Mục lục: Phần 1: Lý thuyết điều chỉnh tự động phần 2: Các thiết bị điều chỉnh tự động phần 3: Một số hệ thống điều chỉnh đối tượng nhiệt trong thực tế
Trang 1PHẦN II
CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 1 : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CHƯƠNG 2: CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH TÁC ĐỘNG TRỰC TIẾP CHƯƠNG 3: CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH TÁC ĐỘNG GIÁN TIẾP CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ TRONG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Trang 2CHƯƠNG 1 : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1- Các bộ điều chỉnh lý tưởng : là các BĐC mà chỉ có 1 qui luật
(Hàm truyền đạt, đặc tính tần số đặc tính thời gian của BĐC tỷ lệ hoàn toàn giống một khâu tỷ lệ)
X
Y
* Đặc tính tĩnh (ở chế độ xác lập) Tức là thông số giữ luôn < giá trị yêu cầu 1 lượng nào đó
TB
Y
Y
độ không đồng đều của BĐC
δ =
P K
1
là hệ số tĩnh của BĐC
* Đặc tính thời gian (Hàm quá độ)ü khi X = 1(t)
Y
X
X 2
X 1
Y 2
X
tb
Y 1
Y tb
Nhiệm vụ của hệ thống điều chỉnh là giữ ổn định một đại lượng điều chỉnh nào đó bằng cách tác động lên đối tượng thông qua cơ quan điều chỉnh Khi xuất hiện sai lệch của đại lượng điều chỉnh, BĐC sẽ tác động lên đối tượng theo hướng đưa đại lượng điều chỉnh trả về giá trị ban đầu Tác động điều chỉnh này có thể mang tính quy luật định trước Mối quan hệ toán học giữa tác động điều chỉnh ( đầu ra của BĐC) Y và độ sai lệch của đại lượng điều chỉnh (đầu vào của BĐC) X gọi là qui luật điều chỉnh Trong công nghiệp để đạt được chất lượng điều chỉnh cao đối với mỗi đại lượng điều chỉnh phải xác định cho BĐC một qui luật điều chỉnh thích hợp
Trang 31.1.2- Bộ điều chỉnh tính phân I: là BĐC thực hiện theo qui luật
dt
dY
Đây là BĐC phi tính, thực hiện quá trình đ/c phi tĩnh không có sai lệch dư Tốc độ chuyển dịch của cơ quan điều chỉnh tỷ lệ với độ sai lệch của TSĐC
X
Y
=
-P
KI
.
.
π
ω ω
ω
i I I I
e K iK i
=
−
=
−
* Đặc tính tĩnh : Bộ điều chỉnh luôn luôn giữ thông số ra đúng yêu cầu
* Khi X = const = 1 =>
dt
dY
BĐC này tác động chậm
1.1.3- Bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân PI :
Là BĐC phi tĩnh thực hiện quá trình đ/c phi tĩnh không có sai lệch dư tác động nhanh
Hai thông số điều chỉnh của bộ điều chỉnh là K p và T I (thời gian tích phân)
T
X
I
1
1(t) X
t
Jm
Re
KI - hệ số tỷ lệ và
Y
X
Y
t
α = - arctgK I
Trang 4=> Y’= -Kp ⎜⎜⎝⎛ + X⎟⎟⎠⎞
T
X
I
1
“Tốc độ chuyển dịch của cơ quan điều chỉnh tỷ lệ với tốc độ sai lệch và độ biến đổi của TSĐC”
X
Y
I
1 1
1
1 1
I
T
ω
I
P
T
K i
+
2
P I
T
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ ω
θ =
ω
I
T
arctg u
v
iarctg P I
T
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ Đặc tính tĩnh
T I
1 1
Bộ điều chỉnh PI có thể biểu diễn bằng mối liên kết song song giữa khâu tỷ lệ và khâu tích phân
T
I
1
- Bộ điều chỉnh thực hiện quá trình điều chỉnh phi tĩnh, không có sai lệch dư
- Thành phần tỷ lệ quyết định tính tác động nhanh của BĐC
- Thành phần tích phân quyết định tính phi tuyến của BĐC
- Còn thành phần vi phân dự báo xu thế thay đổi của đ/lượng đ/c tăng độ ổn định, cải thiện chất lượng điều chỉnh
Y
X
X
t
-K P
1(t)
Trang 5Hay từ trên ta có Y’ = -Kp ⎜⎜⎝⎛ '+ 1 X +T X"⎟⎟⎠⎞
T
I
P
1 1
i
1
I
T T i
ω
ω ω
D I
T T T iarctg D
I I
I
T
2
) 1 (
−
− +
− Đặc tính tĩnh
Đặc tính thời gian :
T I
1 1
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ +
dt
dX T
- Kết quả điều chỉnh luôn có sai lệch dư
của đại lượng đ/c
+
* Đặc tính tĩnh:
* Đặc tính thời gian :
Y
X
X
t
-KP
1(t)
Y
X
Trang 61.2- Các bộ điều chỉnh công nghiệp : (Bộ bộ điều chỉnh thực tế)
1.2.1- Bộ điều chỉnh tỷ lệ P:
Trong thực tế bộ điều chỉnh P được tạo ra theo sơ đồ cấu trúc như sau:
hành chuyển van điều chỉnh từ đơn vị cực tiểu đến cực đại)
* Gọi hàm truyền của bộ điều chỉnh lý tưởng là
δ
1 (1)
* Ta lập hàm truyền của bộ điều chỉnh thực tế :
1
1
1
2
1
2 1
+
= +
B C B
B C
C
K
P T K
P T K
K P T K
δ
δ δ
Ký hiệu :
2
K
B
δ
= δ và
B
C
K
T
δ
1
1
1
1
+
P
T KP
A( ω)
ω
θ ω
Jm
X
Y(t)
t
A( ω)
θ
Re
Y(t)
A( ω)
ω
ω θ
K P Re
X
K P
t Y(t)
A( ω)
π/2 ω
ω θ
Re
Y(t)
A( ω)
- K P
π
ω
ω
θ
Re
Y(t)
ω 1 = K P /T D
π/2 π
π π/2
3π/2
3π/2 π
ω = 0
ω = ∝
ω = ∝
ω = 0
ω = ω 1
K P
ω = 0
ω = ∝
K P
K P
K P
K P
K P
K P
K P
K P
∆t = 0
Y= -KPX
Y’= -K P X’
WP (P)= -KP
Y= -KI∫Xdt
Y’= -KIX
W(P)= -KI/P
I
Y=-KP(X+1/TI.∫Xdt)
Y’=-KP[X’+(1/TI).X]
W(P)=-KP(1+1/TIP)
P
I
Y=-KP(X+1/TI.∫Xdt+TD.dx/dt)
Y’=-KP[X’+(1/TI).X+ TDX’’]
W(P)=-KP(1+1/TIP+TDP)
P
I
D
Y=-KP(X+TD.dx/dt)
Y’=-KP[X’+ TDX’’]
W(P)=-KP(1+TDP)
P
D
δ B
1 Tc.P
Trang 7Ký hiệu :
1
1 +
P
So sánh với (1) thì hàm truyền của BĐC thực tế khác với hàm truyền của BĐC lý tưởng và ta có thể xem nó như được mắc thêm hàm truyền của một khâu phụ nào đấy
Vậy vấn đề là với điều kiện nào thì BĐC thực tế làm việc tốt nhất (tức là giống với BĐC lý tưởng)
Nhưng điều này không thể thực hiện được => sự sai khác giữa bộ thực tế và
1.2.2- Bộ điều chỉnh PI:
Để hình thành quy luật điều chỉnh PI thường ta thực hiện theo sơ đồ sau: 1- Sơ đồ 1 : (Tạo khâu liên hệ nghịch không bao cơ cấu chấp hành)
Khâu liên hệ nghịch là khâu có quán tính bậc 1 và có hàm truyền
1
1P+
T
B
δ Đối với bộ lý tưởng
P T
P T P
I
1 1
1
δ
+
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎠
⎞
⎜
⎝
δ
1
P
K
Tìm hàm truyền bộ điều chỉnh thực tế :
P T P T K
K
C
1 1
1
1 1 1
+
I
C B
T
T
I I
C
I
T P K P
T P T
P T K
) 1 (
) 1 (
1
1
δ + + +
K 1
δ B TiP+1
1 Tc.P
Y
X
LHN
Y
T KP = 0
t
T KP = 0,5
T KP = 0,05
T KP = 0 A
ω
T KP = 0,05
T KP = 0,5
ω
T KP = 0 θ
T KP = 0,05
T KP = 0,5
Trang 8Ta đưa về dạng : W(P) = W(P)PI W(P)KP
) 1 ](
)
1 ( [
) )(
1 ( )
(
) (
1 1
1
1
+ +
+
− +
=
P T T K P
T P T
P T P
T K P
W
P W
I B C
I I
δ
I B C
I
T K P
T T
T K
)
1 (
1 1
1
δ
δ + +
Ký hiệu S =
I
C
T K
T
S P
T
S
1 ) 1 (
1
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ +
1 ) 1 (
1
P S
ST
Đây thực chất là khâu quán tính bậc 1 mà hằng số thời gian
1 +
S
ST I
và K =
1
1 +
S
Dựng ĐTBF
Sơ đồ 2 : Sử dụng khâu liên hệ nghịch bao toàn bộ cơ cấu chấp hành và bộ điều chỉnh
Mạch liên hệ nghịch là khâu vi phân thực
=> W(P) =
1
1
1 1
+
+
P T
P T P T K
P T K
I
I B C
C
I
C
T K
T
1δ
δ B T i P
Ti P+1
K 1
1 Tc.P
Y
X
LHN
Jm
Re
S = 0
S = 0,03
S = 0,2
(ω = 10)
t
Y(t)
S = 0
S = 0,03
S = 0,2
Trang 91 T2.P+1
δB T1.P+1
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ +
1 )
1 (
1
P S
ST
Giống sơ đồ 1 => ảnh của chúng cũng vậy Khi S tăng thì bộ điều chỉnh thực
đổi thì δ không đổi
1.2.3- Bộ điều chỉnh PID : Ta phải cho đi qua 2 khâu quán tính bậc 1 mắc nối tiếp
như sau
Đối với bộ PID lý tưởng :
P
1
I
I D I
1
δ Với bộ thực tế thì theo sơ đồ trên
=> W(P) =
P T P T P T K K
C
1 ) 1 )(
1 (
1
2 1
1 1
+ +
PID
P W
P W
) (
) (
Đặt :
2 1
2
1
T T
T T
I C
T
1
1
2 2 1
2 1
) (
T T
T T T
T
I
D
+
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ + +
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ +
1 1
) 1 (
1
2 2
P S
ST P
S
T S K
Dựng ĐTBT
S = 0,2
S = 0,03
S = 0
Re
t
S = 0
S = 0,03
S = 0,2
K 1
1 Tc.P
Y
Trang 10Kết luận chung:
• Để xây dựng các quy luật điều chỉnh trong các bộ điều chỉnh công nghiệp phải sử dụng các mạch liên hệ nghịch, các mạch trên có thể bao bộ khuếch đại hoặc bao cả bộ khuếch đại lẫn có cấu chấp hành
• Tùy thuộc vào quy luật điều chỉnh được hành thành mà các mạch liên hệ nghịch có thể là khâu tỷ lệ hoặc khâu quán tính bậc 1, bậc 2
• Do xuất hiện các mạch liên hệ nghịch trên nên hàm truyền các bộ điều chỉnh thực tế khác so với hàm truyền bộ điều chỉnh lý tưởng sự sai khác này càng lớn nếu hằng số thời gian của cơ cấu chấp hành càng lớn và hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại càng nhỏ
1.3- Cấu tạo chung của các bộ điều chỉnh:
1- Phân tử đo lường : Dùng để đo sự thay đổi của TSĐC và chuyển đổi nó thành tín hiệu phù hợp để truyền tới phần tử tiếp theo phần tử này được cấu tạo gồm hai phần
2- Bộ định trị : dùng để đặt các giá trị cho trước của thông số điều chỉnh 3- Phần tử so sánh : dùng để so sánh giá trị thực tế TSĐC với giá trị cho trước của nó từ đó tìm ra độ sai lệch giữa chúng
4- Phần tử điều khiển : dùng tính toán giá trị của tác động điều chỉnh dựa trên độ sai lệch giữa giá trị thực tế và giá trị đặt trước của thông số điều chỉnh 5- Phần tử chấp hành: dùng để chuyển đổi tín hiệu từ phân tử điều khiển thành sự chuyển dịch của cơ quan điều chỉnh dựa trên cơ sở sự dụng năng lượng phụ từ bên ngoài
5
4
3
1
2
(6)
