Bài tập lớn - Điều khiển số - Điều khiển tự động

Chia sẻ: Tan Lang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

0
360
lượt xem
180
download

Bài tập lớn - Điều khiển số - Điều khiển tự động

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG 1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Công nghiệp hóa - Hiện đại hoá là mục tiêu số một của đất nước ta hiện nay trên con đường đi lên một cường quốc của khu vực và thế giới. Kỷ nguyên điện tử tin học đang phát triên mạnh mẽ trên toàn thế giới, ứng dụng những thành tựu đó trong lĩnh vực công nghiệp và đặc biệt là trong truyền động điện công nghiệp là hết sức quan trọng, cần thiết. Với khối lượng tình toán những bài toán công nghiệp là tương đối lớn, ngày nay đây là một...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài tập lớn - Điều khiển số - Điều khiển tự động

  1. Bài tập lớn Điều khiển số 1 CHƯƠNG 1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Công nghiệp hóa - Hiện đại hoá là mục tiêu số một của đất nước ta hiện nay trên con đường đi lên một cường quốc của khu vực và thế giới. Kỷ nguyên điện tử tin học đang phát triên mạnh mẽ trên toàn thế giới, ứng dụng những thành tựu đó trong lĩnh vực công nghiệp và đặc biệt là trong truyền động điện công nghiệp là hết sức quan trọng, cần thiết. Với khối lượng tình toán những bài toán công nghiệp là tương đối lớn, ngày nay đây là một công việc nặng nề phức tạp. Ngày nay với những bộ vi xử lý, vi điều khiển, tốc độ cao đã hoàn toàn thoả mãn những yêu cầu đặt ra với những đòi hỏi trên. Và tạo ra một bước đột phá mới trong lĩnh vực điều khiển tự động, đó chính là lĩnh vực điều khiển số. Mô hình cơ bản của hệ thống điêù khiển số là : Vi xử lí Đối tượng A/D DIGITAL D/A ĐK Khối đo phản hồi A/D : (Analog / Digital ) bộ biến đổi tương tự số D/A : (Digital / Analog) bộ biến đổi số tương tự Tín hiệu vào ra của đối tượng điều khiển là tín hiệu liên tục, còn tín hiệu vào ra máy tính là tín hiệu số. Trên cơ sở sơ đồ khối hệ thống điều khiển số đó chúng ta sẽ xây dựng sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều ba pha như sau: Điều khiển tự động 2- K43
  2. Bài tập lớn Điều khiển số 2 Cổng ra Khuếch Đối đại nguồn tượng PC Cổng vào Tiền Cảm biến khuếch đại Đây là sơ đồ khối cơ bản mà bất kỳ một hệ thống điều khiển nào cũng không thể thiếu được. Nhưng đứng trước những đòi hỏi của hệ thống xoay chiều ba pha, yêu cầu chất lượng hệ thống mà các kỹ sư cần cân nhắc các phương án điều khiển, và tìm ra một phương án tối ưu, thoả mãn bài toán kinh tế, với những yêu cầu mà hệ thống đòi hỏi. Nhưng trên tất cả người kỹ sư cần đặt tính kỹ thuật và kinh tế lên hàng đầu. Trong lĩnh vực truyền động điện mức chính xác của tốc độ động quyết định tất cả chất lượng hệ thống. Chính vì vậy, xây dựng các phương án điều khiển cho từng loại động cơ phù hợp với hệ thống chúng ta cần đặt lên hàng đầu. Trong hệ truyền động điện xoay chiều động cơ thường được sử dụng gồm hai loại chính là : động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ, trong đó động cơ không đồng bộ được ứng dụng nhiều nhất, còn động cơ đồng bộ ít sử dụng,nó chỉ thường dùng trong một số ứng dụng đặc biệt. Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ còn chia ra làm hai loại : động cơ xoay chiều không đồng bộ roto dây quấn và động cơ xoay chiều không đồng bộ roto lồng sóc. Trước đây trong các hệ truyền động điện xoay chiều, người thiết kế thường sử dụng động cơ xoay chiều roto dây quấn do những yêu cầu vượt trội của nó trong các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ.Tuy nhiên ngày nay loại roto lồng sóc chiếm ưu thế tuyệt đối trên thị trường. Vì lý do đơn giản dễ chế tạo, không cần bảo dưỡng, kích thước nhỏ. Điều khiển tự động 2- K43
