Hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu

Sơ đồ chân

IRC0-IRC3 Quadrature encoder A, B và các chỉ số đầu vào T0IN-T3IN Timer/counter đầu vào và xung clock vào T0OUT-T3OUT Timer/counter đầu ra. Với đối tượng điều khiển nhiều chiều thí nghiệm có 2 đầu vào và 2 đầu ra tương tự thì chỉ sử dụng 2 đầu vào tương tự, 2 đầu ra tương tự và một đầu nối đất (của tín hiệu tương tự) của card để điều khiển.

Sử dụng MF604 trong điều khiển

Sau đó dữ liệu có thể được đọc từ thanh ghi dữ liệu (gồm hai thanh ghi ADLO và ADHI, có địa chỉ là BASE+6, BASE+7). Dữ liệu đầu ra có dạng số nhị phân không dấu khi ở chế độ unipolar và có dạng số nhị phân có dấu nếu ở chế độ bipolar. Khi đọc ADHI thì 4 bit cao MSB được sử dụng và dữ liệu đầu ra (D4-D7) được set về 0( trong chế độ unipolar) hoặc được set về giá trị của MSB(trong chế độ bipolar).

Mỗi kênh IRC có một thanh ghi dữ liệu và một thanh ghi lệnh cho phép truy cập tất cả các dữ liệu bên trong và cấu trúc điều khiển. Byte Pointers BP 24 bit giống như là các counter trong với chức năng tự động tăng giảm, được sử dụng để định địa chỉ bởi 3 byte liên tiếp. BP sẽ tự động tăng mỗi khi kết thúc một chu kỳ lệnh Read hoặc Write trên OL hoặc PR, byte thấp hơn sẽ được truy cập trước.

Mỗi counter có một bộ chia tần số xung đồng hồ Filter Clock Prescaler PSC được lập trình theo Modulo-N 8 bit, sử dụng xung clock của chip LS7266R1(20 MHz). Thanh ghi Counter Mode Register CMR dùng để chọn chế độ cho counter Thanh ghi điều khiển vào/ra Input/Output Control Register IOR dùng để điều khiển các chân vào/ra. Khi không sử dụng các chân đó thì thanh ghi IOR chỉ được sử dụng để cho phép hay không cho phép đầu vào A và B.

Để cho phép các ngắt này, sử dụng thanh ghi IRQEN (có địa chỉ BASE+5): ghi 1 vào bit tương ứng trong IRQEN từ đầu ra timer 5(chứ không phải từ ngắt của timer 5) để cho phép ngắt, nếu là 0 thì không cho phép ngắt.

Phương pháp thực nghiệm

• Cơ sở lý thuyết
• Tiến hành nhận dạng

Do mô hình của các đối tượng này là các mô hình có tham số nên ta sẽ xác định tham số mô hình với các tín hiệu đầu vào khác nhau. Sau khi xác định đợc mô hình ta phải kiểm tra lại độ chính xác của mô hình bằng cách so sánh phản ứng của mô hình và đối tợng khi chúng có cùng một tác động kích thích. Sau khi hiệu chỉnh lại các thông số, nếu sai số vẫn không đạt đợc yêu cầu thì phải thay đổi lại cả lớp các mô hình thích hợp và xác định lại các thông số của nó cho tới khi đạt đợc mô hình có độ chính xác cần thiết.

Tuy nhiên trong thực tế ta không thể tạo ra đợc xung Dirac mà chỉ có thể tạo ra đợc một xung vuông có diện tích bằng diện tích xung Dirac, thực chất đó là hai hàm A.1(t) trừ cho nhau với biên độ xung là A và thời gian phát xung là τ, ở đầu ra của đối tợng ta sẽ nhận đợc hàm quá độ xung K(t). Sự phân tích này cho phép ta dễ dàng xây dựng đợc đờng quá độ từ đ- ờng quá độ xung bằng cách chia trục thời gian ra những khoảng thời gian phát xung τ, sau đó tại các thời điểm này xác định các giá trị h(t) theo các công thức (3.65). Vì sau khi tìm đợc K(t) ta phải xác định h(t) do đó phơng pháp này chỉ dùng trong trờng hợp hệ thống không thể dùng hàm bậc thang, tức là nếu dùng hàm A.1(t) thì sẽ ảnh hởng tới quá trình công nghệ của hệ thống.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, để nhận dạng đối tợng một cách nhanh chóng thì tốt hơn hết là dùng phơng pháp thực nghiệm chủ động với tín hiệu đầu vào là hàm A.1(t). Để thay đổi lu lợng dòng nớc và dòng nớc lạnh, ta phát ra từ máy tính một con số, card MF604 sẽ chuyển đổi con số này thành tín hiệu điện áp tơng tự. Hai hàm truyền W11(p) và W21(p) thể hiện sự ảnh hưởng của lưu lượng nước nóng đối với nhiệt độ và mức nước trong bình nước ấm.

