intTypePromotion=3

Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 2

Chia sẻ: NguyễnThanh Hiếu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:29

0
288
lượt xem
81
download

Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 2

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

Môn học Vi mạch số & vi mạch tương tự đã mang đến những kiến thức cơ bản đầu tiên cho sinh viên chúng em về vi mạch số và những mạch tương tự. đề tài của chúng em được giao là :”Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 2”.Qua đề tài này chúng em đã nắm bắt được cách thiết kế cơ bản 1 bộ PID bằng khuếch đại thuật toán và sử dụng thành thạo phương pháp tổng thời gian của Kuhn để xác lập tham số cho bộ PID....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 2

  1. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  Đề Tài: Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 2 Giáo Viên Bộ Môn : Nguyễn Văn Vinh Nhóm 3 –Lớp TĐH2 K5 Sinh viên thực hành: Nguyễn Thanh Hiếu(NT) Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 1
  2. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Lời nói đầu Như chúng ta đã biết.Ngày nay, khi mà công nghệ sản xuất linh kiện điện tử được nâng cao thì những đồ điện tử càng ngày càng thu nhỏ về kích thước điều đó đồng nghĩa với các vi mạch số càng ngày càng được dùng nhiều và thể hiện tầm quan trọng của nó . Môn học Vi mạch số & vi mạch tương tự đã mang đến những kiến thức cơ bản đầu tiên cho sinh viên chúng em về vi mạch số và những mạch tương tự. đề tài của chúng em được giao là :”Thiết kế mạch điều khiển PID cho đối tượng bậc 2”.Qua đề tài này chúng em đã nắm bắt được cách thiết kế cơ bản 1 bộ PID bằng khuếch đại thuật toán và sử dụng thành thạo phương pháp tổng thời gian của Kuhn để xác lập tham số cho bộ PID. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và thầy Nguyễn Văn Vinh đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình.Mong các thầy,cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đồ án của em có thể hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn. Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 2
  3. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Mục Lục Phần 1:Tìm hiểu chung……………. A,Mạch khuếch đại thuật toán................... B,Mạch PID…………….............................. Phần 2: Cấu trúc hệ thống. ………. I Sơ đồ khối hệ thống............................... II Các linh kiện cần dùng........................... Phần 3: Xây dựng chương trình mô phỏng Phần 4 : Kết luận Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 3
  4. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ___________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ __________ Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 4
  5. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Phần I: Tìm hiểu chung A, Mạch khuếch đại thuật toán(KĐTT) Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán(KĐTT) đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật khuếch đại, tính toán , điều khiển, tạo hàm,tạo tín hiệu hình sine và xung, sử dụng ổn áp và các bộ lọc tích cực…Trong kỹ thuật mạch tương tự, các mạch tính toán và điều khiển được xây dựng chủ yếu dựa trên bộ khuếch đại thuật toán. Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) và các bộ khuếch đại thông thường khác nhau có đặc tính tương tự. Cả hai loại đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện và công suất.Tính ưu việt của bộ khuếch đại thuật toán là , tác dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng bằng việc thay đổi các phần tử mạch ngoài. Để thực hiện được điều đó , bộ KĐTT phải có đặc tính cơ bản là, hệ số khuếch đại rất lớn , trở kháng cửa vào rất lớn và trở kháng cửa ra rất nhỏ. Trước đây , bộ KĐTT thường được sử dụng trong việc thực hiện các phép toán giải tích ở các máy tính tương tự, nên được gọi là KĐTT (theo tiếng anh là Operational Amplifier viết tắt là OP-AMP). Ngày nay, KĐTT được sử dụng rộng rãi hơn,đặc biệt là trong kĩ thuật đo lường và điều khiển . Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày càng phát triển , nên đã chế tạo được các mạch tích hợp(các vi mạch) của KĐTT gần lí tưởng . Và các vi mạch KĐTT sử dụng trong các mahcj điện tử đơn giản Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 5
  6. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN cũng được coi là lí tưởng . Tuy nhiên, các vi mạch KĐTT luôn có các thong số thực là hữu hạn. I Các mạch tính toán và điều khiển 1 Mạch cộng đảo: Áp dụng quy tắc dòng điện cho nút N ta có : Vin1 Vin 2 Vinn Vout + R +…+ R + R =0 R1 2 n N �N � R RN R vout = - � vin1 + vin 2 +... + N vinn � R R1 R1 �1 � 2 Mạch khuếch đại đảo với trở kháng vào lớn Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 6
