- 71 -
Như vậy tuỳ vào hàm truyền đạt của đối tượng So(s) mà bằng các bộ điều
chỉnh R(s) ta có được hệ có hàm truyền dạng tối ưu môđun. Trong các trường
hợp trên, giá trị hằng số thời gian Tσ là nhỏ, nên có thể coi kết quả có hàm truyền
dạng quán tính:
22 σ
σσ
11
F(s) 12Ts
12Ts2Ts
==
+
++
Và quá trình quá độ ứng với hàm quán tính gần đúng này là đường nét đứt
trên Hình 4.8.
● Phương pháp tối ưu đối xứng
Phương pháp này thường được áp dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnh
trong mạch có yêu cầu vô sai cấp cao, nó cũng được áp dụng có hiệu quả để tổng
hợp các bộ điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn.
Hàm chuẩn tối ưu đối xứng có dạng:
σ
DX 22 33
σσ σ
14τs
F(s)14τs8τs8τs
+
=
++ +
Để nghiên cứu ý nghĩa của tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta xét hệ thống có
hàm truyền So(s) là dạng vô sai cấp một nhưng lại dùng bộ điều chỉnh kiểu PI:
o1
oo
o1i
K
1Ts
F(s) R(s).S(s) .
KT s sT (1 Ts)
+
== +
Trong đó Ti là tổng các hằng số thời gian nhỏ.
Khai triển biểu thức trên ta có.
o
123
oo o
111
i
K(1 Ts)
F(s) 1KTsKTTs KTTTs
+
=
++ +
- 72 -
Hình 4.9. Đặc tính quá độ của hàm tối ưu đối xứng
Áp dụng điều kiện của tiêu chuẩn tối ưu môđun ta tìm được các phương
trình hệ số của phương trình đặc tính như sau.
(K1To)2 – 2K1KToT1 = 0
(KToT1)2 – 2K1To2KT1Ts = 0
Giải hệ phương trình trên ta tìm được s
1
1
2K T
KT
=; T1 = 4Ts.
Hàm truyền của hệ sẽ là:
s
22 33
ss s
14T
F(s) 14Ts8Ts 8Ts
+
=
++ +
Đây là hàm truyền dạng tối ưu đối xứng với τσ = Ts. Trong trường hợp
hàm truyền của đối tượng có chứa khâu quán tính thứ hai với hằng số thời gian
lớn T2.
1
os
12
K
S(s) sT (1 T s)(1 T s)
=++
Áp dụng cách tìm bộ điều chỉnh R(s) với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta tìm
được bộ điều chỉnh có dạng PID. Tương tự như vậy nếu đối tượng có dạng vô sai
cấp 2 thì dễ dàng tìm được bộ điều chỉnh là khâu tỷ lệ.
- 73 -
4.2.2. Thuật toán điều khiển tốc độ
Tốc độ gió được tạo ra nhờ các quạt thổi vào buồng trộn và buồng sấy.
Các quạt này đựợc cấp nguồn từ các bộ biến tần, để thay đổi được tốc độ động
cơ quạt ta đi thay đổi tần số nguồn cung cấp cho nó. Mặt khác với giá trị tần số
đặt đầu vào bất kỳ trong khoảng từ 0 – 50 Hz , hệ thống biến tần sẽ đảm bảo
được tính ổn định ở giá trị đó. Vì thế trong đồ án này để điều khiển tốc độ gió
tức điều khiển tốc độ của động cơ, ta đi điều khiển giá trị tần số đặt vào biến tần.
Như vậy việc điều khiển tốc độ gió bây giờ trở thành việc điều khiển tần số đầu
ra của bộ điều chỉnh. Đây là giá trị đặt cho các bộ biến tần, giá trị này phụ thuộc
vào tín hiệu của cảm biến phản ánh giá trị vận tốc đầu ra của hệ thống.
4.2.3. Xác định tham số bộ điều chỉnh
Sau khi đã xác định được hàm truyền của đối tượng và bằng các phương
pháp tổng hợp bộ điều chỉnh ta đã xác định được bộ điều chỉnh cần thiết cho hệ
thống. Việc tiếp thao ta phải xác định các tham số bộ điều chỉnh sao cho phù hợp
với yêu cầu điều khiển.
Việc xác định các thông số của bộ điều chỉnh sẽ phụ thuộc vào đáp ứng
quá độ mà ta tìm được. Do điều kiện không làm thực nghiệm được để xác định
hàm truyền đối tượng. Nên việc xác định các thông số cho bộ điều chỉnh cũng
chỉ nêu được về mặt lý thuyết.
4.3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ GIÓ
Qua các bước trên ta đã tìm được mô hình toán học của đối tượng, cùng
với việc tìm được qui luật điều chỉnh. Đồng thời xác định được các tham số của
bộ điều chỉnh hợp lý theo lý thuyết. Chúng ta tiến hành thí nghiệm mô phỏng xác
định đặc tính của hệ thống xem ứng với các thông số của bộ điều chỉnh ta tổng
hợp được. Ở đây sẽ sử dụng phần mềm MATLAB 6.5 để mô phỏng. Bằng việc
xây dựng sơ đồ cấu trúc trên Simulink, chúng ta nhập các giá trị thông số điều
- 74 -
chỉnh với đầu vào là hàm bậc thang 1(t) ta sẽ thu được đặc tính quá độ điều
chỉnh.
4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Ở chương 4 ta đã tìm hiểu được một số phương pháp nhận dạng đối tượng
điều khiển. Áp dụng phương pháp nhận dạng thực nghiệm cho hệ thống thí
nghiệm quá trình sấy để xác định hàm truyền của nó. Từ đó nghiên cứu các
phương pháp tổng hợp bộ điều khiển PID.
Xong do điều kiện về trang thiết bị nên trong chương này chỉ nêu được
phương pháp giải quyết bài toán chứ chưa tìm được số liệu thực tế.
- 75 -
CHƯƠNG V
XÂY DỰNG THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
5.1. CẤU TRÚC SƠ ĐỒ MẠCH
Mục đích lắp mạch điều khiển để điều khiển tốc độ hỗn hợp dòng khí
trong quá trình thí nghiệm.
Mạch bao gồm các khối sau:
- Khối xử lý trung tâm
- Khối giao tiếp bằng bàn phím
- Khối cảm biến tốc độ
- Khối hiển thị tốc độ
Hình 5.1. Sơ đồ khối tổng quát mạch điều khiển
5.1.1. Khối xử lý trung tâm.
Đây là khối quan trọng nhất trong bản mạch, nó có nhiệm vụ tính toán, xử
lý toàn bộ các hoạt động của mạch. Để nó có thể hoạt động theo ý muốn ta cần
nạp vào nó chương trình điều khiển. Ở đây ta sử dụng vi điều khiển AT89C51.
*Vi điều khiển AT89C51
AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit được chế tạo theo công nghệ CMOS, có
chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB Flash PEROM (Programmable and
Erasable Read Only Memory). Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