Tổng quan lý thuyết vê vật liệu nano carbon ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BÁO CÁO PROJECT BASED LEARNING 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG QUẠT – CÁNH PHẲNG Sinh viên thực hi[.]
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BÁO CÁO PROJECT BASED LEARNING THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG QUẠT – CÁNH PHẲNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MẠNH DŨNG PHẠM TUẤN ANH NGUYỄN VĂN TÙNG DƯƠNG TIẾN ĐẠT LÊ VĂN HẠNH PHƯỚC Giáo viên hướng dẫn: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Danang, 2021 MỤC LỤC TÓM TẮT LỜI MỞ ĐẦU SƠ ĐỒ GANTT .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ MƠ HÌNH 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mô tả hệ thống 1.3 Mơ hình tuyến tính 1.4 Nguyên lý hoạt động CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ QUẠT GIÓ – CÁNH PHẲNG 2.1 Thiết kế khí CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 10 3.1 Lấy số liệu thực nhiệm nhận dạng hàm truyền 10 3.1.1 Số liệu thực nghiệm .10 3.1.2 Nhận dạng hàm truyền 10 3.2 Mô Matlab Simulink 13 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID .16 4.1 Giới thiệu PID 16 4.2 Bộ điều khiển PID 16 4.3 Đặc tính PID 17 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID BẰNG OP-AMP 19 5.1 OP-AMP gì? .19 5.2 Cấu tạo nguyên lí làm việc OP-AMP 20 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA HỆ THỐNG .25 6.2 Tính chọn linh kiện mơ 25 6.2 Mô khâu protues 26 6.3 Mạch in mạch 3D 30 6.3.1 Mạch in 30 6.3.2 Mạch 3D 31 6.4 Lựa chọn linh kiện 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO .36 PHỤ LỤC 37 TÓM TẮT Ngày yêu cầu thực tế sản suất có cơng nghệ đại tất lĩnh vực địi hỏi phải có hệ điều khiển thay đổi cấu trúc tham số để đảm bảo tiêu chất lượng định Dựa sở kỹ thuật điện, điện tử, tin học máy tính phát triển mức độ cao, lý thuyết điều khiển tuyến tính đời đáp ứng yêu cầu Nội dung điều khiển tuyến tính là: tạo hệ điều khiển mà cấu trúc tham số thay đổi theo biến thiên thông số đối tượng điều khiển cho chất lượng hệ đảm bảo theo tiêu định Do tính ưu việt điều khiển tuyến tính mà điều khiển bắt đầu ứng dụng vào điều khiển hệ thống phức tạp, hệ phi tuyến thực tế Mơ hình hệ thống QUẠT GIĨ CÁNH PHẲNG mơ hình cho phép cài đặt thuật bù điều khiển góc, với tính chất chịu ảnh nhiều nhiễu thay đổi tham số hệ thống QUẠT GIĨ CÁNH PHẲNG hệ thống khó điều khiển để đạt chất lượng tốt Xuất phát từ lý để từ thiết kế điều khiển tuyến tính tự động điều khiển góc với chất lượng tốt hơn, qua mở hướng ứng dụng hệ thống thơng gió, góc mở van điều khiển khí nén nhà máy LỜI MỞ ĐẦU Ngày tự động hoá trở thành vấn đề thiết yếu ngành công nghiệp Để thiết kế mơ hình tự động hố nhà máy cơng nghiệp người thiết kế cần nắm kiến thức Lý thuyết điều khiển tự động môn ngành tự động hoá Một kỹ mà người học cần phải có sau học xong mơn nhận dạng hệ thống điều khiển biết cách ổn định mơ hình điều khiển mơ hình điều khiển không trạng thái ổn định Trong đồ án chúng em trình bày cách nhận dạng đối tượng hệ thống điều khiển,cách xác định hàm truyền đạt đối tượng từ đáp ứng đầu cho trước từ xác định đối tượng có ổn định hay khơng theo phương pháp xét tính ổn định hệ thống học,hay dùng thực tế từ thiết kế điều khiển P, PI, PID để nâng cao chất lượng đầu hệ thống Trong trình thực đồ án em nhận nhiều chia sẻ, góp ý việc trình bày đồ án kiến thức bổ ích sử dụng đồ án từ bạn, anh chị khóa thầy cô, đặc biệt cô Trương Thị Bích Thanh Do khả tiếp thu kiến thức cịn hạn hẹp thời gian có hạn nên báo cáo đồ án em tránh khỏi có lỗi sai sót mặt hình thức nội dung kiến thức Em xin chân thành cảm ơn bạn , anh chị khóa thầy cô giúp em làm đồ án mong người góp ý cho em để em chỉnh sửa đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! SƠ ĐỒ GANTT Bảng tiến độ công việc Ký hiệu A Công việc Ngày đầu bắt Ngày thúc kết Khoảng thời gian Chọn đề tài - phân chia công việc 16/01/2021 20/01/2021 Xây dựng mơ hình hệ thống 20/01/2021 30/01/2021 10 Mô hệ thống điều khiển 30/01/2021 09/02/2021 10 D Tính chọn mạch điện tử 09/02/2021 02/03/2021 21 E Mô mạch điện tử 02/03/2021 28/03/2021 26 F Chuẩn hóa tín hiệu sau cảm biến 28/03/2021 08/04/2021 11 G Lắp mạch 08/04/2021 01/05/2021 23 H Chạy thử đánh giá 01/05/2021 18/05/2021 18 K Báo cáo đề tài 18/05/2021 28/05/2021 10 B C CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ MƠ HÌNH 1.1 Đặt vấn đề Tên dự án: Thiết kế hệ thống Quạt gió – Cánh phẳng thầy cô đặt nhằm giúp cho sinh viên bắt đầu làm quen, nắm bắt với khái niệm Dự án Liên mơn, bước đầu hình dung việc xây dựng đề tài cách áp dụng kiến thức nhiều môn học khác Hệ thống quạt gió cánh phẳng (QGCP) hệ thống khí động học, hệ có tính phi tuyến mạnh nhạy tác động nhiễu, hệ quạt gió cánh phẳng đối tượng tốt để nghiên cứu phương pháp điều khiển tự động từ đơn giản đến phức tạp 1.2 Mô tả hệ thống Hình 1.1 : Mơ hình động lực học Trong đó: - Góc Ψ: góc cánh phẳng trục thẳng đứng - Mg : trọng lượng cánh phẳng (kể đối trọng) - C : trọng tâm hệ - P: Áp suất tác động lên cánh phẳng - Các khoảng cách IM, IP, L1, L2 xác định hình vẽ Mục tiêu điều khiển hệ thống QG-CP ổn định góc đặt cánh phẳng luồng khơng khí thổi từ quạt gió Cấu trúc hệ thống Quạt gió – cánh phẳng bao gồm: + Động quạt + Cánh phẳng + Cảm biến đo góc quay + Mạch điều khiển PID op-amp + Màn hình LCD + Nguồn + Bộ khung khí + Mạch nguồn 1.3 Mơ hình tuyến tính *Mơ hình tuyến tính hệ thống quanh điểm làm việc bất kỳ: Về mặt vật lý, động học hệ thống chia thành thành phần theo sơ đồ: Điện áp Động học φ Góc TốcĐộng độ gió học dịng khí motor Lực đẩy Động học phẳng *Mơ hình chia làm phần: Khối quạt gió biểu diễn dạng phương trình động lực học điện: T1 dr (t ) + Ω ( t )=K V ( t ) +C dt T1: Hằng số thời gian K1: Hệ số khuếch đại trạng thái xác lập C1: Hằng số ĐK đầu *Khối động học dịng khí: quan hệ vận tốc dịng khí Ω áp suất dịng khí tác dụng lên cánh phẳng Khi Ω thay đổi => trễ chuyển động cánh phẳng dịng khí xốy bên xung quay cánh phẳng thay đổi Ta coi khâu gồm trễ dịch chuyển, dạng phi tuyến bậc hai động lực học phụ thuộc hướng Khối biểu thị quan hệ φ p *Mơ hình độc lực học cánh phẳng: J d2 φ dφ =−Mg l M sinφ−b + P Al p cosφ dt d t *Mơ hình tuyến tính hóa: Dể thuận lợi thiết kế điều khiển, ta tiến hành tuyến tính hóa xung quanh đoạn đặc tính làm việc với góc quay nhỏ -gọi Vss, Ωss, φss điện áp đặt vào, vận tốc dịng khí góc quay =>Ta có hàm truyền toàn thiết bị: [ −sτ e A l p cosφss φ( s) K1 = G(s)= p (s ) (1+ T s) J s +bs+( Mgcosφss+ PssA l p sinφss) ] 1.4 Nguyên lý hoạt động Khi bật nguồn, quạt chạy thổi luồng khơng khí vào cánh phẳng phương thẳng đứng, khiến cánh phẳng nâng lên góc xác định Trục cánh phẳng nối đồng trục với cảm biến đo góc quay Người điều khiển dã thiết kế sẵn giá trị góc cánh phẳng cần đạt đến Gía trị cố định thay đổi theo quỹ đạo định trước Nhiệm vụ điều khiển PID điều khiển nguồn điện áp đặt lên động để quạt thay đổi lưu lượng gió CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ QUẠT GIÓ – CÁNH PHẲNG 2.1 Thiết kế khí a Cánh phẳng: ‐ Chiều dài: 312 mm ‐ Chiều rộng: 145 mm ‐ Vật liệu làm cánh phẳng: xốp kỹ thuật Hình 2.1 Cánh phẳng b Giá đỡ cánh phẳng: ‐ Chiều cao giá đỡ: 235 mm ‐ Khoảng cách giá đỡ: 170 mm ‐ Vật liệu giá đỡ: gỗ c Giá đỡ động quạt gió: ‐ Chiều cao giá đỡ động cơ: 140 mm ‐ Vật liệu làm giá đỡ động cơ: gỗ d Phần đế để đặt phần đồ án: ‐ Chiều dài đế: 400 mm