  3. Bài tập lớn Điều khiển số 3 Và sự phát triển vũ boã của kỹ thuật vi điện tử, với giá thành ngày càng hạ, đã cho phép thực hiện thành công các kỹ thuật điều khiển phức tạp đối với loại roto lồng sóc. Các phương án xây dựng sơ đồ điêù khiển hệ thống : 1.1 Điều chỉnh điện áp đặt vào Stato động cơ : Xuất phát từ phương trình đặc tính cơ : 3 .(U ' f 1 ) 2 . R ' 2 M= R' ¦ ω 1 .[( R1 + 2 ) + X nm ]. s 2 s Ta có : Với tần số và tốc độ động cơ không đổi thì mô men của động cơ không đổi thì mô men của roto M r tỷ lệ với bình phương điện áp stato. Nếu phương trình đặc tính cơ của phụ tải có dạng : ω x ω M c = M cdm ( ) = M cdm ( ) x ω cdm ω0 điều này có nghĩa là động cơ có độ trượt định mức nhỏ, lúc đó tổn thất khi điều chỉnh sẽ là : ω ω ) x ω 0 (1 − ΔP = Mcdm. (ω r 0 ω0 ) Giá trị cực đại của tổn thất công suất là : ΔPr max = M cdm .ω o ≈ Pdm Như vậy ta có : ΔPr ω ω = ( ) x (1 − ) ΔPr max ω0 ω0 Điều khiển tự động 2- K43
  4. Bài tập lớn Điều khiển số 4 Việc điều chỉnh điện áp stato là không thể triệt để do mọi đặc tính điều chỉnh đều đi qua điểm không tải lý tưởng, tổn thất công suất trượt động cơ tăng lên nếu tốc độ quay của roto : s ΔPr = M c .(ω 0 − ω ) = Pco . 1− s Truyền động không đồng bộ điều chỉnh điện áp stato chỉ thích hợp nhất với các loại tải có mô men là hàm tăng của tốc độ. 1.2.Điều chỉnh điện trở đặt vào roto động cơ : Xuất phát từ phương trình đặc tính cơ : 3.(U ' f 1 ) 2 .R' 2 M = R' ω 1 .[( R1 + 2 ) + X nm 2 ].s s Từ phương trình trên ta thấy khi giữ giá trị điện áp, tần số của động cơ không đổi nếu thay đổi điện trở mạch roto (điện trở R' 2 )thì đặc tính cơ của động cơ cũng biến đổi theo. Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto, thực hiện các quá trình điều chỉnh thông số mạch điện roto của động cơ, giá trị của điện trở tổng mạch roto gồm có R = Rroto + R p Khi tăng giá trị của điện trở tổng R, hệ số trượt tới hạn sth ' tăng còn mô men tới hạn của động cơ vẫn giữ không đổi. Việc thay đổi giá trị tổng trở của roto được thực hiện theo phương pháp : Sử dụng biến trở điều chỉnh đơn giản bằng tay trong mạch roto : Cách này có ưu điểm việc điều chỉnh giá trị điện trở là hết sức đơn giản nhưng nó lại có những nhựơc điểm rất lớn : độ chính xác điều chỉnh thấp và gây ra tổn hao rất lớn. Cách này không được ứng dụng trong các hệ truyền động đòi hỏi độ chính xác cũng như yêu cầu kinh tế cao. Sử dụng mạch chỉnh lưu - mạch xung điện trở : Trong các này thay vì sử dụng biến trở điều chỉnh bằng tay như trên, người ta sử dụng một mạch chỉnh lưu với các xung điện áp có độ rộng tay đổi theo thòi gian trong từng chu kỳ (mạch băm xung) để thực hiện việc đóng mở điện trở R p trong mạch roto. Điều khiển tự động 2- K43
  5. Bài tập lớn Điều khiển số 5 Khi xung điện áp đóng (trong khoảng thời gian t 1 ), điện trở Rp sẽ được nối vào mạch roto và tổng trở mạch roto sẽ là : R = Rroto + R p Sau khoảng thời gian t 1 xung điện áp mở (trong khoảng thời gian t 2 ), điện trở R p được gắt ra khỏi mạch roto. Điện trở tổng lúc đó chính bằng điện trở của mạch roto Rroto . Như vậy ta có một chu kỳ T=t 1 +t 2 giá trị tổng trở trung bình của roto sẽ là : t1 Rtr = Rroto + t1 + t 2 Từ biểu thức trên ta thấy khi thay đổi độ rộng xung (thay đổi t 1 ),điện trở của mạch roto sẽ thay đổi và tốc độ động cơ cũng biến đổi theo. Phương pháp điều chỉnh trên được gọi là “ phương pháp điều chỉnh xung điện trở ”.Nó có ưu điểm là điều chỉnh một cách chính xác, dễ dàng, tổn hao công suất ít khả năng tự động hoá cao.Tuy vậy nó có mặt hạn chế là sơ đồ mạch chỉnh lưu dễ bị ảnh hưởng của hiễu bên ngoài. 