Một số ví dụ về các phần tửvà hệ thống tự động Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Một số ví dụ về các phần tử và hệ thống tự động Các phần tử tự động Như đã đề cập , một HTĐK gồm các phần t
Trang 1Một số ví dụ về các phần tử
và hệ thống tự động
Bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Một số ví dụ về các phần tử và hệ thống tự động
Các phần tử tự động
Như đã đề cập , một HTĐK gồm các phần tử cơ bản sau:
* Phần tử cảm biến, thiết bị đo lường
* Đối tượng hay quá trình điều khiển
* Thiết bị điều khiển, các bộ điều khiển thụ động và tích cực
Các loại cảm biến, thiết bị đo lường
Biến trở tuyến tính, biến trở góc quay dùng để chuyển đổi sự dịch chuyển thành điện
áp Ngoài ra còn có thể chuyển đổi kiểu điện cảm và điện dung Nguyên tắc chung để
đo các đại lượng không điện như nhiệt độ, quang thông, lực, ứng suất, kích thước, di chuyển, tốc độ bằng phương pháp điện là biến đổi chúng thành tín hiệu điện Cấu trúc thiết bị đo gồm ba thành phần: bộ phận chuyển đổi hay cảm biến, cơ cấu đo điện và các
sơ đồ mạch trung gian hay mạch gia công tín hiệu ví dụ như mạch khuếch đại, chỉnh lưu, ổn định Cảm biến xenxin làm phần tử đo lường trong các hệ bám sát góc quay, truyền chỉ thị góc quay ở cự ly xa mà không thực hiện được bằng cơ khí Biến áp xoay hay còn gọi là biến áp quay dùng để biến đổi điện áp của cuộn sơ cấp hoặc góc quay của cuộn sơ cấp thành tín hiệu ra tương ứng với chúng Biến áp xoay sin, cos để đo góc quay của rôto, trên đặt cuộn sơ cấp, thành điện áp tỉ lệ thuận với sin hay cos của góc quay đó Biến áp xoay tuyến tính biến đổi độ lệch góc quay của rôto thành điện áp tỉ lệ tuyến tính Con quay 3 bậc tự do và con quay 2 bậc tự do được sử dụng làm các bộ cảm biến đo sai lệch góc và đo tốc độ góc tuyệt đối trong các hệ thống ổn định đường ngắm của các dụng cụ quan sát và ngắm bắn
Trang 2Cảm biến tốc độ - bộ mã hóa quang học là đĩa mã trên có khắc vạch mà ánh sáng có thể đi qua được Phía sau đĩa mã đặt phototransistor chịu tác dụng của một nguồn sáng Động cơ và đĩa mã được gắn đồng trục, khi quay ánh sáng chiếu đến phototransistor lúc
bị ngăn lại, lúc không bị ngăn lại làm cho tín hiệu ở cực colecto là một chuỗi xung Trên đĩa mã có khắc hai vòng vạch, ngoài A trong B có cùng số vạch, nhưng lệch 90o(vạch
A trước B là 90o) Nếu đĩa mã quay theo chiều kim đồng hồ thì chuỗi xung B sẽ nhanh hơn chuỗi xung A là 1/2 chu kỳ và ngược lại
Thiết bị đo tốc độ như DC Tachometer, AC Tachometer, Optical Tachometer Cảm biến nhiệt độ như Pt 56?, Pt 100?, Thermocouple
Đối tượng điều khiển
Đối tượng điều khiển có thể là thiết bị kỹ thuật, dây chuyền sản xuất, qui trình công nghệ là mục tiêu điều khiển của con người trong các lĩnh vực khác nhau
Các phần tử chấp hành thường dùng trong ĐKTĐ là các loại động cơ bước, động cơ DC, servomotor, động cơ AC, động cơ thủy lực khí nén Động cơ bước được dùng để định
vị chính xác do có cấu trúc rôto và stato khá đặc biệt Rôto thông thường là các nam châm vĩnh cửu có cạnh được xẻ rãnh răng cưa suốt chu vi của rôto, để tập trung đường sức từ tại các mũi răng Tương tự, stato được chế tạo thông dụng có bốn bối dây quấn xen kẽ theo các từ cực Khi có dòng điện chạy qua một cuộn dây stato, rôto sẽ quay một góc đến vị trí cân bằng từ thông là giao điểm của hai răng stato và rôto Thay đổi thứ
tự các cuộn dây 1, 2, 3, 4 rôto sẽ lệch một góc là 90o Có ba cách điều khiển động cơ bước: điều khiển hành trình năng lượng thấp, điều khiển thường, điều khiển 1/2 bước
Vì cuộn dây stato có điện trở thuần rất nhỏ khoảng 0,2? do vậy thường điều khiển bằng các nguồn dòng thông dụng nhất là transistor, Fet
Một loại đo lường điều khiển khác cũng thường gặp trong công nghiệp là hệ thống nhiệt,
