chÊt l­îng cña hÖ thèng b»ng ph­¬ng ph¸p ®å thÞ gi¶i tÝch, ®Ó x©y dùng ®Æc tÝnh ®éng cña hÖ thèng, ta dïng ng«n ng÷ MatLaB. §Ó x©y dùng ®Æc tÝnh ®éng tr­íc hÕt ta x©y dùng s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng sau ®ã chuyÓn sang moo pháng b»ng ng«n ng÷ MatLab nh­ c¸c h×nh vÏ sau. Khi ®· x¸c ®Þnh ®­îc s¬ ®å m« pháng MatLab vµo c¸c th«ng sè vµ ®­îc kÕt qu¶ nh­ h×nh vÏ. B»ng c¸ch thay ®æi c¸c th«ng sè ta sÏ vÏ ®­îc c¸c ®­êng ®Æc tÝnh kh¸c nhau. Tõ c¸c ®­êng ®Æc tÝnh ®ã ta chän ®­îc mét ®­êng tèi ­u nhÊt. M« pháng MATLAB K t W§C WLß S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh chÕ ®é ®iÖn lß gia nhiÖt s¬ ®å m« pháng matlab Tµi liÖu tham kh¶o 1- Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng hiÖn ®¹i - NguyÔn Th­¬ng Ng« 2- Kü thuËt ®iÖn tö - PGS.PTS §ç Xu©n Thô 3- Kü thuËt ®iÖn tö sè - §Æng v¨n ChuyÕt. 4- Kü thuËt ®o l­¬ng - Ph¹m Th­îng Hµn. 5- Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng - Bµi gi¶ng. 6- §o l­êng ®iÒu kiÓn b»ng m¸y tÝnh môc lôc Trang Lêi c¶m ¬n 4 Lêi nãi ®Çu 5 PhÇn I – Giíi thiÖu chung vÒ c¸c hÖ thèng §K theo nguyªn t¾c cùc trÞ 7 I - §èi t­îng cã cùc tÝnh cùc trÞ 7 II - HÖ cùc ®¹i x©y dùng theo ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng ®ång bé 8 III - C¸c Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh Gradien vµ chuyÓn ®éng ®Õn cùc trÞ 11 IV - §éng häc hÖ cùc ®¹i 17 - PhÇn II – C«ng nghÖ nung c¸n trong lß luyÖn kim 19 I - Vai trß lß nung 19 II - §Æc ®iÓm lß nung vµ c«ng nghÖ c¸n 20 III - CÊu t¹o lß nung vµ chÕ ®é vËn hµnh 21 A - CÊu t¹o lß nung 21 B - ChÕ ®é vËn hµnh 23 IV - C¸c ®Æc tÝnh tÜnh vµ ®éng cña hÖ thèng 25 A - §Æc tÝnh tÜnh 25 B - §Æc tÝnh ®éng 26 V - Tû lÖ nhiªn liÖu – kh«ng khÝ. X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh cùc trÞ cña ®èi t­îng 29 PhÇn III – X©y dùng s¬ ®å nguyªn lý 30 A - C¸c ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh t×m cùc trÞ kiÓu b­íc 30 I - S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng 30 II - Bé ®iÒu chØnh t×m cùc trÞ kiÓu b­íc dïng c¸c phÇn tö cã tiÕp ®iÓm 31 III - Bé ®iÒu chØnh t×m cùc trÞ kiÓu b­íc dïng c¸c phÇn tö kh«ng tiÕp ®iÓm 36 IV - So s¸nh ph­¬ng ¸n 36 B - Bé ®iÒu chØnh t×m cùc trÞ kiÓu b­íc 37 PhÇn IV – TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ 46 PhÇn V – Kh¶o s¸t chÊt l­îng hÖ thèng 58 I - S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng 58 II - Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn x¸c ®Þnh chÊt l­îng hÖ thèng 60 III - Kh¶o s¸t chÊt l­îng hÖ thèng trong tr­êng hîp cã qu¸n tÝnh 63 PhÇn VI – ThuyÕt minh s¬ ®å nguyªn lý 72 PhÇn VII–ThiÕt kÕ hÖ thèng hiÓn thÞ nhiÖt ®é 76