Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................IMỤC LỤC ..........................................................................................................................IIDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG, BIỂU TRONG LUẬN VĂN.......................... VIMỞ ĐẦU..............................................................................................................................1CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN..................................31.1. Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nông sản (Ngô). ............................31.1.1. Giới thiệu. ................................................................................................................31.1.2. Tổng quan hệ lò sấy ngô..........................................................................................51.1.3. Sơ đồ thu ngô và tách ngô, sấy ngô. ........................................................................71.1.4. Các giai đoạn trong quá trình thu ngô và tách ngô, sấy ngô và các thông số khi sấy. ....71.1.4.1. Giai đoạn thu ngô và tách ngô. .............................................................................71.1.4.2. Giai đoạn chuyển ngô hạt lên các khoang chứa..........................................71.1.4.3. Giai đoạn sấy ngô. ................................................................................................81.1.4.4. Giai đoạn xử lý mạt ngô khi sấy...........................................................................81.2. Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy ngô....................................81.2.1. Giới thiệu sản phẩm.................................................................................................81.2.2. Mô hình các cơ cấu truyền động hệ thống...............................................................91.2.3. Gầu tải Động cơ gầu tải để kéo ngô lên khoang chứa và lò sấy...........................111.2.4. Mô hình các cơ cấu lò sấy, lò đốt và các van đóng mở ngô..................................11CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CỦA LÒ SẤY NÔNG SẢN...............132.1. Giới thiệu chung về lò điện trở....................................................................................132.1.1. Đặc điểm................................................................................................................132.1.2. Nguyên lý làm việc................................................................................................132.1.3. Phân loại lò điện trở...............................................................................................132.1.4. Cấu tạo lò điện trở. ................................................................................................142.1.5. Các phương pháp xây dựng mô hình toán học. .....................................................162.1.6. Các phương pháp nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ và phổ tín hiệu. ...............162.1.7. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc nhất có trễ. ...........172.1.8. Một số phương pháp thông dụng...........................................................................17ivSố hóa bởi Trung tâm Học liệu http:www.lrctnu.edu.vn2.1.9. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình quán tính bậc hai có trễ. .............182.1.10. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình dao động bậc 2..........................192.1.11. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình có khâu tích phân......................202.2. Các phương pháp xây dựng mô hình toán học. ........................................................202.2.1. Tìm hiểu và sử dụng Identification Toolbox của Matlab để nhận dạng mô hìnhđối tượng. ...............................................................................................................202.2.2. Giới thiệu “ Ident GUI”. ........................................................................................212.2.3. Giao diện “ Ident GUI” và cách sử dụng...............................................................222.2.4. Các thuật toán sử dụng trong Ident GUI................................................................262.3. Mô tả toán học lò điện trở.........................................................................................282.3.1. Khảo sát đặc tính lò điện trở..................................................................................282.3.2. Tính toán các thông số...........................................................................................31CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CỦA LÒ SẤY NÔNG SẢN .323.1. Giới thiệu về các bộ điều chỉnh PID và một số luật hiệu chỉnh. .................................323.1.1. Cấu trúc chung của một hệ điều khiển tự động. ....................................................323.1.2. Đặc tính quá độ và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển tự động. .......333.2. Phân tích các luật điều khiển.......................................................................................343.2.1. Luật điều khiển tỷ lệ (P). .......................................................................................343.2.2. Luật điều khiển tích phân (I). ................................................................................343.2.3. Luật điều khiển tỷ lệ tích phân (PI).....................................................................353.2.4. Luật điều khiển tỷ lệ tích phân vi phân (PID)...................................................363.2.5. Nâng cao chất lượng bộ PID mờ. ..........................................................................383.3. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển bộ PID.........................................................423.3.1. Phương pháp thực nghiệm.....................................................................................423.3.1.1. Phương pháp Ziegler Nichols thứ nhất. ...........................................................423.3.1.2. Phương phápZiegler Nichols thứ hai. ...............................................................433.3.1.3. Phương pháp tổng hợp T của Kuhn....................................................................443.3.1.4. Phương pháp cân bằng mô hình. ........................................................................443.3.1.5. Phương pháp thiết kế dựa trên miền tần số. (Phương pháp tối ưu độ lớn).........45CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN LÒ SẤY NÔNG SẢN.........................524.1. Mô phỏng.....................................................................................................................52vSố hóa bởi Trung tâm Học liệu http:www.lrctnu.edu.vn4.1.1. Mô phỏng đối tượng: .............................................................................................524.1.2. Phương pháp Ziegler Nichols để xác định tham số cho bộ điều khiển PIDtruyền thống. ..........................................................................................................524.1.2.1. Phương pháp Ziegler Nichols I. .......................................................................524.1.2.2. Phương pháp Ziegler Nichols II.......................................................................534.1.3. Thiết kế, mô phỏng bộ điều khiển tối ưu module..................................................564.2. Phần cứng. ...................................................................................................................584.2.1. Tổng quan phần cứng của hệ thống.......................................................................584.2.2. Thiết kế chi tiết phần cứng. ...................................................................................584.2.2.1. Khối nguồn. ........................................................................................................594.2.2.2. Khối xử lý trung tâm...........................................................................................594.2.2.3. Mạch nguyên lý. .................................................................................................614.2.2.4. Khối hiển thị. ......................................................................................................614.2.2.5. Khối LED chỉ thị ................................................................................................624.2.2.6. Khối truyền thông...............................................................................................634.2.2.7. Khối điều khiển rơle ...........................................................................................644.2.2.8. Khối chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự.........................................................654.2.2.9. Khối đầu vào cách ly. ........................................................................................664.2.2.10. Khối đo nhiệt độ. ..............................................................................................664.2.2.11. Khối bắt điểm 0 ................................................................................................684.2.2.12. Khối điều khiển TRIAC....................................................................................694.3. Phần mềm. ...................................................................................................................704.4. Thực nghiệm thực tế....................................................................................................704.5. Đặc tính đồ thị đáp ứng của lò nhiệt với bộ điều khiển PI..........................................72
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRIỆU SỸ TRƢỜNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ SẤY NƠNG SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lò sấy nơng sản” tơi tự thực hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Hồng Quang Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Ngoài tài liệu tham khảo dẫn cuối luận văn, đảm bảo không chép cơng trình kết người khác Nếu phát có sai phạm với điều cam đoan trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Học viên Triệu Sỹ Trƣờng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I MỤC LỤC II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG, BIỂU TRONG LUẬN VĂN VI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN 1.1 Tổng quan sản phẩm nơng sản q trình sấy nơng sản (Ngô) 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Tổng quan hệ lò sấy ngô 1.1.3 Sơ đồ thu ngô tách ngô, sấy ngô 1.1.4 Các giai đoạn q trình thu ngơ tách ngơ, sấy ngơ thông số sấy 1.1.4.1 Giai đoạn thu ngô tách ngô 1.1.4.2 Giai đoạn chuyển ngô hạt lên khoang chứa 1.1.4.3 Giai đoạn sấy ngô 1.1.4.4 Giai đoạn xử lý mạt ngô sấy 1.2 Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy ngô 1.2.1 Giới thiệu sản phẩm 1.2.2 Mơ hình cấu truyền động hệ thống 1.2.3 Gầu tải Động gầu tải để kéo ngô lên khoang chứa lò sấy 11 1.2.4 Mơ hình cấu lò sấy, lò đốt van đóng mở ngơ 11 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CỦA LỊ SẤY NƠNG SẢN 13 2.1 Giới thiệu chung lò điện trở 13 2.1.1 Đặc điểm 13 2.1.2 Nguyên lý làm việc 13 2.1.3 Phân loại lò điện trở 13 2.1.4 Cấu tạo lò điện trở 14 2.1.5 Các phương pháp xây dựng mô hình tốn học 16 2.1.6 Các phương pháp nhận dạng dựa đáp ứng độ phổ tín hiệu 16 2.1.7 Các phương pháp nhận dạng dựa mơ hình qn tính bậc có trễ 17 2.1.8 Một số phương pháp thông dụng 17 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 2.1.9 Các phương pháp nhận dạng dựa mơ hình qn tính bậc hai có trễ 18 2.1.10 Các phương pháp nhận dạng dựa mơ hình dao động bậc 19 2.1.11 Các phương pháp nhận dạng dựa mơ hình có khâu tích phân 20 2.2 Các phương pháp xây dựng mô hình tốn học 20 2.2.1 Tìm hiểu sử dụng Identification Toolbox Matlab để nhận dạng mơ hình đối tượng 20 2.2.2 Giới thiệu “ Ident GUI” 21 2.2.3 Giao diện “ Ident GUI” cách sử dụng 22 2.2.4 Các thuật toán sử dụng Ident GUI 26 2.3 Mơ tả tốn học lò điện trở 28 2.3.1 Khảo sát đặc tính lò điện trở 28 2.3.2 Tính tốn thơng số 31 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CỦA LỊ SẤY NÔNG SẢN 32 3.1 Giới thiệu điều chỉnh PID số luật hiệu chỉnh 32 3.1.1 Cấu trúc chung hệ điều khiển tự động 32 3.1.2 Đặc tính độ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển tự động 33 3.2 Phân tích luật điều khiển 34 3.2.1 Luật điều khiển tỷ lệ (P) 34 3.2.2 Luật điều khiển tích phân (I) 34 3.2.3 Luật điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI) 35 3.2.4 Luật điều khiển tỷ lệ - tích phân - vi phân (PID) 36 3.2.5 Nâng cao chất lượng PID mờ 38 3.3 Các phương pháp thiết kế điều khiển PID 42 3.3.1 Phương pháp thực nghiệm 42 3.3.1.1 Phương pháp Ziegler - Nichols thứ 42 3.3.1.2 Phương phápZiegler - Nichols thứ hai 43 3.3.1.3 Phương pháp tổng hợp T Kuhn 44 3.3.1.4 Phương pháp cân mơ hình 44 3.3.1.5 Phương pháp thiết kế dựa miền tần số (Phương pháp tối ưu độ lớn) 45 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN LỊ SẤY NƠNG SẢN 52 4.1 Mô 52 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 4.1.1 Mơ đối tượng: 52 4.1.2 Phương pháp Ziegler - Nichols để xác định tham số cho điều khiển PID truyền thống 52 4.1.2.1 Phương pháp Ziegler - Nichols I 52 4.1.2.2 Phương pháp Ziegler - Nichols II 53 4.1.3 Thiết kế, mô điều khiển tối ưu module 56 4.2 Phần cứng 58 4.2.1 Tổng quan phần cứng hệ thống 58 4.2.2 Thiết kế chi tiết phần cứng 58 4.2.2.1 Khối nguồn 59 4.2.2.2 Khối xử lý trung tâm 59 4.2.2.3 Mạch nguyên lý 61 4.2.2.4 Khối hiển thị 61 4.2.2.5 Khối LED thị 62 4.2.2.6 Khối truyền thông 63 4.2.2.7 Khối điều khiển rơle 64 4.2.2.8 Khối chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự 65 4.2.2.9 Khối đầu vào cách ly 66 4.2.2.10 Khối đo nhiệt độ 66 4.2.2.11 Khối bắt điểm 68 4.2.2.12 Khối điều khiển TRIAC 69 4.3 Phần mềm 70 4.4 Thực nghiệm thực tế 70 4.5 Đặc tính đồ thị đáp ứng lò nhiệt với điều khiển PI 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG, BIỂU TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 Mơ hình tổng quan hệ thống lò sấy ngơ Hình 1.2 Lược đồ tổng quan hệ thống lò sấy ngơ Hình 1.3 Xích tải ngang Hình 1.4 Xích tải ngang nghiêng 10 Hình 1.5 Mơ hình lò sấy 12 Hình 2.1 Biểu đồ phương pháp kẻ tiếp tuyến 17 Hình 2.2 Biểu đồ phương pháp hai điểm quy chiếu 18 Hình 2.3 Giao diện “ Ident GUI” 22 Hình 2.4 Giao diện “ Ident GUI” 23 Hình 2.5 Giao diện “ Ident GUI” 24 Hình 2.6 Giao diện “ Ident GUI” 25 Hình 2.7 Biểu thuật tốn sử dụng Ident GUI 27 Hình 2.8 Biểu nhận dạng mơ hình 29 Hình 2.9 Biểu đồ độ nhiệt độ 30 Hình 2.10 Mơ hình lò điện trở phòng thí nhiệm 31 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 32 Hình 3.2 Quá trình độ hệ thống ổn định theo thời gian 33 Hình 3.3 Mơ tả tiêu chất lượng động hệ thống điều khiển 34 Hình 3.4 Đặc tính q độ điều khiển PID 36 Hình 3.5 Phương pháp tiếp tuyến 42 Hình 3.6 Xác định số khuếch đại 43 Hình 3.7 Hàm độ 44 Hình 3.8 Cấu trúc điều khiển cân mơ hình 45 Hình 4.1 Sơ đồ mô đối tượng 52 Hình 4.2 Đặc tính mô đối tượng 52 Bảng 4.3 Tham số điều khiển theo phương pháp Ziegler - Nichols I 52 Bảng 4.4 Tham số điều khiển theo phương pháp Ziegler - Nichols I 53 cho đối tượng lò điện trở 53 Hình 4.5 Quỹ đạo nghiệm số 53 Hình 4.6 Đặc tính số tới hạn 54 Bảng 4.7 Tham số điều khiển theo phương pháp Ziegler - Nichols II 54 Bảng 4.8 Tham số điều khiển theo phương pháp Ziegler- Nichols II 54 cho đối tượng lò điện trở 54 Hình 4.9 Mơ hình điều khiển 55 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii Hình 4.10 Đáp ứng đối tượng với 03 điều khiển P, PI, PID 55 Hình 4.11 Đáp ứng đối tượng với 03 điều khiển P, PI, PID 56 Hình 4.12 Sơ đồ mô điều khiển 57 Hình 4.13 Đặc tính đáp ứng lò điện trở PI theo phương pháp tối ưu mơ đun 57 Hình 4.14 Sơ đồ khối nguồn 5V 59 Hình 4.15 Sơ đồ khối nguồn -5V 59 Hình 4.16 Sơ đồ khối chân vi xử lý DsPIC30F4013 59 Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý DsPIC30F4013 61 Hình 4.18 LED số 61 Hình 4.19 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 62 Hình 4.20 Sơ đồ khối LED thị 62 Hình 4.21 Giắc cắm RS-232 loại chân (DB9) 63 Hình 4.22 Sơ đồ khối LED thị 64 Hình 4.23 Sơ đồ khối điều khiển rơle 64 Hình 4.24 Sơ đồ chân DAC MCP4922 65 Hình 4.25 Sơ đồ nguyên lý mạch đầu vào cách ly 66 Hình 4.26 Bảng điện trở PT100 nhiệt độ thay đổi từ 0oC đến 2000C 67 Hình 4.27 Mạch tạo nguồn dòng 1mA 67 Hình 4.28 Mạch lọc Sallen-Key khuếch đại 68 Hình 4.29 Mạch bắt điểm điện áp xoay chiều 220V 68 Hình 4.30 Tín hiệu điểm INT0 69 Hình 4.31 Mạch điều khiển BTA41 69 Hình 4.32 Điện áp tải thay đổi góc mở 70 Hình 4.33 Hình ảnh thực nghiệm phòng thí nghiệm 71 Hình 4.34 Đồ thị đáp ứng lò nhiệt với điều khiển PI theo phương pháp tối ưu modul Error! Bookmark not defined Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống dây chuyền nhà máy công nghiệp khơng thể thiếu Nó định nhiều đến phát triển xã hội công cơng nghiệp hố đại hố để bước bắt kịp phát triển khu vực giới mặt Kinh tế Xã hội Do đó, việc tự động hố q trình sấy cơng nghiệp lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quản nguyên liệu, tăng suất tạo sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo an toàn thực phẩm, tăng khả cạnh tranh mạnh mẽ thị trường Kinh tế xã hội phát triển nhu cầu dịch vụ hàng hóa nước xuất ngày tăng, đòi hỏi chất lượng cao mặt hàng nông sản (Ngô, gạo, cà phê, ca cao, hồ tiêu) mặt hàng số Vì vậy, nhà máy chế biến khơng bán tự động mà phải tự động hóa hồn tồn đáp ứng u cầu đặt Lý chọn đề tài: Thực việc cải tạo nâng cấp hệ thống máy móc thay hệ thống điều khiển lập trình nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điều khiển hệ thống gọn nhẹ, hoạt động xác đáng tin cậy quan trọng dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển có yêu cầu Qua khảo sát nhà máy sấy Ngơ Sơn La có hệ thống sấy bán tự động, nhiệt độ để sấy đốt từ bên nhiên liệu lõi ngô thổi vào bên lò sấy nhờ động quạt Khơng sử dụng hệ điều khiển nhiệt tự động, nhiệt độ sấy không ổn định, dẫn tới sấy chất lượng sản phẩm sấy đạt thấp Mặt khác nhiệt độ sấy lấy từ nhiên liệu đốt nên nhiều thời gian nhiệt độ với đạt theo mong muốn Chính việc thiết kế xây dựng lò sấy tự động ổn định nhiệt độ để nâng cao suất chất lượng sản phẩm sấy cần thiết Xuất phát từ thực tế trên, học viên đề xuất thực đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lò sấy nơng sản” Mục tiêu đề tài là: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt dộ lò sấy nơng sản”: - Xây dựng đầy đủ phương pháp luận để phân tích, tổng hợp, thiết kế điều khiển cho lò sấy nơng sản Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Thiết kế, chế tạo lắp ráp điều khiển PID điều khiển hệ thống nhiệt độ lò sấy nơng sản - Kiểm chứng kết mô thực nghiệm phòng thí nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: + Thiết bị sấy nông sản + Ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thực tế - Phạm vi nghiên cứu: - Điều khiển nhiệt độ lò sấy nơng sản - Mơ kiểm chứng phần mềm mô Dự kiến kết đạt được: - Viết mô hình tốn đối tượng - Xây dựng thuật toán điều khiển theo tiêu chất lượng cao - Thiết kế lắp ráp điều khiển PID điều khiển nhiệt độ hệ thống lò sấy nơng sản phòng thí nghiệm Qua để đánh giá độ tin cậy, hoạt động ổn định phần cứng chương trình phần mềm hoạt động thực tế Nội dung luận văn: Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống sấy nông sản Tổng quan sản phẩm nơng sản q trình sấy nơng sản Phương án thiết kế tự động hoá dây chuyền hệ thống sấy nông sản Chƣơng 2: Xây dựng mơ hình tốn lò sấy nơng sản Giới thiệu chung lò điện trở Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học Mơ tả tốn học lò điện trở Chƣơng 3: Xây dựng thuật tốn điều khiển lò sấy nơng sản Giới thiệu điều chỉnh PID số luật hiệu chỉnh Phân tích luật điều khiển Các phương pháp thiết kế điều khiển PID Chƣơng 4: Xây dựng hệ điều khiển lò sấy nơng sản Mơ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu: - Gắn lý thuyết với đối tượng thực tế - Dùng máy tính với phần mềm mơ Các công cụ, thiết bị cần thiết cần thiết cho nghiên cứu: - Máy tính, phần mềm mơ Matlab Simulink - Đối tượng thực tế - Phòng thí nghiệm Tự động hố Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô thuộc môn Điều khiển tự động môn Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp trường Đại học Kỹ thuật - Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Hồng Quang tận tình hướng dẫn, giúp đỡ học viên suốt trình làm luận văn./ Thái Nguyên, ngày 05 tháng năm 2014 Học viên Triệu Sỹ Trƣờng Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN 1.1 Tổng quan sản phẩm nơng sản q trình sấy nơng sản (Ngơ) 1.1.1 Giới thiệu Các sản phẩm nông sản nước ta quan tâm trang nóng tin tức đặc biệt lúa gạo, cà phê, ngô… sản lượng hàng năm thu hoạch lớn, sau thu có nhà máy chế biến tập trung nhiều nhà máy chế biến gạo, cà phê nhà máy chế biến sản lượng Ngơ cụ thể nhà máy sấy ngô sau thu hoạch Tây Bắc khu vực có diện tích đất chủ yếu đồi núi phần lớn người nơng dân sử dụng vùng đồi để trồng Ngô, sắn Hàng năm vào vụ thu hoạch Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 Điều chỉnh điện áp chân OP07 4.0V, chân OP07 có điện áp tương ứng Do đó, áp rơi điện trở U14R3 1V, tạo nguồn dòng 1mA K F n U15 U16 U15R5 OP07 + C D A K F n F n K 0 K D N G D N G K 0 K 0 U15R8 U15R7 U15R3 U15R2 5VDC 5VDC D N G 7 V U15C2 U15C1 + - V V + - 17.4K - V 49.9K 1mA - U15R4 + OP07 C D A U15R1 T P U15C3 -5VDC -5VDC U15R6 chân E T1 Hình 4.28 Mạch lọc Sallen-Key khuếch đại Dòng 1mA đưa tới PT100, qua U15 thì: V(chân U5) = V(PT100) Qua mạch lọc Sallen-Key, tín hiệu khuếch đại khoảng 10 lần trước đưa tới chân ADC0 DsPIC30F4013 4.2.2.11 Khối bắt điểm Sơ đồ nguyên lý mạch bắt điểm điện áp xoay chiều 220VAC: Khi qua 4.7K U13 INT0 U13R1 3 Hình 4.29 Mạch bắt điểm điện áp xoay chiều 220V Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ D N G PC817 Zener Bridge Diode - 220VAC1 U10D1 K + C C A A 220VAC2 U10R6 U10 U13R2 5VDC điểm điện áp 220VAC, có xung tới chân INT0 DsPIC30F4013 69 Hình 4.30 Tín hiệu điểm INT0 4.2.2.12 Khối điều khiển TRIAC TRIAC sử dụng BTA41 có dòng hiệu dụng 41Ampe Mạch sử dụng 220VAC2 D A O L MOC3020 220VAC&LOAD 220nF/400V D A O L U7R4 U7C1 U L BTA41 220VAC2 T D R B 3 220VAC2 220VAC1 U7C3 A A U7R3 U7R2 5VDC U7R1 U 220VAC1 MOC3020 Sơ đồ nguyên lý mạch sau: Hình 4.31 Mạch điều khiển BTA41 Khi tín hiệu INT0 lên ta kích xung điều khiển cho cực G Triac, có dòng làm cho hai đầu A2 A1 Triac thông với Điện áp tải thay đổi tùy vào độ trễ thời điểm phát xung với thời điểm bắt điểm (INT0 lên 1) Việc phát điểm điện áp 220V giúp đóng mở chu kỳ điện 220V thay đóng mở chu kỳ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Hình 4.32 Điện áp tải thay đổi góc mở 4.3 Phần mềm - Chương trình điều khiển viết phần mềm mikroC for DSpic30/33 and pic 24 v4.0.0.0 - Mikro C phần mềm biên dịch hãng MikroElektronika Trong luận văn sử dụng phần mềm MikroC for dsPIC30/33 and PIC24 Version 4.0.0.0 Phần mềm có ưu điểm mảng thư viện nhiều, nhận hỗ trợ từ nhà sản xuất (tutorial, tài liệu, ứng dụng) Có thể khái quát số ưu, nhược điểm mảng sau: - Ưu điểm: + Dễ sử dụng + Bản thân nhiều thư viện hỗ trợ, tài liệu để rút ngắn thời gian lập trình, triển khai dự án 4.4 Thực nghiệm thực tế - Mục tiêu thực nghiệm: + Đánh giá độ tin cậy, hoạt động ổn định phần cứng rơle số chương trình phần mềm hoạt động thực tế + Làm sở để đánh giá, hoàn thiện luận văn - Nội dung thực nghiệm: + Thử nghiệm hoạt động TRIAC, điều khiển PID + Thử nghiệm tính ổn định điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 Hình 4.33 Hình ảnh thực nghiệm phòng thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 4.5 Đặc tính đồ thị đáp ứng lò nhiệt với điều khiển PI Hình 4.34 Đồ thị đáp ứng lò nhiệt với điều khiển PI Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 KẾT LUẬN Trong trình thực nhiệm vụ chủ yếu, luận văn có kết khoa học sau: - Xây dựng đầy đủ phương pháp luận để phân tích tổng hợp, thiết kế điều khiển cho lò điện trở - Nghiên cứu thiết kế đo nhiệt độ xác dùng PT100 - Nghiên cứu thiết kế điều khiển PID nhiệt độ - Kết lý thuyết kiểm chứng phần mềm mô Matlab Simulink - Kết thực nghiệm thiết kế, chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh, chạy ổn định điều khiển PID cho đối tượng nhiệt độ lò sấy - Hướng phát triển thời gian tới luận văn phát triển phần mềm máy tính HMI, vẽ đặc tính, tính tốn điều khiển online phần mềm Matlab áp dụng số phương pháp điều khiển khác Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: - Nguyễn Thị Hoài Sơn, Xây dựng hệ thông sấy Ngô tự ổn định nhiệt sau sấy nhà xuất Hà Nội: Đại học Bách khoa Hà Nội 1997 - Nguyễn Văn Hoà (2001), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật - Nguyễn Doãn Phước & Phan Xuân Minh (2001), Nhận dạng hệ thống điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật - Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống Điều khiển trình, NXB Bách Khoa Hà Nội Tiếng Anh: - Richard C.Dorf, Robret H.Bishop - 2008 Pearson Education Inc Modern Control Systems - Eleventh Editon - Katsuhiko Ogata -1997 by prentice - Hall Inc Modern Control Engineering - Third Edition Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 PHỤ LỤC Code vi xử lý: Chƣơng trình file //Hang so khoi tao chuong trinh //74HC595 #define CLK595 PORTB.F5 //Chan dieu khien xung nhip 595 #define DATA595 PORTB.F3 //Chan dieu khien du lieu 595 #define LATCH595 PORTB.F4 //Chan dieu khien chot du lieu 595 //Katot LED7 #define KATOT1 PORTD.F0 //Chan dieu khien Katot LED7 so mot #define KATOT2 PORTD.F1 //Chan dieu khien Katot LED7 so hai #define KATOT3 PORTF.F0 //Chan dieu khien Katot LED7 so ba #define KATOT4 PORTF.F1 //Chan dieu khien Katot LED7 so bon //Phim bam #define PHIMBAM1 PORTD.F9 //Chan dieu khien phim bam mot #define PHIMBAM2 PORTC.F14 //Chan dieu khien phim bam hai #define PHIMBAM3 PORTC.F13 //Chan dieu khien phim bam ba #define PHIMBAM4 PORTB.F8 //Chan dieu khien phim bam bon //Role #define ROLE1 PORTB.F9 //Chan dieu khien Role1 #define ROLE2 PORTB.F10 //Gia tri hang so ma hexa de hien thi LED const char Ma_hexa_LED7[10] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F}; const char Ma_hexa_LED7_2[10] = {0xBF, 0x86, 0xDB, 0xCF, 0xE6, 0xED, 0xFD, 0x87, 0xFF, 0xEF}; //Cac bien toan cuc unsigned int uchr_Phimduocbam; unsigned int uchr_Demphim; unsigned int ui_ADC[36]; float fl_Nhietdo, ui_Giatrithat_ADC, Tong_ADC, float fl_setpoint,fl_sailech,fl_tpI,fl_kd,fl_ki,fl_gtPID,fl_Nhietdoqk,fl_dt,fl_kp; unsigned char i, j,k,t; unsigned char uch_LED_Trangthai; unsigned char uch_PAGE; unsigned long ul_Triac; unsigned char uch_ON_Triac; unsigned int OneTime, OneTime1, OneTime2, OneTime3, Dorong; #include "Hienthi_LED7.c" #include "Khoitao.c" //Cac ham nguyen mau void Guigiatri_74HC595(unsigned char dulieu); void Hienthi_LED7(unsigned char data); void Hienthi_Hangdonvi(unsigned int data); void Hienthi_Hangchuc(unsigned int data); void Hienthi_Hangtram(unsigned int data); Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 76 void Hienthi_Hangnghin(unsigned int data); void Hienthi_Songuyenbonchuso(unsigned int Data); void Hienthi_Saudauphay_motchuso(float data); void Hienthi_Truocdauphay_motchuso(float data); void Hienthi_Truocdauphay_haichuso(float data); void Hienthi_Truocdauphay_bachuso(float data); void Hienthi_Sothuc(float Data); void Tat_ToanboLED7(void); void Khoitao_Congvaora(void); void Khoitao_Bientoancuc(void); void Khoitao_Timer1(void); void Khoitao_Timer5(void); void Tinhtoan_pid(void); //Tu dong ngat Timer1 void Timer1Int() org 0x1A { IFS0bits.T1IF = 0; //Xoa co ngat Timer1 TMR1 = 0; if(PORTA.F11) Uch_ON_Triac = 1;//PORTD.F3=0; if(uch_ON_Triac==1) ul_Triac++; if(ul_Triac>Dorong) PORTD.F3=0; if(ul_Triac>(Dorong+5)) { PORTD.F3=1; uch_ON_Triac=0; ul_Triac=0; } k++; if(k==100) {Tinhtoan_pid(); k=0;} } //Tu dong ngat Timer5 void Timer5Int() org 0x40 { //Xoa co ngat Timer5 IFS1bits.T5IF = 0; TMR5 = 0; //Quet phim Quetphim(); //ADC ui_ADC[j] = Adc_Read(0); Tong_ADC = (float)(Tong_ADC + ui_ADC[j]); j++; if((j==33)&&(t==0)) { ui_Giatrithat_ADC = Tong_ADC/33.0000000; fl_Nhietdo = 0.32786885*ui_Giatrithat_ADC-255.32622951; Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 j = 0; Tong_ADC = 0; if(t==0) {fl_Nhietdoqk= fl_Nhietdo;t=1;} } //Timer1 void Khoitao_Timer1(void) { IPC0 = IPC0 | 0x7000; // Interrupt priority level = IFS0bits.T1IF = 0; // Clear TMR1IF IEC0bits.T1IE = 1; // Enable Timer1 interrupts PR1 = 90; // TMR1 = 0; T1CON = 0x8000; // Timer1 ON, internal clock FCY, prescaler 1:1 } //****************************************************************** // Timer void Khoitao_Timer5(void) { IPC5 = IPC5 | 0x0100; IEC1bits.T5IE = 1; PR5 = 50; T5CON = 0x8030; // Timer5 ON, internal clock FCY, prescaler 1:256 } //Tinh toan pid void Tinhtoan_pid(void) { //fl_Nhietdo, ui_Giatrithat_ADC, Tong_ADC,fl_setpoint,fl_sailech,fl_tpI,fl_kd,fl_ki; fl_sailech= fl_Nhietdo-fl_setpoint; fl_tpI= fl_tpI+fl_sailech; if(fl_tpI>(200/fl_ki))fl_tpI=200/fl_ki; if(fl_tpI200)fl_gtPID=200; if(fl_gtPID