1.3.Phương pháp điều chỉnh công suất trượt bằng hệ nối tầng điện dưới đồng bộ : Khi điều chỉnh tốc độ bằng hệ nối tầng thì vừa điều chỉnh bằng được công suất trượt vừa điều chỉnh đựơc tốc độ động cơ.Nội dung chính của phương pháp điều chỉnh này dựa trên nguyên lý điều chỉnh công suất trượt của động cơ. Nguyên lý này thường áp dụng cho các truyền động công suất lớn vì khi đó việc tiết kiện năng có ý nghĩa rất lớn Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không lớn và mô men động cơ giảm khi tốc độ thấp Do có sử dụng nghịch lưu phụ thuộc nên trong tính toán,thiết kế cần để ý tới giới hạn hai đầu của góc điều khiển nghịch lưu β min và β max . Ngoài ra, đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề khởi động của động cơ rất quan trọng.Trong thực tế thường sử dụng điện trở phụ bằng chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trượt.Vì vậy nên áp dụng hệ thống này cho các truyền động có số lần khởi động, dừng may và đảo chiều ít. 1.4. Phương pháp điều chỉnh tần số động cơ : Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về giải điều chỉnh và tính chất động Điều khiển tự động 2- K43
  6. Bài tập lớn Điều khiển số 6 học chỉ có thẻ thực hiện được với các bộ biến tần. Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ chủ yếu là roto lồng sóc.Nhược điểm là hệ thống điều khiển phức tạp. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật kinh tế mà ta có thể xác định được cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển biến tần - động cơ, theo đó có thể chia ra thành các bộ biến đổi sau *Biến tần trực tiếp : Là biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới f 1 : f=(0 ÷ 5) f 1 . Loại này thường dùng cho truyền động có công suất lớn. Biến tần gián tiếp nguồn áp : Thường dùng cho truyền động nhiều động cơ.Đối với biến tần nguồn áp yêu cầu chất lượng điện áp cao thường dùng trong các biến tần có điều chế độ rộng xung. Biến tần có nghịch lưu độc lập nguồn dòng : Thích hợp cho truyền động đảo chiều,công suất động cơ truyền động lớn. Đối với động cơ roto lồng sóc, để thực hiện điều chỉnh tốc độ thường dùng phương pháp biến đổi tần số kết hợp với việc biến đổi điện áp ( sử dụng các bộ biến tần ). Chính vì vậy việc lựa chọn phương án thiết kế hệ điều chỉnh cho động cơ cần phải nghiên cứu, phân tích tính toán ở đây chính là phương pháp điều chỉnh hệ biến tần - động cơ roto lồng sóc. Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy toàn bộ nền công nghiệp phát triển à biến đổi sâu sắc.Những mặt hạn chế trước đây đã được giải quyết và hoàn thiện một cách toàn diện.Ngày nay khi nói tới xây dựng một hệ thống kỹ thuật, bên cạnh các vấn đề về kinh tế, kỹ thuật thì vấn đề tối ưu hoá quá trình công nghệ đóng một vai trò hêt sức quan trọng. Trong nhiều năm phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và nghành truyền động nói riêng, những thành tựu đạt được là rất lớn.Sự kết hợp ngày một hoàn hảo, sâu sắc giữa điện và điện tử đã tạo nên những đột phá mới vè công nghệ truyền động hiện đại.Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ các hệ truyền động một chiều, sự xuất hiện các bộ biến tần đã khiến cho các hệ truyền động xoay chiều phát triển ngày một mạnh và chiếm ưu thế hầu hết các hệ truyền động hiện đại. Hiện nay trong các hệ truyền động xoay chiều, việc ứng dụng các thiết bị biến tần kết hợp với động cơ roto lồng sóc đã tạo nên bước đột phá cho cả hai yếu tố kỹ thuật Điều khiển tự động 2- K43
