Xem mẫu
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
Khi thiÕt lËp th«ng sè cho chip ta ph¶i c¨n cø vµo tÝnh n¨ng cña chip mµ
b¹n ®ang dïng vµ yªu cÇu ®iÒu khiÓn mµ ®iÒn th«ng sè vµo cét Value cña
Global Resource
H×nh 3-18: Cöa sæ kÕt nèi ch©n vµ th«ng sè cho chip.
4. KÕt nèi c¸c User Module
ViÖc kÕt nèi c¸c User Module ®−îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c ®Çu vµo ra
cña c¸c khèi chøc n¨ng n¾m gi÷ c¸c User Module vµ th«ng qua mét ®−êng
bus chung.
5. XuÊt thiÕt kÕ thµnh file
Khi cÊu h×nh xong ta tiÕn hµnh xuÊt thiÕt kÕ thµnh file b»ng c¸ch:
- Chän Menu Config>>Export Design.
- Trong tr−êng Designed Name ®iÒn tªn cña file ®Þnh xuÊt ra.
- Trong tr−êng Description ®iÒn th«ng tin miªu t¶ vÒ thiÕt kÕ.
- Trong tr−êng Version ®iÒn phiªn b¶n cña thiÕt kÕ.
- 78 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
Sau ®ã nhÊn OK lµ b¹n ®· hoµn tÊt viÖc cÊu h×nh chip.
3.4.5. Tr×nh so¹n th¶o øng dông - Application Editor
§Ó vµo tr×nh so¹n th¶o(ViÕt code gäi lÖnh ®iÒu khiÓn c¸c khèi chøc n¨ng)
. Sau ®ã b¹n nhÊn vµo Source files kÝch ®óp vµo main.c ®Ó viÕt
ta nhÊn nót
lÖnh sau dßng // Insert your main routine code here.
H×nh 3-19: Cöa sæ lËp ch−¬ng tr×nh
Sau khi viÕt code xong ta nhÊn F7 ®Ó dÞch ch−¬ng tr×nh. NÕu kh«ng cã lçi
th× ta tiÕn hµnh dÞch ch−¬ng tr×nh sang file.hex ®Ó phôc vô cho viÖc n¹p chip.
Ta vµo menu Program>>Write Hex file. Sau ®ã ®Æt tªn file, ®Þnh vÞ file vµ
nhÊn OK lµ ta ®· cã file.hex.
3.5. Bé ®iÒu khiÓn PID sè
3.5.1. ThiÕt kÕ luËt ®iÒu khiÓn PID sè
1. LuËt ®iÒu khiÓn tû lÖ : Proportional (P)
- 79 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
§èi t−îng
r(t) e(t) u(t) y(t)
Kp ®iÒu khiÓn
_
H×nh 3 - 20 : HÖ kÝn víi luËt ®iÒu khiÓn tû lÖ
r(t): TÝn hiÖu ®Çu vµo cña hÖ thèng.
y(t): TÝn hiÖu ®Çu ra cña hÖ thèng.
u(t): TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¸c ®éng lªn ®èi t−îng.
e(t): TÝn hiÖu sai lÖch ®iÒu khiÓn.
Khi ®ã sai lÖch e(t) = r(t) - y(t) lµ ®Çu vµo cña bé ®iÒu khiÓn vµ u(t) lµ ®Çu
ra cña bé ®iÒu khiÓn th× quan hÖ gi÷a ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña luËt ®iÒu khiÓn
®−îc biÓu diÔn theo ph−¬ng tr×nh sau.
u(t) = kP.e(t) (3 - 1)
Trong ®ã KP lµ tham sè cña luËt ®iÒu khiÓn. Hçn hîp c¸c ®èi t−îng c«ng
nghiÖp ®Òu ®−îc ®iÒu khiÓn theo luËt nµy. Bëi luËt ®iÒu khiÓn t−¬ng ®èi ®¬n
gi¶n nh−ng l¹i cã thÓ thay ®æi c¶ chÊt l−îng ®éng vµ chÊt l−îng tÜnh cña hÖ
thèng. Khi ta thay ®æi gi¸ trÞ kP dÉn ®Õn sù thay ®æi hÖ sè khuyÕch ®¹i cña hÖ
hë, ®iÒu ®ã dÉn ®Õn sù thay ®æi vÞ trÝ cña ®iÓm cùc vµ ®iÓm kh«ng cña hÖ. Khi
kP thay ®æi còng lµm chÊt l−îng cña hÖ thèng ë chÕ ®é x¸c lËp thay ®æi:
s.R( s )
δ (t ) = lim s.E(s) = lim 1 + K (3 - 2)
P .wdt ( s )
t →∞ t →∞
1. LuËt ®iÒu khiÓn tÝch ph©n: Integral(I)
1 §èi t−îng
r(t) e(t) u(t) y(t)
TI .s ®iÒu khiÓn
_
- 80 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
H×nh 3 - 21: HÖ kÝn víi luËt ®iÒu khiÓn tÝch ph©n
Víi tÝn hÖu ®Çu vµo cña bé ®iÒu khiÓn lµ sai lÖch e(t) vµ tÝn hiÖu ®Çu ra
u(t) ta cã thÓ biÓu diÔn luËt ®iÒu khiÓn tÝch ph©n b»ng ph−¬ng tr×nh sau:
t
1
TI ∫
e(τ ).dτ
u(t) = (3 - 3)
0
t
u(t) = kI ∫ e(τ ).dτ (3 - 4)
hoÆc
0
Tham sè cña luËt ®iÒu khiÓn lµ TI ®−îc gäi lµ h»ng sè thêi gian tÝch
ph©n hay KI lµ hÖ sè tÝch ph©n. Khi sö dông luËt ®iÒu khiÓn tÝch ph©n ®é dù
tr÷ æn ®Þnh cña hÖ kÝn sÏ gi¶m ®i, theo tiªu chuÈn æn ®Þnh cña Nyquist sai
lÖch tÜnh sÏ gi¶m v× hµm truyÒn cña hÖ hë lóc ®ã lµ:
1
w0 = wDK(s) - wdt = wdt(s) (3 - 5)
TI s
vµ sai lÖch cña hÖ lµ:
TI .R( s ).s 2
s.R ( s )
δ (t ) = lim lim
= (3 - 6)
TI + wdt ( s )
1
1+
t →∞ t →∞
TI .s.wdt ( s )
§iÒu khiÓn tÝch ph©n hay cßn gäi lµ ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn theo tÝch
luü sai lÖch ®iÒu khiÓn chËm sau. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy cã −u ®iÓm
lµ Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña nhiÔu vµ lµm t¨ng ®é chÝnh x¸c cña hÖ hë ë chÕ ®é
x¸c lËp.
3. LuËt ®iÒu khiÓn vi ph©n : Derivative(D)
§èi t−îng
r(t) e(t) u(t) y(t)
TDS ®iÒu khiÓn
_
H×nh 3 - 22:HÖ kÝn víi luËt ®iÒu khiÓn vi ph©n
LuËt vi ph©n ®−îc biÓu diÔn theo ph−¬ng tr×nh sau:
- 81 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
u(t) = TD de(t ) (3 - 7)
dt
Trong ®ã TD lµ h»ng sè thêi gian vi ph©n. LuËt ®iÒu khiÓn vi ph©n cã
t¸c dông lµm gi¶m thêi gian qu¸ ®é cña hÖ. Do ®ã ng−êi ta gäi ®©y lµ luËt
®iÒu khiÓn v−ît tr−íc. QuyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn ®−îc ®−a ra trªn c¬ së ®¹o
hµm cña sai lÖch. Nh−îc ®iÓm cña luËt nµy lµ ë ph−¬ng ph¸p lÊy th«ng tin
nµy v× nÕu ®èi t−îng chÞu ¶nh h−ëng cña nhiÔu biÕn thiªn th× luËt sÏ ra
quyÕt ®Þnh theo nhiÔu do ®ã luËt ®iÒu khiÓn víi c¸c ®èi t−îng cã nhiÔu lµ
h»ng sè hoÆc Ýt bÞ nhiÔu.
4. LuËt ®iÒu khiÓn PID
§©y lµ bé ®iÒu khiÓn tÝch hîp cña ba luËt ®iÒu khiÓn trªn v× thÕ nã sÏ
tÝch luü ®−îc tÊt c¶ ®iÓm m¹nh cña c¸c luËt trªn vµ kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ
cña tõng luËt cô thÓ.
• Thµnh phÇn khuyÕch ®¹i (P) cã tèc xö lý tÝn hiÖu nhanh, cã ®é æn
®Þnh cao, thêi gian ®iÒu khiÓn ng¾n. Nh−ng h¹n chÕ cña quy luËt nµy
lµ khi hÖ thèng ë tr¹ng th¸i x¸c lËp lu«n tån t¹i sai lÖch tÜnh.
• Thµnh phÇn tÝch ph©n (I) cã −u ®iÓm lµ triÖt tiªu ®−îc sai lÖch tÜnh
nh−ng tèc ®é xö lý tÝn hiÖu cßn chËm.
• Thµnh phÇn vi ph©n (D) cã t¸c dông lµm t¨ng nhanh tèc ®é t¸c ®éng
cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn nh−ng bªn c¹nh ®ã luËt ®iÒu khiÓn nµy cã ®é
qu¸ ®iÒu chØnh lín.
S¬ ®å cÊu tróc cña luËt ®iÒu khiÓn:
- 82 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
H×nh 3 - 22: HÖ kÝn víi luËt ®iÒu khiÓn PID.
LuËt ®iÒu khiÓn PID ®· ®−a sai lÖch e(t) cña hÖ thèng vÒ 0 sao cho qu¸
tr×nh qu¸ ®é tho¶ m·n c¸c yªu cÇu c¬ b¶n vÒ chÊt l−îng:
• NÕu sai lÖch e(t) cµng lín th× th«ng qua thµnh phÇn tû lÖ, tÝn hiÖu
®iÒu chØnh u(t) cµng lín( Vai trß khuyÕch ®¹i).
• NÕu sai lÖch e(t) ch−a b»ng 0 th× th«ng qua thµnh phÇn tÝch ph©n, bé
®iÒu khiÓn PID vÉn cßn tÝn hiÖu ®iÒu chØnh(vai trß cña bé tÝch ph©n).
• NÕu cã sù thay ®æi cña sai lÖch e(t) cµng lín th× th«ng qua thµnh
phÇn vi ph©n ph¶n øng thÝch hîp cña tÝn hiÖu ®iÒu chØnh u(t) sÏ cµng
nhanh(vai trß cña vi ph©n).
LuËt ®iÒu khiÓn PID ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh sau:
t
1
U(t)= kP[ e(t) + ∫ e(τ )dτ TD.e(t)] (3 - 8)
TI 0
Trong ®ã e(t) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo, u(t) lµ tÝn hiÖu ®Çu ra kP ®−îc gäi lµ hÖ
sè khuÕch ®¹i, TI lµ h»ng sè thêi gian tÝch ph©n vµ TD lµ h»ng sè thêi gian vi
ph©n. ChÊt l−îng cña hÖ thèng phô thuéc vµo c¸c tham sè kP, TI, TD. Muèn hÖ
thèng lµm viÖc æn ®Þnh th× ta ph¶i chän c¸c bé tham sè trªn sao cho phï hîp.
Hµm truyÒn cña luËt ®iÒu khiÓn PID ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng céng cã d¹ng
nh− sau:
1
WPID+(s) = kP[1+ +TD.s] (3 - 9)
T .I s
HoÆc d−íi d¹ng nh©n nh− sau:
k * P (1 + T * I .s )(1 + T * D .s )
WPID(s) = (3 - 10)
T * I .s
k * (1 + T * I )(1 + T * D )
kP = P
Trong ®ã: (3 - 11)
T *I
TI = TI* + TD* (3- 12)
* *
T I .T D
TD = (3 - 13)
T * I + TD
*
- 83 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
5. ThiÕt kÕ luËt ®iÒu khiÓn PID sè.
Yªu cÇu cña thiÕt kÕ ®−îc dÆt ra lµ bé PID sè ph¶i cã tÝnh linh
ho¹t cao, cã giao diÖn th©n thiÖn, ng−êi sö dông cã thÓ dÔ dµng lùa chän ra bé
PID phï hîp víi ®èi t−îng ®iÒu khiÓn cña m×nh, thêi gian xö lý nhanh ®Ó lµm
t¨ng tÝnh thêi gian thùc cho thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn.
a). LuËt ®iÒu khiÓn tû lÖ sè
e(t) u(k)
Kp
H×nh 3 – 23 CÊu tróc luËt P sè
§©y lµ luËt ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n trong ®ã d·y u(k) ®−îc tÝnh tõ d·y e(k)
theo c«ng thøc:
u(k) = kP e(k) k = 0, 1, 2, … (3 - 14)
b). LuËt ®iÒu khiÓn tÝch ph©n sè
Tõ c«ng thøc sè 3 ta cã ph−¬ng tr×nh sai ph©n:
T
u(k) = e(k) + u(k-1) (3 - 15)
TI
Trong ®ã T lµ thêi gian trÝch mÉu (Sample Time)
u(k)
e(k)
+
T/Ti
+
u(k-1) D
H×nh 3 – 24 CÊu tróc luËt I sè
c.) LuËt ®iÒu khiÓn vi ph©n sè
e(k)
+ u(k)
TD/T
D -
e(k-1)
H×nh 3 – 25 CÊu tróc luËt D sè
- 84 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
Th−êng c¸c bé ®iÒu khiÓn theo luËt vi ph©n sè ®−îc cµi ®Æt theo c¸c
ph−¬ng tr×nh sai ph©n sau:
TD
u(k) = [e(k) + u(k-1)] (3 - 16)
T
d). LuËt ®iÒu khiÓn PID sè
Tõ cÊu tróc PID sè trªn ta cã:
TD
[e(k ) − e(k − 1)] }
u (k ) = k p { e(k ) + uI (k − 1) + (3 - 17)
T
T T T
u (k ) = k p { }
(1 + D )e(k ) − D e(k − 1) + e(k ) + uI (k − 1) (3 - 18)
T T TI
T T T
u (k ) = k p { (1 + D + )e(k ) − D e(k − 1) + uI (k − 1) } (3 - 19)
T TI T
LuËt ®iÒu khiÓn PID sè trong c«ng thøc trªn ®−îc lùa chän ®Ó cµi ®Æt
cho bé ®iÒu khiÓn cña chip trªn c«ng nghÖ PsoC.
6. C¸ch x¸c ®Þnh th«ng sè cña bé PID
a). Ph−¬ng ph¸p Ziegler Nichol(cho PID)
T2
Kp = 1.2 (3 - 20)
T1
Ti = 2T1 (3 - 21)
Td = 0.5T2 (3 - 22)
- 85 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
Víi T1 vµ T2 ®−îc x¸c ®Þnh tõ hµm truyÒn hë cña ®éng c¬.
H×nh 3 - 27 : §Æc tÝnh tèc ®é hµm truyÒn hë cña ®éng c¬
b). Ph−¬ng ph¸p Jassen vµ Offerein
Thùc nghiÖm ®−îc tiÕn hµnh theo c¸c b−íc sau:
* Cho hÖ thèng lµm viÖc ë biªn giíi æn ®Þnh
∞)
- §iÒu khiÓn ®èi t−îng theo luËt P (T 0 vµ Ti
- X¸c ®Þnh hÖ sè kpth
* Cho hÖ thèng lµm viÖc víi luËt PI
- Cho hÖ lµm viÖc víi luËt PI vµ víi hÖ sè kp = 0,45 kpth, Ti tuú
chän.
- Gi¶m hµm sè thêi gian tÝch ph©nTi cho ®Õn khi hÖ thèng lµm viÖc
ë biªn giíi æn ®Þnh. X¸c ®Þnh h»ng sè Ti ë chÕ ®é nµy Ti = Tith.
* Chän luËt ®iÒu khiÓn PID
- Cho hÖ thèng lµm viÖc theo luËt PID víi kp = kpth- ξ ( ξ ®ñ nhá),
Td vµ Ti tuú chän.
- T¨ng h»ng sè thêi gian vi ph©n cho ®Õn khi hÖ thèng ®¹t ®−îc
qu¸ ®iÒu chØnh cùc ®¹i lín nhÊt σ max = max. X¸c ®Þnh Td max.
1
Chän TD = TDMAX vµ Ti = 4,5TD.
3
- 86 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
- Gi¶m kp cho ®Õn khi hÖ thèng ®¹t ®−îc ®Æc tÝnh ®éng häc mong
muèn.
3.5.2. Tæng hîp hÖ thèng ®iÒu khiÓn
1. §Ó tæng hîp hÖ thèng ®iÒu khiÓn tr−íc tiªn ta ph¶i n¾m ®−îc m« h×nh
to¸n häc cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng c¸ch m« h×nh ho¸ ®èi t−îng ®ã lªn.
Trong thùc tÕ cã hai ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸:
- Ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt.
- Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm.
Ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt lµ ph−¬ng ph¸p thiÕt lËp m« h×nh dùa trªn c¸c
®Þnh luËt cã s½n vÒ quan hÖ vËt lý bªn trong vµ quan hÖ giao tiÕp víi hÖ thèng
bªn ngoµi cña ®èi t−îng. C¸c mèi quan hÖ nµy ®−îc biÓu diÔn b»ng c¸c
ph−¬ng tr×nh to¸n hoc.
Trong tr−êng hîp c¸c th«ng sè cña ®èi t−îng kh«ng ®ñ ®¶m b¶o cho
chóng ta tiÕn hµnh tæng hîp thµnh mét hÖ thèng hoµn chØnh th× chóng ta ph¶i
¸p dông ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm b»ng c¸ch tiÕn hµnh thö hÖ thèng víi mét
lo¹t c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ghi nhËn c¸c th«ng sè ®Çu ra sao cho kÕt qu¶ thö
nghiÖm ph¶i phï hîp víi yªu cÇu cña ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt ®Ò ra.
Trong ®iÒu kiÖn cña ®Ò tµi chóng t«i tiÕn hµnh tæng hîp hÖ thèng b»ng
ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm víi tÝn hiÖu ®Çu vµo x(t) lµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ cßn
tÝn hiÖu ®Çu ra lµ thêi gian vËn hµnh m¸y b¬m. Qua ®ã ta tiÕn hµnh lµm m¹ch
vµ cho ch¹y thö víi c¸c bé th«ng sè PID tõ ®ã chän ra bé PID phï hîp víi ®èi
t−îng ®iÒu khiÓn.
3.6 KÕt luËn ch−¬ng III
Th«ng qua ch−¬ng III ®· lùa chän vµ giíi thiÖu ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn
chip trªn c«ng nghÖ PsoC vµ so s¸nh hiÖu qu¶, tÝnh tiÖn dông vµ kinh tÕ khi sö
dông chip trªn c«ng nghÖ PsoC víi c¸c lo¹i chip th«ng th−êng vµ c¸c ph−¬ng
ph¸p ®iÒu khiÓn kh¸c.TiÕn hµnh lùa chän thuËt ®iÒu khiÓn hÖ thèng sao cho
hîp lý vµ hiÖu qu¶ phï hîp víi tõng ®èi t−îng ®iÒu khiÓn.
- 87 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
- §å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46
Ch−¬ng 4
ThiÕt kÕ vµ thi c«ng bé ®iÒu khiÓn hÖ thèng
t-íi phun m-a trªn c«ng nghÖ PSoC
4.1. S¬ ®å khèi cña bé ®iÒu khiÓn
- 88 -
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §HNN I - Hμ Néi
nguon tai.lieu . vn