Từ đờng cong quá độ thu đợc này (đường 2) ta thấy lu lợng nớc nóng tác động lên nhiệt độ của nớc hỗn hợp theo hàm truyền đạt là dạng một khâu quán tính bậc nhất có trễ. Thực chất W21(p) nh phân tích ở trờn là khâu quán tính bậc nhất nhng do dung lợng của bình bé nên khi thời gian quá độ cha kết thúc thì bình đã. Cũng nh đã phân tích ở trên, thực chất W22(p) là khâu quán tính bậc nhất nhng do dung lợng của bình bé, khi thời gian quá độ cha kết thúc bình đã.

Chất lượng của quá trình điều chỉnh

Trong đó e(t) là sai lệch động tồn tại trong quá trình điều chỉnh, chất l- ợng của hệ thống càng tốt nếu St càng bé. Từ đây ta thấy sai lệch tĩnh St phụ thuộc vào tín hiệu vào U(p) và cấu trúc của hệ thống đợc thể hiện qua hàm truyền Wh(p) của hệ thống. Quá trình quá độ của hệ thống điều chỉnh đợc đánh giá trực tiếp bằng ba chỉ tiêu cơ bản là thời gian kéo dài điều chỉnh, độ quá điều chỉnh và tính dao động của điều chỉnh quanh giá trị xác lập.

Trên hình 4.2 là dạng đồ thị tín hiệu ra của hệ thống tắt dần, từ đồ thị này ta thấy chỉ tiêu chất lợng quá trình quá. • Thời gian quá độ tqđ: là khoảng thời gian kể từ khi bắt đầu có tác động của nhiễu cho đến khi sai lệch của quá trình điều khiển nằm trong giá. Ba chỉ tiêu chất lợng của quá trình quá độ σmax,tqd, và nsẽ do các yêu cầu giả thiết đặt ra (yêu cầu của quy trình công nghệ).

Trên hình 4.3, I1 chính là diện tích phần gạch chéo, nếu diện tích này càng bé thì chất lợng của hệ thống càng tốt và ngợc lại. Tích phân I3 là ớc lợng tích phân bình phơng sai lệch, nó cũng không phản ánh đúng bản chất dao động sai lệch của qúa trình. So sánh các chỉ tiêu tích phân I1 và I3 ta thấy tích phân I3 đợc tính theo bình phơng sai lệch, nó không đề cập đến tính chất dao động của quá trình quá độ.

Do vậy ngời ta đa ra ớc lợng tích phân có cả thành phần đạo hàm de/dt để phản ánh đợc tốc độ biến thiên và dao động của e(t).

Các phương pháp xác định thông số tối ưu của bộ điều chỉnh 1. Phương pháp trực tiếp

• Phương pháp gián tiếp 1. Phương pháp tích phân

Khoảng cách α đến nghiệm gần nhất đặc trng cho độ dự trữ ổn định của hệ thống. Góc cực đại tạo bởi nửa âm của trục thực với đờng nối giữa gốc toạ độ qua nghiệm đặc trng cho độ dao động của hệ là cotgϕ = α / β = m gọi là mức độ dao động. Công thức y = C1ept đợc tạo bởi nghiệm có góc cực đại ϕ tạo thành công thức của quá trình dao động quá độ có quá trình dao động tắt dần bé nhất.

Xác định các thông số của hệ thống bảo đảm giá trị cho trớc α và ϕ đơn giản nhất là dùng phơng pháp chia miền D. Khi xác định thông số của hệ có giá trị chất lợng cho trớc α ta thay p=−α+jω vào phơng trình đặc tính của hệ kín rồi tiến hành chia miền D. Kết quả của ba đoạn này sẽ phân vùng ổn định ra một vùng thoả mãn các điều kiện hạn chế.

Khi đánh giá chất lợng theo α ta có tìm giá trị cho phép của độ ổn định có tính đến thời gian điều chỉnh cho phép tp theo độ sai lệch của đại lợng điều chỉnh giảm đi n lần so với ban đầu.

Xác định thông số tối ưu của bộ điều chỉnh 1. Hệ thống điều khiển không bù

Trong thực tế, kênh nhiệt độ và kênh mức có sự ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.