Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Các phần tử tự động Như đề cập , HTĐK gồm phần tử sau: * Phần tử cảm biến, thiết bị đo lường * Đối tượng hay trình điều khiển * Thiết bị điều khiển, điều khiển thụ động tích cực Các loại cảm biến, thiết bị đo lường Biến trở tuyến tính, biến trở góc quay dùng để chuyển đổi dịch chuyển thành điện áp Ngoài chuyển đổi kiểu điện cảm điện dung Nguyên tắc chung để đo đại lượng không điện nhiệt độ, quang thông, lực, ứng suất, kích thước, di chuyển, tốc độ phương pháp điện biến đổi chúng thành tín hiệu điện Cấu trúc thiết bị đo gồm ba thành phần: phận chuyển đổi hay cảm biến, cấu đo điện sơ đồ mạch trung gian hay mạch gia công tín hiệu ví dụ mạch khuếch đại, chỉnh lưu, ổn định Cảm biến xenxin làm phần tử đo lường hệ bám sát góc quay, truyền thị góc quay cự ly xa mà không thực khí Biến áp xoay hay gọi biến áp quay dùng để biến đổi điện áp cuộn sơ cấp góc quay cuộn sơ cấp thành tín hiệu tương ứng với chúng Biến áp xoay sin, cos để đo góc quay rôto, đặt cuộn sơ cấp, thành điện áp tỉ lệ thuận với sin hay cos góc quay Biến áp xoay tuyến tính biến đổi độ lệch góc quay rôto thành điện áp tỉ lệ tuyến tính Con quay bậc tự quay bậc tự sử dụng làm cảm biến đo sai lệch góc đo tốc độ góc tuyệt đối hệ thống ổn định đường ngắm dụng cụ quan sát ngắm bắn 1/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Cảm biến tốc độ - mã hóa quang học đĩa mã có khắc vạch mà ánh sáng qua Phía sau đĩa mã đặt phototransistor chịu tác dụng nguồn sáng Động đĩa mã gắn đồng trục, quay ánh sáng chiếu đến phototransistor lúc bị ngăn lại, lúc không bị ngăn lại làm cho tín hiệu cực colecto chuỗi xung Trên đĩa mã có khắc hai vòng vạch, A B có số vạch, lệch 90o (vạch A trước B 90o) Nếu đĩa mã quay theo chiều kim đồng hồ chuỗi xung B nhanh chuỗi xung A 1/2 chu kỳ ngược lại Thiết bị đo tốc độ DC Tachometer, AC Tachometer, Optical Tachometer Cảm biến nhiệt độ Pt 56?, Pt 100?, Thermocouple Đối tượng điều khiển Đối tượng điều khiển thiết bị kỹ thuật, dây chuyền sản xuất, qui trình công nghệ mục tiêu điều khiển người lĩnh vực khác Các phần tử chấp hành thường dùng ĐKTĐ loại động bước, động DC, servomotor, động AC, động thủy lực khí nén Động bước dùng để định vị xác có cấu trúc rôto stato đặc biệt Rôto thông thường nam châm vĩnh cửu có cạnh xẻ rãnh cưa suốt chu vi rôto, để tập trung đường sức từ mũi Tương tự, stato chế tạo thông dụng có bốn bối dây quấn xen kẽ theo từ cực Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây stato, rôto quay góc đến vị trí cân từ thông giao điểm hai stato rôto Thay đổi thứ tự cuộn dây 1, 2, 3, rôto lệch góc 90o Có ba cách điều khiển động bước: điều khiển hành trình lượng thấp, điều khiển thường, điều khiển 1/2 bước Vì cuộn dây stato có điện trở nhỏ khoảng 0,2? thường điều khiển nguồn dòng thông dụng transistor, Fet Một loại đo lường điều khiển khác thường gặp công nghiệp hệ thống nhiệt, ví dụ lò nung dây chuyền sản xuất gạch men, lò sấy dây chuyền chế biến thực phẩm, hệ thống làm lạnh dây chuyền chế biến thủy sản Yêu cầu điều khiển hệ thống nhiệt thường điều khiển ổn định hòa điều khiển theo chương trình Mô hình toán động DC lò nhiệt trình bày mục 2.2.2 Kỹ thuật giao tiếp máy tính Thiết bị điều khiển đa dạng, mạch RC, mạch khuếch đại thuật toán, mạch xử lý hay máy tính PC Trước điều khiển PID, sớm trễ pha thường thực mạch rời (xem mục 2.2.2.2) Gần phát triển lý thuyết điều khiển rời rạc kỹ thuật vi xử lý điều khiển thực thi chương trình phần mềm chạy vi xử lý hay máy tính Hiện máy tính khẳng định thiết bị điều khiển đa tin cậy Phần trình bày số vấn đề liên quan đến kỹ thuật giao tiếp máy tính 2/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Bộ chuyển đổi ADC DAC Hình : sơ đồ Card A/D D/A bit Trong ứng dụng cần độ xác cao sử dụng card A/D D/A 12 bit Card giao tiếp với máy tính Ví dụ Card giao tiếp sử dụng IC8255 gắn slot mở rộng Main Board máy tính (H.1.13) Các loại giao thức truyền tin RS232C serial Interface, chấu nối 25 chân dùng để truyền liệu nối tiếp với tốc độ nhỏ 20.000 bits/second (năm 1969) Khoảng 1975 đến 1977 áp dụng RS-422, RS-423, RS-449 RS-449 chấu nối 37 chân, tốc độ truyền nhanh gấp năm lần so với RS-232C Vào năm 1970-1975 phát triển Bus liệu song song với IEEE-488 Năm 1978 - IEEE - 583 có slots cho 25 moduls, nối trực tiếp với Bus I/O máy tính, nối song song tới CRATES 3/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Card AD DA bit 4/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Card xuất nhập Các ứng dụng hệ thống điều khiển tự động 5/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động minh họa hệ thống điều khiển mức chất lỏng bể Tốc độ dòng chảy ngõ qua van V1 biến đổi, hệ thống trì mức chất lỏng h = const với sai số cho phép xác Nếu mức chất lỏng bể không đúng, điện áp sai lệch tạo qua khuếch đại đưa vào điều khiển động điều chỉnh van V2 để khôi phục lại mức chất lỏng mong muốn cách điều chỉnh tốc độ dòng chảy ngõ vào Trong trường hợp dòng chảy vào có tốc độ số, phao có hai cặp tiếp điểm thường đóng, thường mở để điều khiển đóng mở động điện AC Để tránh động bị đóng ngắt không dứt khoát, tạo hai mức tương ứng vùng trễ Trigger Schmidt Δh Hệ thống điều khiển tự động mức chất lỏng bể minh họa hệ thống định vị dùng cho bệ phóng tên lửa Hệ thống hồi tiếp thiết kế định vị bệ phóng xác dựa lệnh từ biến trở R1 tín hiệu vào đặt xa hệ thống Biến trở R2 cho tín hiệu hồi tiếp trở khuếch đại vi sai, hoạt động phát sai lệch Nếu có sai lệch, khuếch đại đưa đến động cơ, điều chỉnh vị trí trục ngõ tương ứng với vị trí trục ngõ vào sai lệch Một hệ thống tự động định vị trí dùng cho bệ phóng tên lửa 6/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Robot lĩnh vực quan trọng ứng dụng HTĐK Vào thập niên 1960, người ta bắt đầu nhận Robot công cụ quan trọng để trợ giúp công việc chế tạo, từ ứng dụng chúng nhiều hệ thống chế tạo khác phát triển nhanh chóng Lý thuyết điều khiển tự động, nguyên tắc điều khiển thích nghi, hàm Lyapunov… áp dụng để có Robot cử động theo ý muốn hay lực cần thiết Lĩnh vực Robotics tùy thuộc vào cách sử dụng cảm biến quan sát máy tính để lập trình cho Robot hoàn thành công việc theo yêu cầu Robot sáng tạo để thực nhiều công việc khác nhau, làm cầu nối lĩnh vực chế tạo, nhiệm vụ vận chuyển không gian chăm sóc y tế Ứng dụng chủ yếu Robot tự động hóa trình sản xuất Robot sử dụng dây chuyền sản xuất xe hơi, thành phần tàu thoi không gian NASA, bạn giúp việc cho người … Robot trợ giúp bệnh viện, thực công việc y tá chăm sóc bệnh nhân Các Robot sử dụng cảm biến quan sát, siêu âm hồng ngoại … điều khiển thang máy, tránh vật cản dọc theo đường đi, mang khay thức ăn theo yêu cầu, lấy thuốc hay vật mẫu phòng thí nghiệm, ghi lại tình trạng sức khỏe người bệnh, báo cáo công việc quản lý … 7/7 ... tử hệ thống tự động Card AD DA bit 4/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Card xuất nhập Các ứng dụng hệ thống điều khiển tự động 5/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động minh họa hệ thống. .. trí trục ngõ vào sai lệch Một hệ thống tự động định vị trí dùng cho bệ phóng tên lửa 6/7 Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Robot lĩnh vực quan trọng ứng dụng HTĐK Vào thập niên 1960, người.. .Một số ví dụ phần tử hệ thống tự động Cảm biến tốc độ - mã hóa quang học đĩa mã có khắc vạch mà ánh sáng qua Phía sau đĩa mã đặt phototransistor chịu tác dụng nguồn sáng Động đĩa mã