Đang tải... (xem toàn văn)
Tham khảo tài liệu ''giáo trình phân tích quy trình nghiên cứu phần mềm ứng dụng lập trình chăm sóc cây trồng p8'', khoa học tự nhiên, nông - lâm phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khi thiết lập thông số cho chip ta phải vào tính chip mà bạn dùng yêu cầu điều khiển mà điền thông số vào cột Value Global Resource Hình 3-18: Cửa sổ kết nối chân thông số cho chip KÕt nèi c¸c User Module ViƯc kÕt nèi c¸c User Module đợc thực thông qua đầu vào khối chức nắm giữ User Module thông qua đờng bus chung Xuất thiết kế thành file Khi cấu hình xong ta tiến hành xuất thiết kế thành file cách: - Chọn Menu Config>>Export Design - Trong trờng Designed Name điền tên file định xuất - Trong trờng Description điền thông tin miêu tả thiết kế - Trong trờng Version điền phiên thiết kế Khoa Cơ Điện - 78 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 Sau nhấn OK bạn đà hoàn tất việc cấu hình chip 3.4.5 Trình soạn thảo ứng dụng - Application Editor Để vào trình soạn thảo(Viết code gọi lệnh điều khiển khối chức năng) ta nhấn nút Sau bạn nhấn vào Source files kích đúp vào main.c để viết lệnh sau dòng // Insert your main routine code here Hình 3-19: Cửa sổ lập chơng trình Sau viết code xong ta nhấn F7 để dịch chơng trình Nếu lỗi ta tiến hành dịch chơng trình sang file.hex để phục vụ cho việc nạp chip Ta vào menu Program>>Write Hex file Sau đặt tên file, định vị file nhấn OK ta ®· cã file.hex 3.5 Bé ®iỊu khiĨn PID sè 3.5.1 ThiÕt kÕ lt ®iỊu khiĨn PID sè Lt điều khiển tỷ lệ : Proportional (P) Khoa Cơ Điện - 79 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi §å ¸n tèt nghiƯp r(t) Ngun Th¸i Häc - Lớp TĐH 46 e(t) u(t) Kp _ Đối tợng điều khiĨn y(t) H×nh - 20 : HƯ kÝn víi luật điều khiển tỷ lệ r(t): Tín hiệu đầu vào hệ thống y(t): Tín hiệu đầu hệ thống u(t): Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tợng e(t): Tín hiệu sai lệch điều khiển Khi sai lệch e(t) = r(t) - y(t) đầu vào điều khiển u(t) đầu điều khiển quan hệ đầu vào đầu luật điều khiển đợc biểu diễn theo phơng trình sau u(t) = kP.e(t) (3 - 1) Trong KP tham số luật điều khiển Hỗn hợp đối tợng công nghiệp đợc điều khiển theo luật Bởi luật điều khiển tơng đối đơn giản nhng lại thay đổi chất lợng động chất lợng tĩnh hệ thống Khi ta thay đổi giá trị kP dẫn đến thay đổi hệ số khuyếch đại hệ hở, điều dẫn đến thay đổi vị trí điểm cực điểm không hệ Khi kP thay đổi làm chất lợng hệ thống chế độ xác lập thay ®ỉi: δ (t ) = lim s.E(s) = t →∞ s.R( s ) (3 - 2) P wdt ( s ) lim + K t →∞ LuËt ®iỊu khiĨn tÝch ph©n: Integral(I) r(t) e(t) _ Khoa Cơ Điện TI s u(t) - 80 - Đối tợng điều khiển y(t) Trờng ĐHNN I - H Nội Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Hình - 21: Hệ kín với luật điều khiển tích phân Với tín hệu đầu vào điều khiển sai lệch e(t) tín hiệu ®Çu u(t) ta cã thĨ biĨu diƠn lt ®iỊu khiển tích phân phơng trình sau: t u(t) = e(τ ).dτ TI ∫0 (3 - 3) t u(t) = kI ∫ e(τ ).dτ hc (3 - 4) Tham số luật điều khiển TI đợc gọi số thời gian tích phân hay KI hệ số tích phân Khi sử dụng luật điều khiển tích phân độ dự trữ ổn định hệ kín giảm đi, theo tiêu chuẩn ổn định Nyquist sai lệch tĩnh giảm hàm truyền hệ hở lúc là: w0 = wDK(s) - wdt = wdt(s) TI s (3 - 5) vµ sai lƯch cđa hƯ lµ: δ (t ) = s.R ( s ) = lim t →∞ 1+ TI s.wdt ( s ) lim t →∞ TI R( s ).s TI + wdt ( s ) (3 - 6) §iỊu khiển tích phân hay gọi phơng pháp điều khiĨn theo tÝch l sai lƯch ®iỊu khiĨn chËm sau Phơng pháp điều khiển có u điểm chịu ảnh hởng nhiễu làm tăng độ xác hệ hở chế độ xác lập Luật điều khiển vi phân : Derivative(D) r(t) e(t) _ u(t) TDS