Đề tài Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp thay đổi thời gian đốt cho lò điện

Đại học cơng nghiệp Hà Nội Khoađiện --------∞..∞------- BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ & VI MẠCH SỐ ĐỀ TÀI :THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI T HỜI GIAN ĐỐT CHO LỊ ĐIỆN Giáoviên :TS . NguyễnVănVinh Sinh viên thực hiện : Lớp : Tự động hĩa 3- khĩa 6 Nhĩm : 8 MỤC LỤC Lời nĩi đầu Khoa học cơng nghệ hiện đại đã cĩ những bước tiến nhanh và xa đi theo đĩ là những thành tựu ứng dụng trong mọi lĩnh vực dời sống, cơng nghiệp. Kĩ thuật điều khiển trong tiến trình hồn thiện lý thuyết cũng tạo cho mình nhiều phát triển cĩ ý nghĩa. Bây giờ khi nhắc tới điều khiển con người dưịng như hình dung đến sự chính xác, tốc độ xử lý và thuật tốn thơng minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao hơn. Cĩ thể nĩi trong lĩnh vực điều khiển và trong cơng nghiệp thì bộ điều khiển PID cĩ ứng dụng kha rộng rãi, một giả pháp đa năng chocác ứng dụng cả Analog cũng như Digital. Thống kê cho thấy cĩ tới hơn 90% các bộ điều khiển sử dụng trong thực tế là PID. Rõ ràng nếu cĩ thiết kế và chọn lựa các thơng số hợp lý cho bộ điều khiển PID thì việc đạt được các chỉ tiêu chất lượng mong muốn là khả thi Bộ điều khiển PID cũng giúp người sử dụng dễ dàng tích hợp cũng như chọn các luật điều khiển như : tỉ lệ(P), tích phân(I), tỉ lệ tích phân(PI), tỉ lệ vi phân(PD)… sao cho phù hợp đối với các đối tượng điều khiển. Nhiều quá trình trong cơng nghiệp việc sử dụng bộ điều khiển PID là khơng thể thay thế như khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ…? Ngay cả những lý thuyết điều khiển hiện đại cũng khơng cho ta những hiệu quả cao như bộ điều khiển PID mang lại.Ngồi ra bộ điều khiển PID cịn ứng dụng nhiều trong điều khiển thích nghi,bền vững vẫn mang lại hiệu quả cao trong các cơ cấu chỉnh định. Lời cảm ơn Đầu tiên , em xin gửi lời cảm ơn tới nhà trường , khoa điện, bộ mơn đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em học tập cũng như nghiên cứu . Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Văn Vinh- người đã hết sức tận tình chỉ bảo , định hướng , gĩp ý, định hướng ý tưởng thực hiện cũng như chỉ dẫn tài liệu để thực hiện đề tài này. Với một sinh viên năm thứ 3 , khi mà lý thuyết cũng như kiến thức thực tế cịn chưa cĩ nhiều thì đề tài này thực sự khĩ nhưng khá bổ ích với chúng em . Tuy nhiên trong quá trình thực hiện , với kiến thức cịn ít ỏi của mình thì em khĩ cĩ thể tránh khỏi những sai sĩt cũng như nhầm lẫn , nên em mong quý thầy cơ gĩp ý để em cĩ thể hiểu rõ hơn vấn đề . Em xin trân thành cảm ơn! Nhận xét của giáo viên : …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… CHƯƠNG I: MẠCH KĐTT I.MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN 1. Địnhnghĩa Mạch khuếch đại thuật tốn (operational amplifier), thường được gọi tắt là op-amp là một mạch khuếch đại "DC-coupled" (tín hiệu đầu vào bao gồm cả tín hiệu BIAS) với hệ số khuếch đại rất cao, cĩ đầu vào vi sai, và thơng thường cĩ đầu ra đơn. Trong những ứng dụng thơng thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm sao cho cĩ thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra. Các mạch khuếch đại thuật tốn cĩ những ứng dụng trải rộng trong rất nhiều các thiết bị điện tử thời nay từ các thiết bị điện tử dân dụng, cơng nghiệp và khoa học. Các mạch khuếch đại thuật tốn thơng dụng hiện nay cĩ giá bán rất rẻ. Các thiết kế hiện đại đã được điện tử hĩa chặt chẽ hơn trước đây, và một số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra mà khơng làm hư hỏng Ký hiệu một mạch khuếch đại thuật tốn như sau: Ký hiệu của mạch khuếch đại thuật tốn trên sơ đồ điện Trong đĩ: V+: Đầu vào khơng đảo V−: Đầu vào đảo Vout: Đầu ra VS+: Nguồn cung cấp điện dương VS−: Nguồn cung cấp điện âm Các chân cấp nguồn (VS+ and VS−) cĩ thể được ký hiệu bằng nhiều cách khác nhau. Cho dù vậy, chúng luơn cĩ chức năng như cũ. Thơng thường những chân này thường được vẽ dồn về gĩc trái của sơ đồ cùng với hệ thống cấp nguồn cho bản vẽ được rõ ràng. Một số sơ đồ người ta cĩ thể giản lược lại, và khơng vẽ phần cấp nguồn này. Vị trí của đầu vào đảo và đầu vào khơng đảo cĩ thể hốn chuyển cho nhau khi cần thiết. Nhưng chân cấp nguồn thường khơng được đảo ngược lại. 2.Nguyên lý hoạt động Đầu vào vi sai của mạch khuếch đại gồm cĩ đầu vào đảo và đầu vào khơng đảo, và mạch khuếch đại thuật tốn thực tế sẽ chỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai đầu vào này. Điện áp này gọi là điện áp vi sai đầu vào. Trong hầu hết các trường hợp, điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật tốn sẽ được điều khiển bằng cách trích một tỷ lệ nào đĩ của điện áp ra để đưa ngược về đầu vào đảo. Tác động này được gọi là hồi tiếp âm. Nếu tỷ lệ này bằng 0, nghĩa là khơng cĩ hồi tiếp âm, mạch khuếch đại được gọi là hoạt động ở vịng hở. Và điện áp ra sẽ bằng với điện áp vi sai đầu vào nhân với độ lớn tổng của mạch khuếch đại, theo cơng thức sau: Trong đĩ V+ là điện thế tại đầu vào khơng đảo, V− là điện thế ở đầu vào đảo và G gọi là độ lớn vịng hở của mạch khuếch đại. Do giá trị của độ lợi vịng hở rất lớn và thường khơng được quản lý chạt chẽ ngay từ khi chế tạo, các mạch khuếch đại thuật tốn thường ít khi làm việc ở tình trạng khơng cĩ hồi tiếp âm. Ngoại trừ trường hợp điện áp vi sai đầu vào vơ cùng bé, độ lợi vịng hở quá lớn sẽ làm cho mạch khuếch đại làm việc ở trạng thái bão hịa trong các trường hợp khác . Một thí dụ cách tính tốn điện áp ra khi cĩ hồi tiếp âm sẽ được thể hiện trong phần mạch khuếch đại cơ bản Một cấu hình khác của mạch khuếch đại thuật tốn là sử dụng  hồi tiếp dương , mạch này trích một phần điện áp ra đưa ngược trở về đầu vào khơng đảo. Ứng dụng quan trọng của nĩ dùng để so sánh, với đặc tính trễ hysteresis 3. Mạch khuếch đại thuật tốn lý tưởng Với mọi giá trị điện áp ở đầu vào, một mạch khuếch đại thuật tốn "lý tưởng" cĩ: Độ lớn vịng hở vơ cùng lớn Băng thơng vơ cùng lớn Tổng trở đầu vào vơ cùng lớn (để cho dịng điện đầu vào bằng khơng) Điện áp bù bằng khơng Tốc độ thay đổi điện áp vơ cùng lớn Tổng trở đầu ra bằng khơng và Tạp nhiễu (độ ồn) bằng khơng Như thế, đầu vào của mạch khuếch đại thuật tốn lý tưởng khi tính tốn trong vịng hồi tiếp cĩ thể mơ phỏng bằng một khâunullator , ngõ ra với một thơng norator và kết hợp cả 2 ( một mạch khuếch đại thuật tốn lý tưởng hồn chỉnh) bằng một khâu nullor Mạch khuếch đại thuật tốn thực sự chỉ gần đạt được các ý tưởng trên: bên cạnh các giá trị giới hạn về tốc độ thay đổi, băng thơng, điện áp bù và những thứ tương tự như thế, các thơng số của mạch khuếch đại thuật tốn thực tế sẽ bị thay đổi theo thời gian và cĩ thể bị thay đổi theo nhiệt độ, tình trạng của các đầu vào... Các mạch tích hợp hiện đại sử dụng transistor hiệu ứng trường (FET) hoặc transistor hiệu ứng trường cĩ cổng cách điện Oxit kim loại MOSFEST sẽ cĩ các đặc tính gần với mạch lý tưởng hơn các mạch sử dụng transistor lưỡng cực khi các tín hiệu lớn phải xử lý trong điều kiện nhiệt độ phịng qua một băng thơng giới hạn. Đặc biệt, tổng trở vào cao hơn rất nhiều, tuy nhiên các mạch dùng transistor lưỡng cực thường tốt hơn về mặt trơi điện áp bù, và độ ồn. Khi những giới hạn của một mạch khuếch đại thuật tốn thực sự được tạm thời bỏ qua, nĩ cĩ thể được xem như một chiếcHỘP ĐEN cĩ độ lợi. Chức năng của mạch và các thơng số cĩ thể xác định bằng mạch hồi tiếp, và thường là hồi tiếp âm. 4. Ứng dụng của mạch khuếch đại thuật tốn a. Ứng dụng mạch tuyến tính Mạch khuếch đại vi sai Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại khơng đảo Mạch theo điện áp Mạch khuếch đại tổng Mạch tích phân Mạch vi phân Mạch so sánh Mạch khuếch đại đo lường Mạch chuyển đổi kiểu Schmitt (Schmitt trigger) Mạch giả lập cuộn cảm Mạch phát hiện mức khơng Mạch biến đổi tổng trở âm b. Các ứng dụng phi tuyến Mạch chỉnh lưu chính xác Mach khuếch đại đầu ra Lơ-ga II. MẠCH PID 1.Bộ điều khiển PID Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vịng điều khiển tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển cơng nghiệp. Bộ điều khiển PID được sử dụng phổ biến nhất trong số các bộ điều khiển phản hồi. Một bộ điều khiển PID tính tốn một giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị bộ điều khiểnvà giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Trong trường hợp khơng cĩ kiến thức cơ bản về quá trình, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất.Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thơng số PID sử dụng trong tính tốn phải đặt điều chỉnh  theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thơng số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. Giải thuật tính tốn bộ điều khiển PID bao gồm 3 thơng số riêng biệt, do đĩ đơi khi nĩ cịn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ , tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D.  Sơ đồ điều khiển PID được đặt tên theo ba khâu hiệu chỉnh của nĩ, tổng của ba khâu này tạo thành bởi các biến điều khiển (MV). Ta cĩ: trong đĩ , , và là các thành phần đầu ra từ ba khâu của bộ điều khiển PID, được xác định như dưới đây. Khâu tỉ lệ Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số)Khâu tỉ lệ (đơi khi cịn được gọi là độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại. Đáp ứng tỉ lệ cĩ thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đĩ với một hằng số Kp, được gọi là độ lợi tỉ lệ. Khâu tỉ lệ được cho bởi: trong đĩ : thừa số tỉ lệ của đầu ra : Độ lợi tỉ lệ, thơng số điều chỉnh : sai số : thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại) Độ lợi của khâu tỉ lệ lớn là do thay đổi lớn ở đầu ra mà sai số thay đổi nhỏ. Nếu độ lợi của khâu tỉ lệ quá cao, hệ thống sẽ khơng ổn định. Ngược lại, độ lợi nhỏ là do đáp ứng đầu ra nhỏ trong khi sai số đầu vào lớn, và làm cho bộ điều khiển kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm. Khâu tích phân Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với 3 giá trị Ki (Kp và Kd khơng đổi) Phân phối của khâu tích phân (đơi khi cịn gọi là reset) tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số. Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đĩ. Tích lũy sai số sau đĩ được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển. Biên độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi độ lợi tích phân, . Thừa số tích phân được cho bởi: trong đĩ : thừa số tích phân của đầu ra : độ lợi tích phân, 1 thơng số điều chỉnh : sai số : thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại) : một biến tích phân trung gian Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) sẽ tăng tốc chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển. Tuy nhiên, vì khâu tích phân là đáp ứng của sai số tích lũy trong quá khứ, nĩ cĩ thể khiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị đặt (ngang qua điểm đặt và tạo ra một độ lệch với các hướng khác). Khâu vi phân Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kd (Kp and Ki khơng đổi) Tốc độ thay đổi của sai số qua trình được tính tốn bằng cách xác định độ dốc của sai số theo thời gian (tức là đạo hàm bậc một theo thời gian) và nhân tốc độ này với độ lợi tỉ lệ . Biên độ của phân phối khâu vi phân (đơi khi được gọi là tốc độ) trên tất cả các hành vi điều khiển được giới hạn bởi độ lợi vi phân, . Thừa số vi phân được cho bởi: trong đĩ : thừa số vi phân của đầu ra : Độ lợi vi phân, một thơng số điều chỉnh : Sai số : thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại) Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính này là đang chú ý nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển. Tuy nhiên, phép vi phân của một tín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu và do đĩ khâu này sẽ nhạy hơn đối với nhiễu trong sai số, và cĩ thể khiến quá trình trở nên khơng ổn định nếu nhiễu và độ lợi vi phân đủ lớn. Một số ứng dụng cĩ thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống.Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI, PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động bị khuyết.  2.Mạch PID a. Mạch khuếch đại b.Mạch tích phân c. Mạch vi phân 3. Phương pháp thay đổi cơng suất bằng cách thay đổi thời gian cấp điện a. Giới thiệu về lị điện Lị điện trở làm việc dựa trên cơ sở cĩ một dịng điện chạy qua một dây dẫn thì ở đĩ tỏa ra một lượng nhiệt theo định luật Jun- Len xơ: Q=I2 RT Q: là nhiệt lượng tính bằng Jun (J). I: là dịng điện tính bằng ampe (A). R: là điện trở tính bằng Ơm (Ω) T: là thời gian tính bằng giây (s) Một lị nhiệt được xác định bởi các tham số hiệu điện thế định