Chương1: Thiết kế vận hành mô hình máy đo cắt chiều dài I.Giới thiệu chung: 1.1.Sơ đồ nguyên lý mô hình máy đo cắt chiều dài: 1.2 Bộ điều khiển mô hình máy cắt dùng để điều khiển động điện chiều với lăn kéo chiều dài đối tượng cần cắt cuộn Robbin , động chạy với tốc độ tùy thuộc chiều dài, thời gian cài đặt Điều khiển dao cắt để cắt đối tượng động kéo chiều dài Trong trình mô hình vận hành tín hiệu phản hồi lấy từ Encoder đưa vào điều khiển xử lý, xuất tín hiệu điều khiển động dao cắt 1.3 Bộ điều khiển sử dụng điện áp +5V lấy từ điện áp 220v(50Hz) qua chỉnh lưu áp 1.4 Động điện chiều để kéo đối tượng sử dụng áp+ 24V, kích tư ø+ 24V, động củ nên thông số không đầy đủø Một dao cắt làm từ Role sử dụng áp +110V 1.5.Ngoài mô hình sử dụng hệ thống hãm khí gắn liền với Robbin II.Nguyên lí làm việc: 1.1 Nguyên lí làm việc thiết bò điều khiển mô hình máy cắt mô tả hình đây: Hình 2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy đo cắt Trong đó: Udk1: Điện áp điều khiển mạch động lực động cơ, có dạng áp xung với chu kì T cố đònh, T1 thay đổi tùy NFP Udk2 : Điện áp điều khiển Relay đóng ngắt dao NFP : Sốxung phản hồi 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 Vi trí đặt : Chiều dài, thời gian cần đo cắt đối tượng Khối hiển thò, bàn phím: khối hiển thò hiển thò chiều dài, số lần cắt Khối bàn phím nhập chiều dài, thời gian thực 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 đoạn, tín hiệu Udk1, Udk2 điều khiển động cơ, dao cắt 1.2.Điều khiển động cơ: Nguyên lí điều khiển theo sai lệch điều khiển thực khối điều khiển Các tín hiệu tổng hợp phương trình sau: DUTY _ CYCLE = 100 KP.EN U max (1) Trong đó: Kp: hệ số khuyếch đại tỉ lệ theo phương pháp điều khiển vòng kín PID mà trường hợp ta sử dụng khâu P Hệ số KP phụ thuộc vào đặc tính động EN : Sai số tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi EN =NSP – NFP (2) DUTY_CYCLE : Ta gọi chu kì nhiệm vụ Nó đònh nghóa sau: DUTY _ CYCLE = 100T T (3) Tín hiệu điều khiển Udk1 tạo nhờ điều khiển số Nó có dạng xung với tần số T cố đònh Biên độ thay đổi mức 0V, 5V Khi DUTY_CYCLE thay đổi áp mạch động lực Udc cung cấp cho động thay đổi tốc độ động thay đổi theo Dựa vào biểu thức (1), Kp không đổi , DUTY_CYCLE thay đổi theo EN : EN = 0, DUTY_CYCLE = , Udc =0 , động dừng EN=NSP, DUTY_CYCLE = 100 , Udc= Umax , động hoạt động chế độ đònh mức Ta có: Udc = U max T T (4) 1.3 Điều khiển dao cắt: Dao cắt đóng ngắt theo Udk2 Udk2 tín hiệu số giống Udk1 , DUTY_CYCLE = 0, Udk2 =0, Relay hở, dao cắt đóng xuống Khi DUTY_CYCLE > 0, Relay đóng dao kéo lên 1.4 Đặc tuyến điều khiển độâng có dạng sau: Điều khiển đo chiều dài thực chất điều khiển vò trí Điều khiển cho động quay tới góc quay xác đònh mà vọt lố tính chất máy Đặc tuyến cần điều khiển có dạng sau: Có nhiều phương pháp điều khiển để đạt đặc tính mong muốn hình 3, đạt độ xác cao mà giá thành lại rẻ, phương pháp PID tương tự, số, điều khiển mờ v.v Phương pháp PID thực nghiệm Zeigler Nichols , đòi hỏi cần có thiết bò đo xác điều kiện nghiêm ngặt đưa hệ thống vào chế độâ dao động lúc xác đònh thông số điều khiển, ta biết đối tượng ta dễ dàng điều khiển Phương pháp điều khiển mờ ta không cần xác đònh đối tượng ta nào, ta cần dựa vào kinh nghiệm điều khiển đối tượng, ta thành lập luật điều khiển tùy thuộc vào tình mà hệ thống đưa luật luật điều khiển đối tượng Bộ điều khiển xác người điều khiển có nhiều kinh nghiệm Các phương pháp trình bày chi tiết chương sau Do hạn chế thời gian, thiết bò đo, kinh nghiệm với luận văn sử dụng phương pháp điều khiển P số Phương pháp P số ta phải xác đònh KP biểu thức (1) Khi KP xác đònh ta có giá trò DUTY_CYCLE thay đổi theo EN Điều cần quan tâm lúc làm để xác đònh KP Ta có: 0≤ DUTY_CYCLE ≤ 100 KP.NSP U max Mà ta có ≤ DUTY_CYCLE ≤ 100 có nghóa với tín hiệu điều khiển Udk1 đó: 100 KP.NSP U max ≤ hay KP ≤ U max NSP U max KP ≤ NSP (4) Dựa vào (4) ta có nhận xét sau: NSP lớn KP nhỏ Nếu vò trí đặt nhỏ mà NSP lớn sai số nhỏ Do dó thông thường hệ số KP nhỏ Để tiến hành điều khiển ta chọn vài hệ số KP tùy chọn đưa vào điều khiển cho mạch hoạt động quan sát ngõ có sai số ta tiến hành thay đổi hệ số KP cho đạt kết với sai số cho phép Ta có đặc tuyến DUTY_CYCLE có dạng sau: ta đònh nghóa : HSTGG = T '−T '1 T' Trong HSTGG :Hệ số thời gian giảm T’ : Thời gian đặt cho lần cắt T’1 : Thời gian mà ta gán DUTY_CYCLE số lớn Dựa vào đặc tuyến ta hình dung trình điều rõ ràng Giả sử ta chọn DUTY_CYCLE = 100 khoảng thời gian T’1, Khi thời gian xa T’ ta cho động hoạt động với điện áp đònh mức nghóa chạy với tốc độ cho phép tối đa Khi thời gian lớn T’1 tiến gần đến T’ nghóa gần đến giá trò mong muốn, ta tiến hành giảm DUTY_CYCLE theo qui luật để đến giá trò đặt DUTY_CYCLE = 0, lúc động dừng Tùy vào đặc tính động mà ta chọn HSTGG hay hệ số góc K cho phù hợp DUTY_CYCLE: Tại t=0 tacó D= 100 KP.NSP U max d1 = 100 KP.EN U max Tại t=T’1 d1 − D = − K =− (5) 100 KP.NFP U max T' (T '−T '1) =− 100.KP.NFP.U max 100.KP.EN U max (6) Từ ( 5) ta có: HSTGG = NFP NSP − NFP (7) Từ (5) (7) ta có: KP = d1.U max (1 + HSTGG ) 100.NSP (8) Trong đó: d1 :Ta chọn tùy ý tùy thuộc vào thời gian đặt, tốc độ kéo đối tượng HSTGG: Phụ thuộc vào quán tính động ≤ d1 ≤ 100, ≤ HSTGG ≤ Ví dụ: Ta muốn động quay đến giá trò 5000 xung tính theo ngõ Encoder , thời gian giây Ta có: T’=5s, NSP=5000xung, Umax=24V, xác đònh KP ? Giải: Chọn d1=100, HSTGG=0.5 KP=(100*24(1+0.5))/(100*5000) = 36/5000 (V/vòng) Với số liệu trình điều khiển diễn sau Trong thời gian 2,5s động chạy với tốc độ tương ứng áp đặt vào 24V 2,5s lại tốc độ động giảm dừng hẳn lúc thời gian vừa đủ 5s Như 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 viết ngôn ngữ máy cho vi xử lý 8952 Điện áp Udk1 lấy từ PC0 8255 kết nối với Vi xử lý Điện áp đưa đến mạch động lực điều khiển điện áp cung cấp cho động Udk1 có dạng hình 2, tạo phần mềm có lưu đồ giải thuật (trình bày phần sau) NFP số xung phản hồi qua mạch đếm xung số xung chứa tối đa byte, ngõ mạch đếm xung đưa vào PortA(byte thấp) PortB(Byte cao) 8255 Sau 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 lấy vào thông qua phím nhấn Lưu đồ giải thuật đọc phím nhập liệu vào (trình bày phần sau): Sau có liệu vào ta tiến hành tính toán đưa DYTU_CYCLE, tạo áp Udk1, đồng thời ta cho hiển thò chiều dài, số lượng cần cắt trình hoạt động Chương trình thực nhiều công việc lúc ,vừa phải đếm xung phản hồi, vừa tạo áp Udk1 liên tục, vừa phải hiển thò Led, đồng thời phải thường xuyên phải kiểm tra phím nhấn Lưu đồ giải thuật toàn chương trình : III.Các lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống: Dựa vào lưu đồ ta tiến hành thiết kế mạch cứng viết chương trình điều khiển ... Robbin II.Nguyên lí làm việc: 1. 1 Nguyên lí làm việc thiết bò điều khiển mô hình máy cắt mô tả hình đây: Hình 2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy đo cắt Trong đó: Udk1: Điện áp điều khiển mạch động... động Vi trí đặt : Chiều dài, thời gian cần đo cắt đối tượng Khối hiển thò, bàn phím: khối hiển thò hiển thò chiều dài, số lần cắt Khối bàn phím nhập chiều dài, thời gian thực lần cắt Khối điều khiển:... max d1 = 10 0 KP.EN U max Tại t=T 1 d1 − D = − K =− (5) 10 0 KP.NFP U max T' (T '−T '1) =− 10 0.KP.NFP.U max 10 0.KP.EN U max (6) Từ ( 5) ta có: HSTGG = NFP NSP − NFP (7) Từ (5) (7) ta có: KP = d1.U