4.2. Chän vµ x¸c ®Þnh th«ng sè bé ®iÒu chØnh.
4.2.1. Chän bé ®iÒu chØnh.
Mçi mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®Òu cÇn ph¶i æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c.
§Ó hÖ thèng æn ®Þnh chóng ta ph¶i tæng hîp hÖ thèng. ViÖc tæng hîp hÖ thèng
cã thÓ thùc hiÖn b»ng nhiÒu ph−¬ng ph¸p nh− lµ thay ®æi th«ng sè cña hÖ
thèng hoÆc thay ®æi cÊu tróc cña hÖ thèng b»ng c¸ch l¾p thªm vµo ®ã c¸c bé
®iÒu chØnh. Cã nh÷ng hÖ thèng ®iÒu khiÓn dï thay ®æi th«ng sè ®Õn møc nµo
còng kh«ng lµm nã æn ®Þnh ®−îc. V× vËy ta nªn sö dông ph−¬ng ph¸p thay ®æi
cÊu tróc cña hÖ thèng. Sau ®©y lµ mét sè bé ®iÒu chØnh ®iÓn h×nh ®ã:
* Bé ®iÒu chØnh tû lÖ (P).
* Bé ®iÒu chØnh tÝch ph©n (I).
* Bé ®iÒu chØnh tû lÖ tÝch ph©n (PI).
* Bé ®iÒu chØnh vi ph©n (D).
* Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi ph©n (PD).
* Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi tÝch ph©n (PID).
Tr−íc khi chän bé ®iÒu chØnh ta cÇn hiÓu kh¸i niÖm sai lÖch tÜnh lµ g×. Sai
e
=
lim
lÖch tÜnh x¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c tÜnh cña hÖ. Sai lÖch tÜnh ®−îc tÝnh theo ®Þnh
( ) = te
ss
lim t ∞>−
sEs )( . 0 >−s
lý tíi h¹n:
H×nh 4.4 cã nªu ¶nh h−ëng cña c¸c bé ®iÒu chØnh kh¸c nhau ®èi víi sai lÖch
e(t) cña hÖ:
t
e(t)
a)
t b)
t c)
t d)
t e)
t f)
H×nh 4.4 - ¶nh h−ëng cña c¸c bé ®iÒu chØnh ®èi víi sai lÖch e(t)
a) Kh«ng cã bé ®iÒu chØnh.
b) Bé ®iÒu chØnh tû lÖ P.
c) Bé ®iÒu chØnh tÝch ph©n I.
d) Bé ®iÒu chØnh tû lÖ tÝch ph©n PI.
e) Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi ph©n PD.
f) Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi tÝch ph©n PID.
Trong c¸c bé ®iÒu chØnh trªn th× bé ®iÒu chØnh tû lÖ lµ ®¬n gi¶n nhÊt, t¸c
®éng nhanh nh−ng nã kh«ng triÖt tiªu ®−îc sai lÖch tÜnh v× hÖ sè khuÕch ®¹i
cao qu¸ sÏ lµm hÖ thèng mÊt æn ®Þnh.
Víi bé ®iÒu chØnh I th× nã cã thÓ triÖt tiªu ®−îc sai lÖch tÜnh. Nh−ng tÝn
hiÖu ®iÒu khiÓn chËm so víi sai lÖch 900 nªn hÖ thèng mÊt æn ®Þnh. V× vËy mµ
®iÒu chØnh I vµ P kh«ng ®−îc sö dông réng r·i mµ ph¶i kÕt hîp P vµ I thµnh bé
®iÒu chØnh PI.
§èi víi bé ®iÒu chØnh vi ph©n th× còng gièng nh− bé P lµ sÏ cã sai lÖch
tÜnh vµ hÖ thèng sÏ mÊt æn ®Þnh khi cã nhiÔu t¸c ®éng nªn ta còng kh«ng sö
dông bé ®iÒu chØnh D ®¬n thuÇn mµ th−êng kÕt hîp víi bé ®iÒu khiÓn P =>
PD vµ PI =>PID. Thµnh phÇn vi ph©n D lµm t¨ng nhanh tèc ®é t¸c ®éng do
kh©u vi ph©n cho ®Çu ra sím pha so víi ®Çu vµo gãc Π/2. Tuy nhiªn quy luËt
PD kh«ng lµm gi¶m sai lÖch tÜnh. V× vËy trong c«ng nghiÖp th−êng sö dông
trong hÖ thèng ®ßi hái t¸c ®éng nhanh. Bé ®iÒu chØnh PID lµ bé ®iÒu chØnh kÕt
hîp ®−îc −u ®iÓm cña c¶ 3 bé ®iÒu chØnh P,I,D. Tuy nhiªn bé ®iÒu chØnh nµy
sÏ rÊt phøc t¹p nªn ng−êi ta th−êng hay sö dông bé ®iÒu khiÓn PD,PI.