Đối tợng điều khiển y(t) Hình - 22:Hệ kín với luật điều khiển vi phân Luật vi phân đợc biểu diễn theo phơng trình sau: Khoa Cơ Điện - 81 - Trờng ĐHNN I - H Nội Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Líp T§H 46 u(t) = TD de(t ) (3 - 7) dt Trong TD số thời gian vi phân Luật điều khiển vi phân có tác dụng làm giảm thời gian độ hệ Do ngời ta gọi luật điều khiển vợt trớc Quyết định điều khiển đợc đa sở đạo hàm sai lệch Nhợc điểm luật phơng pháp lấy thông tin đối tợng chịu ảnh hởng nhiễu biến thiên luật định theo nhiễu luật điều khiển với đối tợng có nhiễu số bị nhiễu Luật điều khiển PID Đây điều khiển tích hợp ba luật điều khiển tích luỹ đợc tất điểm mạnh luật khắc phục hạn chế luật cụ thể ã Thành phần khuyếch đại (P) có tốc xử lý tín hiệu nhanh, có độ ổn định cao, thời gian điều khiển ngắn Nhng hạn chế quy luật hệ thống trạng thái xác lập tồn sai lệch tĩnh ã Thành phần tích phân (I) có u điểm triệt tiêu đợc sai lệch tĩnh nhng tốc độ xử lý tín hiệu chậm ã Thành phần vi phân (D) có tác dụng làm tăng nhanh tốc độ tác động tín hiệu điều khiển nhng bên cạnh luật điều khiển có độ điều chỉnh lớn Sơ đồ cấu trúc luật điều khiển: Khoa Cơ Điện - 82 - Trờng ĐHNN I - H Nội Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Hình - 22: HƯ kÝn víi lt ®iỊu khiĨn PID Lt ®iỊu khiĨn PID ®· ®−a sai lƯch e(t) cđa hƯ thèng vỊ cho trình độ thoả mÃn yêu cầu chất lợng: ã Nếu sai lệch e(t) lớn thông qua thành phần tỷ lệ, tín hiệu điều chỉnh u(t) lớn( Vai trò khuyếch đại) ã Nếu sai lệch e(t) cha thông qua thành phần tích phân, điều khiển PID tín hiệu điều chỉnh(vai trò tích phân) ã Nếu có thay đổi sai lệch e(t) lớn thông qua thành phần vi phân phản ứng thích hợp tín hiệu điều chỉnh u(t) nhanh(vai trò vi phân) Luật điều khiển PID đợc biểu diễn phơng trình sau: t U(t)= kP[ e(t) + ∫ e(τ )dτ TD.e(t)] TI (3 - 8) Trong e(t) tín hiệu đầu vào, u(t) tín hiệu đầu kP đợc gọi hệ số khuếch đại, TI số thời gian tích phân TD số thời gian vi phân Chất lợng hệ thống phụ thuộc vào tham số kP, TI, TD Muốn hệ thống làm việc ổn định ta phải chọn tham số cho phù hợp Hàm truyền luật điều khiển PID đợc biểu diễn dới dạng cộng cã d¹ng nh− sau: WPID+(s) = kP[1+ +TD.s] T I s (3 - 9) Hoặc dới dạng nhân nh sau: k * P (1 + T * I s )(1 + T * D s ) T * I s k * (1 + T * I )(1 + T * D ) kP = P T *I WPID(s) = Trong ®ã: (3 - 10) (3 - 11) TI = TI* + TD* (3- 12) * TD = Khoa Cơ Điện - 83 - * T I T D T * I + TD* (3 - 13) Tr−êng §HNN I - H Nội Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Thiết kế luật điều khiển PID số Yêu cầu thiết kế đợc dặt PID số phải có tính linh hoạt cao, có giao diện thân thiện, ngời sử dụng cã thĨ dƠ dµng lùa chän bé PID phï hợp với đối tợng điều khiển mình, thời gian xử lý nhanh để làm tăng tính thời gian thực cho thiết bị điều khiển a) Luật điều khiển tỷ lƯ sè e(t) u(k) Kp H×nh – 23 CÊu trúc luật P số Đây luật điều khiển đơn giản dÃy u(k) đợc tính từ dÃy e(k) theo c«ng thøc: u(k) = kP e(k) k = 0, 1, 2, … (3 - 14) b) Lt ®iỊu khiĨn tích phân số Từ công thức số ta có phơng trình sai phân: u(k) = T e(k) + u(k-1) TI (3 - 15) Trong T thời gian trÝch mÉu (Sample Time) u(k) e(k) + + T/Ti u(k-1) D H×nh – 24 CÊu tróc lt I sè c.) Luật điều khiển vi phân số e(k) + u(k) TD/T D - e(k-1) H×nh – 25 CÊu tróc luật D số Khoa Cơ Điện - 84 - Trờng §HNN I - Hμ Néi §å ¸n tèt nghiƯp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Thờng điều khiển theo luật vi phân số đợc cài đặt theo phơng trình sai phân sau: u(k) = TD [e(k) + u(k-1)] T (3 - 16) d) Lt ®iỊu khiĨn PID sè Tõ cÊu tróc PID sè trªn ta cã: TD [e(k ) − e(k − 1)] } T T T T (1 + D )e(k ) − D e(k − 1) + e(k ) + uI (k − 1) T T TI T T T (1 + D + )e(k ) − D e(k − 1) + uI (k − 1) } T TI T u (k ) = k p { e(k ) + uI (k − 1) + u (k ) = k p { u (k ) = k p { (3 - 17) } (3 - 18) (3 - 19) Lt ®iỊu khiĨn PID số công thức đợc lựa chọn để cài đặt cho điều khiển chip công nghệ PsoC Cách xác định thông số PID a) Phơng pháp Ziegler Nichol(cho PID) Kp = 1.2 T2 T1 (3 - 20) Ti = 2T1 (3 - 21) Td = 0.5T2 (3 - 22) Khoa Cơ Điện - 85 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 Với T1 T2 đợc xác định từ hàm truyền hở động Hình - 27 : Đặc tính tốc độ hàm truyền hở động b) Phơng pháp Jassen Offerein Thực nghiệm đợc tiến hành theo bớc sau: * Cho hệ thống làm việc biên giới ổn định - Điều khiển đối tợng theo luật P (T ặ Ti ặ ) - Xác định hệ số kpth * Cho hệ thống lµm viƯc víi lt PI - Cho hƯ lµm viƯc víi lt PI vµ víi hƯ sè kp = 0,45 kpth, Ti tuỳ chọn - Giảm hàm số thời gian tích phânTi hệ thống làm việc biên giới ổn định Xác định số Ti chế độ Ti = Tith * Chọn luật điều khiĨn PID - Cho hƯ thèng lµm viƯc theo lt PID víi kp = kpth- ξ ( ξ ®đ nhá), Td Ti tuỳ chọn - Tăng số thời gian vi phân hệ thống đạt đợc điều chỉnh cực đại lớn max = max Xác định Td max Chọn TD = Khoa Cơ §iƯn TDMAX vµ Ti = 4,5TD - 86 - Trờng ĐHNN I - H Nội Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 - Giảm kp hệ thống đạt đợc đặc tính động học mong muốn 3.5.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển Để tổng hợp hệ thống điều khiển trớc tiên ta phải nắm đợc mô hình toán học hệ thống điều khiển cách mô hình hoá đối tợng lên Trong thực tế có hai phơng pháp mô hình hoá: - Phơng pháp lý thuyết - Phơng pháp thực nghiệm Phơng pháp lý thuyết phơng pháp thiết lập mô hình dựa định luật có sẵn quan hệ vật lý bên quan hệ giao tiếp với hệ thống bên đối tợng Các mối quan hệ đợc biểu diễn phơng trình toán hoc Trong trờng hợp thông số đối tợng không đủ đảm bảo cho tiến hành tổng hợp thành hệ thống hoàn chỉnh phải áp dụng phơng pháp thực nghiệm cách tiến hành thử hệ thống với loạt tín hiệu đầu vào ghi nhận thông số đầu cho kết thử nghiệm phải phù hợp với yêu cầu phơng pháp lý thuyết đề Trong điều kiện đề tài tiến hành tổng hợp hệ thống phơng pháp thực nghiệm với tín hiệu đầu vào x(t) nhiệt độ không khí tín hiệu đầu thời gian vận hành máy bơm Qua ta tiến hành làm mạch cho chạy thử với thông số PID từ chọn PID phù hợp với đối tợng điều khiển 3.6 Kết luận chơng III Thông qua chơng III đà lựa chọn giới thiệu chơng trình điều khiển chip công nghệ PsoC so sánh hiệu quả, tính tiện dụng kinh tế sử dụng chip công nghệ PsoC với loại chip thông thờng phơng pháp điều khiển khác.Tiến hành lựa chọn thuật điều khiển hệ thống cho hợp lý hiệu phù hợp với đối tợng điều khiển Khoa Cơ Điện - 87 - Trờng ĐHNN I - H Nội Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Chơng Thiết kế thi công điều khiển hệ thống t-ới phun m-a công nghệ PSoC 4.1 Sơ đồ khối điều khiển Khoa Cơ Điện - 88 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi ... chế quy luật hệ thống trạng thái xác lập tồn sai lệch tĩnh ã Thành phần tích phân (I) có u điểm triệt tiêu đợc sai lệch tĩnh nhng tốc độ xử lý tín hiệu chậm ã Thành phần vi phân (D) có tác dụng. .. ).dτ hc (3 - 4) Tham số luật điều khiển TI đợc gọi số thời gian tích phân hay KI hệ số tích phân Khi sử dụng luật điều khiển tích phân độ dự trữ ổn định hệ kín giảm đi, theo tiêu chuẩn ổn định... trß tích phân) ã Nếu có thay đổi sai lệch e(t) lớn thông qua thành phần vi phân phản ứng thích hợp tín hiệu điều chỉnh u(t) nhanh(vai trò vi phân) Luật điều khiển PID đợc biểu diễn phơng trình