ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN ĐO VÀ CẮT THEO CHIỀU DÀI DÙNG VI XỬ LÝ, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN ĐO VÀ CẮT THEO CHIỀU DÀI DÙNG VI XỬ LÝ, DÙNG VI XỬ LÝ DÙNG VI XỬ LÝ

Chương 1: Thuyết minh  Thiết kế và vận hành  mô hình
                 máy đo và cắt chiều dài.                1
I.    Giới thiệu chung                            1
II.    Nguyên lí làm việc                            2
III.    Các Lưu đồ điều khiển hệ thống                    8

Chương 2: Thiết kế phần cứng                    13
1.    Mạch Vi Xử Lí                            13
2.    Khối tạo địa chỉ                            15
3.    Khối giao tiếp Vi xử lý và RAM(62256)            18
4.    Khối đếm xung                                19
5.    Khối hiển thị                                20
6.    Khối bàn phím                                21
7.    Khối Mạch động lực                            22
8.    Mạch đóng ngắt dao                            23

Chương 3: Điều Chỉnh Vị Trí Động Cơ DC                25
I.    Khái niệm                                    25
II.    Điều khiển vị trí dùng các vòng phản hồi                25
III.    Thuật toán điều khiển PID                        26
IV.    Điều khiển vị trí dùng logic mờ                    39

Chương 4:
A.    Động Cơ DC                                41
I.    Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ
 độc lập hoặc kích từ kích thích song song            41
II.         Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp            49
III.    Các phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ điện một chiều                         51
B.     Bộ giải mã vị trí                            54
I.    Encoder số                                54

Chương 5:    Phụ lục                            59
A.         Giới Thiệu Vi Xử Lý AT89C52                    59
B.     Giới Thiệu Các IC Sử Dụng Trong Đề Tài            74
C.    Chương trình điều khiển                        80

Chương1:

   Thuyết minh 

Thiết kế và vận hành  mô hình

     máy đo và cắt chiều dài.

I.Giới thiệu chung:

1. .Sơ đồ nguyên lý mô hình máy  đo và cắt chiều dài:

1.2. Bộ điều khiển mô hình máy cắt dùng để điều khiển 1 động cơ điện 1 chiều cùng với con lăn kéo chiều dài đối tượng cần cắt được cuộn trong Robbin , động cơ chạy với tốc độ tùy thuộc chiều dài, thời gian cài đặt.  Điều khiển 1  dao cắt để cắt đối tượng khi  động cơ đã kéo đúng chiều dài.  Trong quá trình mô hình vận hành tín hiệu phản hồi được lấy về từ Encoder  đưa vào bộ điều khiển  xử lý, xuất tín hiệu điều khiển động  cơ  và dao cắt.

1.3. Bộ điều khiển sử dụng điện áp +5V lấy từ điện áp 220v(50Hz) qua bộ chỉnh lưu áp .

1.4. Động cơ điện 1 chiều để kéo đối tượng sử dụng áp+ 24V, kích tư + 24V, vì động cơ củ nên thông số  không đầy đủ. Một dao cắt được làm từ Role sử dụng áp +110V.

1.5.Ngoài ra trong mô hình còn sử dụng hệ thống hãm bằng cơ khí gắn liền với Robbin.

II.Nguyên lí làm việc:

1.1 Nguyên lí làm việc của thiết bị điều khiển mô hình máy cắt mô tả trong hình dưới đây:         

.................................................................................

Hình 2: Sơ  đồ nguyên lý bộ điều khiển  máy đo và cắt.

Trong đó:

Udk1: Điện áp điều khiển mạch động lực động cơ, có dạng áp xung với chu kì T cố định, T1 thay đổi tùy NFP

Udk2  : Điện áp điều khiển Relay đóng ngắt dao.

NFP    : Sốxung phản hồi về từ Encoder.

NSP    : Số xung đặt tương ứng với chiều dài cần cắt.

Umax : Điện áp cung cấp cho mạch động lực điều khiển động cơ.

Vi trí đặt : Chiều dài, thời gian cần đo và cắt đối tượng.

Khối hiển thị, bàn phím: khối hiển thị hiển thị chiều dài, số lần cắt. Khối bàn phím nhập chiều dài, thời gian thực hiện 1 lần cắt.

Khối điều khiển: Nhận tín hiệu từ Bàn phím, số xung NFP phản hồi từ  Encoder. Đồng thời xuất tín hiệu điều khiển Led 7 đoạn, tín hiệu Udk1, Udk2 điều khiển động cơ, dao cắt.