Thùc tÕ bé ®iÒu khiÓn PD ®−îc dïng trong ®iÒu khiÓn ng−êi m¸y, tay
m¸y; cßn PI ®−îc dïng trong ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt lùc.
V× vËy trong ®Ò tµi nµy chóng t«i chän bé ®iÒu chØnh PI.
1 +
i
4.2.2. X¸c ®Þnh th«ng sè bé ®iÒu chØnh.
i
Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh PI lµ: GPI(s) = Kp
T . s T . s
S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®−îc vÏ l¹i nh− sau:
τ−
1 +
i
Y X E U
e s
K +1 Ts
i
Kp
T . s T . s
Z
Th«ng th−êng th«ng sè tèi −u ®−îc chän lµ: Ti = T = 36
τ−1 e s
K Ts
Hµm truyÒn cña hÖ hë ®−îc chän lµ: W(s) = Gc(s)*G(s) = víi K1= Kp.K
K 1 T ω
M«®un vµ pha ®−îc x¸c ®Þnh nh− ë h×nh IV.2.2 vµ b»ng: |W(jω)| =
π 2
ϕ = -ωτ -
H×nh 4.5 - §Æc tÝnh tÇn biªn pha cña hÖ thèng.
NÕu ®é dù tr÷ æn ®Þnh vÒ biªn ®é ®−îc chän lµ 0,5 ( ®é dù tr÷ æn ®Þnh vÒ biªn
®é x¸c ®Þnh bëi tû sè cña hÖ sè khuÕch ®¹i giíi h¹n kg víi hÖ sè khuÕch ®¹i
π 2
k g = k
|
) |
1 ( πωjW
hiÖn hµnh: β = ); øng víi gãc lÖch pha -π = -ω π τ -
1 K π T . 2 τ
Tõ ®ã : : |W(jω π )| =
π 4
π 4
T τ
= = 35,34 Víi ®é dù tr÷ æn ®Þnh nh− trªn ta cã: K1= Kp.K ≤
s
1 +
(cid:214) Kp ≤ 35,34: 3,9 = 9
36
36 s
VËy bé ®iÒu chØnh PI ®−îc chän nh− sau: GPI(s) = 9.
.
s
=
§Ó thùc hiÖn hµm nµy trong vi ®iÒu khiÓn ta ph¶i tiÕn hµnh chuyÓn nã vÒ
1 1
2 T
z z
− +
=
víi T lµ thêi gian trÝch mÉu ph−¬ng tr×nh sai ph©n b»ng c¸ch thay
hay
zY )( )( zU
z 72 z
z 72 z
71 − 1 −
71 − 1 −
(LÊy thêi gian trÝch mÉu lµ 1s) ta cã: G(z) =
(cid:217) Y(z).z - Y(z) = 72.U(z).z - 71U(z).
(cid:217) Y(z).z = 72.U(z).z - 71.U(z) + Y(z)
Víi Y(z) lµ tÝn hiÖu ra rêi r¹c vµ U(z) lµ tÝn hiÖu vµo rêi r¹c.
Theo tÝnh chÊt dÞch hµm gèc th× zz.Y(z) = Y(k+n)
Nh− vËy ta cã Y(k+1) = 72.U(k+1) - 71.U(k)+Y(k)
Ch¦¥ng V
lËp tr×nh
5.1. ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn.
5.1.1. Ch−¬ng tr×nh chÝnh.
B¾t ®Çu
NhiÖt ®é ®Æt ban ®Çu
§äc ADC
HiÓn thÞ nhiÖt ®é ®o Key1 = 1 Key2 = 1
T¨ng t0 ®Æt Gi¶m t0 ®Æt
HiÓn thÞ nhiÖt ®é ®Æt l¹i
Key3 = 1
HiÓn thÞ nhiÖt ®é ®o vµ nhiÖt ®é ®Æt
§iÒu khiÓn Thyristor
H×nh 5.1 - ThuËt to¸n ®o vµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é buång sÊy. KÕt thóc 5.1.2. Gi¶i thuËt ch−¬ng tr×nh ®äc A/D.
B¾t ®Çu
§äc d÷ liÖu A/D
§æi d÷ liÖu ra sè BCD cÊt vµo RAM ë c¸c ®Þa chØ 30h,31h,32h
KÕt thóc
H×nh 5.2 - Gi¶i thuËt ch−¬ng tr×nh ®äc A/D
5.1.3. Gi¶i thuËt ch−¬ng tr×nh t¨ng gi¶m nhiÖt ®é ®Æt.
B¾t ®Çu
Key1=1 Key2=1
T0 ®Æt < 1000 T0 ®Æt >250
§ §
T¨ng nhiÖt ®é ®Æt lªn 1 ®¬n vÞ Gi¶m nhiÖt ®é ®Æt xuèng 1 ®¬n vÞ
KÕt thóc
H×nh 5.3 - Gi¶i thuËt ch−¬ng tr×nh t¨ng gi¶m nhiÖt ®é ®Æt.
5.1.4. Gi¶i thuËt chuyÓn tõ sè nhÞ ph©n ra sè BCD.
Vi xö lý th−êng lµm viÖc víi c¸c sè nhÞ ph©n. Tuy nhiªn khi l−u tr÷, khi
hiÓn thÞ hoÆc khi truyÒn gi÷a c¸c thiÕt bÞ c¸c gi¸ trÞ sè 0...9, thùc chÊt ta lµm
viÖc víi m· ascii cña c¸c sè ®ã,tøc lµ c¸c sè 30H... 39H. Nh− vËy ta thÊy trong
mét byte m· Ascii biÓu diÔn c¸c sè 0... 9 cã 4 bit thÊp øng víi m· BCD cña
chÝnh c¸c sè ®ã, 4 bit cao bao giê còng øng víi m· BCD cña sè 3 (0011B).
NÕu trong byte m· Ascii nµy ta thay 4 bit cao b»ng 0H th× ta thu ®−îc sè BCD.
Ng−îc l¹i nÕu thay 4 bit cña byte cao cña sè BCD b»ng 0011 th× ta thu ®−îc
m· Ascii cña sè ®ã. VËy ®Ó hiÓn thÞ vµ l−u tr÷ c¸c gi¸ trÞ ®äc ®−îc tõ ADC ta
cÇnchuyÓn c¸c sè nhÞ ph©n sang m· BCD vµ sau ®ã chuyÓn tõ BCD sang Ascii
b»ng c¸ch céng sè BCD ®ã víi 30H.
ThuËt to¸n chuyÓn tõ sè nhÞ ph©n sang BCD nh− sau:
B¾t ®Ç
Chia sè cÇn ®æi cho10 ®−îc sè d− lµ hµng ®¬n vÞ
Chia tiÕp kÕt qu¶ cho 10 ®−îc sè hµng chôc vµ tr¨m
CÊt kÕt qu¶ vµo bé nhí ë ®Þa chØ 30H, 31H, 32H
KÕt thóc
H×nh 5.4 - Gi¶i thuËt chuyÓn tõ sè nhÞ ph©n ra sè BCD.
5.1.5. Gi¶i thuËt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn Triac.
Cho gãc më Triac ban ®Çu
Sau 1s
S S
T0 ®o < T0 ®Æt)
§ §
TÝnh to¸n ®Ó gi¶m gãc më Triac
TÝnh to¸n ®Ó t¨ng gãc më Triac
Gi÷ nguyªn gãc më Triac
H×nh 5.5 - Gi¶i thuËt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn Triac.
5.2. LËp tr×nh.
5.2.1. Ng«n ng÷ lËp tr×nh.
CPU chØ tÝnh to¸n trªn c¸c sè nhÞ ph©n víi tèc ®é rÊt cao. Tuy nhiªn,
®èi víi con ng−êi, nÕu ph¶i lËp tr×nh víi c¸c sè nhÞ ph©n th× thËt nhµm ch¸n vµ
chËm ch¹p.
