Dùng các vi mạch tương tự và vi mạch số tính toán, thiết kế mạch đo, thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt (tự lựa chọn thông số lò nhiệt)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIÊP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ ĐỀ TÀI: Dùng vi mạch tương tự vi mạch số tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại (ví dụ: Pt, Cu, Zn) Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN BÁ KHÁ Sinh viên thực hiện: Mã sv: 1041240149 Lớp: TỰ ĐỘNG HÓA –K10 Bộ Cơng Thương Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ Họ tên sv: Kiều Hiền Lương Nhóm số 3: n=49 a=9 ; T0=(5+0,5*a)=9.5s ; t0C=0÷tmax-(10+2*a)=0÷710C Lớp :TĐH2 –K10 NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự vi mạch số tính tốn, thiết kế mạch đo, thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt (tự lựa chọn thơng số lò nhiệt) Nhiệt độ lò có dải nhiệ độ từ: t0C =00C ÷ tmax = ÷ (50 + n)0C Yêu cầu: - Chuẩn hóa đầu mạch đo nhiệt độ : U=0 ÷ 5V; U= ÷ -5V I=0÷20mA; I=4÷20mA Vẽ sơ đồ khối hệ thống Dùng phần mềm mô (hoặc mạch thực tế) thiết kế mạch đảm bảo: - Dùng cảm biến IC đo nhiệt độ - Tính tốn thơng số điều khiển PID - Tính tốn mạch chuẩn hóa nhiệt độ - Vẽ mạch nguyên lý hệ thống - Khi hệ thống không dùng điều khiển PID mạch phản hồi: Tính tốn mạch đo cảnh báo: + Khi nhiệt độ vượt giá trị t0C= t0C=0÷tmax-(10+2*a) Đóng điện cho hệ thống quạt làm mát sử dụng động KĐB xoay chiều pha 220V/380V= /Y, P=750W chạy làm mát + Đưa tín hiệu cảnh báo còi đèn sáng nhấp nháy (đèn U=48VDC, 30W) với thời gian sáng tối bằng: T0=(5+0,5*a) giây nhiệt độ vượt giá trị : t0C= tmax-(10+2*a) + Dùng LED hiển thị nhiệt độ Trong đó: a: chữ số hàng đơn vị danh sách (ví dụ: STT=3a=3; STT=10a=0) n: Số thứ tự sinh viên danh sách PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: (đóng A4, không 35 trang) Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn, lựa chọn cảm biến - Tính tốn, thiết kế mạch đo - Lựa chọn nguồn cung cấp - Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính toán mạch nhấp nháy cho LED - Kết luận hướng phát triển Lời Nói Đầu Trong thực tế cơng nghiệp sinh hoạt hàng ngày, lượng nhiệt đóng vai trò quan trọng Năng lượng nhiệt dùng q trình cơng nghệ khác nung nấu vật liệu: nấu gang thép, khuôn đúc Vì việc sử dụng nguồn lượng cách hợp lý hiệu cần thiết Lò điện trở ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp đáp ứng nhiều u cầu thực tiễn đặt Ở lò điện trở, yêu cầu kỹ thuật quan trọng phải điều chỉnh khống chế nhiệt độ lò Chúng em chọn làm đề tài “ Thiết kế điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt điện trở dùng PID” sở lý thuyết học chủ yếu môn học lý thuyết điều khiển, kèm theo kiến thức môn học sở ngành mơn học có liên quan Kỹ thuật cảm biến, Cơ sở kỹ thuật đo … Vì lý lượng kiến thức hạn hẹp lần tự làm nghiên cứu đề tài nên q trình làm chúng em gặp nhiều khó khăn, khúc mắc chưa rõ chưa giải MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan mạch đo  1.Khái niệm nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ o 1.1Các thang đo nhiệt độ o 1.2Đo nhiệt độ phương pháp trực tiếp o 1.3Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Chương : Giới thiệu thiết bị  1.Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở  2.Giới thiệu loại linh kiện sử dụng mạch o 2.1Giới thiệu IC 78xx 79xx o 2.2 Giới thiệu IC 555 o 2.3.LED o 2.4.LED o 2.5.Transistor o 2.6.Điện trở, tụ điện o 2.7.Còi báo o 2.8 Relay  Giới thiệu số khuếch đại thuật toán (KĐTT) o 3.1.Khái niệm o 3.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng o 3.3.Các mạch khuếch đại dùng KĐTT  4.Giới thiệu TC7107 CHƯƠNG :Thiết kế mạch đo điều khiển nhiệt độ PID  1.Xác định sơ đồ khối hệ thống o 1.1 Sơ đồ khối o 1.2Vai trò tác dụng khối  2.Tính chọn khối o 2.1Khối cảm biến o 2.2 Khối khuếch đại chuẩn hóa đầu  Chuẩn hóa điện áp 0-5v  Chuẩn hóa điện áp 0-(-5)v  Chuẩn hóa dòng điện 0-20mA  Chuẩn hóa dòng điện 4-20mA o 2.3 Khối so sánh o 2.4Khối cảnh báo o 2.5 Khối tạo dao động o 2.6 Khối relay o 2.7 Khối hiển thị o 2.8 Khối nguồn Chương 1: Tổng quan trình đo nhiệt độ 1.Khái niệm nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất 1.1 Thang đo nhiệt độ: Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng,từng thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: 1- Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) 2- Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 3- Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến nay.Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định mét đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đối với mơi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt.Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ngồi 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối,tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng Chương 2: Tổng quan điều khiển PID Một hệ thống điều khiển PID nói chung có mơ hình tổng quan dạng: Q trình điều khiển theo mơ hình q trình khép kín Giá trị setpoint- SP giá trị đặt trước mà hệ thống phải làm việc xung quanh giá trị tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng hệ thống Việc đảm bảo tính ổn định chất lượng hệ thống thực chất đưa hệ thống bám sát SP với độ sai lệch nhỏ thời gian độ nhanhnhất Bộ điều khiển PID gồm thành phần: Tỉ lệ (P), Vi phân (D), Tích phân (I) Mỗi thành phần có tác động khác tới q trình điều khiển hệ thống Bộ điều khiển PID gồm thành phần : tỉ lệ (p), vi phân (D), tích phân (I) - Thành phần tỉ lệ P Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ sai lệch (e) Phương trinh sai phân mô tả động học: u(t) = Km e(t) Trong đó: u(t) tín hiệu điều khiển e(t) tín hiệu vào km hệ số khuyêch đại điều khiển - Thành phần tích phân (I) Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tích phân tín hiệu sai lệch e(t) Phương trình vi phân mơ tả dộng học: U(t)=k = Trong đó: U(t) tín hiệu điều khiển e(t) tín hiệu điều khiển Ti hắng số thời gian tích phân -Thành phần vi phân (D) Tín hiệu điều khiển tỉ lệ với vi phân tín hiệu sai lệch e(t) Phương trình vi phân: U(t)=Td Trong đó: e(t) tín hiệu vào điều khiển U(t) tín hiệu điều khiển Td số thời gian vi phân - Phương trình vi phân mơ tả tín hiệu vào PID: U(t) = kp - Hàm truyền đạt