Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa, một bộ điều khiển được gọi là đa năng nếu nó thỏa mãn được các yêu cầu sau đây: • Sử dụng cho nhiều loại đối tượng cơng nghiệp khác nha
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐA NĂNG NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGUYỄN VIỆT DŨNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HÒA HÀ NỘI 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205232471000000 NGUYỄN VIỆT DŨNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐA NĂNG NGUYỄN VIỆT DŨNG 2006 - 2008 Hà Nội 2008 HÀ NỘI 2008 LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa, người tận tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Điều khiển tự động nói riêng thầy giáo Khoa Điện nói chung truyền thụ kiến thức cho em trình học tập mái trường Đại học Bách khoa Hà nội Và em xin bày tỏ biết ơn đến gia đình bạn bè người luôn bên cạnh giúp đỡ động viên em học tập lúc khó khăn để hồn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Học viên Nguyễn Việt Dũng LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn em "Nghiên cứu, thiết kế điều khiển đa năng" Luận văn bao gồm vấn đề sau : • Nghiên cứu điều khiển có mặt thị trường • Nghiên cứu vi điều khiển Psoc • Nghiên cứu, cài đặt thuật toán điều khiển PID thuật toán điều khiển mờ cho PSoC • Thiết kế, chế tạo điều khiển đa sử dụng chip Psoc CY8C29466 – 24PXI • Thiết kế gói phần mềm máy tính: quan sát, cài đặt thuật toán điều khiển giao tiếp với điều khiển đa Em xin cam đoan luận văn em làm hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Học viên Nguyễn Việt Dũng MỤC LỤC PHẦN I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐA NĂNG 11 I.1 Giới thiệu chung điều khiển đa 11 I.2 Tổng quan thiết bị điều khiển thị trường Việt Nam 12 I.2.1 Sản phẩm hãng OMRON 12 I.2.2 Sản phẩm hãng AUTONICS 16 I.3 Đánh giá sản phẩm có 18 I.4 Kết luận ý tưởng thiết kế điều khiển 18 Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 20 II.1 Cơ sở lý thuyết 20 II.1.1 Bộ điều khiển PID 20 II.1.2 Các phương pháp xác định thông số cho điều khiển PID số: 25 II.2 Lý thuyết điều khiển mờ 28 II.2.1 Khái niệm tập mờ 30 II.2.2 Mệnh đề hợp thành mờ 30 II.2.3 Luật hợp thành 31 II.2.4 Giải mờ 32 II.2.4.1 Phương pháp cực đại 33 II.2.4.2 Phương pháp điểm trọng tâm 34 II.2.5 Một số điều khiển mờ 36 II.2.5.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh 36 II.2.5.2 Bộ điều khiển mờ động 36 II.2.6 Hệ điều khiển mờ lai 39 II.2.6.1 Cấu trúc điều khiển mờ tự chỉnh hệ số khuếch đại 39 Chương III GIỚI THIỆU VỀ PSoC 42 III.1 Sơ lược chung loại vi điều khiển 42 III.2 Sơ đồ cấu trúc Psoc 46 III.2.1 Sơ đồ khối chức Psoc 46 III.2.2 Sơ đồ chân chế độ hoạt động chân Psoc 48 III.2.3 Các khối analog block 55 III.3 Tần số dao động Psoc 57 III.4 Sự tiêu thụ lượng Chip 60 PHẦN II: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐA NĂNG 64 Chương IV THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 64 IV.1 Cấu trúc điều khiển đa 65 IV.1.1 Khối chuẩn hóa tín hiệu 66 IV.1.2 Khối Vi điều khiển-xử lý trung tâm 66 IV.1.3 Khối chuyển đổi tín hiệu 67 IV.1.4 Khối phần mềm máy tính PC 67 IV.2 Thiết kế phần cứng cho điều khiển đa 67 IV.2.1 Khối chuẩn hóa tín hiệu 67 IV.2.2 Khối xử lý trung tâm 68 IV.2.3 Khối chuyển đổi tín hiệu 69 IV.2.4 Các khối kết nối với máy tính hiển thị 69 IV.2.5 Mạch nguyên lý thiết bị điều khiển đa 70 Chương V CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM BỘ ĐIỀU KHIỂN 73 V.1 Tìm hiểu đối tượng nhiều chiều (MIMO) 73 V.2 Đối tượng điều khiển nhiều chiều thí nghiệm 74 V.3 Xây dựng hệ thống điều khiển nhiều chiều 76 V.3.1 Hệ thống điều khiển nhiều chiều 76 V.3.2 Xác định đặc tính động học đối tượng nhiều chiều 78 V.4 Kết chạy thử nghiệm với điều khiển 82 V.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm điều khiển đa 85 Chương VI KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 87 VI.1 KẾT LUẬN 87 VI.1.1 Những công việc thực 87 VI.1.2 Hạn chế luận văn 88 VI.2 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88 PHỤ LỤC Luận văn thạc sĩ khoa học PHỤ LỤC 1: Hình 2.1: DANH MỤC HÌNH VẼ Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều hệ thống điều khiển phần tích khiển………………………….13 Hình 2.2: Sơ đồ khối cấu trúc số………………………15 Hình 2.3: Cơng thức xấp xỉ thành phân………………………… 16 Hình 2.4: Xác định thơng số đối tượng từ hàm độ…………… 18 Hình 2.5: Xác định thông số đối tượng từ thực nghiệm…………….20 Hình 2.6: Giá trị rõ y’ hồnh độ điểm trọng tâm…………………… 27 Hình 2.7: Hệ điều khiển mờ theo luật khiển mờ theo luật mờ lai PI…………………………………….29 Hình 2.8: Hệ điều PD………………………………… 30 Hình 2.9: Hệ điều khiển PID…………………………………………31 Hình 2.10: Hệ điều khiển mờ lai…………………………………………….32 Hình 2.11: Sơ đồ điều khiển hệ thống dùng mờ tự chỉnh K…………………32 Hình 2.12: Cấu trúc khâu chung Sub………………………………………… 33 Hình 3.1: Cấu trúc Psoc………………………………………….39 Ngành điều khiển tự động hóa Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.2: Sơ đồ bố trí chân số chip Psoc………………………… 41 Hình 3.3: Cấu trúc khối GPIO…………………………………… 42 Hình 3.4: Sơ đồ trình đọc cổng…………………………………….44 Hình 3.5: Trạng thái Strong…………………………………………………44 Hình 3.6: Trạng thái Analog Hi_z………………………………………… 45 Hình 3.7: Trạng thái Open drain……………………………………………45 Hình 3.8: Các khối số khả trình…………………………………………….48 Hình 3.9: Kết nối dây tồn cục…………………………………………… 48 Hình 3.10: Bộ dồn kênh Analog - Block…………………………… 49 Hình 3.11: Kết nối dây sử dụng tần số VC1……………………………… 50 Hình 3.12: Mơ tả tín hiệu bên Psoc………………………………52 Hình 3.13: Chế độ SMP Psoc…………………………………………54 Hình 4.1: Cấu trúc điều khiển đa năng………………………………… 57 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý khối chuẩn hóa tín hiệu…………………………59 Ngành điều khiển tự động hóa Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm……………………… 59 Hình 4.4: Sơ đồ ngun lý khối chuyển đổi tín hiệu……………………… 60 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý khối kết nối với máy tính hiển thị………60 Hình 4.6 : Sơ đồ mạch nguyên lý thiết bị điều khiển đa năng………….61 Hình 4.7: Các modul chức phần mềm…………………………….62 H×nh Sơ 4.8: đồ kết nối module bên chân sử chíp…………………………62 Hình 4.9: Cấu hình dụng…………………………………63 Hình 5.1: Mơ hình đối tượng nhiều hình đối tượng chiều tác động………………….65 Hình 5.2 : Mơ nhiều chiều thí nghiệm………………………66 Hình 5.3: Mơ hình hệ thống thí nghiệm nhiều chiều……………………… 67 Hình 5.4: Hệ thống điều khiển nhiều chiều sử dụng BĐK đa năng…………68 Hình 5.5: Mơ hình nhận dạng đối tượng…………………………………….69 Hình 5.6: Sơ đồ khối mô tả hàm truyền đối tượng nhiều chiều…….71 Ngành điều khiển tự động hóa