1.2.Điều khiển động cơ: Nguyên lí điều khiển theo sai lệch của bộ điều khiển được thực hiện trong  khối điều khiển. Các tín hiệu được tổng hợp bằng phương trình sau:

 trong đó:

Kp: hệ số khuyếch đại tỉ lệ theo phương pháp điều khiển vòng kín PID mà trong trường hợp này ta chỉ sử dụng khâu P. Hệ số KP phụ thuộc vào đặc tính động cơ.

EN : Sai số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi.

EN  =  NSP – NFP.               (2)

DUTY_CYCLE : Ta gọi là chu kì nhiệm vụ. Nó được định nghĩa như sau:

                   (3)

Tín hiệu điều khiển Udk1 được tạo ra nhờ bộ điều khiển số. Nó có dạng xung với tần số  T cố định. Biên độ thay đổi  giữa 2 mức  0V, 5V. Khi DUTY_CYCLE thay đổi thì áp ra mạch động lực Udc cung cấp cho động  cơ thay đổi khi đó tốc độ động cơ thay đổi theo.

Dựa vào biểu thức (1), Kp không đổi , DUTY_CYCLE  thay đổi theo EN  :

EN = 0, DUTY_CYCLE   =  0 , Udc =0   , động cơ dừng.

EN=NSP, DUTY_CYCLE = 100 , Udc= Umax , động cơ hoạt động  ở chế độ định mức.

Ta có:                                             (4)

1.3. Điều khiển dao cắt: Dao cắt đóng ngắt theo Udk2.

Udk2 là tín hiệu số giống  như  Udk1 , khi DUTY_CYCLE = 0, Udk2 =0, Relay hở, dao cắt đóng xuống. Khi DUTY_CYCLE  > 0, Relay đóng dao được kéo lên.

1.4. Đặc tuyến điều khiển động cơ có dạng sau:

Điều khiển đo chiều dài thực chất là điều khiển vị trí. Điều khiển cho động cơ  quay tới góc quay xác định mà không có vọt lố do tính chất của máy.

Đặc tuyến cần điều khiển có dạng sau:

...............................................................................

Có rất nhiều phương pháp điều khiển để đạt được đặc tính mong muốn như hình 3, đạt độ chính xác cao mà giá thành lại rẻ, như phương pháp PID tương tự, số, điều khiển mờ v.v. Phương pháp PID bằng thực nghiệm của Zeigler và Nichols , đòi hỏi cần có các thiết bị đo chính xác và các điều kiện nghiêm ngặt đưa hệ thống vào chế độ dao động lúc đó chúng ta mới xác định các thông số của bộ điều khiển, nếu ta biết đối tượng ta là gì thì rất dễ dàng điều khiển. Phương pháp điều khiển mờ ta không cần xác định đối tượng của ta như thế nào, ta chỉ cần dựa vào kinh nghiệm điều khiển đối tượng, ta thành lập bộ luật điều khiển và tùy thuộc vào tình huống mà hệ thống đưa ra 1 luật trong bộ luật điều khiển đối tượng. Bộ điều khiển càng chính xác nếu người điều khiển có nhiều kinh nghiệm. Các phương pháp này được trình bày chi tiết hơn ở chương sau. Do hạn chế về thời gian, thiết bị đo, kinh nghiệm với luận văn này chỉ sử dụng phương pháp điều khiển P số.

Phương pháp P số ta phải xác định KP trong biểu thức (1) . Khi KP đã xác định ta có giá trị DUTY_CYCLE thay đổi theo EN.

Điều cần quan tâm lúc này là làm thế nào để xác định KP.

Ta có:

         0 £    DUTY_CYCLE   £  .    

  Mà ta có 0 £    DUTY_CYCLE   £  100  mới có nghĩa với tín hiệu điều khiển Udk1 do đó:

£ 1  hay KP £.

KP £           (4)

Dựa vào (4) ta có nhận xét sau:

NSP càng lớn nếu KP càng nhỏ. Nếu vị trí đặt càng nhỏ mà NSP càng lớn thì sai số càng nhỏ. Do dó thông thường hệ số KP rất nhỏ. Để tiến hành điều khiển ta chọn  1 vài hệ số KP tùy chọn nào đó đưa vào bộ điều khiển cho mạch hoạt động quan sát ngõ ra nếu có sai số thì ta tiến hành thay đổi hệ số KP sao cho đạt kết quả với sai số cho phép. Ta có đặc tuyến DUTY_CYCLE   có dạng sau:

..................................................................

Với các số liệu trên thì quá trình điều khiển diễn ra như sau.

Trong thời gian 2,5s đầu tiên động cơ chạy với tốc độ tương ứng áp đặt vào 24V. 2,5s còn lại tốc độ động  cơ sẽ giảm cho đến khi dừng hẳn thì lúc này thời gian cũng vừa đủ 5s.

Như  đã trình bày sử dụng phương pháp điều khiển số khâu P

Lưu đồ giải thuật khâu hiệu chỉnh P:(trình bày phần sau).

Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ máy cho vi xử lý 8952.

Điện áp Udk1 được lấy từ PC0 của 8255 kết nối với Vi xử lý. Điện áp này được đưa đến mạch động lực điều khiển  điện áp cung cấp cho động cơ. Udk1 có dạng hình 2, được tạo ra bằng phần mềm có lưu đồ giải thuật (trình bày phần sau).

NFP số xung phản hồi về  qua mạch đếm xung  số xung chứa tối đa trong 2 byte, ngõ ra mạch đếm xung đưa vào PortA(byte thấp) và PortB(Byte cao) 8255. Sau đó đưa vào vi xử lí thông qua mạch chốt.

Lưu đồ giải thuật đọc xung phản hồi( trình bày phần sau).

Dữ liệu cần đặt được lấy vào thông qua các phím nhấn. Lưu đồ giải thuật đọc 1 phím nhập dữ liệu vào (trình bày phần sau):

Sau khi đã có các dữ liệu vào ta tiến hành tính toán đưa ra DYTU_CYCLE, tạo áp Udk1, đồng thời ta cũng cho hiển thị chiều dài, số lượng cần cắt trong quá trình hoạt động. Chương trình thực hiện nhiều  công việc cùng lúc ,vừa phải đếm xung phản hồi, vừa tạo áp Udk1 liên tục, vừa phải hiển thị Led, đồng thời phải thường xuyên phải kiểm tra phím nhấn. Lưu đồ giải thuật toàn bộ chương trình :

III.Các lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống:

Dựa vào các lưu đồ này ta tiến hành thiết kế mạch cứng và viết chương trình điều khiển.

....................................

Chương 2.

Thiết kế phần cứng.

Khối điều khiển bao gồm mạch giao tiếp giữaVi Xử Lí với RAM (62256), mạch giao tiếp máy tính qua IC 75176, mạch mở rộng Port qua IC 8255. Quá trình giải mã địa chỉ tránh xung đột khi giao tiếp với các khối trên nhờ IC chốt 74573 và IC 74138.

1. Mạch vi xử lí:
   • P0 được nối với JP6 ,chức năng I/O.
   • Chân 9 nối mạch Reset. Khi chân Reset được nhấn Mạch vi xử lí trở về trạng thái như lúc mới cấp nguồn.                             
   • Chân 31 nối JP1 có 2 chế độ:
   • Khi JP2 nối cho Vi xử lí chạy chương trình trong ROM ngoài.
   • .........................
   •  
   • Khi JP2 không nối cho vi xử lí chạy chương trình trong ROM nội.
   • Chân 12 ->15 nối đến JP11. Khi cần sử dụng ngắt ta nối đến các chân nối này.
   • Chân 18, 19 : Nối mạch dao động:
   • Mạch gồm 2 tụ điện C1, C2 30 pF và thạch anh 11.059 MHz, tạo cho Vi Xử  Lí có tần số hoạt động 12MHz, khi 2 tụ điện thay đổi thì tần số dao động vi xử lí thay đổi theo.
   • Chân 10,11: Giao tiếp nối tiếp. Mức áp 1 vào ra là 5V, mức áp  vào ra là 0V.

....................................................

Sơ đồ kết nối mạch vi xử lí

• Chân 10 nối với chân 4  IC 75176, có chức năng thu.
• Chân 11 nối với chân 1  IC 75176, có chức năng phát.
• Ngỏ ra IC 75176 mức áp vi sai (0  - 200mV).
• Các chân /RD(16) nối đến chân /OE(22) của RAM và chân /RD(6) của 8255 có tác dụng đọc Data về từ ngoại vi, /WR(17) nối chân /WE của RAM và nối tới chân /WR(36) của 8255 trong quá trình  xuất Data thì các chân này tích cực, cả hai chân đều tích cực mức thấp.
• P0 : Trong chu kì truyền, truyền Data và địa chỉ, ngỏ ra  mắc điện trở kéo lên. Từ P0.0 ->P0.7  nối đến 8 đầu điện trở 10K đầu kia nối lên nguồn, sau đó nối đến JP12 khi cần sử dụng cho mục đích khác, nối đến ngỏ vào (chân 2->9) IC 74573, nối đến  ngỏ vào địa chỉ RAM.
• P2 :3 chân (P2.5,P2.6,P2.7) nối đến ngỏ vào tương ứng A,B,C(1,2,3) IC 74138. Các chân P2.0-> P2.6 nối ngỏ vào địa chỉ RAM.
• Chân ALE nối chân LE IC74573, khi ALE tích cực địa chỉ được truyền qua. Khi ALE mức thấp, địa chỉ ngỏ ra giử nguyên cho đến khi ALE tích cực lại.

Xác lập địa chỉ cho mỗi khối trên :

2. Khối tạo địa chỉ: gồm IC 74573, IC 74138, IC7400:

Hình vẽ minh họa quá trình truy xuất data qua IC chốt:

.....................................................

• Gồm 6 LED 7 đoạn, IC 74247 giải mã từ số BCD sang mã LED 7 đoạn.
• 1 IC giải mã địa chỉ 74138. Các Transistor(Tr)  C828  kéo LED. Mạch được thiết kế theo phương pháp quét không chốt, quét vòng 6 led ,chu kì  quét 1 LED không lớn hơn 20mS, đảm bảo cho LED không có hiện tượng nháy.
• Các tín hiệu thực hiện  việc quét LED chứa trong BUS truyền 8 bit hay chứa trong 1 thanh ghi. Với 4 bit thấp chứa Data cần xuất, 4 bit  này phải là số BCD, 3 bit cao chứa thông tin về vị trí LED cần quét. Toàn bộ nội dung trong thanh ghi này là Data và vị trí  1 LED  tại 1 thời điểm xác định.
• Data được đưa đến JP1 ,4 bit thấp  được đưa đến ngỏ vào có tên 1, 2, 4, 8 IC 74247 ngỏ ra IC này gồm 8 Bit  tương ứng mã LED 7 đoạn, sau đó  8 ngỏ ra có tên  này được  đến tương ứng với tên mỗi LED. 3 bit cao kế tiếp đưa đến chân ABC IC 74138 theo thứ tự bit. Tại 1 thời điểm thì trong tất cả. Ngỏ ra chỉ có 1 ngỏ ra mức 0, do đó ta đã có thể cung cấp Data cho 1 Led nào đó mà không sợ phải có sự cùng Data cho nhiều led ,Vì dòng ngỏ ra IC74138 không đủ cho việc kéo Led, nên Ta phải dùng thêm các Transistor (Tr) để  kéo Led. Vì phải kéo 6 led nên ta cần đến 6 transistor. Sáu ngỏ ra 6 Tr này nối đến chân nguồn dương của LED 7 đoạn Anot Chung.
• Chú ý: Trong  quá trình lắp mạch vào ta phải xác định đúng chân của các Transitor (ECB) tránh trường hợp mắc nhầm chân dẫn đến mạch không chạy mặc dù ta thiết kế đúng. Tùy từng loại IC mà thứ tự chân khác nhau. Trên thị trường có một số loại Tr  thông dụng mà ta cần phải nắm rỏ tránh việc đáng tiếc xảy ra. Ở đây trình bày một vài Tr thông dụng .
• .......................................................

• Gồm sáu phím, 1 đầu phím nối Mass, 1 đầu phím nối nguồn, chọn 1 điểm tùy ý để lấy Data sao cho khi phím nhấn thì điểm này xuống Mức 0. Sáu điểm cần chọn nối vào JP2 .

8) Khối Mạch động lực :

• Khối này gồm các Tr  nối Darlington mục đích tăng dòng ngỏ ra, có các Optron cách li các cấp điện áp. Ap sử dụng gồm áp 5V, 24V, mạch được nối sao cho cặp Darlington  tầng cuối thay phiên đóng ngắt , ngỏ ra cuối này  có điện áp thay đổi tùy vào sai lệch thời gian  dẫn  mỗi Tr trong 1 chu kì T cố định.

• Điện áp đưa vào PC0, giả sử tại 1 thời điểm PC0 mức 1, lúc đó Q1 dẫn, Q2 ngắt vì điện áp mức 0 do phải qua cổng đảo. Q1 dẫn , Optron 1 dẫn, cặp Darlington phía  trên dẩn,  kéo ngỏ ra lên áp 24V. Giả sử tại 1 thời điểm PC0  mức 0, lúc đó Q2 dẫn do phải qua cổng đảo, Q1 ngắt vì điện áp mức 0. Q2 dẫn, Optron 2 dẫn, cặp Darlington dưới dẩn, kéo ngỏ ra xuống 0V.
• Quá trình cứ tiếp diễn như vậy trong 1 chu kì, ta có áp ra là áp biến đổi. Mà đối  tượng  sử dụng áp này là động cơ 1 chiều, do đó cần phải xác định chu kì đóng ngắt thích hợp, sao cho động cơ nhìn điện áp này là điện áp 1 chiều với các điều kiện cho phép.

....................................................................

Chương 3:

             ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC

1. Khái niệm :

Hệ  thống truyền động điều khiển vị trí thuộc loại hệ thống được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như trong cơ cấu truyền động cho tay máy, người máy, cơ cấu ăn dao cắt gọt kim loại, quay anten, kính viễn vọng ,……… Tùy thuộc vào cơ cấu mà công suất truyền động nằm trong dải rộng từ hàng chục W đến hàng trăm KW.

Trong hệ điều khiển vị trí 1 đại lượng điều khiển (lượng đặt j_w ) có ý nghĩa quan trọng quyết định cấu trúc điều khiển hệ thống thường lượng điều khiển j_w là một hàm của thời gian, có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyền tính hoặc hàm tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm Parabol và hàm điều hoà. Tuỳ thụoc vào lượng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vị trí cho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điều khiển vị trí theo chế độ bám .

Trong hệ thống điều khiển vị trí chuyển dịch trong các chỉ tiêu chất lượng chung người ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ. Điều này có liên quan đến giãn đồ tối ưu về tốc độ w(t), gia tốc a(t) và vị trí j(t). Để xây dựng hệ điêu khiển người ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh truyền động điện trên nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động.

2. Điều khiển vị trí dùng các vòng phản hồi :

Nếu theo phương pháp này thì việc điều khiển vị trí sử dụng ba vòng phản hồi : vùng vị trí ở vòng ngoài cùng tạo tín hiệu đặt cho vòng tốc độ, ngỏ ra vòng tốc độ lại là tín  hiệu đặt cho vòng dòng điện.

Tín hiệu vị trí được xác định từ bộ giải mã vị trí là tín hiệu hồi tiếp cho vòng vị trí được khuếch đại rồi trở thành  giá trị đặt cho vòng tốc độ.

Tín hiệu sai lệch tốc độ được điều khuếch đại bởi bộ khuếch đại có giới hạn (II) rồi trở thành giá trị đặt cho vòng dòng điện.

Sai lệch dòng điện (dưới dạng điện áp đặt ) được khuếch đại bởi bộ khuếch đại (III) rồi đưa vào điều khiển bộ biến đổi tạo điện áp phần ứng thích hợp. Việc đưa thêm vòng dòng điện vào có tác dụng tránh sự tăng giảm dòng điện quá áp khi khởi động và khi sai lệch vận tốn lớn.

...................................................................................

Một trong những ứng dụng của bộ điều khiển PID trong điều khiển thích nghi và điều khiển mờ là thường xuyên phải chỉnh lại các tham số của nó cho phù hợp với sự thay đổi không biết trước của đối tượng cũng như của môi trường nhằm đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng đã đề ra cho hệ thống. Nếu như ta đã tự động hóa được công việc thay đổi tham số này thì bộ điều khiển PID đó sẽ là một bộ điều khiển bền vững với mọi tác động của nhiễu nội cũng như nhiễu ngoại lên hệ thống .

Cũng chính vì vậy mà các thiết bị điều khiển quá trình như DSC Disbute Control system, PLC Programable Logic Control, PSC Process Control System của các hãng sản xuất thiết bị tự động trên thế giới không thể thiếu được module điều khiển PID hoặc cứng hoặc mềm.

Để sử dụng tốt các module này, người thiết kế phải nắm được các phương pháp chọn luật điều khiển và các tham số cho bộ điều khiển.

Bộ điều khiển PID vi tích phân tỷ lệ rất hay dùng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp vì nó có ưu điểm sau : PID là sự kết hợp những ưu điểm của 3 khâu P, PI , PD  trước hết ta cần tìm hiểu chức năng của từng khâu :

1. Điều khiển PID liên tục :

Điều khiển PID là cấu trúc điều khiển thông dụng nhất trong các quy trình điều khiển . đầu ra của điều khiển là tổng hợp của ba thành phần:

• Thành phần thứ nhất u_p(t) là tỷ lệ giữa sai số đầu ra của hệ thống thực với giá trị tham chiếu (giá trị đặt).
• Thành phần thứ hai u_I(t) là tích phân theo thời gian của sai số .
• Thành phần thứ ba u_D(t) là đạo hàm của sai số .

Hàm điều khiển :

Thông số K là độ lợi của điều khiển, T_I là tích phân thời gian và t là biến tích phân. Giá trị u₀ là giá trị xác định trung bình biên độ tín hiệu xác thực .

Một vài quy trình điều khiển đặt biệt là quy trình cũ có khoảng tỷ lệ đặt thay vì độ lợi điều khiển. Khoảng tỷ lệ được xác định là PB=100/K . định nghĩa chỉ áp dụng khi K là không thứ nguyên.

 Công thức của hàm điều khiển không chỉ giới hạn thực tế ở đầu ra. Điều khiển sẽ đạt trạng thái bão hoà khi ngõ ra đạt giới hạn vật lý u_max hoặc u_min  . Trong thực tế ngõ ra của tỷ điều khiển tỷ lệ như sau :

...............................................

1. Dạng rời rạc của bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển trong hệ thống số cần được rời rạc ở một vài mức. Bộ điều khiển liên tục sẽ được rời rạc ở dạng số thích hợp . Trong  việc thiết kế  bộ điều khiển liên tục, thì chính nó cũng được rời rạc. Cho hệ số lấy mẫu ngắn bên trong thời gian vi phân có thể được xấp xỉ bởi một sai phân có giới hạn và tích phân qua việc lấy tổng. Chúng ta sẽ  quan tâm mỗi dạng ở một thời điểm, sai số được tính toán ở mỗi khoảng lấy mẫu.

                     e(kh) = u(kh) – y(kh)

Chu kỳ lấy mẫu h được xem như một hằng số và những sự biến đổi tín hiệu trong suốt thời gian lấy mẫu thì không quan tâm.

2. Sự hiệu chỉnh thực tế của bộ điều khiển :

Một chu kỳ lấu mẫu quá dài có thể ảnh hưởng đến việc điều khiển hồi tiếp như bị nhiễu. Một trường hợp đặt biệt là nếu chu kỳ lấu mẫu lâu hơn thời gian đáp ứng của quá trình thì nhiễu có thể ảnh hưởng đến quá trình xử lý và sẽ mất trước khi bộ điều khiển có thể nhận được một hoạt động chính xác . vì vậy một điều rất quan trọng là quan tâm đến động học và đặc tính nhiễu cũng ảnh hưởng đến sự lựa chọn chu kỳ lấy mẫu .

Trong việc xử lý tín hiệu mục đích là lấy mẫu tín hiệu và phục hồi nó từ dạng thời gian rời rạc. Lý thuyết lấy mẫu không xem thời gian tính toán là mối quan tâm để làm cấu trúc lại thời gian, tín hiệu được lấy mẫu có thể mất thời gian khá lâu. Nói thêm nữa là ta giả sử tín hiệu được chu kỳ hoá. Trong những ứng dụng điều khiển các tín hiệu thường không theo chu kỳ và thời gian tính toán cho việc cấu trúc trúc lại tín hiệu bị giới hạn .

3. Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID:

 Khâu hiệu chỉnh tích phân tỷ lệ (P)

Được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai số xác lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây vọt lố cao do đó vị trí sẽ không đúng theo yêu cầu .

Đây là bộ điều khiển mà biến đặt tỷ lệ với độ sai lệch từ điểm đặt bên trong dãy tỷ lệ cho phạm vi vị trí đặt.

...............................................................

Khâu tích phân I:

Điều khiển hoạt động I:  Độ lệch tăng bởi sự tương quan giữa vị trí đặt của hệ điều khiển và vị trí hiện tại và giữ sau khi hệ thống điều khiển đạt trạng thái bền. Sự lệch này gọi là sai số. Nếu như sai số xảy ra trong bộ điều khiển mà chỉ thực hiện điều khiển tỷ lệ thì nó thiếu chính xác. Giảm và loại sai số để vị trí điều khiển hợp với điểm đặt.

Thời gian Reset :

Thời gian reset là số diễn tả quá trình hoạt động reset. Đây là thời gian đòi hỏi biến bộ điều khiển tích phân bằng với biến đặt bộ điều khiển tỷ lệ khi độ lệch lấy thay đổi từng bước. Do đó thời gian reset ngắn, ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động Reset. Tuy nhiên thời gian reset quá ngắn mà thực hiện quá nhanh có thể gây ra hunting

Khâu tích phân tỷ lệ (PI) :

Khâu tích phân tỷ lệ trở thành vô sai. Muốn tăng chính xác của hệ thống ta phaỉo tăng hệ số khuếch đại. Song đối với hệ thống thực sẽ bị hạn chế và sự có mặt của khâu PI là bắt buộc .

Khâu PID :

            Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều dưới dạng thiết kế điều khiển hay thuật toán phần mềm.

.........................................................

5.1 Xác định các tham số cho bộ điều khiển PID :

Luật điều khiển thường đươc chọn trên cơ sở đã xác định được mô hình toán học của đối tượng phải phù hợp với đối tượng cũng như thõa mãn các yêu cầu của bài toán thiết kế.

Trong trường hợp mô hình toán học của dối tượng không xác định được có thể luật điều khiển va các tham số của bộ điều khiển theo phương pháp thục nghiệm, hệ thống phải đảm bảo thoã mãn một số điều kiện.

5.1.1 Phương pháp Reinisch

Phương pháp thiết kế thuật điều khiển của Reinisch dựa trên cơ sở mô hình toán học của đối tượng đã xác định một  cách tường minh. Mô hình động học của đối tượng được đưa về 2 dạng cơ bản sau:

1. Dạng khâu nguyên hàm với mô hình đặc trưng :
2. .........

.......................................................................................

Phương pháp thực nghiệm:

Trong trường hợp không thể xây dựng phương pháp mô hình cho đối tượng thì phương pháp thiết kế thích hợp là phương pháp thực nghiệm. Thực nghiệm chỉ có thể tiến hành nếu hệ thống đảm bảo điều kiện: khi đưa trạng thái làm việc của hệ đến biên giới ổn định thì mọi giá trị của tín hiệu trong hệ thống điều phải nằm trong giới hạn cho phép.

Phương pháp Zeigler và Nichols

Trước khi tiến hành thực nghiệm, hệ thống phải được lắp đặt theo sơ đồ ở hình 6.1, bao gồm đối tượng và bộ điều khiển theo luật PID. Sau khi lắp đặt xong, thực nghiệm được tiến hành theo các bước sau :

1. Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn định

_ Điều khiển đối tượng theo luật P, tức là cho T_D à 0 và T₁ à ¥.

_ Tăng hệ số khuếch đại k_p của luật điều khiển P cho đến khi hệ thống ở biên giới ổn định. Xác định hệ số k_pth và chu kỳ dao động tới hạn T_th.

..............................................................

CHƯƠNG 4:

A.                    ĐỘNG CƠ DC

         Tuỳ theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những đặt tính làm việc và đặt tính động cơ khác nhau. Trong các đặt tính đó thì đặt tính quan trọng nhất là đặt tính cơ. Đó là đặt tính biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và moment w=f(M).

1. Đặt tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập hoặc kích từ kích thích song song:
   1. Phương trình đặt tính cơ

Mạch kích từ thường được  mắc song song với mạch phần ứng nguồn điện một chiều có công suất lớn. Động cơ được gọi là động cơ kích từ song song:..........................................................

..............................................................

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì w_0x tăng, còn b sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với w_0x  tăng và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

Dòng điện ngắn mạch :     

Moment ngắn mạch :                    M_nm  = KFI_nm = Var

Các  đặt tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biệu diễn trên hình trên.

Với mạng moment phụ tải M_c thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.

1. Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp :

Động cơ DC kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng. Do đó cuộn dây kích từ có tiết kiệm lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít và chế tạo dễ dàng. Sơ đồ nguyên lý động cơ kích từ nối tiếp được mô tả như sau: