chương 1 giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt độ

Chương I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ I.Khái niệm hệ thống điều khiển nhiệt độ: Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lónh vực, đặc biệt công nghiệp sản phẩm , thiết bò hay điều kiện làm việc cần nhiệt độ khác Muốn có nhiệt độ phù hợp cần phải có hệ thống điều khiển.Tùy theo tính chất ,yêu cầu trình mà đòi hỏi phương pháp điều khiển thích hợp Hệ thống điều khiển nhiệt độ phân làm hai loại :Hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system) hệ thống điều khiển (sequence control system) − Điều khiển hồi tiếp thường xác đònh giám sát kết điều khiển , so sánh với yêu cầu thực thi tự động điều chỉnh − Điều khiển thực bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước xác đònh II Các nguyên tắc điều khiển : 1.Nguyên tắc thông tin phản hồi: Trong trình điều khiển ,tồn hai dòng thông tin từ quan chủ quản đến đối tượng từ đối tượng ngược quan điều khiển , gọi liên kết ngược hay hồi tiếp a) Quá trình điều khiển theo n nguyên tắc bù nhiễu: Tác động vào đối tượng luật điều khiển u theo nguyên tác Điều khiển u bùnhiễu để đạt đầu c mong c Đối tượng muốn,nhưng không quan sát tín hiệu c Về nguyên tắc ,đối với hệ phức tạp điều khiển theo mạch hở không n cho kết tốt r b) Điều khiển theo sai lệch: - e u Điều khiển Cơ quan điều khiển quan Đối tượng c sát c, so sánh với đònh chuẩn điều mong muốn r để chọn luật điều khiển u Nguyên tắc điều chỉnh linh hoạt ,loại sai lệch ,thử nghiệm sửa.Đây nguyên tắc điều khiển c) Điều khiển phối hợp: n r e Điều khiển u Đối tượng c 2.Nguyên tắc đa dang tương xứng: Muốn trình điều khiển có chất lượng đa dạng quan điều khiển phải tương xứng với đa dạng đối tượng Tính đa dạng quan điều khiển dùng để chế ngự đối tượng thể :khả thu thập thông tin , lưu trữ ,phân tích xử lý ,chọn đònh ,tổ chức thực 3.Nguyên tắc bổ sung ngoài: Một hệ thống tồn hoạt động môi trường cụ thể có tác động qua lại chặt chẽ với môi trường Trong điều kiện thừa nhận nguyên tắc bổ sung sau:thừa nhận có đối tượng chưa biết (hộp đen)tác động vào hệ thống ta phải điều khiển hệ thống lẫn hộp đen 4.Nguyên tắc dự trư:õ Vì nguyên tắc coi thông tin chưa đầy đủ phải đề phòng bất trắc xảy không dùng toàn lực lượng điều kiện bình thường Vốn dự trữ không sử dụng ,nhưng cần để bảo đảm cho hệ thống vận hành an toàn 5.Nguyên tắc phân cấp: Đối với hệ thống phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ sung cho trung tâm ,để khuếch đại khả điều khiển Phải tránh khuynh hướng hình thức phân cấp đáng ,xử lý cho nhiện vụ quyền hạn cấp 6.Nguyên tắc cân nội: Mỗi hệ thống cần xây dựng với chế cân nội để có khả tự giải biến động xảy III.Các loại điều khiển: Sự phân loại điều khiển có tính chất quy ước 1.Điều khiển ổn đònh hóa: Mục tiêu điều khiển kết đầu đầu vào chuẩn r(t) = const với sai lệch cho phép exl (sai số chế độ xác lập) e(t) = r(t) - c(t) ≤ exl Đặc biệt đầu hệ thống cần giữ số ,ta có hệ thống điều chỉnh hay hệ thống ổn đònh Ví dụ: hệ thống ổn đònh nhiệt độ ,điện áp ,áp suất ,nồng độ tốc độ… 2.Điều khiển theo chương trình: Nếu r(t) hàm đònh trước theo thời gian ,yêu cầu đáp ứng hệ thống chép lại giá trò tín hiệu vào r(t) ta có hệ thống điều khiển theo chương trình Ví dụ: hệ thống điều khiển máy công cụ CNC ,điều khiển tự động nhà máy xi măng Hoàng Thạch ,hệ thống thu thập truyền số liệu hệ thống điện, quản lý vật tư nhà máy … 3.Điều khiển theo dõi: Nếu tín hiệu tác động vào hệ thống r(t) hàm không bết trước theo thời gian ,yêu cầu điều khiển đáp ứng c(t) bám sát r(t) ,ta có hệ thống theo dõi.Điều khiển theo dõi sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển vũ khí ,hệ thống lái tàu ,máy bay… 4.Điều khiển thích nghi: Tín hiệu TC v(t) chỉnh đònh n (t) v (t) r (t) ĐK ĐT u (t) c (t) lại tham số điều khiển cho hệ thích nghi với biến động môi trường 5.Điều khiển tối ưu hàm mục tiêu đạt cực trò: Ví dụ toán qui hoạch ,vận trù kinh tế ,kỹ thuật phương pháp điều khiển tối ưu IV.Mô hình tổng quát phương pháp đo nhiệt độ: 1.Mô hình hệ thống điều khiển: Hệ thống đo điều khiển nhiệt độ đạng hệ thống thu thập liệu Nhìn chung hệ thống thu thập liệu đầy đủ có thành phần sau: • Phần thu thập liệu từ đối tượng bên vào hệ thống vi xử lý-máy tính Phần gồm cảm biến ,mạch gia công tín hiệu ,bộ chuyển đổi tín hiệu tương đồng sang tín hiệu số (ADC) thiết bò ngoại vi khác nguồn, đường dây truyền liệu … • Phần điều khiển : bao gồm hệ vi xử lý , máy tính hệ thống tác động vào đối tượng • Phần mềm: chương trình cho kít xử lý chổ chương trình cho máy tính nhằm thu nhận liệu điều khiển nhiệt độ giao tiếp với người sử dụng Các thành phần liên quan chặt chẽ với ,tạo thành hệ thống hợp Từ phân tích hệ thống thu thập liệu (ADS)sẽ có thành phần cấu trúc sau: Kênh Kênh n Mạch Gia công Mạch Gia công n Mạch đối tượng DỒN KÊNH ADC TƯƠN LƯU TRỮ Máy tính chủ VÀ G ĐIỀU BỘ KHIỂ TỰ PHÂN Mạch đối tượng n KÍT DAC N KÊNH 2.Chức khối hệ thống điều khiển: 2.1.Kít chủ vi xử lý: Kit sử dụng chip vi xử lý ,là đơn vò master nhận yêu cầu từ người sử dụng truyền liệu cho slave khác ,ở sử dụng kỹ thuật truyền thông đa xử lý để giao tiếp kit chủ kit xử lý slave,giữa kit chủ máy tính, giao tiếp tác động phím từ kit Kit chủ có thiết kế phần cứng kit slave, có thêm phần cứng mạng truyền phần chương trình quản lý thông số đơn vò slave 2.2.Các kit xử lý tạm thời (slave): Các kit xử lý tạm thời có nhiệm vụ thu nhận giá trò từ ADC có khả điều khiển nhiệt độ theo phương pháp khác nhau.Chức thông số từ cổng nối tiếp 2.3 Mạng truyền: Dùng để giao tiếp kit ,giữa kit với máy tính Mạng truyền sử dụng theo khuyến cáo nhà sản xuất chip giao tiếp mã 485.Chuẩn truyền 485 sử dụng rộng rãi thiết bò điều khiển vi tính đơn giản kết nối phần cứng giao thức truyền mạng Half Duplex Trong thời gian sử dụng đònh nhiều hai đối tượng liên lạc với nhau.Các cách thức giao tiếp vi xử lý chủ vi xử lý tớ ,các vi xử lý tớ liên lạc với mà liên lạc thông qua vi xử lý chủ 2.4 Chương trình điều khiển: Thực việc giao tiếp vi xử lý kit chủ ,giữa kit chủ máy tính ,đặt trò 3.Các phần tử thiết bò đo phương pháp đo nhiệt độ: 3.1.Các phần tử thiết bò đo: • CẢM BIẾN Phần tử biến đổi đại lượng không điện sang đại lượng điện,bộ phận thường dùng thermocouple • BỘ CHẾ BIẾN TÍN HIỆU Biến đổi tín hiệu điện thu từ thermocouple cho phù hợp với mức vào mạch biến đổi tín hiệu A/D • BỘ HIỂN THỊ KẾT QUẢ Hiển thò kết thu dạng hiển thò số • BỘ ĐIỀU KHIỂN Thực điều khiểntheo phương pháp PID hay ON/OFF • MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Khuếch đại tín hiệu điều khiển để điều chỉnh nhiệt độ 3.2.Các phương pháp đo: Hiện có nhiều phương pháp đo khác :từ đơn giản đến phức tạp, từ loại có độ xác vừa đến loại xác cao • Đo nhiệt độ cột thủy ngân • Đo nhiệt độ điện trở • Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện • Đo nhiệt độ diode transistor • Dụng cụ đo nhiệt theo nhiệt nóng chảy chất • Dụng cụ đo nhiệt độ theo dòng điện xạ • Đo nhiệt độ IC cảm biếm nhiệt • Đo nhiệt độ cảm biến thạch anh Đo nhiệt độ dùng cảm biến thạch anh có ưu điểm so với phương pháp khác ,vì có độ xác cao ,việc chuyển đổi dạng số dễ dàng thông tin liên quan đến tần số Ví dụ: đặc tính đo lường tinh thể thạch anh hãng Heulett Packard chế tạo có: + Khoảng đo -80oC ÷ 250oC + Khoảng tuyến tính ± 0.05% khoảng đo + Độ nhạy 1000HZ oC + Khả đo 0.0001oC Tuy nhiên có hạn chế khó chế tạo ,các mạch dao động thạch anh khó tinh chỉnh a) Cách lắp đặt cảm ứng nhiệt: Vò trí cảm ứng nhiệt ảnh hưởng lớn đến việc đo đạc điều khiển nhiệt độ vật thể Cảm ứng nhiệt xa nguồn nhiệt vọt lố cao tùy theo yêu cầu cụ thể mà ta lắp đặt vò trí thích hợp b) Quan hệ thang đo nhiệt độ: ToC =T(oK)-273.15 ToC ={T(oF)-32}×5/9 ... phương pháp điều khiển tối ưu IV.Mô hình tổng quát phương pháp đo nhiệt độ: 1. Mô hình hệ thống điều khiển: Hệ thống đo điều khiển nhiệt độ đạng hệ thống thu thập liệu Nhìn chung hệ thống thu thập... chế độ xác lập) e(t) = r(t) - c(t) ≤ exl Đặc biệt đầu hệ thống cần giữ số ,ta có hệ thống điều chỉnh hay hệ thống ổn đònh Ví dụ: hệ thống ổn đònh nhiệt độ ,điện áp ,áp suất ,nồng độ tốc độ 2 .Điều. .. vào hệ thống r(t) hàm không bết trước theo thời gian ,yêu cầu điều khiển đáp ứng c(t) bám sát r(t) ,ta có hệ thống theo dõi .Điều khiển theo dõi sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển vũ khí ,hệ thống