mức (Uđm), dịng điện định mức (Iđm) và cơng suất định mức. Do các tham số của lị điện đã được xác định nên muốn thay đổi cơng suất của lị điện ta chỉ cĩ thể thay đổi 2 đại lượng: I: dịng điện cấp T: thời gian cấp điện. Thay đổi dịng điện cấp cĩ thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của lị điện vì lị hoạt động với các dịng điện khác với dịng điện định mức.Chúng ta đề cập đến phương pháp thay đổi thời gian cấp điện. b. Phương pháp thay đổi cơng suất bằng cách thay đổi thời gian cấp điện Phương pháp điều khiển thời gian cấp điện cịn gọi là điều khiển On-OFF hay phương pháp đĩng ngắt dùng khâu relay cĩ trễ.Khi lị hoạt động ở cơng suất Pt tương ứng với nhiệt độ t của lị. Cơ cấu chấp hành sẽ đĩng nguồn để cung cấp năng lượng ở mức tối đa cho thiết bị tiêu thụ nhiệt nếu nhiệt độ đặt w(k) lớn hơn nhiệt độ đo y(k), ngược lại mạch điều khiển sẽ ngắt mạch cung cấp năng lượng khi nhiệt độ đặt nhỏ hơn nhiệt độ đo. Một vùng trễ được đưa vào để hạn chế tần số đĩng ngắt như sơ đồ khối ở trên: nguồn chỉ đĩng khi sai số e(k) > ∆ và ngắt khi e(k) < - ∆. Như vậy, nhiệt độ đo y(k) sẽ dao động quanh giá trị đặt w(k) và 2∆ cịn được gọi là vùng trễ của rơ le. Khâu rơ le cĩ trễ cịn gọi là mạch so sánh Smith trong mạch điện tử và như vậy ∆ là giá trị thềm hay ngưỡng. Điều khiển ON-OFF cĩ ưu điểm là: Thiết bị tin cậy, đơn giản, chắc chắn, hệ thống luơn hoạt động được với mọi tải. Tính tốn thiết kế ít phức tạp và cân chỉnh dễ dàng. Nhưng cĩ nhược điểm là sai số xác lập sẽ lớn do hệ chỉ cân bằng động quanh nhiệt độ đặt và thay đổi theo tải. Khuyết điểm này cĩ thể được hạn chế khi giảm vùng trễ bằng cách dùng phần tử đĩng ngắt điện tử ở mạch cơng suất. Chương II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID I. Lý thuyết điều khiển Mơ hình lị nhiệt Lị nhiệt r(t) c(t) Cơng suất nhiệt Nhiệt độ của lị cấp cho lị 100% Giả sử ta muốn nhiệt độ trong lị là to tương ứng lị sẽ hoạt động với một cơng suất là Pt .Đầu tiên ta đĩng nguồn cho lị hoạt động với cơng suất 100%. Nếu nhiệt độ trong lị vượt quá mức to thì ta ngừng cấp. Nếu nhiệt độ trong lị xuống dưới mức to thì ta lại cấp nguồn cho lị hoạt động. Cư như thế duy trì nhiệt độ ở mức to. Ta cĩ sơ đồ thời gian cấp lị: ON OFF T1 T2 T1: thời gian cấp nguồn T2: thời gian khơng cấp nguồn Ta được thời gian cấp nguồn cho lị nhiệt là một xung vuơng cĩ độ rộng là T1 và T2.Vậy muốn cho lị hoạt động ở cơng suất bất kì ta chỉ cần điều chỉnh độ rộng của xung này. Ví dụ muốn lị hoạt động ở cơng suất 50% ta điều chỉnh xung vào lị cĩ T1=T2 như hình vẽ sau: ON OFF T1 T2 Phương pháp thay đổi cơng suất lị điện bằng cách thay đổi thời gian cấp điện chính là tạo ra một xung vuơng để điều khiển thời gian cấp điện. Điều khiển được độ rộng của xung vuơng qua đĩ thay đổi thời gian cấp nguồn cho lị nhiệt. II. Nguyên tắc tạo ra xung răng cưa. Nguyên tắc tạo ra một xung vuơng là dùng xung một chiều qua bộ so sánh với xung răng cưa. Chỉ cần điều khiển được xung biên độ của xung một chiều là ta cĩ thể thay đổi được độ rộng của xung vuơng. hình Hình Mạch so sánh dùng 741: Mạch cĩ 2 cửa vào, cửa vào cho điện áp tham chiếu Vref, cửa