Giới thiệu về hệ thống điều khiển nhiệt độ và trách nhiệm của nghiên cứu sinh
MỤC LỤC
Cấu trúc phần cứng
Mỗi module có thêm một bus nối để tạo ra khả năng mở rộng tiếp các tín hiệu đo được nối ở bảng đấu dây của bộ nối. Cable nối (Cáp): đấu dây trực tiếp với thiết bị lập trình cần có một cable dành cho máy lập trình PG.
Modul mở rộng: được chia thành 5 loại
Module tín hiệu: được lựa chọn theo miền giới hạn của tín hiệu vào và ra. Nếu nối một vài PLC với nhau trong một mạng cần phải có cable profibus và bộ nối cable.
CHƯƠNG TRÌNH FCPA
Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA Chương trình FCPA (Fuzzy Control Parameter Assinment) là phần mềm hỗ trợ việc
Trước khi sử dụng FCPA để tạo lập khối DB mờ cho Project ứng dụng FuzCon, ta phải sao chép FB Fuzzy Control có tên mặc định FB30 từ Project FuzConEx sang Project FuzCon. Sau khi đã chuẩn bị một Projct ứng dụng cho bộ điều khiển mờ (Project có chứa FB Fuzzy Control), ta có thể bắt đầu sử dụng FCPA để tạo lập DB mờ cho bộ điều khiển mờ và khối DB mờ này phải nằm trong cùng một thư mục với FB Fuzzy Control của Project ứng dụng. Sau khi đã cho đầy đủ tên Project, tên khối DB mờ, ta ấn phím OK.Chương trình FCPA sẽ kiểm tra lại trong Project FuzCon thực sự đã có khối hàm Fuzzy Control hay chưa bằng thông báo liệt kê tất cả các khối hàm đã có trong Project ứng dụng.
Sửa đổi hàm thuộc : Muốn sửa đổi hàm thuộc mặc định cho tập mờ nào, ta kích hoạt tập mờ đó bằng cách ghi trực tiếp tên tập vào ô chứa tên tập mờ hoặc ấn phím. -Cách thứ nhất: Chọn đỉnh của hàm thuộc cần sửa bằng cách đưa chuột vào đỉnh đó và ấn phím chuột trái FCPA sẽ báo đỉnh đã được tích cực bằng một vành khuyên nhỏ quanh đỉnh đó, ví dụ như ở hình dưới thì đỉnh C là đỉnh đã được tích cực. Tương tự như đã khai báo hay sữa đổi cho giá trị biến vào, việc khai báo các giá trị (tập mờ) cho biến ra cũng được bắt đầu bằng cách nháy kép phím chuột trái tại biểu tượng của biến đầu ra.
Để sửa đổi hàm thuộc dạng singleton đơn giản ta chỉ cần sửa đổi toạ độ của nó bằng cách đưa con trỏ vào hình khuyên, giữ phím chuột trái rồi kéo sang phải/trái, hoặc trực tiếp ghi toạ độ mới vào ô Point của cửa sổ màn hình soạn thảo. Sau khi khai báo xong biến ngôn ngữ vào/ra và các giá trị(tập mờ) cho chúng chẳng hạn như ta đã khai báo m biến vào Input, … ,Inputm vớí các giá trị Am và s biến ra Output 1=Bn1,…, output s với các giá trị Bi1 ,…, Bis bước tiếp theo là ta xây dựng luật hợp thành. Khối dữ liệu mờ này được sử dụng cùng với khối hàm FB30 đã được lấy từ Project FuzConEx trong thư viện của Simatic Manager khi cài đặt chương trình Fuzzy/FB.
MODULE MỀM PID
Xác định tham số cho bộ điều khiển PID
Không mất tính tổng quát nếu ta giả thiếtT1, hằng số thời gian lớn nhất và T2 là hằng số thời gian lớn thứ hai. Trong trường hợp 0≤h≤T4, người ta lại thường hay chọn bộ điều khiển PD hoặc PID. Nếu bộ điều khiển mà ta sử dụng lại là PI thì các tham số cần xác định của bộ điều khiển là k1 va ứ Tp1.