  7. Bài tập lớn Điều khiển số 7 và kinh tế.Hầu hết các hệ thống truyền động xoay chiều hiện nay đều sử dụng động cơ roto lồng sóc đi liền với các bộ biến tần bởi các ưu thế vượt trội của nó so với các hệ khác. Đối với yêu cầu xây dựng bộ biến tần cho các hệ điều khiển truyền động điện, trên thực tế có rất nhiều gải pháp khác nhau.Nhưng nhìn chung ta có thể xếp các bộ biên tần vào hai nhóm chính :nhóm các bộ biến tần điều khỉên bằng tín hiệu tương tự (Analog Control) và nhóm các bộ biến tần điều khiển bằng tín hiệu số (Digital Control). Đối với nhóm thứ nhất bộ biến tần được xây dựng dựa trên nền tảng kỹ thuật vững chắc sẵn có của công nghệ điện, điện tử - điện tử công suất và các phương pháp điều khiển tương tự. Nhóm này được phát triển và ứng dụng hầu hết các hệ truyền động trước đây và một số ít hiện nay.Còn nhóm thứ hai đây là hướng phát triển mới nhằm khai thác các thế mạnh của công nghệ vi điện tử, và đặt nền tảng cho hướng phát triển mới. Ngày nay việc xây dựng và phát triển công nghệ thông tin vào quá trình sản xuất là một xu thế tất yếu. Nó chính là nền tảng công nghệ tương lai của toàn bộ nền công nghiệp nói chung cũng như các nghành công nghệ cao nói riêng.Sự xuất hiện ngày một nhiều các thiết bị điều khiển công nghiệp tích hợp máy tính đã chứng minh điều đó. Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất hệ thống điều khiển công nghiệp trên thế giới đều tập chung đi sâu vào xu hướng phát triển và xây dựng hệ thống, dựa trên nền tảng máy tính. Và theo đó là sự phát triển của các công nghệ vi xử lý mà hạt nhân của nó chình là các μ P. Từ những phân tích trên, căn cứ vào thực tế của sự phát triển công nghệ nói chung cũng như nghành truyền động nói riêng, trong đồ án này chúng em lựa chọn phương án xây dựng bộ biến tần cho hệ truyền động điện xoay chiều ba pha.Việc điều khiển tốc độ và mô men động cơ đòi hỏi phải được thiếtkế chính xác dáp ứng được công nghệ cao và đi liền với nó là chi phí sẽ tăng. Việc sử dụng động cơ xoay chiều trong các lĩnh vực như : Truyền động xe kéo, điều khiển công suất, các hệ thống thông gió - điều nhiệt ngày một phổ biến. Sự gia tăng không ngừng những ứng dụng của động cơ xduay chiều trong thực tế phần lờn bắt nguồn từ chính những đặc điểm nổi bật của nó :thiết kế tin cậy, khả năng sinh mô men lớn, dải tốc độ hoạt động rất rộng.Mặc dù việc thiết kế hệ điều khiển cho các động cơ xoay chiều là hết sức phức tạp và chi phí cao hơn so với động cơ một chiều, nhưng nhờ sự phát triển mạnh của công nghệ điều khiển số và Điều khiển tự động 2- K43
  8. Bài tập lớn Điều khiển số 8 kỹ thuật mạch điện tử tích hợp, đã làm giảm đáng kể mức độ phức tạp cũng như chi phí của quá trình thết kế, xây dựng phần cứng các hệ điều khiển. Chính vì vậy mà động cơ điện xoay chiều ngày càng đựoc ứng dụng nhiều hơn trong các hệ thống điều khiển tốc độ. Tuy vậy bên cạnh những cải tiến trên, tính phức tạp của hệ thống vẫn còn là một cản trở lớn cho các hệ điều khiển tốc độ sử dụng động cơ xoay chiều.Do trong hệ thống này có quá nhiều chức năng phải thực hiện : Hệ thống phải biến đổi tín hiệu một chiều từ nguồn thành tín hiệu xoay chiều, phải thực hiện điều khiển đồng thời cả hai tham số : điện áp – tần số của các tín hiệu xoay chiều đó. Mặc dù công nghệ điều khiển đã chuyển phần lớn các chức năng dó cho phần mềm thực hiện nhưng các thiêt bị phần cứng điện tử vẫn giữ vai trò chủ đạo và chúng giải quyết được tất cả những giới hạn mà phần mềm không giải quyết được. Trong thực tế đối với động cơ điện xoay chiều có hai phương pháp điều khiển tốc độ cơ bản : phương pháp điều khiển vectơ và phương pháp điều khiển vectơ không gian. Phương pháp điều khiển véc tơ không gian được sử dụng xây dựng các thuật toán trong các bộ biến tần. Điều khiển tự động 2- K43
  9. Bài tập lớn Điều khiển số 9 CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA *1. Sơ đồ ghép phối vào ra: Sơ đồ nguyên lý : Đệm dữ Bộ đếm liệu xung & mã hoá Vi xử lý Giải mã Chốt dữ Biến địa chỉ liệu D/A tần Điều khiển tự động 2- K43
  10. Bài tập lớn Điều khiển số 10 Biến tần Máy Biến tần Động tính cơ Mã hoá Sơ đồ mạch card điều khiển máy tính(see the figure). Nguyên lý làm việc card ghép nối máy tính điều khiển : Bộ vi xử lý có nhiệm vụ tính toán các thông số theo các thuật toán của các kỹ sư thiết kế đã lập trình. Đầu tiên ta đặt chế độ định trước cho động cơ làm việc bằng cách đặt tốc độ quay của roto.Bộ vi xử lý sẽ tính toán với tốc độ ta đặt trứơc, vi xử lý thông qua bọ biến đổi D/A mà đưa ra một điện áp nào đó vào bộ biến tần. Và bộ biến tần sẽ khởi động quay roto động cơ.Khi động cơ bắt đầu làm việc bộ đo tốc độ quay của động cơ cũng làm việc và nghi nhận tốc độ quay của động cơ và phản hồi về bộ vi xử lý trung tâm.Để đo tốc độ quay ta có thể sử dụng một trong ba khả năng : máy phát tốc, maý phat xung, máy đo góc tuyệt đối.Trong đó, máy phát tốc đã dần đi vào dĩ vãng, do dộ chính xác thấp, lại đòi hỏi phần biến đổi ADC có độ chính xác cao để số hoá tín hiệu đo. Vì vậy ở trong phần thiết kế hệ thống này chúng ta sử dụng máy phát xung ENCORDER. Máy phát xung ENCORRDER hoạt động trên nguyên tắc từ huặc quang học đều cấp ra hai chuỗi tín hiệu digital lệch pha nhau một góc 90 ο ,lặp lại (tương ứng với số vạch khắc của máy) sau mỗi vòng quay. Số vạch khắc của máy thường nằm Điều khiển tự động 2- K43
  11. Bài tập lớn Điều khiển số 11 trong khoảng 512... 8192/1 vòng. Thông thường các máy phát còn kèm theo khả năng xử lý xườn của các tín hiệu và trên cơ sở đó cho phép tăng số lượng vạch /1vòng lên 4 lần.Các chuỗi xung được đưa tới các cửa vào của khâu đếm tiến, thông qua lượng đếm được trong một chu kỳ nhất định ( ví dụ chu kỳ điều chỉnh tốc độ quay Tn ) ta sẽ tính được tốc độ quay n M của động cơ. Tất cả những điều mô tả ở trên đều thuộc về kiến thức cơ sở. Nếu tận dụng được khả năng nhân 4, ta có công thức sau : ⎡ vßng ⎤ 60 .n Inc nM ⎢ ⎣ min ⎦⎥ = 4.n .T ICE n Trong đó : T n : chu kỳ điều chỉnh tốc độ quay, ở đây đồng thời là chu kỳ đếm xung (đo bằng giây) n ICE : lượng vạch / 1vòng của máy phát (ICE: ỉncemental encorder) n Inc : lượng vạch đếm được trong thời gian Tn Khi đó thông qua công thức trên bộ vi xử lý sẽ tính được tốc độ quay của động cơ xoay chiều ba pha.Tiếp đó bộ xử lý trung tâm sẽ so sánh với tốc độ đặt trước, tính toán sai lệch. Sau đó đưa dữ liệu điều khiển biến tần thông qua bộ ADC gián tiếp điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha. Cứ như vậy số liệu máy tính sẽ cập nhật theo từng chu kỳ của vòng lặp điều khiển chính xác tốc độ động cơ do yêu cầu hệ thống đòi hỏi. Card ghép nối máy tính điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha gián tiếp qua biến tần ta cần dùng rãnh cắm 16 bit theo tiêu chuẩn rãnh cắm ISA (Industry Standard Architecture ).Thông thường rãnh cắm ISA có 62 đường tín hiệu dụng cho mục đích thông tin với một card cắm vào. Về cơ bản các đường tín hiệu nay được chia thành các đường dẫn tín hiệu, đường dẫn địa chỉ và đường dẫn điều khiển.Vùng vào ra của máy tính PC đã chiếm giữ 64Kbyte của bộ nhớ tổng cộng với dung lượng hàng Mbyte trở lên Vì vậy vùng vào ra của một card mở rộng không được phép bao trùm lên vùng địa chỉ voà / ra của máy tính.Địa chỉ quy định của một card mở rộng chỉ được phép có địa chỉ nằm trong khoảng 300H → 31FH . Các đường dẫn địa chỉ được sử dụng trong vùng này là A0 → A9 .Thông thường thì các địa chỉ mà dưới địa chỉ này máy tính có thể trao đổi với card mở rộng có thể đặt chính trên card.Bây giờ nhiệm vụ của tấm bản mạch ( card ) được gài vào là so sánh các đường dẫn địa chỉ ở máy tính với địa chỉ Điều khiển tự động 2- K43
