Giáo trình hình thành hệ thống phân đoạn nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật điều chỉnh nhiệt p7

Chia sẻ: Tewt Dgdfg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình hình thành hệ thống phân đoạn nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật điều chỉnh nhiệt p7', khoa học tự nhiên, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình hình thành hệ thống phân đoạn nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật điều chỉnh nhiệt p7

3.1.6. M¹ch c«ng suÊt. Nh− ta ®· biÕt, kh«ng khÝ ®−îc thæi b»ng qu¹t vµo buång ®èt trong buång ®èt cã phÇn tö ®èt nãng sö dông ®iÖn. ë ®©y kh«ng xÐt ®Õn tèc ®é cña qu¹t giã nªn nhiÖt ®é cña lß sÊy sÏ thay ®æi theo nhiÖt l−îng to¶ ra cña phÇn tö ®èt nghÜa lµ thay ®æi theo dßng ®iÖn ch¹y qua phÇn tö ®èt. V× vËy muèn ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é ta ph¶i ®iÒu khiÓn ®−îc ®é lín dßng ®iÖn ®i qua phÇn tö ®èt nãng. Cã nhiÒu c¸ch ®Ó ®iÒu khiÓn nh−ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn b»ng 2 Thyristor nèi song song ng−îc ®−îc sö dông nhiÒu. Nh−ng nguyªn t¾c lµm viÖc cña 2 Thyristor nèi song song ng−îc t−¬ng tù nh− Triac nªn ng−êi ta th−êng thay 2 Thyristor nèi song song ng−îc b»ng Triac. Khi cã xung ®iÒu khiÓn t¸c ®éng vµo cùc cæng cña Triac th× Triac sÏ më cho dßng ®i qua, ta cã thÓ ®iÒu khiÓn gãc më cña Triac ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cung cÊp cho phÇn tö ®èt trong lß sÊy thay ®æi tõ 0 tíi gi¸ trÞ lín nhÊt. Vµ trong hệ thống điều khiển ta phải cã tÝn hiệu đồng pha và tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Trong s¬ ®å nguyªn lý tõ ®iÖn ¸p h×nh sin ta t¹o ra ®−îc mét xung vu«ng trªn ch©n P3.2 (INT0) ®ång pha víi sãng h×nh sin. Xung vu«ng này sẽ được đưa đến vi điều khiển để xử lý. Xung vu«ng nµy sÏ g©y ra ng¾t trong vi ®iÒu khiÓn. Với ngắt này vi điều khiển đã cã thể biết thời điểm bắt đầu một chu kỳ sin. ta thấy gãc mở α chÝnh là thời gian trễ của xung ®iÒu khiÓn so víi gèc h×nh sin. Để tạo ra được góc mở α, sau khi dïng ngắt ph¸t hiện gốc h×nh sin ta chỉ cần nạp cho Timer của vi điều khiển một gi¸ trị tương ứng với gãc mở. ViÖc ®iÒu khiÓn gãc më cho Triac sÏ ®−îc lËp tr×nh trong vi ®iÒu khiÓn. 3.2. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng. §Ó vÏ m¹ch nguyªn lý vµ m¹ch in chóng t«i sö dông phÇn mÒm orcad 9.2. §©y lµ mét phÇn mÒm rÊt tiÖn dông cho viÖc thiÕt kÕ m¹ch. PhÇn mÒm orcad gåm 2 phÇn chÝnh: Capture CIS (ThiÕt kÕ m¹ch nguyªn lý) vµ Layout plus (T¹o m¹ch in).
Víi viÖc lµm m¹ch in, v× m¹ch cã nhiÒu d©y nèi nªn chóng t«i sö dông m¹ch in 2 líp. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng nh− sau: 3.2.1. S¬ ®å nguyªn lý. +5V +5V J6 CAM BIEN R13 3K 3 3K U7 Temp 2 J5 INT0 R15 1 6 INT0 1 AC1 2 5 AC2 75 1 CON3 2 4 1uF CON2 4N35 N guon +5V D3 U6 +5V BRIDGE L7805/TO220 1 3 1 J4 1 VIN VOUT CON1 C15 GND + R11 C18 100uF C16 C17 22K 104 104 AC1 2 31000uF LED D4 TU BIEN AP 2 - +5V J1 R3 CON16A Female 4 20K 1 2 +5V VO P3.5 AC2 3 4 RS_LCD P3.6 P3.4 5 6 D0 D1 7 8 RW_LCD D2 Enable_LCD 9 10 D3 D5 +5V D4 11 12 D7 +5V D6 13 14 15 16 PHAN TU DOT J7 R18 R17 Q3 1 +5V U8 2 1 6 5 TRIAC 1 Dien tro CON2 2 2 4 3 P1.5 4 4N35 5 keo +5V 6 7 8 9 C21 C22 C23 J2 104 104 104 CON9 H×nh 3.13 - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nguån, LCD vµ c«ng suÊt.