PID: W(p) = Kp (1+ +Td.p) đó: e(t) tín hiệu vao điều khiển U(t) tín hiệu bọ điều khiển Kp hệ số khuyêch đại Td số thời gian vi phân Ti số thời gian tích phân -Các phương pháp xách định tham số kp , Ti , Td Cấu trúc: Hàm truyền đạt: G(p) = Kp (1+ +TD.p) Mô hình: + kp thay đổi trực tiếp giá trị tín hiệu => thay đổi sai lệch tĩnh đáp ứng nhanh,bị ảnh hưởng nhiễu tàn số + Ti sai lệch tĩnh hệ kích thích tín hiệu ,hằng giảm độ điều chỉnh + TD phản ứng nhanh với thay đổi e(t), tăng độ điều chỉnh, nhạy cảm với nhiễu tần số cao -Xác định tần số thực nghiệm: công thức Zigler-Nichol Hàm truyền: Gcs =kp+ kDs = Kp (1+ +TD.s) -Đối tượng có đáp ứng tín hiệu vào hàm nấc có dang chữ S (ví dụ :nhiệt đọ lò nhiệt) khuếch đại), chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu - Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện trở lớn có dòng điện nhỏ chạy qua nên tranzito coi không dẫn điện - Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực thuận Tranzito có điện trở nhỏ dòng điện qua lớn Ở chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ tranzito khóa điện tử sử dụng mạch xung, mạch số - Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với q trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay cơng suất có khả tạo dao động khuếch đại tín hiệu 2.6.Điện trở, tụ điện Hình 14: Điện trở tụ điện - Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện mơi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều 2.7.Còi báo Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm báo động xảy cố nhiệt độ tăng giới hạn cho phé Hình 15: Còi báo động 2.8.relay Hình 16: relay cấu tạo Rơle (relay) chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây rơle tạo từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi cơng tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây bật tắt rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại Các chân đấu nối chân chuyển mạch rơle thường ký hiệu COM (POLE), NC NO + NC điểm thường đóng, chân COM/POLE kết nối với NC cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi đầu cuộn dây không cấp điện) +NO = điểm thường mở, COM/POLE kết nối với NO cuộn dây rơle từ hóa (được cấp điện) +Hai chân A, B đầu cuộn dây (nơi cấp nguồn nuôi cuộn hút) Giới thiệu số khuếch đại thuật toán (KĐTT) *Khái niệm Khuếch đại có nghĩa dùng lượng nhỏ làm thay đổi lượng lớn khác Năng lượng nhỏ gọi lượng điều khiển.Năng lượng lớn gọi lượng bị điều khiển Bộ KĐTT khuếch đại thông thường khác dùng để khuếch đại điện áp,dòng điện cơng suất.Tính ưu việt KĐTT tác dụng mạch điện có KĐTT thay đổi dễ dàng việc thay đổi phần tử mạch (coi KĐTT hộp đen).Để thực điều đó, KĐTT phải có đặc tính co :hệ số khuếch đại lớn, trở kháng cửa vào lớn trở kháng nhỏ Trước đây, KĐTT thường sử dụng việc thực phép tốn giải tích máy tính tương tự,nên gọi KĐTT.Ngày nay, KĐTT sử dụng rộng rãi, đặc biệt kỹ thuật đo lường điều khiển Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày phát triển, nên chế tạo mạch tích hợp(các vi mạch- IC) KĐTT gần lý tưởng Và vi mạch KĐTT mạch điện tử đơn giản coi lý tưởng Tuy nhiên, vi mạch KĐTT ln có thơng số thực hữu hạn *Khuếch đại thuật toán lý tưởng KĐTT dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất ,để thiết kế mạch điện tử chức Một KĐTT ký hiệu hình đây: : Ngõ vào đảo : Ngõ vào không đảo +Ecc: Ngõ cấp điện áp dương -Ecc: Ngõ cấp điện áp âm : Tín hiệu cửa KĐTT lý tưởng có trở kháng vào vơ lớn (∞), trở kháng (Z O =0) hệ số khuếch đại vòng hở vơ lớn (K O =∞) điện áp cửa 0V, điện áp ngõ vi sai (UO=0V, ) Trong thực tế kỹ thuật khơng có KĐTT lý tưởng Để đánh giá KĐTT thực so với KĐTT lý tưởng ta vào thông số mạch tích hợp KĐTT thực với thơng số ly tưởng Nhưng thiết kế mạch điện tử đơn giản ta coi IC KĐTT thực sử dụng KĐTT lý tưởng Mạch điên tương đương KĐTT lý tưởng Trong đó, trở kháng vào KĐTT, trở kháng KĐTT, điện áp vào đến vào đảo, điện áp vào đến cảu vào không đảo, điện áp vào vi sai Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra: Trong , điện áp vi sai cửa vào: 4.Giới thiệu TC7107 -ICL7107 hang Intersil chuyển đổi AD ½ digit cơng suất thấp ,hiển thị tốt.Bao gồm IC giải mã Led đoạn,bộ điều khiển hiển thị,bộ tạo chuẩn tạo xung đồng hồ.Các đặc tính bao gồm: tự chỉnh ”0” nhỏ 10uV ,điểm “0” trượt khơng q 1uV/Oc,độ dốc dòng ngõ vào tối đa 10Pa -IC có đặc điểm quan trọng sau: +Độ xác cao +Khơng bị ảnh hưởng nhiễu +Không cần mạch lấy mẫu mạch giữ +Tích hợp đồng hồ +Khơng cần thành phàn ngoại vi có độchính xác cao * Cấu tao: Hình Vùng xử lí tín hiệu tương tự ICL7107 - Hình thể mạch xử lý tương tự ICL7107 Mỗi chu kì đo chia thành pha (1) tự chỉnh ”0”(A-Z), (2) Tích hợp tín hiệu (INT ) (3) giải tích (DE) số thong số khác - (1) Pha tự chỉnh “0” - Trong pha thực việc: - Ngõ vào cao thấp bị ngắt kết nối khỏi chân ngắn mạch nội với chân COMMON analog - Tụ tạo chuẩn nạp tới điện áp chuẩn - Một vòng lặp hồi tiếp nối kín quanh hệ thống để nạp cho tụ tự chỉnh “0” CAZ để bù cho điện áp offset (trôi) khuếch đại đệm, tích hợp so sánh Vì so sánh nằm vòng lặp nên độ xác A-Z bị giới hạn nhiễu hệ thống Trong trường hợp nào, điện áp offset ngõ vào nhỏ 10uV - (2) pha tích hợp tín hiệu - Trong q trình tích hợp tín hiệu, vòng lặp tự chỉnh “0” mở, ngắn mạch nội khơng còn, ngõ vào cao thấp nối với chân ngoại vi Bộ chuyển đổi lúc tích hợp điện áp khác biệt chân IN HI chân IN LO khoảng thời gian cố định Điện áp sai biệt nằm phạm vi rộng: lên tới 1V từ hai nguồn Mặt khác tín hiệu vào khơng hồi trở lại nguồn cung cấp IN LO bị nối với chân COMMON analog để thiết lập điện áp mode chung xác Cuối pha cực tín hiệu tích hợp xác định - (3) pha giải tích - Còn gọi tích hợp tham chiếu ngõ vào thấp ln kết nối với chân COMMON ngõ vào cao kết nối qua tụ chuẩn đc nạp từ pha trước.Mạch IC đảm bảo tụ điện đc nối cực để làm tích hợp ngõ chuyển “0” Thời gian cần thiết đểngõ chuyển giá trị “0” tỷ lệ với tín hiệu vào.