  12. Bài tập lớn Điều khiển số 12 đã được thiết lập xem có thống nhất không và thông báo sự đánh giá ở một bộ điều khiển logic.Chỉ khi sự thống nhất một cách chính xác mới có thể tiến hành sự trao đổi thông tin với máy tính.Thông thường một card mở rộng có nhiều khối chức năng, bộ biến đổi A/D, D/A, khối xuất nhập dữ liệu số, các khối này được trao đổi dưới những địa chỉ khác nhau điều khiển từ máy tính. Mạch logic bộ giải mã chứa linh kiện hai vi mạch 74HC138.Vi mạch74HC138 chứa một bộ giải mã 1 trong 8 với 3 tín hiệu lựa chọn chip. Nhờ một con số nhị phân, ở linh khiện này ta có thể chọn đúng lối ra từ trong số tám lối ra. Khi lối ra được chọn sẽ nhận mức tín hiệu LOW ( “ 0 ” ) trong khi các lối khác vẫn nhận mức logic HIGH ( “ 1” ).Bộ giải mã logic đảm nhiệm đồng thời sự điều khiển bộ đệm bus hai chiều 74HC245. Bộ đệm 74HC245 nối đường dữ liệu với dãnh cắm máy tính PC với các đường dẫn của card mở rộng.Sự ghép nối này là rất quan trọng, nhờ vậy các tín hiệu trên đường dẫn dữ liệu không bị ảnh hưởng quá mạnh.Vi mạch 74HC245 chứa 8 bộ đệm với các lối ra ba trạng thái ( tristate ) để trao đổi thông tin giữa các đường dẫn bus dữ liệu theo hai hướng vào máy tính và ra ngoại vi. Hướng trao đổi dữ liệu được xác định từ mức logic ở lối vào DIR, DIR=0 chuyển dữ liệu từ ngoại vi về máy tính. DIR =1 chuyển dữ liệu từ máy tính ra ngoại vi. Việc chuyển hướng dữ liệu được quản lý tốt nhất, đơn giản nhất là bằng tín hiệu /IOR, ta có thể nối trực tiếp với chân DIR.Qua đó đảm bảo rằng bộ đệm bus 74HC245 chỉ xắp xếp những dữ liệu trên bú dữ liệu của máy tính PC. Vi mạch 74HC245 chỉ hoạt động khi chân G không tích cực ( G = 0), và ở trang thái treo khi chân G tích cực ( G =1 ). Khi máy tính PC thực hiện việc truy nhập đọc (/IOR=0 ), tín hiệu ở chân Y4 của vi mạch 74HC138 ở mức không tích cực, khi máy tính đưa ra địa chỉ 300H → 31FH chân G của 74HC245 ở mức “ 0 “ và sẵn sàng làm việc. Chân Y4 cũng được nối với chân G2B tín hiệu làm việc của chip 74HC138 khác giải mã chọn Y1 là dịa chỉ bộ đếm vi mạch 8253, cùng với địa chỉ từ chân A0 , A1 từ máy tính chọn các bộ đếm và các chế độ hoạt động. Chân Y0 kết hợp với tín hiệu từ chân A0 , A1 ( A0 =0, A1 =0) qua vi mạch OR 3 đầu vào 74HC4075 và ở đầu ra chia làm hai phần việc : một phần chọn bộ biến đổi DAC, một phần kết hợp với tín hiệu /IOW thông qua mạch NOR 74HC022 đầu vào để kích hoạt chốt dữ liệu 74HC373.Chip 74HC373 chốt dữ liệu dùng cho bộ biến đổi DAC. Khi viết lên thiết bị ngoại vi ở địa chỉ cơ bản thì chân G ( 74HC245 ) ở mức low và kích hoạt bộ đệm 74HC245 bộ này đẩy dữ liệu theo hướng lên thiết bị ngoại vi và cần đến bộ chốt dữ liệu 74HC373. Điều khiển tự động 2- K43
  13. Bài tập lớn Điều khiển số 13 Vi mạch 74HC373 có chứa 8 mạch D-flip-flop, các mạch này lưu giữ vào linh kiện các dữ liệu kề sát ở rãnh cắm PC được cho phép chốt bằng sự tích cực ở lối vào CLK. Dữ liệu này được dùng cho bộ biến đổi DAC (địa chỉ 310H). Phương pháp biến đổi được dùng rộng rãi nhất ở các bộ biến đổi D/A là sử dụng các mạng điện trở R-2R.Sự sắp xếp khá đặc biệt của các mạng điện trở đã mang lại những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp khác. Phần chính của mạng điện trở có thể xem như là một bộ chia điện áp.Bộ này có đặc tính là mỗi điểm nút được đáu bằng một điện trở R. Nhờ vậy mà mỗi điểm nút dòng điện đi qua được chia theo tỷ lệ 1:1, đối với bit cao nhất đi qua điện trở được tính bằng biểu thức : Uref I= 2.R còn qua các điện trở tiếp theo sẽ bằng: U I = . 0 , 5 ; etc... ref 2 .R Điều khiển tự động 2- K43