Thêi kú ®Çu cña m¸y tÝnh lËp tr×nh viªn ph¶i viÕt ch−¬ng tr×nh d−íi d¹ng
ng«n ng÷ m¸y (chØ gåm c¸c sè 0 vµ 1). MÆc dï sè thËp lôc ph©n (sè Hexa) ®·
biÓu diÔn kh¸ hiÖu qu¶ sè nhÞ ph©n, song lµm viÖc trªn m· m¸y vÉn lµ c«ng
viÖc kh¸ nÆng nhäc ®èi víi con ng−êi. Cuèi cïng hîp ng÷ ®· ®−îc x©y dùng,
trong ®ã cã sö dông c¸c tõ gîi nhí vµ cïng víi nh÷ng ®Æc tÝnh kh¸c n÷a, hîp
ng÷ ®· gióp cho viÖc lËp tr×nh dÔ dµng vµ Ýt lçi h¬n. C¸c ch−¬ng tr×nh hîp ng÷
cÇn ®−îc dÞch ra d¹ng m· m¸y nhê mét ch−¬ng tr×nh ®−îc gäi lµ tr×nh hîp
dÞch. Hîp ng÷ ®−îc coi lµ mét ng«n ng÷ bËc thÊp v× nã cã quan hÖ trùc tiÕp
víi cÊu tróc bªn trong cña cña CPU. §Ó lËp tr×nh hîp ng÷ lËp tr×nh viªn
th−êng n¾m v÷ng tÊt c¶ c¸c thanh ghi cña CPU, kÝch th−íc cña chóng còng
nh− c¸c chi tiÕt liªn quan kh¸c.
Ngµy nay, ta cã thÓ sö dông c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh kh¸c nhau nh−
Basic, Pascal, C, C++, Java vµ nhiÒu ng«n ng÷ kh¸c. C¸c ng«n ng÷ nµy lµ
nh÷ng ng«n ng÷ bËc cao v× lËp tr×nh viªn kh«ng cÇn ph¶i t−¬ng t¸c víi c¸c chi
tiÕt bªn trong CPU. C¸c ng«n ng÷ bËc cao ®−îc dÞch ra m· m¸y b»ng mét
ch−¬ng tr×nh gäi lµ tr×nh biªn dÞch. Tuy nhiªn khi lËp tr×nh b»ng ng«n ng÷ cao
th−êng tèn nhiÒu bé nhí h¬n vµ tèc ®é xö lý cña chÝp sÏ chËm h¬n. V× vËy
trong ®Ò tµi nµy chóng t«i sö dông hîp ng÷.
5.2.2. CÊu tróc cña hîp ng÷.
Mét ch−¬ng tr×nh hîp ng÷ bao gåm mét chuçi c¸c dßng lÖnh hîp ng÷ .
Mét lÖnh hîp ng÷ bao gåm mét tõ gîi nhí vµ tuú theo lÖnh mµ sau ®ã cã mét
hoÆc hai to¸n h¹ng. Tõ gîi nhí lµ lÖnh yªu cÇu CPU thùc hiÖn cßn c¸c to¸n
h¹ng lµ c¸c d÷ liÖu cÇn thao t¸c.
Sau ®©y lµ mét vÝ dô vÒ ch−¬ng tr×nh hîp ng÷:
ORG 0H;
MOV R5,#25H
MOV R7,#34H
MOV A,#0
ADD A,R5
ADD A,R7
ADD A,#12H
HERE: SJMP HERE
END
Ch−¬ng tr×nh trªn ®©y lµ mét chuçi c¸c c©u lÖnh, trong ®ã cã c¸c lÖnh hîp
ng÷ nh− ADD, MOV.. vµ c¸c chØ dÉn. LÖnh hîp ng− lu«n yªu cÇu CPU thùc
hiÖn mét nhiÖm vô , cßn chØ dÉn cã nhiÖm vô h−íng dÉn cho hîp ng÷ chø
kh«ng yªu cÇu CPU thùc hiÖn hµnh ®éng nµo. ë vÝ dô trªn th× ADD, MOV lµ
lÖnh cßn ORG vµ END lµ chØ dÉn. Nh− vËy mét ch−¬ng tr×nh hîp ng÷ lu«n
®−îc b¾t ®Çu vµ kÕt thóc b»ng c¸c chØ dÉn.