+5V 40 U1 ADC0804 U2 DB0 D0 6 18 39 21 VCC Temp +IN DB0 P0.0/AD0 P2.0/A8 DB1 D1 7 17 38 22 -IN DB1 P0.1/AD1 P2.1/A9 DB2 D2 16 37 23 DB2 P0.2/AD2 P2.2/A10 DB3 D3 9 15 36 24 Vref VREF/2 DB3 P0.3/AD3 P2.3/A11 DB4 D4 R2 14 35 25 DB4 P0.4/AD4 P2.4/A12 C2 DB5 D5 10K 4 13 34 26 CLKIN DB5 P0.5/AD5 P2.5/A13 DB6 D6 19 12 33 27 CLKR DB6 P0.6/AD6 P2.6/A14 DB7 D7 11 32 28 DB7 P0.7/AD7 P2.7/A15 RD_ADC 2 150p RD WR_ADC 3 SDA RxD 5 1 10 WR INTR P1.0/T2 P3.0/RXD CS_ADC 1 SCL TxD +5V 2 11 CS P1.1/T2-EX P3.1/TXD AGND RD_ADC INT0 3 12 GND INT0 P1.2 P3.2/INT0 WR_ADC INT1 20 4 13 +5V VCC/VREF P1.3 P3.3/INT1 CS_ADC P3.4 C1 5 14 P1.4 P3.4/T0 P3.5 104 6 15 P1.5 P1.5 P3.5/T1 10 Q0 P3.6 R1 +5V 7 16 8 P1.6 P3.6/WR Q1 P3.7 630 11.0592M 8 17 P1.7 P3.7/RD 19 30 XTAL1 ALE/PROG D1 C3 Y1 18 29 2.5V XTAL2 PSEN 1N4148 R4 10uF SW1 33 +5V 31 GND Vref EA/VPP RST R5 C4 C5 9 RST D2 10K 100 33 AT89C52 5.1V 20 RST +5V R6 4.7K U3 74148 Dip 16 J3 SIP 8 16 Key 1 Q0 1 2 10 9 1 VCC D0 Q0 Key 2 Q1 3 11 7 2 D1 Q1 SW2 Key 3 +5V 4 12 6 3 D2 Q2 Key 1 Key 4 5 13 4 D3 Key 3 Key 1 Key 5 6 1 15 5 D4 EO SW3 Key 6 7 2 14 INT1 6 D5 GS Key 2 Key 7 C11 C12 8 3 7 D6 Key 8 104 104 R7 9 4 8 D7 SW4 10K GND Key 3 5 EI SW5 R8 Key 4 Key 4 Key 2 1K 8 C13 C14 104 104 +5V +5V C6 104 +5V C7 1uF U4 4.7k 16 MAX232 DIP 16 U5 R9 8 1 4.7k VCC C1+ 2 R10 1 5 VCC V+ S0 SDA C8 2 S1 1uF 3 3 C1- S2 4 6 C2+ V- SCL 6 SCL C9 GND 1uF 5 7 C10 C2- PP 24C16 RS232 1uF P1 TxD 11 14 5 4 T1IN T1OUT 10 7 9 T2IN T2OUT 4 RxD Serial Eprom 12 13 8 R1OUT R1IN 9 8 3 GND R2OUT R2IN 7 2 6 15 1 CONNECTOR DB9 Male H×nh 3.14 - S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t (m¹ch chÝnh).
3.2.2. S¬ ®å m¹ch in. H×nh 3.15 - S¬ ®å m¹ch in. 3.3. Mét sè thµnh phÇn kh¸c 3.3.1. Nguån nu«i. Nguån nu«i cho hÖ thèng bé xö lý lµ thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc bëi v× kh«ng cã mét hÖ thèng ®iÖn tö hoÆc thiÕt bÞ ®iÖn nµo cã thÓ ho¹t ®éng mµ kh«ng cã nguån nu«i. Cã nhiÒu c¸ch kh¸c nhau ®Ó thiÕt kÕ mét nguån nu«i tuú thuéc vµo tõng m¹ch ®iÖn cô thÓ. Tr−íc hÕt lµ thiÕt bÞ sÏ ho¹t ®éng theo kiÓu s¸ch tay hay ®Ó bµn ®Ó quyÕt ®Þnh dïng nguån nu«i b»ng pin hay chØnh l−u tõ ®iÖn ¸p l−íi. §èi víi hÖ thèng nµy chóng t«i sö dông nguån tõ l−íi ®iÖn. * Nguån nu«i tõ l−íi ®iÖn: Sö dông bé n¾n tõ m¹ng l−íi ®iÖn còng lµ mét kh¶
n¨ng lùa chän ®Ó cã mét nguån nu«i thay thÕ cho pin. Nh÷ng bé phËn quan träng cña nguån nu«i lÊy tõ l−íi ®iÖn lµ bé chØnh l−u vµ khèi läc. • Bé chØnh l−u cã thÓ l¾p r¸p tõ c¸c ®i«t riªng lÎ (Nh− lo¹i 1N4007) hoÆc sö dông lo¹i ®· l¾p s½n thµnh mét cÇu hoµn chØnh. • Bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p. Khi cã t¶i th× ®iÖn ¸p nguån th−êng tôt xuèng. C¸c bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p ®ãng mét vai trß quan träng ®èi víi ho¹t ®éng cña vi m¹ch ®iÒu khiÓn v× nã cho phÐp t¹o ra mét ®iÖn ¸p æn ®Þnh dïng cho bé xö lý vµ m¹ch liªn quan ngay c¶ khi ®iÖn ¸p lèi vµo cã thÓ thay ®æi. Ngµy nay c¸c nhµ s¶n xuÊt ®· cung cÊp nhiÒu lo¹i vi m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p víi gi¸ rÊt rÎ. Ng−êi ta cã xu h−íng lùa chän bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p lo¹i 78xx víi 3 ch©n ra. Bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p kiÓu nµy ®−îc rÊt nhiÒu nhµ s¶n xuÊt cung cÊp vµ còng cã nhiÒu d¹ng ®ãng vá kh¸c nhau. §Ó cÊp ®iÖn ¸p nguån nu«i cho bé xö lý 8051 ta chän bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p lo¹i 7805 ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p +5V ë lèi ra. C¸c vi m¹ch 7805 th«ng th−êng cã thÓ chÞu ®−îc dßng ®iÖn lèi ra ®Õn 1A vµ cã thÓ ®−îc nu«i b»ng ®iÖn ¸p lèi 1 chiÒu trong kho¶ng 9 ®Õn 20V. V× vËy trong m¹ch nguån, ®iÖn ¸p 220V sÏ ®−îc chØnh l−u b»ng cÇu chØnh l−u vµ cho qua bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p 7805 vµ ®Çu ra cña 7805 ta sÏ ®−îc ®iÖn ¸p 5V. 3.3.2. Bé nhí ®Æc biÖt. ë mét sè tr−êng hîp bé nhí cña vi xö lý kh«ng ®ñ ®Ó l−u gi÷ ch−¬ng tr×nh nªn ta ph¶i sö dông thªm bé nhí ngoµi. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn nµy chØ lµ mét øng dông nhá nªn kh«ng cÇn sö dông thªm bé nhí ngoµi nµy. Nh−ng trong m¹ch vÉn thiÕt kÕ thªm bé nhí ngoµi (Serial Eprom - 24C16) ®Ó sö dông cho phÇn ph¸t triÓn sau nµy. 3.3.3. RS232 vµ MAX232. §Ó mét thiÕt bÞ giao tiÕp víi m¸y tÝnh ta cÇn th«ng qua cæng COM trªn m¸y tÝnh, v× vËy trªn m¹ch cÇn cã ch©n c¾m RS232. Cæng COM trªn m¸y lµm viÖc víi ®iÖn ¸p -12V ®Õn +12V mµ vi ®iÒu khiÓn l¹i lµm viÖc víi ®iÖn ¸p trong kho¶ng 0 - 5V. V× vËy cÇn cã bé phËn ®Ó t−¬ng thÝch chóng vµ ®ã lµ MAX 232.Trong khu«n
khæ cña ®Ò tµi kh«ng sö dông ®Õn viÖc giao tiÕp víi m¸y tÝnh nªn ë ®©y chóng t«i kh«ng giíi thiÖu nhiÒu. Ch¦¥ng 4 Tæng hîp hÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é khÝ sÊy
Mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®Òu ®−îc x©y dùng theo s¬ ®å khèi h×nh 4.1 X E U Y Bé ®iÒu khiÓn §èi t−îng Z H×nh 4.1 - S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng. X: TÝn hiÖu vµo. Y: TÝn hiÖu ra. U: TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¸c ®éng lªn ®èi t−îng. E: Sai lÖch ®iÒu khiÓn. Z: TÝn hiÖu ph¶n håi. Muèn tæng hîp bé ®−îc ®iÒu khiÓn cho ®èi t−îng ®Ó hÖ kÝn cã ®−îc chÊt l−îng nh− mong muèn th× tr−íc tiªn ph¶i hiÓu vÒ ®èi t−îng, tøc lµ ph¶i cã mét m« h×nh to¸n häc m« t¶ ®èi t−îng. Ta kh«ng thÓ ®iÒu khiÓn ®èi t−îng khi kh«ng hiÓu biÕt hoÆc hiÓu sai lÖch vÒ nã. KÕt qu¶ tæng hîp bé ®iÒu khiÓn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng. 4.1. M« h×nh to¸n häc m« t¶ ®èi t−îng. Th«ng th−êng ®Ó x©y dùng m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng ng−êi ta sö dông hai ph−¬ng ph¸p: ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt vµ ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt lµ ph−¬ng ph¸p lËp m« h×nh dùa trªn c¸c ®Þnh luËt cã s½n vÒ quan hÖ vËt lý bªn trong vµ quan hÖ giao tiÕp cña m«i tr−êng bªn ngoµi. C¸c quan hÖ nµy ®−îc m« t¶ theo quy luËt lý - ho¸, quy luËt c©n b»ng,… d−íi d¹ng nh÷ng ph−¬ng tr×nh to¸n häc. VÝ dô ®èi t−îng lµ c¸c lo¹i ®éng c¬, m¸y biÕn ¸p, m¸y ph¸t ®iÖn, m¹ch khuÕch ®¹i, m¹ch tÝch ph©n, vi ph©n. Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm lµ dùa trªn c¬ së quan s¸t tÝn hiÖu ra y(t) cña ®èi t−îng khi ®Æt vµo ®èi t−îng mét tÝn hiÖu ®Çu vµo u(t). Ph−¬ng ph¸p nµy cÇn ®é chÝnh x¸c cao nªn th−êng ¸p dông trong phßng thÝ nghiÖm.
Trong ®Ò tµi nµy ®èi t−îng ë ®©y lµ nhiÖt ®é dßng khÝ. Khi cã nguån cÊp cho sîi ®èt, nhiÖt ®é cña sîi ®èt lµm nãng nguån kh«ng khÝ do qu¹t thæi tíi. Trong khu«n khæ ®Ò tµi thùc hiÖn trong phßng thÝ nghiÖm nªn ta thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm b»ng c¸ch: l¾p m¹ch ®iÒu khiÓn vµo ®èi t−îng, khëi ®éng qu¹t giã ®Ó cho nã ho¹t ®éng ë mét tèc ®é æn ®Þnh. Sau ®ã ®ãng trùc tiÕp nguån ®iÖn 220V lªn sîi ®èt. Theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Triac th× ®iÖn ¸p trªn t¶i thay ®æi tõ 0 ®Õn 220V t−¬ng øng víi gãc më thay ®æi tõ π vÒ 00 nghÜa lµ thêi gian kÝch xung sÏ thay ®æi tõ 10 - 0ms (do tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®Æt vµo Triac lµ 50Hz nªn chu kú lµ 1/50 = 0.02s = 20ms, suy ra nöa chu kú tøc lµ tõ 0 ®Õn π lµ 10ms). Sau ®ã dïng ®ång hå bÊm gi©y ®Ó ®o tÝn hiÖu ®Çu ra. Nh− ta ®· biÕt, nÕu tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ hµm 1(t) th× tÝn hiÖu ®Çu ra lµ hµm qu¸ ®é h(t). ë ®©y tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ hµm 10*1(t) nªn tÝn hiÖu ®Çu ra lµ y(t). TÝn hiÖu ra thu ®−îc khi lµm thùc nghiÖm ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: Thêi NhiÖt Thêi NhiÖt Thêi NhiÖt ®é(0C) ®é(0C) ®é(0C) gian(s) gian(s) gian(s) 2.155 1 22.20 20 64.8 31 3.378 2 24.55 21 71.1 32 6.47 5 26.82 22 77.14 33
8 7 29.71 23 85.125 34 9.79 9 33.27 24 93.12 35 11.76 11 37.11 25 98.97 36 13.38 13 41.76 26 107.82 37 15.19 15 46.75 27 116.03 38 16.89 16 51.14 28 125.89 39 18.68 17 54.55 29 138.55 39 24.41 19 57.87 30 H×nh 4.2 - B¶ng gi¸ trÞ ®o ®−îc khi lµm thùc nghiÖm. Dùa trªn sè liÖu ®o ®−îc b¶ng trªn ta vÏ ®−îc hµm qu¸ ®é thùc nghiÖm nh− sau: 45 40 35 30 Nhiệt độ 25 20 15 10 5 0 qu¸ Thời gian 100 0 H×nh 4.3 - Hµm50 ®é thùc nghiÖm y(t). 150 Dùa vµo ®å thÞ trªn, nÕu dÞch chuyÓn gèc to¹ ®é th× hµm y(t) ë ®©y gièng hµm qu¸ ®é h(t) cña kh©u qu¸n tÝnh bËc mét. MÆt kh¸c theo kÕt qu¶ nghiªn cøu cña mét sè ®Ò tµi th× nhiÖt lµ qu¸ tr×nh cã trÔ nªn hµm truyÒn cña ®èi t−îng sÏ lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt cã trÔ. Víi viÖc ®o trªn ta kh«ng thÓ biÕt chÝnh x¸c ®−îc thêi gian trÔ lµ bao nhiªu nªn lÊy thêi gian trÔ τ b»ng c¸ch lÊy nhiÖt ®é thay ®æi tõ 0 - 10 b»ng thêi gian thay ®æi tõ 1 - 20 (tøc lµ thêi gian tõ
0 - 10 = 3,378 - 2,155 = 1,223s) => τ = 2,155 - 1,223 = 0.8(s). Nh− vËy hµm truyÒn ®¹t cña ®èi t−îng cã d¹ng: k k −τs −0 ,8. s G(s) = = e e 1 + Ts 1 + Ts §Ó x¸c ®Þnh T vµ k ta lµm nh− sau: * Khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm 1(t) −t G ( s) Tõ H(s) = chuyÓn ®æi Laplace ng−îc ta cã h(t) = k(1- ). e T s −1 Vµ nh− vËy ë thêi ®iÓm T th× h(T)= k (1 − e ) ≈ 0,632.k Nãi c¸ch kh¸c, t¹i ®óng thêi ®iÓm T hµm sè h(t) sÏ ®¹t ®−îc 63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i. Ta ®i ®Õn x¸c ®Þnh T nh− sau: • KÎ ®−êng tiÖm cËn víi h(t) t¹i t = ∞ ®Ó cã k = h(∞) • X¸c ®Þnh ®iÓm cã tung ®é b»ng 0,632.k cña h(t). • Hoµnh ®é cña ®iÓm võa x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T cÇn t×m. * Khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm A*1(t). Do tÝn tuyÕn tÝnh cña ®èi t−îng, ®¸p øng y(t) t¹i thêi ®iÓm T còng cã gi¸ trÞ ®óng b»ng 63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i y(∞) cña nã. Nh− vËy thuËt to¸n trªn vÉn ®−îc ¸p dông khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm A*1(t) nh− sau: y (∞ ) • KÎ tiÖm cËn víi y(t) t¹i t ->∞ ®Ó cã y(∞), sau ®ã suy ra: k = A • X¸c ®Þnh ®iÓm cã tung ®é b»ng 0,632.y(∞) cña y(t). • Hµnh ®é cña ®iÓm cÇn x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T cÇn t×m. Víi ®å thÞ trªn y(∞) = 39 => k = 39/10 = 3,9. Sau kho¶ng thêi gian T, tÝn hiÖu ®Çu ra y(t) sÏ ®¹t ®−îc gi¸ trÞ xÊp xØ b»ng 63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i y(∞) cña nã, tøc lµ khi ®ã nã cã gi¸ trÞ: 0,632.y(∞) = 24,468. => T = 36(s) 3,9 − 0 ,8 s Nh− vËy hµm truyÒn cña ®èi t−îng lµ: G(s) = e 1 + 36 s