  14. Bài tập lớn Điều khiển số 14 Sơ đồ tương đương là : Cách đấu điện trở R-2R ở bộ biến đổi D/A U ref : điện thế chuẩn của OP R: điện trở Điều khiển tự động 2- K43
  15. Bài tập lớn Điều khiển số 15 Một bộ chuyển đổi qua lại sẽ xác định liệu dòng điện sẽ đi xuống mass hay là đi qua điểm lấy tổng của mạch. Mức high đặt ở chuyển mạch sao cho dòng điện đi qua điểm lấy tổng và do vậy đóng góp một phần vaò dòng điện tổng cộng. Dòng điện tổng cộng ở lối ra OUT 1 sau đó được tính theo biểu thức : U .N I = ref 256 . R Ở đây N là giá trị của byte dữ liệu ( kề sát lối ra ). Khi ta nối chân ra OUT1 với nối vào không đảo của một bộ khuyếch đại thuật toán có điện trở R được đấu như điện trở phản hồi thì điện áp lối ra được tính như sau: N U a = − I . R = −U ref . 256 trong các bộ biến đổi ADC chuyên dụng thì điện trở phản hồi được tích hợp ngay trên chip của vi mạch. Ngược lại chỉ trong một số ít bộ biến đổi ADC bộ khuyếch đại thuật toán được cùng tích hợp trên chip nên sau đó phải lắp thêm ở ngoài. Trong mạch điện này, giá trị tuyệt đối của R là không quan trọng, và giá tri của R có thể dao động trong khoảng rộng. Khi chú ý tới độ chính xác của quá trình biến đổi thì ta thấy chỉ có việc tạo cặp của các điện trở đóng một vai rò quyết định. Ngày nay, với trình độ phát triển của công nghệ cao thì yêu cầu này có thể thực hiện với độ chính xác cao. Chân Y1 low kết hợp với A0 , A1 bộ đém 8253 được hoạt động.Vì yêu cầu của quá trình công nghệ là phải tính được tốc độ quay của động cơ phản hồi về thì ta mới thực hiên được thuật toán điều khiển và hệ thống điều khiển mói có nghĩa. Chính vì vậy mà ta cần đến bộ đếm 8253 để đếm số xung mà ENCORDER chuyển về trong một thời gian mở cổng được xác định chính xác. Thời gian mở cổng có thể được thực hiện theo chế độ 1.ở đây tín hiệu lối ra giữ nguyên ở mức low đối với n chu kỳ giữ nhịp (n = giá trị bắt đầu ).Khi ta dẫn tín hiệu này đến lối vào GATE của một bộ đếm khavs hoạt động ở chế độ 2 thì bộ đếm này sẽ đếm các xung ở lối vào trong thời gian T ( tức bộ đếm tần 16 bit). Bộ đếm 0 chia tần số so sánh từ một bộ phát dao động dùng bộ cộng hưởng có tần số 1MHz thành các gía trị nhỏ hơn.Bọ dếm 1 tạo ra các thời gian mở cổng khác Điều khiển tự động 2- K43
  16. Bài tập lớn Điều khiển số 16 nhau. Bộ đếm 2 hoạt động ở chế độ 2 sẽ đếm số xung ở lối vào của ENCORDER trong thời gian T. Tần số đếm được là : Số đếm2-hiện mức2 f in = f ref số đếm0.số đếm 1 Để tạo xung chuẩn cho 8253 hoạt động ta dùng bộ doa động thạch anh. Mạch điện có hai tụ 22pF bộ cộng hưởng thạch anh, 2 vi mạch hoạt động tốc độ cao 74HC04. Đầu ra của DAC và đầu vào từ ENCORDER được nối qua một bộ ghép nối quang.Bộ ghép nối quang chứa trong vi mạch CNY-74-4. Khi nối qua mth điện trở 1K lên mức high sẽ có một dòng điện qua diot phát quang được tích hợp trên vi mạch.Dòng điện thông qua ánh sáng sẽ tác động lên dòng gốc (BASE) của tranzitor quang đặt đối diện và tăng dòng cực góp đi qua điện trở 4.7K nối với mass.Cần chú ý mas này không đồng nhất với mass của môdun bus được nối với các vi mạch của card. Vì thế không có sự liên kết về điện giữa hệ thống bus với mức điện áp ở cực góp của một tranzitor quang. Để trao đổi, kết nối dữ liệu với bên ngoài ta dùng cổng truyền thông RS232.Ta không dùng hết tất cả các chân được chế tạo, mà chỉ dùng 3 chân : - chân 2 truyền dữ liệu từ ADC 0808 tới bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha. - chân 3 nhận dữ liệu từ ENCORDER - chân 7 lấy mass từ thiết bị bên ngoài. *Mạch khuyếch đại công suất dùng cho biến tần nguồn áp : Điều khiển tự động 2- K43