Đặc biệt số hiển thị : - DISPLAY COUNT=1000.VIN/VREF - (4) ngõ vào chênh lệch - Ngõ vào chấp nhận điện áp chenh lệch phạm vi khuếch đại ngõ vào,hay cụ thể từ 0.5V nguồn dương đến 1V nguồn âm.Trong phạm vi hệ thống có CMRR(commom mode rejection ratio) 86dB.Tuy nhiên cần bảo đảm ngõ tích hợp khơng bão hòa.Trường hợp xấu điện áp MODE chung tích cực lớn với điện áp ngõ vào tích cực âm tồn giai.Tín hiệu ngõ vào điều khiển tích phân dương phần lớn độ lắc ngõ tận dụng điện Mode chung tích cực dương Dành cho ứng dụng cao độ lắc tích hợp ngõ đc giảm xuống nhở độ lắc toàn giai 2V với sai số hơn.Bộ tích phân ngõ lắc khoảng 0.3V với nguồn mà không tuyến tính - (5) Tham chiếu sai biệt: - Diện áp tham chiếu đc tạo từ nơi từ điện áp nguồn chuyển đổi Nguồn lỗi Mode chung điện áp vòng tạo tụ tham chiếu nạp hay xả làm sai lệch giá trị điện dung nó.Nếu có điện áp Mode chung lớn, tụ tham chiếu nạp(tăng điện áp)khi dung đến để giải tích tín hiệu dương xả (giảm điện áp) dùng để giải tích tín hiệu âm.Sự khác biệt tham chiếu điện áp vào dương âm gây lỗi.Tuy nhiên cách chọn tụ tham chiếu chẳng hạn tụ có điện dung đủ lớn lỗi kiểm sốt 0.5 lần đếm - (6) Vùng xử lý số ICL7107 Chương :Thiết kế phân tích mạch đo cảnh báo nhiệt độ Ta tính tốn mạch sau: Khối cảm biến Chọn cảm biến nhiệt độ lm35 Cảm biến lm35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng khơng u cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Dải nhiệt độ đo lm35 từ -55 đến 150 oC,phù hợp với dải nhiệt yêu cầu từ đến 99 oC Chọn điện áp đầu vào cảm biến 5V DC Độ phân giải đầu 10mV/oC Cách đấu nối cảm biến: + Chân 1: Chân nguồn Vcc + Chân 2: Đầu Vout + Chân 3: GND Khối khuếch đại, chuẩn hóa đầu 2.2.Chuẩn hóa điện áp 0-5V: - Điện áp đưa vào khuếch đại khơng đảo: ↔5.00 = 0.99 × Chọn R3 = 10kΩ => R2 = 2480Ω 2.3Chuẩn hóa đầu điện áp 0-(-5)v - Điện áp đưa vào khuếch đạiđảo: ↔ Chọn điều chỉnh mạch mơ ta 2.4 Chuẩn hóa đầu dòng điện 0-20mA Mạch có dòng điện : Il=Uout/R16  Chọn R16=250Ω  Chọn R14=R15=10kΩ 2.5Chuẩn hóa đầu dòng điện 4-20mA - Điện áp A đưa qua khuếch đại không đảo để nâng điện áp từ 0÷0.99V A thành 0÷4V B Chọn - Điện áp B tiếp tục đưa vào cộng không đảo để nâng điện áp thành 1÷5V C: Cấp nguồn 1V vào R5 Chọn → -Cuối cùng, điện áp C đưa vào biến đổi U→I với tỉ số biến đổi 4mA/1V, ta thu dòng 4-20mA đầu D Mạch điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt sử dụngbộ điều khiển PID 3.1 Mạch trừ điện áp: - Điện áp từ cảm biến nhiệt độ LM35 sau qua mạch chuẩn hóa điện áp đầu đưa vào mạch trừ để tính độ chênh lệch điện áp điện áp nhiệt độ điện áp nhiệt độ ổn định -Chọn R4(1)=3.59V điện áp mạch chuẩn hóa t=710C -Để , ta chọn: R5=R6=10kΩ 3.2 Mạch PID: Thiết kế điều kiển PID cho lò nhiệt Giả sử đặc tính q độ lò nhiệt hình cho : Gọi số thời gian trễ L,T số thời gian quán tính L = 8min = 480 sec T = 24min =1440 sec Ta chọn thông số điều khiển PID theo phương pháp Zeigler-Nichols: =3.6=960 sec =240 sec Như : = 3.6( Xét OP4:đây tỉ lệ PID với thơng số =3.6 Chọn ta có:Ω Xét OP8: Đây vi phân PID Ta có dòng điện vào mạch : Dòng điện mạch hồi tiếp: Tại nút N có: Hay: Vậy điện áp cửa ra: Ký hiệu gọi – số thời gian vi phân Mà Ta chọn F Xét OP1: Dòng điện mạch vào: Dòng điện mạch hồi tiếp: Tại nút N có điện 0, có: Hay : Khi đó, điện áp xác định biểu thức: Vậy mạch điện có điện áp tỷ lệ với tích phân điện áp vào Người ta ký hiệu đặt tên cho tham số mạch Với gọi thời gian tích phân Theo thiết kế ta có : =960 Ta chọn C=96 F - Tín hiệu sau qua