ví dụ như lò nung trong dây chuyền sản xuất gạch men, lò sấy trong dây chuyền chế biến thực phẩm, hệ thống làm lạnh trong các dây chuyền chế biến thủy sản Yêu cầu điều khiển đối với hệ thống nhiệt thường là điều khiển ổn định hòa hoặc điều khiển theo chương trình Mô hình toán của động cơ DC và lò nhiệt sẽ được trình bày ở mục 2.2.2
Kỹ thuật giao tiếp máy tính
Thiết bị điều khiển rất đa dạng, có thể là một mạch RC, mạch khuếch đại thuật toán, mạch xử lý hay máy tính PC Trước đây các bộ điều khiển như PID, sớm trễ pha thường được thực hiện bằng các mạch rời (xem mục 2.2.2.2) Gần đây do sự phát triển của lý
Trang 3Bộ chuyển đổi ADC và DAC
Hình : là sơ đồ Card A/D và D/A 8 bit Trong các ứng dụng cần độ chính xác cao hơn
có thể sử dụng card A/D và D/A 12 bit
Card giao tiếp với máy tính
Ví dụ Card giao tiếp sử dụng IC8255 gắn trên slot mở rộng của Main Board máy tính (H.1.13)
Các loại giao thức truyền tin
RS232C serial Interface, chấu nối 25 chân dùng để truyền dữ liệu nối tiếp với tốc độ nhỏ hơn 20.000 bits/second (năm 1969) Khoảng 1975 đến 1977 áp dụng RS-422, RS-423, RS-449 RS-449 chấu nối 37 chân, tốc độ truyền có thể nhanh gấp năm lần so với RS-232C
Vào năm 1970-1975 phát triển Bus dữ liệu song song với IEEE-488
Năm 1978 - IEEE - 583 có slots cho 25 moduls, nối trực tiếp với Bus I/O của máy tính, nối song song tới 7 CRATES
Trang 4Card AD và DA 8 bit
Trang 5Card xuất nhập
Các ứng dụng của hệ thống điều khiển tự động
Trang 6minh họa một hệ thống điều khiển mức chất lỏng trong bể.
Tốc độ dòng chảy ngõ ra qua van V1là biến đổi, hệ thống có thể duy trì mức chất lỏng h
= const với sai số cho phép khá chính xác Nếu mức chất lỏng trong bể không đúng, một điện áp sai lệch được tạo ra qua khuếch đại đưa vào bộ điều khiển động cơ điều chỉnh van V2 để khôi phục lại mức chất lỏng mong muốn bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng chảy ngõ vào
Trong trường hợp dòng chảy vào có tốc độ hằng số, phao có hai cặp tiếp điểm thường đóng, thường mở để điều khiển đóng mở động cơ điện AC Để tránh động cơ bị đóng ngắt không dứt khoát, tạo hai mức tương ứng vùng trễ Trigger Schmidt Δh
Hệ thống điều khiển tự động mức chất lỏng trong bể
minh họa một hệ thống định vị dùng cho bệ phóng tên lửa.
Hệ thống hồi tiếp này được thiết kế định vị bệ phóng khá chính xác dựa trên các lệnh từ biến trở R1 là tín hiệu vào được đặt ở xa hệ thống Biến trở R2cho tín hiệu hồi tiếp trở
về bộ khuếch đại vi sai, hoạt động như một bộ phát hiện sai lệch Nếu có sai lệch, được khuếch đại đưa đến động cơ, điều chỉnh vị trí trục ngõ ra tương ứng với vị trí trục ngõ vào và sai lệch bằng 0
Một hệ thống tự động định vị trí dùng cho
Trang 7Robot là một lĩnh vực rất quan trọng trong ứng dụng các HTĐK.
Vào thập niên 1960, người ta bắt đầu nhận ra Robot là một công cụ quan trọng để trợ giúp công việc chế tạo, từ đó các ứng dụng của chúng trong nhiều hệ thống chế tạo khác nhau đã được phát triển nhanh chóng Lý thuyết điều khiển tự động, nguyên tắc điều khiển thích nghi, các hàm Lyapunov… được áp dụng để có được Robot cử động theo
ý muốn hay lực cần thiết Lĩnh vực của Robotics cũng tùy thuộc vào cách sử dụng các cảm biến quan sát và các máy tính để lập trình cho Robot hoàn thành công việc theo yêu cầu
Robot đã được sáng tạo ra để thực hiện nhiều công việc khác nhau, làm cầu nối giữa các lĩnh vực chế tạo, các nhiệm vụ vận chuyển không gian và chăm sóc y tế Ứng dụng chủ yếu của Robot là tự động hóa quá trình sản xuất Robot được sử dụng trong dây chuyền sản xuất xe hơi, là một thành phần trong tàu con thoi không gian của NASA, là bạn giúp việc cho con người … Robot trợ giúp trong các bệnh viện, thực hiện các công việc của y
tá chăm sóc bệnh nhân Các Robot này sử dụng các cảm biến quan sát, siêu âm và hồng ngoại … điều khiển thang máy, tránh các vật cản dọc theo đường đi, mang các khay thức ăn theo yêu cầu, lấy thuốc hay các vật mẫu của phòng thí nghiệm, ghi lại tình trạng sức khỏe của người bệnh, báo cáo công việc quản lý …