  7. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Hình 1.2. Sơ đồ mạch khuếch đại đảo với trở kháng vào lớn. Viết phương trình dòng điện cho nút N: Vin V3 + =0 R1 Rn R3 V3 = Vout Mà : R2 + R3  Hệ số khuếch đại của mạch Trường hợp yêu cầu hệ số khuếch đại lớn thì phải chọn R1 nhỏ. Lúc đó trở kháng vào của mạch Zv=R1 nhỏ. Có thể khắc phục nhược điểm đó bằng cách chọn R2 R1=Rn lớn. Do đó K’ chỉ còn phụ thuộc vào R3 Có thể tăng chỉ số này tùy ý mà không ảnh hưởng tới trở kháng vào Zv=R1=Rn của mạch. Với cấu tạo như Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 7
  8. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN vậy có thể tăng thêm số đầu vào để thực hiện các mạch cộng hoặc mạch trừ có trở kháng vào lớn. 3 Mạch trừ Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 8
  9. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN 4 Mạch trừ với trở kháng vào lớn Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 9
  10. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Hệ số của Vin2 luôn lớn hơn hệ số của Vin1 => mạch không tạo được điện áp ra có dạng: K(Vin2 - Vin1).Trở kháng vào của cửa P lớn(Zv=rd), nên không yêu cầu nguồn Vin2 có công suất lớn. Hình 1.4.b sơ đồ mạch trừ có 2 ngõ vào trở kháng đều lớn Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 10
  11. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Ta thấy trở kháng vào của cả hai cửa đều lớn và bằng rd của KĐTT. Có thể thay đổi được hệ số khuếch đại 5 Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 11
  12. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Khi thay đổi tiếp điểm trên chiết áp R2, ta có hệ số của Vout lúc dương lúc âm. Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 12
  13. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN 7 Mạch tích phân tổng Dùng phương pháp xếp chồng và viết phương trình dòng điện nút với N ta tìm được : 8 Mạch tích phân hiệu Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 13
  14. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Viết phương trình đới với nút N : Biến đổi và cho vN=vP, R1CN = R2CP =RC Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 14
  15. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN 9 Mạch vi phân Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 15
  16. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN K’ tăng theo tần số và đồ thị bode có độ dốc 20dB/ decade. Vậy : Mạch được gọi là mạch vi phân trong một phạm vi tần số nào đó nếu trong phạm vi tần số đó đặc tuyến biên-tần của nó tăng với độ dốc 20dB / decade. 10 Mạch PI Hình 10a Sơ đồ mạch PI Mạch thường sử dụng trong các mạch điều khiển . Mạch có điện áp ra được biểu diễn theo dạng: Áp dụng phương trình cân bằng dòng tại N: Mặt khác: Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 16
  17. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Thay (1) vào (2):  Đặc tuyến biên tần: Suy ra đặc tuyến biên độ tần số có độ dốc 20dB/decade Sơ đồ làm việc như 1 mạch tích phân  Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 17
  18. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Mạch mang tính chất khuếch đại nhiều hơn. Khu vực trung gian là khu vực chuyển tiếp B Mạch PID I.GIỚI THIỆU BỘ PID: Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 18
  19. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợp. Bộ điều khiển kinh điển PID đã và đang được sử dụng rộng rãi để điều khiển các đối tượng SISO bởi vì tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc. Bộ điều chỉnh này làm việc rất tốt trong các hệ thống có quán tính lớn như điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức,... và trong các hệ điều khiển tuyến tính hay có mức độ phi tuyến thấp. PID là một trong những lý thuyết cổ điển và cũ nhất dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vẫn ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID: 2,M ạch PID cơ bản: Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 19
  20. Svth: Nguyễn Thanh Hiếu-Nhóm 2 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN PID cũng là mạch hay được sử dụng trong kĩ thuật điều khiển để mở rộng phạm vi tần số điều khiển của mạch và trong nhiều trường hợp tăng tính ổn định của hệ thống điều khiển trong 1 dải tần số rộng. Điện áp ra có dạng: Từ phương trình dòng điện nút tại N: Và phương trình điện áp ra trên nhánh ra: Thay (1) vào (2): Đồ án môn:Vi Mạch Số & Vi Mạch Tương Tự Page 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản