Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu, xây dựng phương pháp điều khiển và giám sát hệ truyền động điện một chiều

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu, xây dựng phương pháp điều khiển và giám sát hệ truyền động điện một chiều==================================================================Giám sát và điều khiển động cơ 1 chiều sử dụng PLC s71200 với bộ điều khiển PID.Đồ án có đầy đủ code, WinCC, tính chọn, thông số Kp, Ki, Kd......

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐA/KLTN

Họ và tên: Nguyễn Văn Hoàng Mã SV: 0841240073

Lớp: ĐH TĐH1 Khóa: 8

Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Tên đề tài: Nghiên cứu, xây dựng phương pháp điều khiển và giám sát hệ truyền động điệnmột chiều

Mục đích: Giúp sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học, tiếp cận với thiết bị thực tế vận

dụng xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát ứng dụng cho hệ truyền động điện mộtchiều

Yêu cầu: Sinh viên cần hoàn thiện các nội dung sau:

1, Tổng quan về hệ truyền động điện một chiều

2, Lựa chọn phương án và tính chọn thiết bị

3, Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ truyền động điện

4, Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển

Ngày giao đề tài: 06/03/2017

Ngày hoàn thành: 21/04/2017

Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2017

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG KHOA

Ngô Mạnh Tùng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 10

Hình 1.1 Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ 10

Hình 1.2 Độ cứng đặc tính cơ 12

Hình 1.4 Sơ đồ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 14

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập 15

Hình 1.6 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng 15

Hình 1.7 Đặc tính cơ (b) – cơ điện (a) của động cơ khi giảm từ thông 16

Hình 1.8 Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp phần ứng 17

Hình 1.9 Điều chỉnh độ rộng xung PWM 18

Hình 1.10 Dạng sóng dòng và áp trên động cơ 19

Hình 1.11 Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ 20

Hình 1.12 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng động cơ 21

Hình 1.13 Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng động cơ +Uư -> -Uư 22

Hình 1.14 Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng thêm Rưf 23

Hình 1.15 Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo 24

Hình 1.16 Sơ đồ hãm và đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập 24

Hình 1.17 Sơ đồ hãm và đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ 25

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động F-Đ 26

Hình 1.19 Đặc tính cơ của hệ F- Đ 27

Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý của hệ T – Đ 29

Hình 1.21 Sơ đồ thay thế chỉnh lưu thysistor - động cơ và đặc tính cơ của động cơ 29

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 30

Hình 2.3 Hai kênh A, B lệch pha nhau trong encoder 34

Hình 2.4 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID 35

Hình 2.9 Xác định tham số của đặc tính quá tính 38

Hình 2.10 Giao diện bộ PID trong phần mềm 39

Hình 2.11 PID xử lý tín hiệu vào ra 39

Hình 2.12.Điều khiển tự động trong PID 40

Hình 2.13 Động cơ DC 110ZYT 220V 40

Hình 2.14 Bản vẽ mặt phẳng động cơ 41

Hình 2.15 Sơ đồ thiết kế mạch PWM 42

Hình 2.16 Sơ đồ mạch điều khiển van IGBT 44

Hình 2.17 Encoder hãng omron 45

Hình 2.18 Module CPU 212 DC/DC/DC 46

Hình 2.19 Sơ đồ đi dây PLC 47

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 49

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và giám sát hệ truyền động điện một chiều 49

Hình 3.2 Khởi tạo project mới 50

Hình 3.3 CPU của S7-1200 51

Hình 3.4 Giao diện phần cứng CPU 212 DC/DC/DC 52

Hình 3.5 Thuộc tính (Properties) của CPU 212 52

Hình 3.6 Cấu hình phát xung PWM trong PLC 53

Hình 3.7 Enable chân đọc tốc độ Encoder 54

Hình 3.8.Cấu hình đọc tốc độ cao HSC trong PLC 55

Hình 3.9 Địa chỉ phần mềm đọc xung HSC 55

Hình 3.10 Địa chỉ phần cứng đọc xung HSC 56

Hình 3.11 Tên biến, địa chỉ và kiểu dữ liệu trong PLC tag 56

Hình 3.12 Tên biến, địa chỉ và kiểu dữ liệu trong khối DB 56

Hình 3.13 Chương trình ngắt Cyclic interrupt 57

Hình 3.14 Gọi ra khối PID_Compact 58

Hình 3.15 Chương trình xử lý lỗi PID 58

Hình 3.16 Bảng cấu hình cho bộ PID 59

Hình 3.17 Chọn đầu vào ra cho bộ PID 59

Hình 3.18.Đặt giá trị giới hạn cho tốc độ 60

Hình 3.19 Đặt giá trị giới hạn cho phát xung 60

Hình 3.20 Lập trình điều khiển hệ thống 61

Hình 3.21 Tính điện áp đặt vào động cơ trong phần mềm 62

Hình 3.22 Add WinCC professional 62

Hình 3.23 Kết nối thực giữa máy tính và PLC 62

Hình 3.24.Giao diện thiết kế trên WinCC 63

Hình 3.25 Gán giá trị cho Tốc độ đặt tương ứng với tag là PID_Setpoint 63

Hình 3.26 Gán giá trị cho Tốc độ thực động cơ tương ứng với tag là PID_Input 63

Hình 3.27 Gán giá trị cho điện áp rơi trên động cơ tương ứng với tag là PID_DIEN_AP_TB 64

Hình 3.28 Gán tag cho nút ấn ON/OFF ở mục event với Invertbit 64

Hình 3.30 Cài đặt cho biểu đồ Trend 65

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 66 Hình 4.1 Module 6ES7212-1AE40-0XB0 DC/DC/DC 66

Hình 4.2 Mạch PWM 66

Hình 4.3 Mômen điều chỉnh tải một chiều 67

Hình 4.4 Mô hình điề khiển giám sát cơ cấu tải một chiều 67

Hình 4.5 Bộ PID_Compact đang chạy 68

Hình 4.7 Thông số bộ PID khi chạy ổn định 69

Hình 4.8 Biểu đồ đáp ứng quá độ theo thời gian (tốc độ/t) 70

Hình 4.9 Đường đặc tính tốc độ theo thời gian ở 1000 vòng/phút 71

Hình 4.10 Đường đặc tính thay đổi khi thay đổi moomen tải từ nhỏ nhất lên lớn nhất 71

Lời nói đầu 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 5

1.1 Cấu trúc chung hệ truyền động điện một chiều 5

1.1.1 Cấu trúc chung 5

1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện một chiều 6

1.1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 6

1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 10

1.2.1 Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch phần ứng 10

1.2.2 Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ 11

1.2.3 Phương pháp điều chỉnh thay đổi điện áp phần ứng 12

1.2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 13

1.3 Các phương pháp hãm động cơ 15

1.3.1 Hãm tái sinh 15

1.3.2 Hãm ngược 17

1.3.3 Hãm động năng 19

1.4 Các hệ truyền động động cơ điện một chiều 20

1.4.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F- Đ) 20

1.4.2 Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ) 23

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 26

2.1 Lựa chọn phương án 26

2.1.1 Phân tích đề tài 26

2.1.2 Đo tốc độ động cơ bằng Encoder 27

2.1.2.1 Tổng quan về encoder 27

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của encoder 28

2.1.3 Thuật toán điều khiển PID 30

2.1.3.1 Điều khiển PID số 30

2.1.3.2 Bộ PID trong PLC S7-1200 33

2.2 Tính chọn thiết bị 35

2.2.1 Tính chọn động cơ 35

2.2.2 Tính toán dòng áp, chọn bộ PWM 36

2.2.3 Tính chọn encoder 40

2.2.4 Tính chọn PLC 41

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 44

3.1 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát 44

3.2 Lập trình cho PLC 45

3.2.1 Khởi tạo chương trình 45

3.2.2 Cấu hình và lập trình cho bộ điều khiển 47

3.2.3 Kết nối WinCC giám sát trên máy tính 57

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 61 4.1 Thiết bị sử dụng trong mô hình 61

4.1.1 PLC S7 1200 CPU 1212 DCDCDC 61

4.1.2 Mạch điều chế độ rộng xung PWM 61

4.1.3 Mômen tải một chiều : 62

4.2 Mô hình thực tế 62

4.3.1 Thay đổi tốc độ đặt vào động cơ 65

4.3.2 Thay đổi mômen tải khi động cơ đang chạy ổn định 66

KẾT LUẬN 68

Tài liệu tham khảo : 69

Lời nói đầu

Trong thời đại ngày nay, truyền động điện đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấu gọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao, tương đối sạch nên không gây ra các vấn đề về môi trường Bên cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế rất nối bật, đặc biệt đối với truyền động điện một chiều,

là khả năng điều khiển dễ dàng Chính vì vậy mà truyền động điện một chiều có một vai tròquan trọng trong các dạng truyền động hiện đang dùng, nhất là trong những lĩnh vực đòi hỏikhả năng điều khiển cao như trong các máy sản xuất Trong quá trình phát triển nền kinh tế,chúng ta đang từng bước đưa ứng dụng của truyền động điện một chiều vào hầu hết mọilĩnh vực sản xuất của các nhà máy, các ngành kinh tế nhằm tạo ra những sản phẩm có chấtlượng tốt có tính ốn định và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Vì vậy vai trò của điều khiển động cơ điện một chiều là một trong những khâu quantrọng nhất quyết định những ưu nhược điểm của các hệ truyền động điện một chiều

Với đề tài : “ Nghiên cứu, xây dựng phương pháp điều khiển và giám sát hệ truyền độngđiện một chiều ” chúng em đã nghiên cứu điều khiển và giám sát ổn định tốc độ động cơđiện một chiều sử dụng PLC S7-1200 với nội dung chính như sau :

Chương 1 Tổng quan về hệ truyền động điện một chiều

Chương 2 Lựa chọn phương án và tính chọn thiết bị

Chương 3 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hệ truyền động điện

Chương 4 Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển

Dưới sự chỉ bảo của thầy chúng em đã hoàn thành Đồ án trong thời gian được giao Tuynhiên do kiến thức còn hạn chế đồ án còn nhiều thiếu sót Rất mong sự chỉ bảo của thầy cô

để đồ án được trọn vẹn và cũng như bổ sung kiến thức cho bản thân

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT

CHIỀU

1.1 Cấu trúc chung hệ truyền động điện một chiều

1.1.1 Cấu trúc chung

sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi nănglượng đó theo yêu cầu công nghệ

Cấu trúc chung :

Hình 1.1 Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ

BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất; R và RT: Bộ điều chỉnhtruyền động và công nghệ; K và KT: các Bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công nghệ;GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành

Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:

- Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi(BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX) Các bộ biến đổi như: bộ biếnđổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện

từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, bộđiều áp một chiều, biến tần transistor, tiristor) Động cơ có các loại như: động cơ một chiều,xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt

- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham

số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho ngườivận hành Đồng thời một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự độngkhác hoặc với máy tính điều khiển

1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện một chiều

- Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện,quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định

- Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền độngđiện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệtruyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tựđộng nhiều động cơ.

- Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển

số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiểntheo chương trình

- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tựđộng

- Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền độngđơn, truyền động nhiều động cơ, v.v

1.1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

a) Khái niệm đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ:

M = f() Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ :

+ Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình thường,không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và các thông số nguồn cũng như của động cơ

là định mức Như vậy mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên

+ Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh là đặc tính cơ nhận được sự thay đổimột trong các thông số nào đó của nguồn, của động cơ hoặc nối thêm thiết bị phụ trợ vàomạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt Mỗi động cơ có thể có nhiều đặ tính cơ nhân tạo

Hình 1.2 Độ cứng đặc tính cơ.

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ cứng ( 40)

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ mềm (  10)

b) Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Khái niệm : Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và momen củađộng cơ ω = f(M) hoặc n=f(M)

Phương trình đặc tính cơ:

Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập

Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau :

Uư = Eư + ( Rư + Rf ).IưTrong đó :

Uư : điện áp phàn ứng (V)

Eư : Suất điện động phần ứng (V)

Rư : Điện trở của mạch phần ứng (Ω))

rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức

Eư = .ω.Ф = K ωTrong đó :

p : số đôi cực từ chính

N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : số đôi mạch nhánh song song

Hình 1.4 Sơ đồ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Và bỏ qua các tổn thất cơ vâ tổn thất thép thì momen trên trục bằng momen điện từ.Cuối cùng ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập :

ω = - M

Từ phương trình đặc tính ở cơ trên, có thể thấy có 3 đại lượng có thể được thay đổi được

là Uư , Rư + Rf ,Φ

1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

Nhận xét:Từ phương trình đặc tính cơ ω = - M M , có thể thấy có 3 đại lượng có thểđược thay đổi để điều chỉnh tốc độ động cơ, ứng với một giá trị mômen tải đã cho ứng với 3phương pháp đó là :

- U : Là giá trị điện áp đặt vào phần ứng

- Rư + Rf: Là điện trở mạch phần ứng

- Φ: Là từ thông của động cơ

1.2.1 Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch phần ứng

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nếu ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const ; và từ thông  = dm = const; thay đổiđiện trở phần ứng ta sẽ được:

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

Hình 1.6 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng

Đặc điểm của phương pháp:

- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm

và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn

- Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể tăngthêm điện trở)

- Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt điện trở lớn

- Dải điều chỉnh phụ thuộc vào mômen tải Tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh càng nhỏ.Trong thực tế, khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng sẽ gây ra một tổn hao côngsuất rất lớn và không thể điều chỉnh trơn tốc độ nên phải điều chỉnh theo từng cấp điện trở

1.2.2 Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ

Giả thiết ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const ; điện trở phần R ư = const ; và thayđổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ Điều này tương ứng với việc từ thông của mạch từ sẽ

+ Do việc điều chỉnh đựơc thực hiện ở mạch kích từ, có dòng kích từ nhỏ hơn rấtnhiều so với mạch lực, nên công suất tổn hao ít Đây là ưu điểm nổi bật của động cơ điệnmột chiều ( kích từ độc lập ) so với các loại động cơ khác.

+ Phương pháp này chịu ảnh hưởng của hiện tượng từ dư và các nhiễu, làm ảnhhưởng xấu đến chất lượng của các hệ truyền động đảo chiều bằng kích từ

+ Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyểnmạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thìcần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là momen cho phép trên trục động cơgiảm rất nhanh Và do đó giá trị lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khảnăng chuyển mạch của cổ góp điện

1.2.3 Phương pháp điều chỉnh thay đổi điện áp phần ứng

Nếu giữ  = dm= const ; R ư= const và thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm ,





Hình 1.8 Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp phần ứng

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta được một họ đặc tính cơsong song với đặc tính cơ tự nhiên và có độ cứng đặc tính cơ là không đổi, trong đó đườngđặc tính cơ tự nhiên là là đặc tính cơ lúc vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từthông đạt giá trị định mức và không nối thêm điện trở, điện kháng vào động cơ)

Khi giảm điện áp phần ứng đặt vào động cơ thì dòng điện ngắn mạch sẽ giảm

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cho phép điều chỉnh dưới tốc

độ định mức (Vì không thể tăng cao hơn điện áp định mức của động cơ điện)

1.2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

Định nghĩa : Phương pháp điều chế PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp

điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độrộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra

V

Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung giữ tần số không đổi nên điều chỉnh độ rộng xung

để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động cơ

PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Điển hình nhất mà chúng ta thường haygặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanhchậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ độngcơ.

Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia và điều chế các mạchnguồn như : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha

PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển Điều đặc biệt là PWMchuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi

có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bịđiện- điện tử PWM cũng chính là nhân tố mà các đội Robocon sử dụng để điều khiển độngcơ

PWM trong điều khiển động cơ và trong các bộ biến đổi xung áp :

+ Trong động cơ : Điều mà chúng ta dễ nhận thấy rằng là PWM rất hay được sử

dụng trong động cơ để điều khiển động cơ hoạt động nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổnđịnh tốc độ cho nó Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều

+ Trong các bộ biến đổi xung áp: Trong các bộ biến đổi xung áp thì PWM đặc biệt

quan trọng trong việc điều chỉnh dòng điện và điện áp ra tải Bộ biến đổi xung áp cónhiều loại như là biến đổi xung áp nối tiếp và bộ biến đổi xung áp song song

1.3 Các phương pháp hãm động cơ

1.3.1 Hãm tái sinh

Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng Khi hãmtái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > Uư, động cơ làm việc nhưmột máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc này thì dòng hãm vàmômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ

Một số trạng thái hãm tái sinh:

+ Hãm tái sinh khi : Lúc này máy sản xuất như là nguồn động lực quay rôto động cơ,làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả về nguồn

Hình 1.11 Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ

Vì E > Uư, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngược chiều với tốc độ, trở thành mômenhãm (Mh)

+ Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (Uư2 < Uư1), lúc này Mc là dạng mômen thếnăng (Mc = Mtn) Khi giảm điện áp nguồn đột ngột, nghĩa là tốc độ không giảm đột ngộttrong khi tốc độ chưa kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độkhông tải lý tưởng Về mặt năng lượng, do động năng tích luỹ ở tốc độ cao lớn sẽ tuôn vàotrục động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả lại nguồn (hay còngọi là hãm tái sinh)

Hình 1.12 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng động cơ

+ Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng : Lúc này Mc là dạng mômen thế năng(Mc = Mtn) Khi đảo chiều điện áp phần ứng, nghĩa là đảo chiều tốc độ động cơ sẽ dần

chuyển sang đường đặc tính có -Uư, và sẽ làm việc tại điểm B Về mặt năng lượng, do thếnăng tích luỹ ở trên cao lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phátnăng lượng trả lại nguồn.

Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải, động cơ truyềnđộng thường làm việc ở chế độ động cơ (điểm A hình 1.16), và khi hạ tải thì động cơ làmviệc ở chế độ máy phát (điểm B hình 1.16)

Hình 1.13 Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng động cơ +Uư -> -Uư

1.3.2 Hãm ngược

Hãm ngược là khi moomen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay Hãm ngược

có hai trường hợp :

a) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng thì động cơ

sẽ chuyển sang điểm B,D và làm việc ổn định ở điểm E Trên đặc tính cơ có thêm Rưf lớn,

và đoạn DE là đoạn hãm ngược, động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện,lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu

Hình 1.14 Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng thêm Rưf.

Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản (MB <Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần Khi động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính

có Rưf ) nhưng mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: Mnm < Mc; Do đó mômen cản củatải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngược và tải trọng sẽ hạ xuống, đoạn DE trên hình1.17 Tại điểm E, động cơ quay theo chiều hạ tải trọng, trường hợp này sự chuyển động cử hệđược thực hiện nhờ thế năng của tải.

b) Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng

Động cơ đang làm việc điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (Vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế ) :

Động cơ sẽ chuyển sang điểm B,C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát> Đoạn

BC là đoạn hãm ngược, lúc này dòng hãm và mômen hãm của động cơ :

Hình 1.15 Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo

Hình 1.16 Sơ đồ hãm và đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập

Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen cản là phản kháng thìđộng cơ sẽ dừng hẳn ( các đoạn B10 hoặc B20 ), còn nếu mômen cản là thế năng thì dướitác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại

b) Hãm động năng tự kích từ

Động cơ đang làm việc với lưới điện ( điểm A), thực hiện cắt cả phần ứng và kích từcủa động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở Rh , do động năng tích lũy trongđộng cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát tự kích biến cơ năngthành nhiệt năng trên các điện trở.

Hình 1.17 Sơ đồ hãm và đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ

Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng tự kích từ ta thấy rằng trong quá trình hãm, tốc

độ giảm dần và dòng kích từ cũng giảm dần, do đó từ thông của động cơ cũng giảm dần và

là hàm của tốc độ Vì vậy các đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ giống như đặc tínhkhông tải của máy phát tự kích từ

So với phương pháp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả hơn khi có cùng tốc độhãm ban đầu , nhất là tốn ít năng lượng hơn

1.4 Các hệ truyền động động cơ điện một chiều

1.4.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F- Đ)

Hệ F - Đ là một trong những phương án điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điềuchỉnh điện áp phần ứng

Hệ truyền động máy phát động cơ có bộ biến đổi là máy phát điện một chiều kích từ độclập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay với tốc độkhông đổi

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động F-Đ

Đặc điểm của hệ truyền động F- Đ :

+ Tốc độ động cơ Đ có thể đựơc điều chỉnh từ 2 phía:

 Phía kích thích máy phát F

 Phía kích thích động cơ Đ+ Hệ F – Đ có đặc tính cơ điền đầy đủ trong 4 góc phần tư:

Trong đó:

- Góc phần tư thứ nhất và ba làm việc trong chế độ động cơ

- Góc phần tư thứ hai và bốn làm việc trong chế độ hãmPhương trình đặc tính cơ:

M R R

) (

Hình 1.19 Đặc tính cơ của hệ F- Đ

- Ưu điểm của hệ F- Đ :

+ Chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt

+ Dễ dàng điều khiển

+ Phạm vi điều chỉnh rộng ( D = 10 ÷1 )

+ Khả năng quá tải lớn

Do đó hệ truyền động F-Đ thường được dùng trong các máy khai thác công nghiệp mỏ

- Nhược điểm của hệ F-Đ :

+ Dùng nhiều máy phát điện quay nên hiệu suất thấp (η < 75%))

+ Gây tiếng ồn lớn

+ Máy phát điện một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốcđộ

+ Công suất lắp đặt máy phát lớn hơn công suất động cơ, diện tích lắp đặt lớn…)

Do những nhược điểm trên, nên hệ F – Đ có xu hướng thay thế bằng hệ điều áp dùng bộbiến đổi van - động lực

1.4.2 Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)

Với hệ truyền động T - Đ ta có thể thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên cực điềukhiển, nhờ đó ta có thể điều chỉnh được điện áp chỉnh lưu

- Cấu tạo hệ T - Đ bao gồm :

+ Máy biến áp ( MBA ): Chức năng biến điện áp xoay chiều về điện áp phù hợp vớiđộng cơ

+ Thysistor: Là phần từ biến đổi:

- Thysistor mở khi : VA > VK và có xung điều khiển

- Thysistor khoá khi: VA < Vk và dòng thysistor giảm về 0 + Cuộn cảm LK: Có tác dụng san bằng điện áp làm việc

+ Động cơ điện một chiều

- Nguyên lý hoạt động :

 Xét trong chế độ dòng gián đoạn:

+ Khi cuộn cảm LK có giá trị Ld không đủ lớn thì năng lượng trong cuộn cảmkhông đủ lớn để duy trì dòng điện trong cuộn, do vậy sinh ra dòng gián đoạn

+ Đặc điểm của hệ CL – Đ ở chế độ này là dòng điện không ổn định, momensinh ra không đều, động cơ có tốc độ không được ổn định

Do vậy, ta cần áp dụng các phương pháp tự động điều chỉnh đặc biệt khi sử dụng hệ CL– Đ ở chế chế độ dòng gián đoạn Thực tế người ta thường tăng Ld để tạo ra dòng liên tục

 Xét trong chế độ dòng liên tục:

+ Chỉnh lưu điều khiển có góc mở van  nhất định tính từ thời điểm chuyểnmạch tự nhiên Tác động mở từng van vào các thời điểm khác nhau cho dòng điều chỉnh lưu

id (Ta đã chọn  để có dòng id liên tục do vậy ta luôn có dòng qua động cơ)

+ Việc lựa chọn thời điểm mở van ta sẽ điều chỉnh được suất điện động chỉnh lưu

Ed và do vậy sẽ điều chỉnh được điện áp phần ứng động cơ Uư

Từ sơ đồ thay thế ta có : Id =

L R

E

U do

.

cos





Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý của hệ T – Đ

Lưu ý: Khi có hiện tượng trùng dẫn ( hai van cùng dẫn) sẽ làm ngắn mạch phía thứ cấp

máy biến áp.Vì vậy để tránh hiện tượng cháy, nổ do ngắn mạch ta phải lắp MBA có UN

dm

k t dm

do

) (

.

cos

 Khi thay đổi góc điều khiển  :

- Trong khoảng  =[0/2] thì bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu

 Nếu E > 0 , động cơ làm việc ở chế độ động cơ

 Nếu E < 0 động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược

- Trong khoảng  = [  /2  max] thì tải có tính chất thế năng Để quay ngượcđộng cơ, lúc này Ed và E đổi dấu Nên dòng điện Iu vẫn chạy theo chiều cũ, động

cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu biến

cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều trả về lưới

- Ưu nhược điểm của hệ T- Đ

+ Điều khiển góc mở van có thể điều chỉnh tốc độ nhanh

+ Công suất điều khiển nhỏ, giá thành rẻ hơn so với các hệ truyền động khác

Mục đích đề tài : Giúp sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học, tiếp cận với thiết bị thực

tế vận dụng xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát ứng dụng cho hệ truyền động điệnmột chiều

Vai trò của động cơ DC trong thực tế : Vì động cơ DC quay với tốc độ nhanh, động cơxoay vòng liên tục…) nên được sử dụng trong các thiết kế cần sử dụng 1 thiết bị quay với tốc

độ cao (rpm) như trục bánh xe ô tô, cánh quạt máy…)

Điều khiển động cơ điện một chiều (DC Motor) là một ứng dụng thuộc dạng cơ bảnnhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành (actuator) được dùng nhiềunhất trong các hệ thống tự động (ví dụ robot) Điều khiển được DC Motor là bạn đã có thể

tự xây dựng được cho mình rất nhiều hệ thống tự động

Đề tài là một bài tổng hợp nhiều vấn đề ứng dụng PLC bao gồm nhận dữ liệu từ ngườidùng, điều khiển motor, đọc encoder, hiển thị màn hình PC, cả giải thuật điều khiển PID vàmạch công suất cho Motor…) Do đó, chúng ta phải nắm được các vấn đề cơ bản như lậptrình, mạch cầu H

Có 2 phương pháp điều khiển động cơ DC là analog và digital Hệ truyền động mộtchiều không có tín hiệu analog vì vậy ta dùng phương pháp điều khiển số digital

Dùng vi xử lý hay mạch rơ le điều khiển động cơ DC thì khó khăn, phức tạp PLC là sựlựa chọn đơn giản hơn với bộ điều khiển Logic có thể lập trình được Mục đích chính củachúng ta là dùng PLC điều khiển động cơ DC nên ta dùng phương pháp số mà cụ thể làphương pháp điều rộng xung (PWM)

- Sơ đồ khối hệ thống :

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

Đây là hệ kín, cho phép điều khiển động cơ DC tối ưu :

- Yêu cầu cho điều khiển : + Hiển thị được tốc độ động cơ

+ Vẽ được đường đặc tính+ Tính toán thông số U, I, bộ PIDKhi nói đến điều khiển động cơ DC có 2 đại lương điều khiển chính là vị trí (số vòngquay) và vận tốc

Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc đượcgóc quay của motor Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của motorbao gồm tachometer (thật ra tachometer đo vận tốc quay), dùng biến trở xoay, hoặc dùngencoder Ta sẽ dùng optiacal encoder (encoder quang) thuộc nhóm phương pháp digital

2.1.2 Đo tốc độ động cơ bằng Encoder.

2.1.2.1 Tổng quan về encoder

Encoder là một thuật ngữ chỉ các bộ mã hóa vòng quay Cấu tạo cơ bản của nó gồm mộtcặp diode thu phát tín hiệu quang học từ một đĩa tròn (chuyển động tròn) hay một thướcthẳng (Chuyển động dài) có đục lỗ hay sơn tạo các điểm có khoảng cách đều

Đo tốc độ động cơ dùng encoder, tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần

số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động cơ Đây cũng là phương pháp mà người ta sử dụng để

ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm…)

Encoder là một phần tử được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động,hay đơn giản như gắn trong bánh xe hơi để báo vận tốc

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của encoder

Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thường là hồng ngoại –infrared), một cảm biến quang và một đĩa có chia rãnh Optical encoder lại được chia thành

optical encoder) Trong đa số các DC Motor, incremental optical encoder được dùng và môhình động cơ trong đồ án này cũng không ngoại lệ Khi nói encoder tức là incrementalencoder Hình 2.1 là mô hình của encoder loại này

Hình 2.2 Optical Encoder

Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index) Tronghình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phát-thu dànhriêng cho lỗ nhỏ này Đó là kênh I của encoder Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗnhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đếncảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến Như thế kênh I xuất hiện một “xung”mỗi vòng quay của motor Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này

Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khácnhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A N là số rãnh trênđĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder

Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưngcũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia

Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng Độ phân giảiảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển

Tuy nhiên trên các encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường trònvới kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder

Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90 Bằng cách phốihợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ Hãy quan sát hình 2.2.

Hình 2.3 Hai kênh A, B lệch pha nhau trong encoder

Hình2.2 thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau Khi cảm biến Abắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại.Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh

Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải Bạnhãy quan sát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ởmức thấp

Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái.Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao

Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được gócquay (thông qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức củakênh B ở cạnh xuống của kênh A)

2.1.3 Thuật toán điều khiển PID

2.1.3.1 Điều khiển PID số

Hình 2.4 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là một bộ điều khiển vòng kín được sử dụng rộng rãi trong côngnghiệp Sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh sai lệch giữa giá trị đo được của hệ thống(process variable) với giá trị đặt (setpoint) bằng cách tính toán và điều chỉnh giá trị điềukhiển ở ngõ ra

Hệ thống điều khiển có thể sử dụng P, PI, PD, hoặc PID để hiệu chỉnh sai số Nhìnchung, bộ điều khiển PID “hiệu chỉnh” hệ thống bằng cách lựa chọn những giá trị thích hợpcho ba thông số P,I,D

Trong lĩnh vực điều khiển, bộ điều khiển PID được xem như một giải pháp đa năng chocác ứng dụng điều khiển tương tự hay điều khiển số.Hầu hết các bộ điều khiển trong côngnghiệp được sử dụng là bộ điều khiển PID Nếu được thiết kế tốt, bộ điều khiển PID có khảnăng điều khiển hệ thống đáp ứng tốt các chỉ tiêu chất lượng như đáp ứng nhanh, thời gianquá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp, triệt tiêu được sai lệch tĩnh

Luật điều khiển PID được định nghĩa:

u(t) = KP ( e(t) + T11 

t

dt t e

0

) ( + TD

dt

t

de )()Trong đó u là tín hiệu điều khiển và e là sai lệch điều khiển (e = ysp - y)

Hàm truyền của bộ điều khiển PID:

GPID(s) =U E((s s)) =KP + KI

s

1 +KDs = KP( 1+

s Ti.

1 +TDs )

1 Thành phần tỉ lệ (P)

u(t) = Kpe(t)Tác động của thành phần tích phân đơn giản là tín hiệu điều khiển tỉ lệ tuyến tính với sailệch điều khiển Ban đầu, khi sai lệch lớn thì tín hiệu điều khiển lớn Sai lệch giảm dần thìtín hiệu điều khiển cũng giảm dần Khi sai lệch e(t) = 0 thì u(t) = 0 Một vấn đề là khi sailệch đổi dấu thì tín hiệu điều khiển cũng đổi dấu

Thành phần P có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản Hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì tốc

độ đáp ứng càng nhanh, do đó thành phần P có vai trò lớn trong giai đoạn đầu của quá trìnhquá độ

Tuy nhiên, khi hệ số tỉ lệ Kp càng lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng mạnhdẫn đến dao động lớn, đồng thời làm hệ nhạy cảm hơn với nhiễu đo Hơn nữa, đối với đốitượng không có đặc tính tích phân thì sử dụng bộ p vẫn tồn tại sai lệch tĩnh

2 Thành phần tích phân (I)

u(t) = KIVới thành phần tích phân, khi tồn tại một sai lệch điều khiển dương, luôn làm tăng tínhiệu điều khiển, và khi sai lệch là âm thì luôn làm giảm tín hiệu điều khiển, bất kể sai lệch

đó là nhỏ hay lớn Do đó, ở trạng thái xác lập, sai lệch bị triệt tiêu e(t) = 0 Đây cũng là ưuđiểm của thành phần tích phân

Nhược điểm của thành phần tích phân là do phải mất một khoảng thời gian để đợi e(t)

về 0 nên đặc tính tác động của bộ điều khiển sẽ chậm hơn Ngoài ra, thành phần tích phânđôi khi còn làm xấu đi đặc tính động học của hệ thống, thậm chí có thể làm mất ổn định.Người ta thường sử dụng bộ PI hoặc PID thay vì bộ I đơn thuần vừa để cải thiện tốc độđáp ứng, vừa đảm bảo yêu cầu động học của hệ thống

3 Thành phần vi phân (D)

Mục đích của thành phần vi phân là cải thiện sử ổn định của hệ kín Do động học củaquá trình, nên sẽ tồn tại một khoảng thời gian trễ làm bộ điều khiển chậm so với sự thay đồicủa sai lệch e (t) và đầu ra y(t) của quá trình Thành phần vi phân đóng vai trò dự đoán đầu

ra của quá trình và đưa ra phản ứng thích hợp dựa trên chiều huớng và tốc độ thay đổi củasai lệch e(t), làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ

Một uu điểm nữa là thành phần vi phân giúp ổn định một số quá trình mà bình thườngkhông ổn định đuợc với các bộ p hay PI

Nhuợc điểm của thành phần vi phân là rất nhạy với nhiễu đo hay của giá trị đặt do tínhđáp ứng nhanh nêu ở trên

4 Chỉnh định tham số bộ điều khiển PID

Phương pháp dựa trên đặc tính quá độ của quá trình thu được từ thực nghiệm với giá trịđặt thay đổi dạng bậc thang (Phương pháp Ziegler-Nichols 1) :

Dựa trên hai giá trị xác định được là điểm cắt với trục hoành và độ dốc a các tham sốcủa bộ điều khiển được xác định theo bảng :

Hình 2.9 Xác định tham số của đặc tính quá tính

Bảng 1 Chọn hệ số cho bộ điều khiển băng phương pháp ZN1

Phương pháp này có một số nhược điểm như sau:

+ Việc lấy đáp ứng tín hiệu bậc thang rất dễ bị ảnh hưởng của nhiễu và không ápdụng được cho quá trình dao động hoặc quá trình không ổn định

+ Đối với các quá trình có tính phi tuyến mạnh, các số liệu đặc tính nhận được phụthuộc rất nhiều vào biên độ và chiều thay đổi giá trị đặt

+ Phương pháp kẻ tiếp tuyến để xác định các số liệu  và a kém chính xác

+ Đặc tính đáp ứng của hệ kín với giá trị đặt thường hơi quá dao động (Hệ số tắtdần khoảng 0.25)

2.1.3.2 Bộ PID trong PLC S7-1200

- PLC S7-1200 cung cấp : Một bộ PID_Compact với chức năng tự điều chỉnh bằng tayhoặc tự động có thể điều khiển lập trình dễ dàng Việc sử dụng PLC sẽ làm cho thuật toánđơn giản hơn rất nhiều khi máy tính hầu như đã làm hết công việc tính toán cho bộ điềukhiển

Hình 2.10 Giao diện bộ PID trong phần mềm

- Sơ đồ khối thực hiện lệnh PID trong PLC :