khuếch đại, tích phân vi phân đưa vào mạch cộng để tổng hợp Ta sử dụng mạch cộng không đảo Để không làm thay đổi hàm truyền mạch pid, chọn: R13=R14=R15=10kΩ; R16=R17=10kΩ 4.Mạch không dùng điều khiển PID mạch phản hồi 4.1 Khối so sánh Mạch xuất mức điện áp 15v Khi Uout>Usosanh 0v Uout710C => Usosanh=Uout 710C Usosanh=5*R5/(R4+R5)=5*71/99 Chọn R5=7.2kΩ ,R4=2.7k Ω  4.2 Khối tạo dao động Mạch có nhiệm vụ tạo xung vng với T=ln2*C1*(R12+R13) (s) Theo yêu cầu đề tài, ta cần xung dao động có chu kì T=9,5s  Chọn R12=R13=100k Ω  Chọn C1= 71.25uF Ta lấy U4 từ đầu khối so sánh đưa vào chân mạch tạo dao động,khi nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép,mạch dao động hoạt động 4.3 Khối cảnh báo Khối bao gồm led cảnh báo còi Đầu vào led cảnh báo lấy từ UQ mạch tạo dao động, mạch tạo dao động phép hoạt động, đèn nhấp nháy, R100 có giá trị 330 Ω có tác dụng hạn dòng Còi chip cấp dương nguồn, đầu lại nối với cực Collector trans NPN Tín hiệu cấp vào Là U4 lấy từ mạch so sánh Khi nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép, điện áp U mức cao, trans nối mạch cho dòng qua => còi chip cấp nguồn 4.4 Khối relay Khối sử dụng tín hiệu U4 xuất từ mạch so sánh, sử dụng để đóng mở relay, cấp nguồn cho quạt nhiệt độ lớn cho phép cấp nguồn cho đền nhiệt độ mức cho phép Nguyên lý hoạt động mạch : nhiệt độ nhỏ nhiệt độ cho phép U4 =0 , trans thuận Q2 nối mạch cho dòng qua cuộn dây Relay1, Relay đóng khép kín mạch cấp nguồn cho đèn, ngược lại nhiệt độ lớn mức cho phép, trans ngược Q3 nối mạch cấp nguồn cho cuộn dây Relay 2, Relay đóng khép kín mạch cấp nguồn cho quạt 4.4 Khối hiển thị Mạch sử dụng ICTC 7107 để chuyển đổi tín hiệuanalog giải mã hiển thị lênLed Trong mạch nàyta sử dụng mạch cộng đảo Uout sau phân ápvà Uacom=2v, sau cho qua mạch khuếch đại đảo, cấp tín hiệu vào chân Vin IC Ta có : Uvin=Uacom+Uout*R102/(R1122+R102) Ta chọn R102,R1122 cho Uout=5v hiển thị 460 oC Mặt khác, ta biết Uvin thay đổi từ => 5v hiển thị từ 0-999 Dễ dàng tính Uvin=2+3*460/999=3,3814V mạch hiển thị 460 Vậy chọn R102=920 Ω va R1122=2410 Ω 4.5 Khối nguồn Khối nguồn có chức biến đổi nguồn từ 220 xoay chiều thành mức điện áp chiều : 5v,+12v -12vđể cấp nguồn cho cáclinhkiện mạch nguồn 24v cho quạt Nguyênlýmạch sau : Nguồn xoay chiều 220v, f=50hz qua biến áp đối xứng tạo điện áp xoay chiều,sau cho qua diode cầu ta cho vào IC ổn áp ta sử dụng IC ổn áp 7805,7812,7912 7824 để có mức điện áp mong muốn : -12v,12v,5v,24v Với điện áp 24v ta cần có thêm transistor Tip2955 (PNP) dùng để tăng công suất đáp ứng đủ công suất yêu cầu quạt ... tài: Dùng vi mạch tương tự vi mạch số tính tốn, thiết kế mạch đo, thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt (tự lựa chọn thơng số lò nhiệt) Nhiệt độ lò có dải nhiệ độ từ:... điện áp nhiệt độ điện áp nhiệt độ ổn định -Chọn R4(1)=3.59V điện áp mạch chuẩn hóa t=710C -Để , ta chọn: R5=R6=10kΩ 3.2 Mạch PID: Thiết kế điều kiển PID cho lò nhiệt Giả sử đặc tính q độ lò nhiệt. .. Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn, lựa chọn cảm biến - Tính tốn, thiết kế mạch đo - Lựa chọn nguồn cung cấp - Tính tốn, thiết kế mạch