vippr0_291
New Member
Download miễn phí Thực hành thí nghiệm về hệ thống điều chỉnh tự động
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: 1
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN 1
I_1. Các khái niệm cơ bản: 1
I- 2. Phân loại hệ thống điều chỉnh tự động: 4
CHƯƠNG II: 11
CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 11
II_ 1. Thiết bị điều khiển tỷ lệ P: 11
II _ 2. Thiết bị điều khiển tỷ lệ – tích phân : 12
II _ 2 - 1. Bộ điều khiển tích phân : 12
II_ 2_2. Bộ điều khiển tỷ lệ – tích phân (PI) : 15
II _2_3. Bộ điều khiển tỷ lệ - vi phân(PD) : 17
II_3. Bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân - vi phân (PID): 22
CHƯƠNG III: 26
CÁC BÀI THÍ NGHIỆM 26
III_1. Các bài thí nghiệm về điều khiển mức và lưu lượng: 26
III_1_1. Sơ đồ cấu trúc của bài thí nghiệm điều khiển mức và lưu lượng: 26
a. Sơ đồ: 26
b. Thuyết minh sơ đồ: 26
III_ 1_2. Nội dung các bài thí nghiệm: 27
III_1_2_1. Điều khiển bơm theo kiểu on/ off : 27
a. Lý thuyết: 27
b. Cách làm- sơ đồ ghép nối thiết bị: 28
c. Kết quả bài thí nghiệm: 29
III_1_2_2. Điều khiển điện tử theo kiểu on/ off 29
a . Lý thuyết: 29
b . Cách làm_ Sơ đồ ghép nối thiết bị : 30
c . Kết quả bài thí nghiệm: 31
III_1_2_3. Điều khiển on/ off khi sử dụng bộ điều khiển 38- 300: 31
a . Lí thuyết: 31
b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị : 32
c. Kết quả bài thí nghiệm: 33
III_1_2_4. Điều khiển mức theo luật tỷ lệ (P): 33
a. Lý thuyết: 33
b. Cách làm – Sơ đồ ghép nối thiết bị : 34
c. Kết quả bài thí nghiệm: 35
III_1_2_5. Điều khiển mức theo luật tỷ lệ - tích phân(PI): 35
a. Lý thuyết: 35
b. Cách làm – Sơ đồ ghép nối thiết bị: 36
c. Kết quả bài thí nghiệm: 37
III_1_2_6. Điều khiển mức theo luật tỷ lệ- tích phân- đạo hàm(PID): 37
a. Lý thuyết: 37
b. Cách làm – Sơ đồ ghép nối thiết bị: 38
c. Kết quả bài thí nghiệm: 39
III_1_2_7. Điều khiển lưu lượng theo luật tỷ lệ(P): 39
a. Lý thuyết: 39
b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: 40
c. Kết quả bài thí nghiệm: 41
III_1_2_8. Điều khiển lưu lượngtheo luật tỉ lệ- tích phân (PI) 41
a. Lý thuyết: 41
b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: 42
c. Kết quả bài thí nghiệm: 43
III_1_2_9. Điều khiển lưu lượng theo luật tỉ lệ- tích phân- đạo hàm(PID): 44
a. Lý thuyết: 44
b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: 45
c. Kết quả bài thí nghiệm: 46
III_1_2_10. Điều chỉnh Zeigler- Nichols: 46
a. Lý thuyết: 46
b.Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: 47
c. Phương pháp làm như sau: 47
d. Kết quả bài thí nghiệm: 48
III_2. Các bài thí nghiệm về điều khiển nhiệt độ: 48
III_2_1. Cấu trúc điều khiển của bài thí nghiệm điều khiển nhiệt độ: 48
a. Sơ đồ : 48
b. Thuyết minh sơ đồ : 49
III_2_2. Nội dung các bài thí nghiệm: 49
III_2_2_1. Điều khiển on/ off tự động: 49
a. Lý thuyết 49
b. Cách làm: 50
III_2_2_2. Điều khiển nhiệt độ theo luật điều khiển tỉ lệ(P): 51
a. Lý thuyết: 51
b. Các làm- sơ đồ ghép nối thiết bị: 52
c. Kết quả bài thí nghiệm: 53
III_2_2_3. Điều khiển nhiệt độ theo luật điều khiển tỉ lệ- tích phân (PI): 53
a. Lý thuyết: 53
b. Cách làm: 54
c. Kết quả bài thí nghiệm: 55
III_2_2_4. Điều khiển nhiệt độ theo luật điều khiển tỉ lệ- tích phân- đạo hàm(PID): 56
a. Lý thuyết: 56
b. Cách làm: 57
c. Kết quả bài thí nghiệm: 58
III_2_2_5. Điều khiển tỉ lệ theo luật tỉ lệ- tích phân(PI): 58
a. Lý thuyết: 58
b. Cách làm: 59
c. Kết quả bài thí nghiệm: 60
III_2_2_6. Điều khiển nhiệt độ và lưu lượng theo mạch vòng kép: 61
a. Lý thuyết: 61
b. Cách làm- sơ đồ ghép nối thiết bị: 62
c. Kết quả bài thí nhgiệm: 63
III_2_2_7. Điều khiển nhiệt độ và mức theo mạch vòng kép: 64
a. Lý thuyết: 64
b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: 65
c. Kết quả bài thí nghiệm : 67
MỤC LỤC 68
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
cải thiện đáp ứng ổn định của một hệ điều khiển như thế nào. Khi ta muốn cải thiện chức năng quá độ có thể dùng bộ điều khiển tỷ lệ- vi phân (PD). Điều khiển vi phân có ích vì nó đáp ứng được với tốc độ thay đổi của sai số e(t), nó có thể tạo ra một sự sửa chữa đáng kể trước khi biên độ của sai lệch điều khiển e(t) trở nên lớn.Ta hãy xét ý nghĩa vật lý của việc đưa đạo hàm vào quy luật điều khiển : e(t)
0 t1 t2 t
de(t)
0 t1 t2 t
Hình (2- 7) : Sai lệch điều khiển e(t) và đạo hàm của sai lệch e(t)
Giả sử rằng tín hiệu sai lệch của hệ thống là e(t) và đaọ hàm của nó là de(t)/đối tượng biến thiên theo các đường cong được trình bày trên hình (2- 7).
Để dễ hiểu ta hãy xét một hệ thống điều khiển động cơ điện. Nếu hệ thống chỉ phản ứng đối với tín hiệu sai lệch thì do dao động cư có độ nhạy cảm nhất định vad do sự chậm trễ của tín hiệu khi nó đi qua các phần tử quán tính hệ thống không tức thời tạo ra sai lệch mà phải mất một khoảng thời gian nào đó sau khi tín hiệu e(t) xuất hiện, tức là khi nó đã tăng đến một giá trị nào đó rồi. Nếu ta đặt vào động cơ chấp hành của hệ thống một điện áp không chỉ tỷ lệ với tín hiệu sai lệch e(t) mà tỷ lệ cả với đạo hàm của nó thì động cơ sẽ bắt đầu tạo ra sai số sớm hơn và nhanh hơn. Bởi vi khi tín hiệu sai lệch còn nhỏ (ở thời điểm xuất hiện tín hiệu sai lệch) thì đạo hàm của nó có một giá trị nhất định : Hình(2- 7). Ngoài ra nếu hệ thống chỉ phản ứng với tín hiệu sai lệch e(t) thì mô men quay của động cỏ sẽ giống nhau tại thời điểm t1 khi tín hiệu sai lệch tăng và tại thời điểm t2 khi tín hiệu sai lệch giảm. Lúc này ming muốn rằng : tại thời điểm t1 động cơ sẽ sinh ra một lực quay lớn hơn để chống lại một cách có hiệu quả hơn sự tăng không mong muốn của sai số, còn tại thời điểm t2 thì động cơ sinh ra một lực quay nhỏ hơn dể kịp thời phòng ngừa độ quá trình quá độ điều chỉnh tức là phong ngừa hệ thống do quán tính mà vượt qua trạng thái cân bằng.
Cũng bằng cách đưa đạo hàm vào quy luật điều chỉnh người ta có thể làm cho mô men quay của động cơ biến đổi như thế. Trong trường hợp này khi t = t1 mô men quay của động cơ tăng vì tín hiệu e(t) và .de(t)/dt ngược dấu, còn khi t = t2 thì nó sẽ giảm, có khi đổi cả chiều vì tác động e(t) và .de(t)/dt ngược dấu nhau. Kết quả là do sự biến đổi mô men quay của động cơ nên giá trị cực đại của sai số sẽ thấp xuống, độ quá trình quá độ điều chỉnh giảm đi hay có khi còn bị loại trừ nữa và quá trình quá độ của hệ thống sẽ suy giảm nhanh hơn. Ưu điểm chính hình
(2- 8) của việc đưa đạo hàm sai lệch vào quy luật điều khiển là không đem lại sự chậm trễ về pha mà là sự vượt trước về pha(sớm pha). Vì vậy hoạt động vi phân có thể xem là một dự phòng vì nó có hiệu quả gây tác động điều khiển ngay tức khắc.
u(t)
0 t
de(t)
0 t
Hình (2- 8) : Minh hoạ luật điều khiển tỷ lệ - vi phân.
Tác động vi phân có ích trong các hệ thống kiểm tra khi có tín hiệu vào đột biến hay thay đổi phụ tải. Vì tín hiệu vi phân thay đổi đối kháng trong đầu vào ra, nó làm ổn định một hệ kín ; hệ này có thể cản trở khuynh hướng dao động.
Một điều quan trọng cần chú ý là bộ điều khiển vi phân (D) không thể dùng đơn độc được vì nó không đáp ứng được sai số ở chế độ xác lập. Nó cần được sử dụng với tổ hợp các dạng điều khiển tỷ lệ hay tỷ lệ – tích phân. Hàm truyền đạt của bộ điều khiển PD có dạng :
Gr(s) = = Kp.(1 + Td.s) = Kp + Kp.T d.s = Kp + Kd.s
fn(t)
x(t) + e(t) BỘ ĐIỀU u(t) ĐỐI y(t)
_ KHIỂN PI TƯỢNG
Gr(s) =Kn(1+Td.s) G0(s)
z(t)
ĐO LƯỜNG
Hình (2- 9a)
e(t) u(t)
K u(t)
l e(t)
0 t
Hình (2-9b)
L()
201gKp
0 1/Td
1/Td
Hình (2- 9c)
Hệ thống với bộ điều khiển PD.
Đáp ứng quá độ của bộ điều khiển PD.
Đặc tính tần số biên logarit và pha lôgarit của bộ điều khiển PD.
Qua đặc tính biên- pha lôgarit hình(2- 9c) ta thấy rằng ở miền tần
số cao biên độ không suy giảm. Như vậy nhược điểm cơ bản của thành phần vi phân là cho những tín hiệu cao tần đi qua mà khồn hề suy giảm. Vì vậy nếu có nhiễu loạn biến thiên với tốc độ nhanh mà phổ của chúng phân bố trong miền cao tần nhập vào tín hiệu hữu ích đi qua thành phần vi phân nói trên thì thiết bị sẽ cho nhiễu loạn qua mà không bị suy giảm, do vậy sẽ làm tăng sai số do nhiễu loạn tác động vào hệ thống. Mổt khác ta thấy hàm tỷ lệ - vi phân ở tần số cao thì độ khuyếch đại tiến tới nên hàm này không thể thực hiện được trong thực tế. Hơn nữa tác động vi phân khuyếch đại tiếng ồn là những cái thường thấy ở tín hiệu sai số. Do đó trong thực tế người ta thường dùng một hàm vi phân thực mà hàm số truyền của bộ điều khiển tỷ lệ - vi phân thực có dạng :
Gr(s) = Kp.
L()
201gKp(1+1/Td)
201gKp
0 1/T+Td 1/T
0
Hình (2- 10)Đặc tính tần số biên và pha Logarit của bộ điều khiển PD thực
Từ đặc tính tần số biên và pha được giưới thiệu trên hình (2- 10) ta thấy rằng bộ điều khiển tỷ lệ- vi phân thực có góc pha sớm suốt một khoảng các tần số nên bộ điều khiển này gọi là loại bù sớm. Ngoài cấu trúc bộ điều khiển PD tương tự ta còn có cấu trúc của bộ điều khiển PD số.
Đối với bộ điều khiển PD số lý tưởng có phương trình sai phân được trình bày dưới dạng :
U =
Trong đó T là chu kỳ lấy mẫu.
II_3. BỘ ĐIỀU KHIỂN TỶ LỆ - TÍCH PHÂN - VI PHÂN (PID):
Mặc dù điều khiển tỷ lệ- tích phân- vi phân hay tỷ lệ- vi phân đã đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu chất lượng trong nhiều trường hợp, nhưng cũng còn những nhược điểm mà chúng ta đã phân tích ở trên. Để thoả mãn yêu cầu chất lượng điều khiển trong thực tế nguời ta sử dụng tổ hợp điều khiển tỷ lệ- tích phân- vi phân. Các bộ điều khiển có cấu trúc trên gọi là bộ điều khiển tỷ lệ- tích phân- vi phân gọi tắt là PID. Bộ điều khiển PID được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động vì nó có hàm trễ lớn; đồng thời nó mang tất cả những ưu điểm của các bộ điều khiển P, PI, PD. Hàm truyền đạt của bộ điều khiển PID có dạng:
Gr(s) = = Kp . = Kp + + Kd.s (6)
Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID đượcgiới thiệu trren hình (2- 11).
Trong hoạt động của bộ điều khiển PID, hiệu quả của tác động điều khiển tích phân là loại trừ (khử) sự truyền tín hiệu tăng theo tỷ lệ, đặc biệt sự truyền tăng theo tỷ lệ của nhiễu lớn bằng cách hiệu chỉnh liên tục hay “lặp lại ”(đặt trở lại) đầu ra bị điều khiển, vì lý do đó đôi khi người ta gọi nó là tác động lặp lại. Tốc độ mà tác dộng đó “ lặp lại” nhân đôi hay lặp lại tác động tỷ lệ một lần nữa được xác định bằng tốc độ lặp lại T1.
fn(t)
x(t) e(t) BỘ ĐIỀU u(t) ĐỐI y(t)
KHIỂN TƯỢNG
z(t)
G0(s)
ĐO LƯỜNG
Hình (2- 11a)
h(t) u(t)
Kp e(t)
l
0 t
Ti
Hình (2- 11b)
sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PID.
Đặc tính quá độ của bộ điều khiển PID.
Như đã trình bày ở mục II, tác động điều khiển vi phân có khuynh
hướng dự phòng trước các thay đổi trong...