Ưu điểm của phương pháp Reiniseh là ngay cả trong trường hợp đối tượng có thành phần tích phân (dạng 2), các giá trị cần thiết cho công việc tính toán tham số bộ điều khiển như 2''. Đối với vấn đề điều khiển đối tượng dạng 2, Reiniseh đề xuất sử dụng bộ điều khiển P hoặc PD (không có I) và do đó theo công thức hàm truyền đạt (5.2) của bộ điều khiển thì chỉ còn hai tham số kpvà Tpphải xác định. γ nếu bộ điều khiển được sử dụng là P. γ nếu bộ điều khiển được sử dụng là PD. Trong đó α =a+cγ và a, c được tính từ độ quá điều chỉnh cực đại mong muốn σmax. Ví dụ 2 : Tìm bộ điều khiển cho đối tượng thuộc dạng 2 với mô hình. Giống như ở ví dụ 1, các giá trị trung gian là. Bởi vậy nếu chọn bộ điều. khiển PD thì. Trong trường hợp không thể xây dựng mô hình cho đối tượng thì phương pháp thiết kế thích hợp là phương pháp thực nghiệm. Thực nghiệm chỉ có thể tiến hành nếu hệ thống đảm bảo điều kiện : khi đưa trạng thái làm việc của hệ đến biên giới ổn định thì mọi giá trị của các tín hiệu trong hệ thống đều phải nằm trong giới hạn cho phép. Phương pháp Zlegier và Nichois. Trước khi tiến hành thực nghiệm hệ thống phải được lắp đặt theo sơ đồ ở hình 5.1, bao gồm đối tượng và bộ điều khiển theo luật PID. Sau khi lắp đặt xong, thực nghiệm được tiến hành theo các bước sau :. 1) Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn định. Tăng hệ số khuếch đại kp của luật điều khiển P cho đến khi hệ thống ở biên giới ổn định. Xác định hệ số kpth và chu kỳ giao động tới hạn dao động. Trong nhiều trường hợp , việc xác định chu kỳ dao động riêng gặp khó khăn và không đảm bảo độ chính xác thì phương pháp giới thiệu sau đây sẽ khắc phục nhược điểm đó. Phương pháp Jassen và Offerein. Thực nghiệm theo phương pháp này được tiến hành theo các bước sau đây : 1) Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn định. Tăng hệ số khuếch đại kpcủa luật điều khiển P cho đến khi hệ thống ở biên giới ổn định. Xác định hệ số kpth và chu kỳ giao động tới hạn dao động. 2) Chọn luật điều khiển và tính toán tham số từ kpth , Tth theo bảng sau Luật điều. Trong nhiều trường hợp, việc xác định chu kỳ dao động riêng gặp khó khăn và không đảm bảo độ chính xác thì phương pháp giới thiệu sau đây sẽ khắc phục nhược điểm đó. Phương pháp Jassen và Offerein 1) Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn định. 2) Chọn tham số cho luật PI. Giảm hằng số thời gian tích phân T1 cho đến khi hệ thống làm việc ở biên giới ổn định. Xác định hằng số thời gian tích phân Ttth ở chế độ này. 3) Chọn luật điều khiển PID. Cho hệ thống làm việc theo luật PID với kp=kpth−ξ( ξ dù nhỏ), TD vàT1 tùy chọn.
Tăng hằng số thời gian vi phân cho đến khi hệ thống đạt được quá điều chỉnh cực đại lớn nhất σmax =max.Xác địnhTDMAX.
Module mềm PID
Tăng hệ số khuếch đại kpcủa luật điều khiển P cho đến khi hệ thống ở biên giới ổn định. Xác định hệ số kpth và chu kỳ giao động tới hạn dao động. 2) Chọn luật điều khiển và tính toán tham số từ kpth , Tth theo bảng sau Luật điều. Trong nhiều trường hợp, việc xác định chu kỳ dao động riêng gặp khó khăn và không đảm bảo độ chính xác thì phương pháp giới thiệu sau đây sẽ khắc phục nhược điểm đó. Phương pháp Jassen và Offerein 1) Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn định. 2) Chọn tham số cho luật PI. Giảm hằng số thời gian tích phân T1 cho đến khi hệ thống làm việc ở biên giới ổn định. Xác định hằng số thời gian tích phân Ttth ở chế độ này. 3) Chọn luật điều khiển PID. Phần mềm Step7 cung cấp các module mềm PID để điều khiển các đối tượng có mô hình liên tục như lò, động cơ, mức… đầu ra của đối tượng được đưa vào đầu vào của bộ điều khiển qua các cổng vào tương tự của các module vào tương tự của các Simatic S7-300/400. Các chức năng cơ bản khác như xử lý tín hiệu chủ đạo, tín hiệu quá trình và tính toán các biến khác cùng với bộ điều khiển PID cũng được tích hợp sẵn trong một module điều khiển mềm.
Do khi xử ký một mạch vòng điều khiển người ta phải thực hiện công việc trích mẩu tín hiệu đầu vào cho mạch vòng điều khiển đó (liên quan đến tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian OB30 ÷ OB38), nên cần phải có sự tương thích giữa số mạch vòng điều khiển PID và khả năng cũng như tốc độ tính toán của CPU. Tất cả các module PID mềm đều cung cấp nhiều giải pháp lựa chọn luật điếu khiển trong khi thiết kế để độ điều khiển phù hợp được với đối tượng như : luật điều khiển tỷ lệ (luật P), luật điều khiển tỷ lệ – vi phân ( luật PD), luật điều khiển tỷ lệ – tích phân ( luật PI)…. Riêng FB43 “PULSEGEN” không thể thực hiện chọn tham số và biến qua giao diện, trong trường hợp này người thiết kế phải sử dụng công cụ của STEP7 để thiết lập tham số và khai báo biến cho bộ điều khiển.
Đối với CPU 314 IFM có thể thiết lập tham số và biến cho module mềm SFB41 hoặc SFB42 bằng cách nhập trực tiếp một khối dữ liệu bất kỳ và chọn nó làm khối lượng dữ liệu cục bộ cho những module này.