vào cho điện áp đầu vào Vin cho tín hiệu ra Vout chỉ cĩ 2 giá trị High (mức cao) và Low (mức thấp). High Low Mạch PID cĩ thể điều chỉnh được biên độ của xung một chiều, qua đĩ thay đổi độ rộng của xung vuơng. Sơ đồ nguyên lí điều khiển lị nhiệt dùng PID: Nguồn DC Xung vuơng Bộ điều khiển Xung tam giác PID Udc Nguồn Lị nhiệt Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển nhiệt độ. II.Phương pháp thời gian tổng Kuln để xác định tham số bộ PID Cho đốitượnghàmtruyền : G(s)=KdtBsAse-τs Trongđĩ B(s)= ( 1+sT1)(1+sT2)…(1+sTm)và A(s)= (1+sTdt1)(1+sTdt2) …(1+sTdtn ) T∑ =∑i=1nTi+ζ-∑mi=1Tdi Cấu trúc tham số của bộ điều chỉnh được xác định như sau : Cấutrúc Hàmtruyền kp Tv Tn Ti PI Kp(sTn+1)/sTi 0,5kd T∑/2 T∑/2 PID Kp(sTn+1)(sTv+1)/sTi 0,5kd T∑/3 T∑/3 T∑/3 Vídụ : Cho đối tượng cĩ hàm truyền đạt : G(s) =10e-3τ50s+110s+1(5s+1) Hằng số thời gian tổng T∑ = 50 + 1 0 + 5 + 2 = 67 kđt = 10 Nếu ta chọn bộ điều khiển cĩ cấu trúc là PI, thì tham số của bộ điều chỉnh được xác định như sau: kp= 0,5kd=0.5*10=5 Tn= T∑/2=67/2=33.5 Ti= T∑/2=67/2=33.5 - Nếu ta chọn bộ điều khiển cĩ cấu trúc PID, thì tham số của nĩ được xác định nhưsau : kp= 0,5kd=0.5*10=5 Tn= T∑/3=67/3=22.3 Ti=T∑/3=67/3=22.3 Tv=T∑/3=67/3=22.3 Hàm truyền của lò : để áp dụng cho hệ tuyến tính ta lấy khai triển Taylor của hàm e-Ls, hàm truyền trở nên . Từ thực nghiệm, ta có các thông số sau : T=450 s, L=60s, K=nhiệt độ xác lập / phần trăm công suất Thực hiện hiệu chỉnh PID, từ hàm truyền GPID(s) = Kp(1 + 1/TiS+TdS) = Kp + Ki/S + KdS Với Kp=1.2T/L = 9 Ti=2L=120, Ki=0.075 Td=L/2=30, Kd=270 Ta có : GPID = 9 ( 1+1/120S+30S) Cho rằng hệ thống không ổn định và có thông số Kr, Ki, Kd thay đổi trong khoảng K D K’ Kr=9 4 K’r=9±4 Ki=0.075 0.03 K’i=0.075±0.03 Kd=270 30 K’d=270±30 Chương III : Xây dựng chương trình mơ phỏng I. Mạch PI +Linh kiện sử dụng : Tụ Trở LM 741 a. Giới thiệu về LM 741 Vi mạch khuyếch đại thuật tốn 741 cĩ hai đầu vào “INVERTING ( – ) “ :Đảo, “NON-INVERTING (+)”: Thuận và đầu ra ở chân 6.[Only registered and activated users can see links][Only registered and activated users can see links]1. Khuyếch đại với 741A. Khuyếch đại đảo: Chân 2 nối với tín hiệu vào và tín hiệu ra đảoB. Khuyếch đại khơng đảo: Chân 3 nối với tín hiệu vào và tín hiệu ra khơng đảo[Only registered and activated users can see links]Để 741 hoạt động được, cần phải lắp thêm 2 điện trở R1, R2 vào mạch như sơ đồ ở hình dướiTính hệ số khuyếch đại của mạch dùng vi mạch 741 Khuyếch đại đảoHệ số khuyếch đại (AV) = -R2 / R1Ví dụ: Nếu R2 = 100 Kohm, R1 = 10 kohm, hệ số khuyếch đại của mạch:-100 / 10 = -10 (AV)Nếu điện áp đầu vào là 0.5v thì điện áp đầu ra0.5v X -10 = -5vKhuyếch đại khơng đảoHệ số khuyếch đại(AV) = 1+(R2 / R1)Ví dụ: Nếu R2 = 1000 kohm, R1 = 100 kilo-ohm, hệ số khuyếch đại của mạch:1+ (1000/100) = 1 + 10Hệ số khuyếch đại (AV) = 11Nếu tín hiệu đầu vào là 0.5V thì tín hiệu đầu ra0.5 X 11 = 5.5v Sơ đồ mạch PI II.Mạch tạo xung dùng IC555 IC NE555 là IC cĩ quá nhiều ứng dụng rộng rãi, IC 555 cĩ 8 chân, sơ đồ cho thấy cơng dụng của các chân theo tên như sau: Thứ tự các chân của IC 555 Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dịng. Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuơi. Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng xung, khơng ở mức áp thấp thì ở mức áp cao. Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động. Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555. Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuơi. Chân 7 (Discharge): Chân cĩ khĩa điện đĩng masse, thường dùng cho tụ xả điện. Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+. IC 555 làm việc với mức nguồn từ 3 đến 15V. Thứ tự các chân của IC 555 cho thấy sơ đồ mạch đẳng hiệu của IC 555. (Nếu Bạn muốn mơ phỏng IC 555 trong trình PSpice, Bạn cĩ thể dùng sơ đồ này, mơ tả với lệnh Subcircuit rồi cất vào thư viện đặt tên là 555 và sau này Bạn dùng nĩ để chạy mơ phỏng các dạng mạch điện với IC 555). Trong IC với chân 1 nối masse và chân 8 nối vào đường nguồn Vcc, là một cầu chia áp với 3 điện trở bằng nhau (đều là 5K). Cầu chia áp này tạo ra 2 mức áp ngưỡng, một là 1/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so áp, tín hiệu vào trên chân số 2, và một khác là 2/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so áp khác, tín hiệu vào trên chân số 6. Chân số 5 cĩ thể chịu tác động ngồi để làm thay đổi mức áp ngưỡng. Chân số 7 là một khĩa điện đĩng/mở (transistor bão hịa/ngưng dẫn) theo mức áp trên chân số 3. Chân số 3 là ngả ra và là ngả ra một tầng Flip Flop, nên tín hiệu trên chân 3 cĩ dạng xung (mức áp chỉ xác lập ở trạng thái cao hay thấp). Chân 4 là chân Reset, khi chân 4 ở mức áp thấp nĩ ghim chân 3 luơn ở mức áp thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đĩ trạng thái mức áp trên chân số 3 sẽ theo tác động của tầng Flip Flop. Nguyên lý làm việc của IC NE555 Trong IC 555 cĩ 2 tầng so áp. Tầng so áp dưới (LOWER COMPARATOR), điện áp vào trên chân 2 cho so áp với mức áp ngưỡng là (1/3)Vcc, ngả ra của tầng sĩ áp tác động vào chân Set của Flip Flop. Tầng so áp trên (UPPER COMPARATOR), điện áp vào trên chân số 6 cho so áp với mức áp ngưỡng là (2/3)Vcc, ngả ra của tầng so áp tác động vào chân Reset của Flip Flop. Như vậy Trạng thái ngả ra của Flip Flip sẽ tùy thuộc vào tác động của tín hiệu vào trên chân 2 và chân 3. + Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn (1/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ tăng lên mức áp cao. + Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn (2/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ xuống mức áp thấp. + Khi chân 3 ở mức áp cao thì transistor T1 sẽ ngưng dẫn (tác dụng như cho chân 7 hở masse). +Khi chân 3 ở mức áp thấp thì transistor T1 sẽ bão hịa (tác dụng như cho chân 7 nối masse). + Chân 4 chân Reset. Khi chân 4 ở mức áp thấp, chân 3 bị chốt ở mức áp thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đĩ chân 3 mới cĩ thể biến đổi theo Flip Flop. Do vậy trong các mạch dao động, người ta thường cho chân 4 nối vào mức nguồn cao. Sơ đồ mạch tạo xung dùng IC555 III.Mạch so sánh Mạch so sánh dung LM741: IV.Mạch Moc3021 ghép nối mạch lực và mạch điều khiển MOC 3021: để ngăn cách mạch lực và mạch điều khiển. Oven là lị nhiệt V.Mạch mơ phỏng