CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Chia sẻ: Nguyen Huyen Trang Trang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

289
lượt xem 119
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Có rất nhiều cách thiết kế bộ điều chỉnh khác nhau. Sau đây là một số cách thiết kế điển hình. Với quy luật này tín hiệu ra của máy điều chỉnh xác định ở một trong hai trạng thái là Umax và Umin. Phương trình mô tả toán học được viết: u = B. Sign(e) Trong đó : B là tác động điều khiển ,Sign(e) là lấy mẫu của sai lệch · Khi e 0 Sign(e) = 1 , u = B = Umax · Khi e

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

41 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1. Giới thiệu một số phương pháp thiết kế bộ điều khiển Có rất nhiều cách thiết kế bộ điều chỉnh khác nhau. Sau đây là một số cách thiết kế điển hình. 3.1.1. Hệ thống điều khiển vị trí: 3.1.1.1 Quy luật điều chỉnh 2 vị trí Với quy luật này tín hiệu ra của máy điều chỉnh xác định ở một trong hai trạng thái là Umax và Umin. Phương trình mô tả toán học được viết: u = B. Sign(e) Trong đó : B là tác động điều khiển ,Sign(e) là lấy mẫu của sai lệch • Khi e > 0 Sign(e) = 1 , u = B = Umax • Khi e < 0 Sign(e) = -1 , u = -B = Umin Máy điều chỉnh 2 vị trí thực chất là một rơle 2 vị trí lý tưởng có tín hiệu vào là e, quá trình quá độ điều chỉnh hệ thống được thể hiện như sau: Lúc bắt đầu điều chỉnh (0 ÷ T1), y < x , e = x-y > 0 ta có tác động điều chỉnh u = Umax Khi t = T1 thì y ≥ x, e = x - y ≤ 0 tác động điều chỉnh u = Umin. Nhưng do quán tính y tiếp tục tăng sau đó mới giảm cho tới thời điểm T2, e = 0 và tác động điều chỉnh u = Umax. Nhưng y vẫn tiếp tục giảm xuống theo quán tính rồi sau đó mới tăng lên đến T3 thì y > x tác động điều chỉnh u = Umim quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy. Do tác động có 2 vị trí là Umin và Umax nên quá trình điều chỉnh mang tính tự dao động xung quanh giá trị chủ đạo x. Chất lượng của quá trình điều chỉnh được đánh giá bằng hai tham số : Biên độ dao động : ∆ = y max − y min 2
42 Sai lệch dư : σ =x− y max· + y min 2 y ymax x u x ymin Umax t e u -Umin Umax Umin t T1 T2 T3 T4 Hình 3-1 : Quy luật điều chỉnh 2 vị trí 3.1.1.2 Quy luật điều chỉnh 3 vị trí: Quy luật điều chỉnh 3 vị trí có mức độ tác động khác nhau là U max,Umin và Utb. Umax sẽ tác động khi sai lệch e lớn, nó nhằm mục đích nhanh chóng đưa hệ về trạng thái cân bằng. Tác động của Utb và Umin quy định chất lượng của quá trình điều chỉnh ở trạng thái xác lập, Phương trình như sau: U = B Sign(e) Trong đó : B là tác động điều khiển, Sign(e) là lấy mẫu của sai lệch • Khi e > a, y < x - a Sign(e) = 1 u = B = Umax • Khi 0 ≤ e ≤ a , 0 ≤ x- y ≤ a Sign(e) = 0 u = Utb • Khi e < 0, y > x Sign(e) = -1 u = -B = Umin
43 Khi bắt đầu làm việc sai lệch tĩnh rất lớn lúc đó e>a, đối tượng sẽ được nhận tác động là Umax vì vậy hàm y tăng rất nhanh, tới thời điểm t1 , 0 < e < a đối tượng được điều chỉnh nhận được u = Utb, hệ thống chuyển trạng thái từ Utb sang Umin, từ thời điểm này trở đi quá trình điều khiển sẽ tạo ra một giá trị xác lập giống như điều chỉnh 2 vị trí với mức tác động giữa Utb và Umin. Ta xét tại mỗi thời điểm thực chất quy luật điều chỉnh 3 vị trí giống như 2 vị trí, nhưng có mức tác động U max, Utb và Umin chất lượng điều chỉnh 3 vị trí tốt hơn 2 vị trí (thể hiện ở thời gian quá độ, biên độ dao động ở trạng thái xác lập). x, y x x-a 0 u U m ax U tb U m in 0 t1 t 2 t3 t4 t5 Hình 3-2 : Quy luật điều chỉnh 3 vị trí 3.1.1.3. Quy luật điều chỉnh với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi : Nếu chúng ta nối tiếp thiết bị điều chỉnh với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi sẽ được một hệ thiết bị điều chỉnh vị trí với cơ cấu chấp hành không đổi. Cơ cấu chấp hành thường là động cơ một chiều và thường được coi là một khâu tích 1 phân có hàm truyền là : với Tc là hằng số thời gian chuyển dịch của cơ cấu chấp Tc s hành từ vị trí giới hạn đầu đến vị trí giới hạn cuối
44 Quy luật điều chỉnh vị trí cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi được mô tả bằng phương trình: du 1 = sign( e ) dt Tc Giả thiết hệ thống sử dụng bộ điều chỉnh 2 vị trí thì quá trình được diễn dải như sau: y x 0 t u 0 t1 t2 t t3 Hình 3-3 : Quy luật điều chỉnh hai vị trí với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi du 1 • e>0 sign(e) = 1 = dt Tc du 1 • e
45 • Khi e > a, y < x – a, Sign(e) = 1, u = B = Umax • Khi e > 0, e < a, 0 ≤ x- y ≤ a Sign(e) = 0, u = Utb • Khi e < 0, y > x Sign(e) = -1 u = -B = Umin y x+a x x-a 0 t u u1 u2 0 t1 t2 t3 t Hình 3-4 : Quy luật điều chỉnh ba vị trí có vùng không nhạy Rơle 3 vị trí tương ứng với 3 trạng thái của cơ cấu chấp hành, quay thuận, dừng và quay ngược. Nếu sai lệch lớn hơn a thì rơle tác động điều chỉnh quay thuận tăng tín hiệu vào của đối tượng điều khiển và y tăng lên cho tới khi sai lệch -a ≤ e ≤ a , máy điều chỉnh đưa ra tín hiệu bằng 0 động cơ dừng làm việc, từ thời điểm t1 tác động điều chỉnh được giữa cố định bằng u1 từ đó có thể xẩy ra hai trường hợp : • Giá trị u1 đã đảm bảo cho y chỉ dao động trong khoảng từ x-a đến x+a thì lúc đó quá trình điều chỉnh được xem như kết thúc tại t1 • Giá trị lượng ra y vẫn lớn hơn giá trị x+a động cơ đảo lại chiều quay để thay đổi u từ u1 đến u2 sao cho tín hiệu ra nằm trong khoảng từ x-a đến x+a như từ thời điểm t3 trên hình 3-4
46 3.1.2 Phương pháp đa thức đặc trưng thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống tuyến tính Phương pháp hệ số suy giảm (Phương pháp đa thức đặc trưng có hệ số suy giảm thay đổi được) dựa vào đa thức chuẩn bậc 2 được nghiên cứu đầy đủ để tổng quát cho bậc cao hơn. 3.1.2.1 Xét hệ bậc hai ω0 2 Giả sử hệ bậc 2 có hàm truyền W ( s ) = s 2 + 2ξω s + ω0 2 ξ : hệ số suy giảm ω 0 : tần số riêng Khi hệ số suy giảm thay đổi, làm chất lượng của hệ thay đổi, khảo sát chất lượng của hệ khi ξ thay đổi bằng Simulink ta có kết luận: ξ càng nhỏ độ qúa điều chỉnh càng tăng lên. a12 Ta có : 4ξ = a0 a2 3.1.2.2 Phương pháp đa thức đặc trưng có hệ số suy giảm thay đổi được cho hệ cao a0 Giả sử hàm truyền của hệ có dạng: W ( s ) = a n s + a n −1 s n −1 + ... + a 0 n Ta dùng hệ số tập trung như sau: a12 a2 2 a n −12 α1 = ,α 2 = ;........α n −1 = a0 a 2 a1a3 an − 2 an a0 a a ω0 = ; ω1 = 1 ;......... ........ω n −1 = n −1 ; a1 a2 an ω1 a1a1 a12 ω ωn ⇒ = = = α1 ; α 2 = 2 .......α n = ω 0 a0 a 2 a 0 a 2 ω1 ω1n −1
47 Cho một số đặc trưng ω 0 và hệ số suy giảm α lấy cố định. Vậy ta tính được các thông số khác như sau: a0 a ω0 = , ω1 = 1 a1 a2 a12 a12 a0 ω0 = = = αω0 a0 a 2 a0 a1a 2 ω = α 2ω1 Thông thường ta chọn a0 = 1 và a1=1 a0 a1 = 1 ⇒ a1 = = ω 0 −1 ω0 a 2 = α −1ω 0 − 2 a3 = α − 3ω 0 − 3 ω k = α k ω0 Vậy ta có: a = α − k ( k −1) / 2ω k 0 −k Chú ý: Khi cho cùng 1 số hệ số α cho các giá trị n khác thì chất lượng của hệ thống thay đổi, n càng lớn thì thời gian hàm quá độ lần đầu tiên đạt xác lập càng nhỏ. Hệ số α có tính chất của hệ số suy giảm, khi α càng bé hệ dao động càng mạnh, α < 1,5 hệ trở lên mất ổn định, α nhỏ độ quá điều chỉnh σ% lớn. Lượng quá điều chỉnh quan hệ với α theo công thức kinh nghiệm Lg(σ%)=4,8 – 2α (*) 2,2 a Thời gian quá độ đạt cực đại tσ % = = 2,2 1 ω0 a0 Bảng tính sẵn một số giá trị σ% theo α α 1,6 1,75 2 2,4 σ% 40 20 6 1 Người ta thường chọn α > 1,6 3.1.2.3 Xét ảnh hưởng của tử số hàm truyền
48 Giả sử hàm truyền kín của hệ có dạng: a' m s m + a' m −1 s m −1 + ... + a' 0 W ( s) = a n s n + a n −1 s n −1 + ... + a 0 Khi m tăng thì σ% tăng và tσ giảm, để có chất lượng σ % cho trước người ta dùng hệ số hiệu chỉnh như sau: • Xét khi tử số hàm truyền có dạng bậc 1 a '1 s + a ' 0 W ( s) = (**) a n s + a n −1 s n −1 + ... + a 0 n ω0 α ' = 1,5 + 4 (α − 1,5) ω '0 (***) a'0 ω '0 = a'1 Khi thiết kế α’ được xác định theo mẫu số của (**) sau đó dùng công thức (***) để xác định lại α rồi xác định lượng quá điều chỉnh theo công thức (*)  1 1  Thời gian quá độ được tính: tσ = 2,2 ω −   0 4ω '0   a ' 2 s 2 + a '1 s + a ' 0 • Khi tử số hàm truyền có dạng bậc 2: W ( s ) = a n s n + a n −1 s n −1 + ... + a 0 ω0 2 α ' = 1,5 + 1,6ξ 3 2 ( α − 1,5) ω '0 a'0 a'1 Ta có : ω '0 = , 4ξ 2 = a'1 a'0 a' 2  1 1  tσ = 2,2 ω −   0 ω '0   3.2. Sơ đồ khối hệ thống
49 Trên hình 3- 5 là sơ đồ khối tổng quát mạch điện điều khiển nhiệt độ lò nung, trên sơ đồ có hai mạch vòng điều khiển. Mạch vòng thứ nhất là mạch vòng ổn định lưu lượng dầu FO, bao gồm khối so sánh tín hiệu đặt giá trị lưu lượng dầu và tín hiệu phản hồi Uy1k, máy điều chỉnh (MĐC), động cơ chấp hành (CH), van dầu (VAN), sensor đo lưu lượng (Sensor LL) và khối khuếch đại tín hiệu. U1 1 (-) MĐC KĐ y1k Uy1k Sensor LL Hiển thị giá trị đặt X1k Y1k CH VAN Hiển thị giá trị LL thực Báo động 0 X2k Y2k t CH VAN MĐC Sensor Sensor tốc độ nhiệt VSL V (-) yk Uyk LG SS GN KĐ Uyk+1 T FL Hình 3-5 Sơ đồ khối tổng quát bộ điều chỉnh nhiệt độ lò Mạch vòng thứ hai là mạch vòng điều chỉnh lưu lượng gió nóng tìm cực trị kiểu bước, bao gồm khối so sánh (SS) , khối logic (LG), máy điều chỉnh (MĐC), động cơ
50 chấp hành (CH), van gió (VAN), sensor đo nhiệt độ (Sensor nhiệt), sensor đo tốc độ (Sensor tốc độ) khối khuếch đại tín hiệu (KĐ), bộ phát lệnh (FL), bộ ghi nhớ (GN) và khâu trễ (T). Ngoài hai mạch vòng chính còn bộ vi xử lý (VXL) để hiển thị giá trị nhiệt độ đặt, nhiệt độ đo, tín hiệu báo động khi nhiệt độ tăng quá hoặc thấp quá giá trị đặt,và điều chỉnh giá trị đặt lưu lượng khi thay đổi năng suất. lò nung được coi như một khâu có đặc tính cực trị. 3.3. Mạch vòng ổn định lưu luợng dầu U1 1 (-) MĐC KĐ y1k Uy1k s.sơ LL X1k Y1k CH VAN LL Hình 3-6 Sơ đồ khối của mạch vòng ổn định lưu lượng dầu như hình 3-6. Để đưa nhiệt độ lò đến nhiệt độ mong muốn cho từng vùng của lò, ta đặt giá trị lưu lượng dầu ổn định ở giá trị điện áp U1 (được nhập vào qua bàn phím), giá trị này so sánh với tín hiệu phản hồi Uy1k được lấy từ sensor đo lưu lượng dầu qua bộ khuếch đại đưa về, ta nhận được sai lệch ∆y1k ∆y1k = U1 – Uy1k Sai lệch này được máy điều chỉnh (MĐC) xử lý điều khiển động cơ chuyển dịch đóng mở van dầu.
51 Nguyên lý làm việc của mạch được lý giải như sau: T1 Khi : ∫ ∆Y 0 1k .dt > c. (trong đó c là ngưỡng tác động của máy điều chỉnh, T1 là khoảng thời gian để lưu lượng dầu đạt tới giá trị mà sai lệch so với giá trị đặt làm cho máy điều chỉnh không tác động, c được chọn sao cho sai lệch của lưu lượng dầu trong khoảng cho phép ( ± 1%) khi đó máy điều chỉnh tác động điều khiển động cơ quay theo chiều thuận mở van dầu. T Khi: -c < ∫ ∆Y1k dt < c , máy điều chỉnh không tác động, động cơ không quay, lưu 0 lượng dầu được giữ cố định. T Khi: ∫ ∆Y 0 1k .dt < -c , máy điều chỉnh ra lệnh đảo chiều động cơ quay theo chiều ngược lại làm giảm lưu lượng dầu. Như vậy bằng cách tính chọn ngưỡng tác động của máy điều chỉnh ta được vùng không nhậy, lưu lượng dầu được giữ cố định và không dao động. Khi nhiệt độ do một nguyên nhân nào đó vượt hoặc giảm quá nhiệt độ đặt (có thể do nhiễu phụ tải tăng hoặc giảm), bộ vi xử lý sẽ cho tín hiệu điều chỉnh giá trị đặt U 1 để ổn định nhiệt độ của lò, đồng thời phát tín hiệu báo động để cho người vận hành biết. Do thời gian không cho phép ta không đi sâu nghiên cứu mạch vòng và mạch điều chỉnh này, mà đi sâu nghiên cứu mạch vòng thứ 2, mạch vòng điếu chỉnh lưu lượng gió tìm cực trị kiểu bước.Khi lưu lượng dầu cố định mạch vòng thứ hai có nhiệm vụ tự động điều chỉnh lượng gió để nhiệt độ của lò đạt cực đại. 3.4. Thiết kế bộ điều khiển lưu lượng khí theo phương pháp bước 3.4.1. Sơ đồ khối của bộ điều khiển tự động tìm cực trị kiểu bước
52 Với giả định là ở một nhiệt độ đặt nhất định (ứng với năng suất và yêu cầu nhiệt độ từng vùng của lò), mạch vòng ổn định lưu lượng dầu giữ lượng dầu phun vào lò ở một đại lượng cố định, nhiệm vụ của bộ điều khiển tự động tìm cực trị kiểu bước là tự động điều chỉnh lượng khí đưa vào để đốt với lượng dầu trên sao cho nhiệt độ của lò đạt cực đại. Qua phân tích, nghiên cứu ta chọn sơ đồ khối bộ điều chỉnh kiểu bước điều chỉnh lưu lượng khí tự động tìm cực trị như hình 3-7 X2k Y2k t0 CH VAN MĐC Sensor Sensor tốc độ nhiệt n (-) yk Uyk LG SS GN KĐ Uyk+1 T FL Hình 3-7 Sơ đồ khối của bộ điều khiển tự động tìm cực trị kiểu bước Đối tượng điều khiển, tọa độ x là đại lượng chuyển dịch tọa độ y là lượng điện áp đưa vào các bộ ghi nhớ. (CH) là động cơ một chiều, (VAN) là van gió, (MĐC) máy điều chỉnh, (LG) khối logic, (SS) khối so sánh, (GN) khối ghi nhớ các giá trị nhiệt độ dưới dạng điện áp,(FL) khối phát lệnh, khối này làm nhiệm vụ phát lệnh cho khối GN,SS,LG,làm việc, khối FL thực hiện tuần tự thuật toán bốn bước sau : Bước 1 : 1 0 0 0 Bước 2 : 0 1 0 0
53 Bước 3 : 0 0 1 0 Bước 4 : 0 0 0 1 Bước 5 : 1 0 0 0 ....................................... Các khối: Sensor nhiệt độ (s.sơ.n.độ ), khuếch đại (KĐ) làm nhiệm vụ lấy tín hiệu nhiệt độ dưới dạng điện áp ở các thời điểm đầu và cuối các bước đưa về khối ghi nhớ, sensor tốc độ làm nhiệm vụ lấy tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ duới dạng điện áp đưa về máy điều chỉnh để điều chỉnh tốc độ trong mỗi bước. 3.4.2. Nguyên tắc làm việc của sơ đồ Nguyên tắc làm việc của sơ đồ được thực hiện theo 4 bước như sau: • Bước 1: Bộ phát lệnh (FL) phát lệnh tới khối logic (LG) điều khiển động cơ chấp hành (CH) quay dịch mở van gió một bước +∆x , đồng thời phát lệnh cho bộ ghi nhớ (GN), ghi nhớ giá trị nhiệt độ ban đầu dưới dạng điện áp Uyk. • Bước 2: Bộ phát lệnh tạo thời gian trễ để nhiệt độ của lò thay đổi • Bước 3: Bộ phát lệnh phát lệnh cho bộ ghi nhớ, ghi nhớ giá trị Uyk+1. • Bước 4: Bộ phát lệnh phát lệnh so sánh 2 giá trị trong các bộ nhớ . * Nếu : ∆yk = Uyk+1 - Uyk > c ( nhiệt độ lò đang tăng lên) Trong đó c là một số dương cho trước là ngưỡng tác động của khối logic, bộ phát lệnh tiếp tục phát lệnh tới khối logic điều khiển động cơ chấp hành quay dịch mở van khí một bước ∆x nữa, và phát lệnh cho bộ ghi nhớ, ghi nhớ giá trị Uyk+1 . Quá trình lặp lại theo chu kỳ như trên cho tới khi tìm được cực trị (đây là quá trình tìm cực trị ). * Nếu: ∆yk = Uyk+1 - Uyk < - c (nhiệt độ vượt qua giá trị cực đại) Thì khối logic điều khiển động cơ quay ngược lại đóng bớt van gió một bước ∆x và lúc này hệ đã tìm được cực trị và chuyển sang quá trình duy trì cực trị.
54 * Nếu: - c < ∆yk = Uyk+1 -Uyk < c khối logic không tác động, động cơ không quay lưu lượng khí cấp vào mỏ đốt được giữ cố định và hệ làm việc ở vùng cực trị. Tuy nhiên giá trị nhiệt độ ở bước 1 và bước 3 vẫn được bộ ghi nhớ ghi lại để kiểm tra và duy trì điểm làm việc xung quanh điểm cực trị. Như vậy nhờ thuật toán điều khiển kiểu bước như trên hệ đã thực hiện hai quá trình, quá trình thứ nhất là quá trình tìm cực trị và quá trình thứ hai là quá trình duy trì điểm làm việc tại cực trị, bằng việc tính chọn mức ngưỡng của phần tử logic hợp lý và trong khoảng sai số cho phép ta có vùng làm việc không nhạy mà ở đó, hệ làm việc trong vùng cực trị mà không bị dao động. Sensor tốc độ lấy tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ dưới dạng điện áp đưa về cùng với máy điều chỉnh để điều chỉnh tốc độ động cơ trong mỗi bước . 3.4.3. Thiết lập sơ đồ nguyên lý Hệ thống gồm các bộ phận chính sau: • Bộ phát lệnh (FL). • Bộ ghi nhớ (GN). • Bộ so sánh (SS). • Máy điều chỉnh (MĐC). • Động cơ chấp hành (CH) ... 3.4.3.1. Động cơ chấp hành, Mạch khuếch đại công suất a) Động cơ chấp hành Để điều khiển van gió (yêu cầu công suất nhỏ), ta chọn động cơ 1chiều động cơ có công suất 12.5w, điện áp 12v b) Mạch khuếch đại công suất Sau khi nghiên cứu ta chọn mạch khuếch công suất dùng vi mạch, BA 6209, vi mạch có 10 chân, công suất điều khiển lớn nhất 22w. - Chân số 1 : Nối GND - Chân số 2& 10 : Nối ra động cơ
55 - Chân số 3& 9 : VZ - Chân số 4 : Tạo điện áp chuẩn (Vref) - Chân số 5& 6 : Nhận tín hiệu điều khiển - Chân số 7& 8 : Cấp nguồn cho mạch logic và khuếch đại (12v) sSơ đồ vi mạch được mô tả như hình 3- 9 Out1 GND Out2 VZ1 2 1 10 3 9 VZ2 CONROL LOGIC 4 5 6 7 8 Vref Fin Rin Vcc1 Vcc2 Hình 3-8 BA6209 làm việc như sau: Khi đầu (5) ở mức cao đầu (6) ở mức cao, đầu ra (2) ở mức thấp và đầu ra (10) ở mức thấp. Khi đầu (5) ở mức thấp đầu (6) ở mức thấp, đầu ra (2) ở mức thấp và đầu ra (10) ở mức thấp, như vậy khi các đầu vào (5) và (6) cùng mức thì các đầu ra cũng cùng mức thấp, như vậy điện áp cấp cho động cơ chấp hành (đầu số (2) và (10)) bằng không nên động cơ không làm việc, sơ đồ nối dây khối công suất và động cơ như hình 3-9a, bảng sự thật trên hình 3-9b:
56 BA 6209 928H55 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 GND Udk1 C=0.1µF đến động cơ Udk2 +12v cơ Hình 3-9a Hình 3-9b 3.4.3.2. Mạch logic Mạch logic có nhiệm vụ phát tín hiệu điều khiển cho động cơ làm việc theo nguyên tắc: . * Nếu: ∆yk = Uyk+1 - Uyk > c (trong đó c là ngưỡng tác động của khối logic), khối logic phát lệnh điều khiển động cơ chấp hành quay dịch mở van một bước ∆x. * Nếu: ∆yk = Uyk+1 - Uyk < - c khối logic phát lệnh điều khiển động cơ chấp hành quay dịch ngược van lại một bước -∆x . * Nếu : - c < ∆yk = Uyk+1 - Uyk < c Thì khối logíc không tác động, động cơ không quay, để thực hiện yêu cầu điều khiển như trên ta thiết kế mạch tạo mức ngưỡng, sơ đồ mạch điện như hình 3-10
57 Trên sơ đồ mạch điện các bộ khuếch đại thuật toán dùng vi mạch LM324P, phần tử NAND dùng vi mạch 4011BP. Để tạo mức ngưỡng cho mạch logic (c = 0.05v) ta cấp một điện áp dương vào đầu đảo của U5B và U6C qua cầu phân áp R4 và R3, để mức ngưỡng đạt 0.05v ta chọn R3 là biến trở loại 100KΩ, điện trở R4 là 470 Ω , điện trở R6 = R5 = 1MΩ. Bộ khuếch đại U8A là mạch khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại bằng -1, đầu ra của nó có điện áp bằng ± ∆yk, xung nhịp đưa đến 4011 ở nhịp thứ 4 của bộ phát lệnh, mạch logic làm việc như sau VCC VCC 50% 12V 100KΩ _LIN Key = A 4 U5B 3 ∆yk=Uyk+1-Uyk 2 R3 5 D1 4 LM324P 1 1 2 GP30K U1A R4 11 I 10 4011BP_10V 470kΩ 0 Xung nhịp 4 4 U3A U8A U6C 3 3 R6 II 1 1 7 LM324P LM324P 4011BP_10V 1.0MΩ 2 2 D2 8 6 VEE 11 R5 1.0MΩ 11 GP30K 9 VEE -12V Hình 3-10 Khi không có tín hiệu điều khiển ở cả hai đầu ra của 4011 đều ở mức cao, máy điều chỉnh không tác động, động cơ không quay. Khi có tín hiệu điều khiển và có xung nhịp,
58 Nếu: ∆yk > c > 0 đầu ra của U5B ở mức cao đầu ra của 4011 số I ở mức thấp, đầu ra U8A ở mức thấp, đầu ra U5B ở mức thấp, đầu ra 4011 số II ở mức cao, đầu ra có tín hiệu cho BA6209 điều khiển động cơ quay dịch thuận van một bước ∆x. Nếu: ∆yk < - c đầu ra U5B ở mức thấp đầu ra của 4011 số I ở mức cao. Đầu ra U8A ở mức cao, đầu ra U6C ở mức cao, đầu ra 4011 số II ở mức thấp, đầu ra có tín hiệu cho BA6209 điều khiển động cơ quay dịch ngược van một bước ∆x (theo chiều đóng van gió ) Nếu: -c < ∆yk < c đầu ra U5B ở mức thấp, đầu ra 4011 số I ở mức cao, đầu ra của U6C luôn ở mức thấp nên đầu ra của 4011 số II ở mức cao vì vậy đầu ra không có tín hiệu điều khiển, động cơ không quay. Sau khi nghiên cứu, thiết kế mạch điện tạo mức ngưỡng đã thực hiện được yêu cầu điều khiển của bộ điều khiển. Kết quả chạy thử mạch trên phần mềm multisim- 8, hình 3-11 là kết quả tín hiệu ra khi không có tín hiệu điều khiển, hình 3-12 là kết quả tín hiệu ra khi tín hiệu điều khiển lớn hơn mức ngưỡng c, hình 3-13 là kết quả khi tín hiệu điều khiển nhỏ hơn mức ngưỡng -c và hình 3-14 là kết quả khi tín hiệu điều khiển mằm trong mức ngưỡng. Đường 1 là tín hiệu ra của 4011 số I, đường 2- tín hiệu ra của 4011 số II, đường 3- xung nhịp, đường 4- tín hiệu điều khiển. 1 2 3 4 Hình 3-11
59 1 3 2 4 Hình 3 -12 1 3 2 4 Hình 3 -13 1 2 3 4 Hình 3 -14
60 Để xung đầu ra của mạch logic có đủ độ rộng và có thể điều chỉnh được ta thiết kế mạch dãn xung, hình 3-15 là sơ đồ mạch điện dãn xung. Khi không có tín hiệu của Xung điều khiển xung điều khiển hoặc xung nhịp hoặc cả hai tín hiệu không có, đầu ra của 4011 ở mức cao « H », đầu ra 3 của vi mạch 555 ở mức thấp « L » (đầu ra điều khiển BA6209). Khi có tín hiệu của xung nhịp và xung điều khiển đầu ra của 4011 ở mức thấp, đầu ra Xung nhịp 3 của vi mạch 555 chuyển lên mức cao « H », khi xung điều khiển mất đầu ra 3 của 555 vẫn ở mức cao, thời gian trễ của xung ra τ = R1.C1 VCC 12V VCC 8 U2 R1 50% VCC 500KΩ _LIN 4 3 6 Xung ra D1 Key = A RST OUT Xung điều khiển 7 DIS 1 3 GP30K U1A 6 THR 2 LM555CM 2 TRI 4011BP_10V 5 CON 4 5 C1 GND C2 Xung nhịp 2.2uF-POL 0.1uF-POL 1 0 Hình 3-15 Điều chỉnh R1 ta có thể điều chỉnh độ rộng của xung ra.Với yêu cầu thiết kế bộ điều khiển chọn thời gian trễ τ = 1 (s), chọn tụ C1= 2.2µF, chọn biến trở R1loại 500KΩ Kết quả chạy kiểm tra thử trên phần mềm multisim – 8 được thể hiện trên hình 3-16, đường 1 mô phỏng xung điều khiển, đường 2- xung nhịp, đường 3- xung ra 555