  17. Bài tập lớn Điều khiển số 17 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp. Sơ đồ nguyên lý mạch lực của biến tần nguồn áp bao gồm 4 khối chức năng chính. Nguồn điện một chiều, mạch lọc, nghịch lưu độc lập nguồn áp động cơ không đồng bộ nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp mọt chiều có giá trị điều khiển được, nghịch lưu gồm 6 khoá bán dẫn S1...S6 và cần 6 van không điều khiển D1...D6. Các khoá nghịch lưu đóng cắt theo thứ tự nhất định theo sự điều khiển đặt trước, tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ chấp hành. Góc dẫn của các khoá là 180ο , S1, S3, S5 và S2, S4, S6 bắt đầu dẫn lệch nhau một góc 120ο .Do đó điện áp ra của nghịch lưu cũng lệch nhau vè thời gian là 120ο Điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 120ο . Điều khiển tự động 2- K43
  18. Bài tập lớn Điều khiển số 18 Các khoá S là các khoá bán dẫn ở truyền động công suất nhỏ thường dùng tranzitor. Việc khoá (ngắt) các van được thực hiện bằng mạch đặc biệt như là dùng tụ điện hiện nay là dùng các xung điều khiển được điều khiển bằng vi điều khiển. Giá trị điện áp động cơ được điều chỉnh huặc bởi biên độ điện áp một chiều – bằng chỉnh lưu điều khiển huặc bằng bộ băm xung áp.Điện áp cũng có thể được điều chỉnh bằng điều chỉnh thời gian đóng các khoá S.huặc là bằng điều chế độ rộng xung áp bằng chính nghịch lưu. Phương pháp sau được sử dụng rộng rãi nhất là ở các truyền động công suất nhỏ, do có ưu điểm nổi bật là vừa điều chỉnh được điện áp, vừa làm “sin hoá”điện áp đặt vào động cơ.Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp, phương pháp điều chế độ rộng xung có thể làm triệt tiêu các sóng hài bậc cao. CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ 1: Sơ đồ mô hình toán học : U (t ) Y(t ) Biến tần Động cơ (-) ENCORDER Điều khiển tự động 2- K43
  19. Bài tập lớn Điều khiển số 19 Sơ đồ mô phỏng : U (t ) Y(t ) 65 6 0.002 p = 1 0.1 p + 1 (-) z −1 ⎧ w bt . w dc ⎫ .ξ ⎨ ⎬ w = z ⎩ p ⎭ z −1 ⎧ w bt . w dc ⎫ 1+ .ξ ⎨ ⎬ z ⎩ p ⎭ z −1 ⎧ 65 . 6 ⎫ .ξ ⎨ ⎬ w = z ⎩ p .( 0 . 002 p + 1)( 0 . 1 p + 1) ⎭ z −1 ⎧ 65 . 6 ⎫ 1+ .ξ ⎨ ⎬ z ⎩ p .( 0 . 002 p + 1)( 0 . 1 p + 1) ⎭ z − 1 ⎧ 390 1.95 48.75 ⎫ .ξ ⎨ + − ⎬ z ⎩ p 0.02 p + 1 0.1 p + 1⎭ w= z − 1 ⎧ 390 1.95 48.75 ⎫ 1+ .ξ ⎨ + − ⎬ z ⎩ p 0.02 p + 1 0.1 p + 1 ⎭ z − 1 ⎛ 390 . z 97 .5 . z 487 .5 z ⎞ ⎜ + − ⎟ z ⎝ z − 1 z − 0 .7788 z − 0 .95 ⎠ w= z − 1 ⎛ 390 . z 97 .5 . z 487 .5 . z ⎞ 1+ ⎜ + − ⎟ z ⎝ z − 1 z − 0 .7788 z − 0 .95 ⎠ Điều khiển tự động 2- K43
  20. Bài tập lớn Điều khiển số 20 ( z − 1 )⎛ ⎜ 390 + 97 . 5 − 487 . 5 ⎞ ⎟ ⎝ z − 1 z − 0 . 7788 z − 0 . 95 ⎠ w = ⎛ 390 97 . 5 487 . 5 ⎞ 1 + ( z − 1 )⎜ + − ⎟ ⎝ z − 1 z − 0 . 7788 z − 0 . 95 ⎠ w= (z −1)(2.808z +1.5054 . . ) (z −1)(z −0.7788. z −0.95) +(z −1)(2.808z +1.5054 . )( . . ) 2.808 .z + 1.5054 w= (z − 0.7788 )(z − 0.95 ) + (2.808 .z + 1.5054 ) . Vậy hàm truyền hệ thống có dạng như sau : 2 . 808 . z + 1 . 5054 w = z + 1 . 0792 . z + 2 . 245 2 Từ hàm truyền hệ thống ta có phương trình trạng thái : ⎡X1[k+1] ⎤ ⎡ 0 1 ⎤ ⎡X1[k] ⎤ ⎡0⎤ ⎢ ⎥ =⎢ ⎥.⎢ ⎥ + ⎢ ⎥.U[k] ⎢X2[k+1] ⎥ ⎣−2.245 −1.0792 ⎢X2[k] ⎥ ⎣1⎦ ⎣ ⎦ ⎦⎣ ⎦ ⎡ X 1[k ] ⎤ ⎡0⎤ Y[k ] = [1.5054 2.808].⎢ ⎥ + ⎢ ⎥.U [k ] ⎣ X 2 [k ] ⎦ ⎣ 0 ⎦ • Xét ổn định hệ thống Từ hàm truyền : 2 . 808 . z + 1 . 5054 w = z 2 + 1 . 0792 . z + 2 . 245 Ta có phương trình đặc tính như sau : z 2 + 1 .0792 . z + 2 .245 = 0 Ta tìm nghiệm của phương trình bậc hai nay : Điều khiển tự động 2- K43

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản