Bài giảng Hệ thống cơ điện tử: Chương 4 - TS. Ngô Hà Quang Thịnh

Bài giảng Hệ thống cơ điện tử: Chương 4 Các bộ phận điều khiển trong hệ thống cơ điện tử cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống điều khiển mở và phản hồi; hệ điều khiển tuần tự; điều khiển dựa trên vi xử lý; điều khiển số và các cổng logic, phương pháp điều khiển tỷ lệ, các thiết bị xử lý điều khiển;...Mời các bạn cùng tham khảo!

CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN

TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GV: TS Ngô Hà Quang Thịnh Khoa: Cơ-Điện-Điện Tử

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN

Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển:

• Mục tiêu điều khiển (input)

• Các phần tử của hệ thống bao gồm bộ điều khiển và đốitượng điều khiển

• Kết quả hay tín hiệu ra (output)

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VÀ

PHẢN HỒI

Hệ điều khiển nhiệt vòng hở:

Hệ điều khiển nhiệt vòng phản hồi:

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN

Như vậy đối với một hệ thống điều khiển nhiệt độ có phản hồi:

• Đầu ra (biến đang dược kiểm soát): nhiệt độ căn phòng

• Đầu vào (giá trị chuẩn): nhiệt độ yêu cầu cho căn phòng

• Phần tử so sánh: sensor thuộc bộ ổn định nhiệt

• Tín hiệu sai lệch: chênh lệch giữa giá trị thực và giá trị yêucầu

• Phần tử điều khiển: bộ ổn định nhiệt

• Phần tử điều chỉnh: van khí

• Quá trình: sưởi căn phòng

HỆ ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ

ĐIỀU KHIỂN DỰA TRÊN VI XỬ LÝ

Bộ vi xử lí ngày nay thay thế nhanh chóng các bộ điều khiển

cơ để thực hiện các năng điều khiển:

• Đầu vào: là những tín hiệu từ những công tắc được đóng

• Chương trình: quyết định đáp ứng với đầu vào của bộ điềukhiển và cho tín hiệu đầu ra

• Đầu ra: tín hiệu điều khiển thiết bị

ĐIỀU KHIỂN SỐ & CÁC CỔNG

LOGIC

Điều khiển tương tự (analog control): là điều khiển liên tục vớitín hiệu đầu vào từ cảm biến và đầu ra tới cơ cấu kích truyềnđộng (actuator) đang được thay đổi liên tục

Điều khiển số (digital control): là điều khiển không liên tục

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

PHƯƠNG PHÁP 2 BƯỚC

Ví dụ: bộ ổn định nhiệt được sử dụng trong hệ thống sưởi trung tâm.

• Là cơ cấu đóng/ngắt theo nhiệt độ: nếu nhiệt độ trong phòng cao hơn nhiệt độ yêu cầu thì bộ phận nung sẽ ngắt Nếu nhiệt độ căn phòng rơi xuống nhiệt độ thấp hơn yêu cầu , bộ phận nung được đóng

Hành động điều khiển không liên tục nên xảy ra dao động quanh trạng thái yêu cầu

Thường sử dụng cho quá trình có sự thay đổi rất chậm, độ chính xác không cao

Giá thành rẻ, đơn giản

ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỶ LỆ

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VI PHÂN

Hàm truyền:

Phương pháp điều khiển vi phân bộ điều khiển sinh ra hànhđộng điều chỉnh tỉ lệ với tốc độ sai lệch thay đổi

( ) ( )

( )

D C

K

U s

G s

E s s

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TÍCH PHÂN

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID

Hàm truyền:

Phương pháp điều khiển này là 1 bộ điều khiển tỉ lệ điều chỉnhtheo tích phân để loại sai số dịch chuyển và điều chỉnh vi phân

để giảm thời gian trễ

Kết hợp các phương pháp điều khiển để tạo ra bộ điều khiểnkhông có sai lệch bù và các dao động

( ) ( )

HIỆN TƯỢNG TRONG ĐIỀU KHIỂN

Trễ (lag)

Sai lệch ở trạng thái ổn định (steady-state error)

ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI

ĐIỀU KHIỂN ĐẠT LỊCH TRÌNH

Điều khiển đạt lịch trình còn được gọi là điều khiển thích nghiđược lập trình trước

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐIỀU CHỈNH

Điều khiển tự điều chỉnh là cập nhật liên tục các tham số của

nó trên cơ sở giám sát các biến hệ thống đang điều chỉnh và cáctín hiệu ra từ bộ điều khiển

ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THAM

Chênh lệch giữa đầu ra của hai hệ thống này được so sánh và

sử dụng để chỉnh tham số của bộ điều khiển

CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ ĐIỀU KHIỂN

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

Máy Tính

 Dùng trong những chương trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao

 Có giao diện thân thiện

 Tốc độ xử lý cao

 Có thể lưu trữ với dụng lượng lớn

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

Vi Xử Lý

 Dùng trong những chương trình có độ phức tạp không cao

 Giao diện không thân thiện với người sử dụng

 Tốc độ tính toán không cao

 Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dụng lượng rất ít

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

PLC

 Độ phức tạp và tốc độ xử lý không cao

 Giao diện không thân thiện với người sử dụng

 Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng rất ít

 Môi trường làm việc khắc nghiệt

GIỚI THIỆU VỀ PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic

Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán

điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thểhiện thuật toán đó bằng mạch số

Tương đương một mạch số

CẤU TRÚC PLC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ

DỤNG PLC

CÁC ỨNG DỤNG PLC

ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PLC

Ưu Điểm

 Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như dùng rơ-le

 Độ linh hoạt cao khi chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển

 Chiếm vị trí không gian nhỏ

 Nhiều chức năng điều khiển

 Tốc độ cao, công suất tiêu thụ nhỏ

 Không cần quan tâm nhiều về lắp đặt

 Có khả năng mở rộng I/O để kết nối thêm các khối chức năng

 Giá thành không cao

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4

1 Phương pháp điều khiển vòng hở là gì ? Ưu nhược điểm của phương pháp này

2 Phương pháp điều khiển vòng kín là gì ? Ưu nhược điểm của phương pháp này

3 Bộ điều khiển có vai trò gì trong hệ thống cơ điện tử

4 Trình bày các thiết bị xử lý điều khiển thường gặp