ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử BỘ THÍ NGHIỆM MULTILAB KỸ THUẬT TƯƠNG TỰ
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
- Đầu đề đồ án:
BỘ THÍ NGHIỆM MULTILAB KỸ THUẬT TƯƠNG TỰ
- Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Lý thuyết điều khiển tự động
- Lý thuyết điện tử cơ bản
- Vi điều khiển
- Tài liệu tham khảo trên internet
-
Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Dịch nội dung các bài thí nghiệm từ phiên bản tiếng anh sang tiếng việt
- Thực hiện lại phần mếm thí nghiệm bằng phiên bản tiếng việt
- Thực hiện bộ thí nghiệm đo các giá trị điện áp- dòng điện; đo tầng số- công suất nguồn
- Hiểu rõ nội dung, ý nghĩa, mục đích của tất cả các bài thí nghiệm
- Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Các đồ thị kết quả thí nghiệm
- Đầu đề đồ án:
BỘ THÍ NGHIỆM MULTILAB KỸ THUẬT ĐO KHÔNG ĐIỆN.
- Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Lý thuyết điều khiển tự động
- Lý thuyết điện tử cơ bản
- Vi điều khiển
- Tài liệu tham khảo trên internet
-
Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Dịch nội dung các bài thí nghiệm từ phiên bản tiếng anh sang tiếng việt
- Thực hiện lại phần mếm thí nghiệm bằng phiên bản tiếng việt
- Thực hiện bộ thí nghiệm điều khiển nhiệt độ, điều khiển tốc độ, điều khiển ánh sáng,
- Hiểu rõ nội dung, ý nghĩa, mục đích của tất cả các bài thí nghiệm
- Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Các đồ thị kết quả thí nghiệm
- Đầu đề đồ án:
BỘ THÍ NGHIỆM MULTILAB KỸ THUẬT ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN.
- Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Lý thuyết điều khiển tự động
- Lý thuyết điện tử cơ bản
- Vi điều khiển
- Tài liệu tham khảo trên internet
-
Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Dịch nội dung các bài thí nghiệm từ phiên bản tiếng anh sang tiếng việt
- Thực hiện lại phần mếm thí nghiệm bằng phiên bản tiếng việt
- Thực hiện bộ thí nghiệm đo các giá trị điện áp- dòng điện; đo tầng số- công suất nguồn
- Hiểu rõ nội dung, ý nghĩa, mục đích của tất cả các bài thí nghiệm
- Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Các đồ thị kết quả thí nghiệm
PHẦN I:
GIỚI THIỆU
1 : TỔNG QUAN
|
|
Chào mừng đến với khóa học MTI5.2 Automatic Temperature, Speed and Light Control của L@bSoft. Nhóm Lucas-Nülle hy vọng bạn có nhiều niềm vui trong việc thông qua các khóa học trên kit thí nghiệm này. Những phần sau sẽ cung cấp cho bạn một tổng quan ban đầu về điều khiển. Xin nhớ rằng khóa học MTI5.1 của L@bSoft cung cấp cho ta "Nguyên tắc cơ bản của công nghệ điều khiển tự động" và rằng những thông tin chứa trong đó là một điều kiện đầu tiên cho khóa học này. |
1.1 : Mục tiêu đào tạo:
Sau khi làm việc thông qua khóa học các bạn có thể biết thêm các nội dung sau đây
|
|
Các ví dụ về điều khiển vòng lặp kiểm soát nhiệt độ |
|
|
Các loại và thông số của hệ thống kiểm soát nhiệt độ |
|
|
Kiểm soát nhiệt độ tự động với bộ điều khiển không liên tục và bộ điều khiển PID (phản ứng với điểm đặt thay đổi và biến đầu vào biến thiên) |
|
|
Những ví dụ về kiểm soát tốc độ tự động |
|
|
Các loại và các thông số của hệ thống kiểm soát tốc độ |
|
|
Tự động kiểm soát tốc độ với bộ điều khiển không liên tục và bộ điều khiển PID |
|
|
Thiết kế và tối ưu hóa của bộ điều khiển PID trong miền tần số |
|
|
Các ứng dụng điển hình cho điều khiển ánh sáng tự động |
|
|
Các loại và các thông số của hệ thống kiểm soát ánh sáng |
|
|
Kiểm soát ánh sáng tự động với bộ điều khiển không liên tục và bộ điều khiển PID (đáp ứng với điểm đặt thay đổi và biến đầu vào biến thiên) |
1.2 : Thiết bị:
Bạn cần các thiết bị sau đây để thực hiện tất cả các thí nghiệm trong khóa học này:
|
|
Giao diện UNItr@in SO4203-2A |
|
|
Kit thí nghiệm UNItr@in SO4203-2B (2 x) |
|
|
Card thí nghiệm “Điều khiển nhiệt độ ,tốc độ ánh sáng” UNItr@in-I SO4201-5V |
|
|
Card thí nghiệm “Bộ điều khiển PID” UNItr@in-I SO4201-5R |
|
|
Card thí nghiệm “Bộ điều khiển 2/3 vị trí” UNItr@in-I SO4201-5S |
|
|
Dây kết nối |
2 : GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ
2.1 : Card thí nghiệm "Temperature, Speed and Light Controlled Systems" SO4201-5V
Card thí nghiệm Temperature, Speed and Light Controlled Systems bao gồm các điều khiển điển hình trong kỹ thuật điều khiển. Ba loại hệ thống điều khiển trên thể hiện các đặc điểm khác nhau (đáp ứng tĩnh và đáp ứng động) để kết hợp với bộ điều khiển PID trên card '' SO4201-5R" và điều khiển 2/3 vị trí trên card "SO4201-5S" với vô số các kiểu điều khiển khác nhau có thể được thiết lập và kiểm tra
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dưới đây là danh sách chi tiết của những kiểu điều khiển:
|
|
Hệ thống kiểm soát nhiệt độ dựa trên một điện trở đốt nóng với đầu vào biến thiên và LED báo hiệu khi nhiệt độ đã đạt tới một mức nhất định. Biến đầu vào của hệ thống kiểm soát nhiệt độ là một điện áp trong khoảng 0 .. 10 V (socket YT). Một bộ chuyển đổi nhiệt độ - điện áp chuyển đổi nhiệt độ thành một hiệu điện thế và được đưa ra ở đầu ra của hệ thống kiểm soát (socket XT). Ngoài các điện trở đốt nóng còn có một chức năng làm mát được cung cấp bởi 1 cái quạt của hệ thống kiểm soát tốc độ (xem dưới đây). Biến trở A được sử dụng để bù đắp / hiệu chuẩn nhiệt độ theo nhiệt độ môi trường . |
|
|
Tốc độ kiểm soát hệ thống dựa trên một quat gió. Quạt này được điều khiển thông qua điện áp đầu vào (socket YS). Một cảm biến tốc độ tạo ra một tín hiệu TTL với một tần số phụ thuộc vào tốc độ. Từ bộ chuyển đổi tần số - điện áp này tạo ra điện áp đầu ra cho hệ thống kiểm soát tốc độ (socket XS). |
|
|
Hệ thống điều khiển ánh sáng gồm có cực phát (LED) và thu (photosensor) với khả năng nuôi xáo trộn biến chuyển tiếp (ánh sáng nguồn phụ). Biến đầu vào Hệ thống kiểm soát là điện áp tại socket YL, biến đầu ra là điện áp tại socket XL. Biến trở A được sử dụng để thực hiện bù đắp hiệu chuẩn cho độ sáng của môi trường xung quanh (ánh sáng trong phòng). |
2.2 : Bộ điều khiển PID SO4201-5R
2.2.1 : Giới thiệu
Card thí nghiệm của hệ thống UNI-TRAIN-I về bộ điều khiển PID là một mô-đun đựợc sử dụng trong lĩnh vực chủ yếu của công nghệ điều khiển tự động. Bộ điều khiển PID được sử dụng chủ yếu trong các tiện ích điều khiển chung liên tục.
Bộ điều khiển PID có chứa các mạch điện tính toán tương tự (các bộ khuếch đại thuật toán được nối dây) cùng với các biến trở và các công tắc chuyển mạch dùng để đãt cấu hình và thiết lập các tham số. Các khâu điều khiển P, I, và D có thể được kích hoạt hoặc gỡ bỏ một cách độc lập và có thể kết hơp chúng lại thành một khâu P-I-D bất kỳ. Trên card có các chức năng sau:
|
|
|
Bộ so sánh giá trị thực và giá trị điểm đặt với 3 đầu vào |
|
|
Phần tử điều khiển P , có thể được kích hoạt hoặc gỡ bỏ độc lập |
|
|
|
Khâu tích phân I , có thể được kích hoạt hoặc gỡ bỏ độc lập |
|
|
|
Khâu vi phân D, có thể được kích hoạt hoặc gỡ bỏ độc lập |
|
|
|
Một đầu ra tổng Y |
|
|
|
Ba đầu ra điều khiển YP, YI, YD |
|
|
|
Hiển thị quá tải LED |
2.2.2 : Các thông số kỹ thuật
|
Ðiện áp làm việc : |
+/-15 V thông qua đầu cắm bus |
|
Các đầu vào : |
3 đầu vào +/-10 V, Ri = 10 kOhm, thông qua các lỗ cắm 2mm . |
|
Các đầu ra : |
5 đầu ra +/-10 V, 10mA, thông qua các lỗ cắm 2mm |
|
Các dải đặt: |
KP = 0...100, TN = 0.01-100s, TV = 0...10s. |
|
Kích thước: |
Eurocard 160 x 100 mm |
|
Trọng lượng : |
0.25 kg |
2.2.3 : Các phần tử của mạch và các lỗ cắm
2.2.3.1 : Sơ đồ khối
Dưới đây là sơ đồ mạch điện khối của card thí nghiệm .
2.2.3.2 : Kích hoạt bộ điều khiển P
Toàn bộ thành phần P của bộ điều khiển được kích hoạt hoặc gỡ bỏ bằng công tắc chuyển mạch "công tắc bật khâu P". Biến trở và các công tắc chuyển mạch dải làm việc sẽ không hoạt động khi công tắc chuyển mạch chính của thành phần P ở trạng thái ngắt.
2.2.3.3 : Thiết lập hệ số khuếch đại tỷ lệ KP
Hệ số khuếch đại tỷ lệ KP được lấy từ giá trị được đặt bởi biến trở của bộ điều khiển P "biến trở điều khiển P" nhân với giá trị được đặt bởi công tắc chuyển mạch dải làm việc của bộ điều khiển P "khoảng tác động của bộ điều khiển P". Ví dụ :
|
|
KP = 5 x 10 = 50 |
Toàn bộ dải thiết lập trải rộng từ 0 cho đến 100.
2.2.3.4 : Kích hoạt khâu tích phân I
Toàn bộ khâu tích phân I được kích hoạt hoặc gỡ bỏ bởi công tắc chuyển mạch "công tắc bật khâu I". Biến trở và các công tắc chuyển mạch dải làm việc sẽ không hoạt động khi công tắc chuyển mạch chính của khâu tích phân I ở trạng thái ngắt..
2.2.3.5 : Ðặt thời gian thiết lập hay thời gian tích phân TN
Thời gian lấy tích phân TN được lấy từ giá trị được đặt bởi biến trở của khâu tích phân I "biến trở khâu I" nhân với giá trị đặt bởi công tắc chọn dải làm việc của khâu tích phân I "khoảng tác động của khâu I" và giá trị bộ giải mã của khâu tích phân I "bộ giải mã của khâ I". Ví dụ :
|
|
TN = 5 x 0.1 x 10s = 5s |
Toàn bộ dải thiết lập trải rộng từ 0.01s cho đến 100s.
2.2.3.6 : Ðặt hệ số tích phân KI
Hệ số này chỉ được đặt khi có sử dụng khâu tích phân I ( các tích phân điều khiển P và D thì nó bị gỡ bỏ). Lúc này hằng số thời gian tương ứng không phải là thời gian thiết lập lại TN mà hằng số lấy tích phân TI . Thông thường hệ số tích phân KI cũng được sử dụng ở đây như là một tham số của bộ điều khiển . Trong trường hợp này ta có:
|
|
KI = 1 / TI |
Toàn bộ dải thiết lập trải rộng từ 0.01/s cho ðến 100/s.
2.2.3.7 : Kích hoạt bộ điều khiển D
Toàn bộ khâu điều khiển D được kích hoạt hoặc gỡ bỏ bởi công tắc chọn bộ điều khiển vi phân "công tắc bật khâu D". Biến trở và các công tắc chuyển mạch dải làm việc sẽ không hoạt động khi công tắc chuyển mạch chính của khâu vi phân D ở trạng thái ngắt..
Ðặt thời gian lấy tỷ lệ hay thời gian vi phân TV
Thời gian TV được lấy từ giá trị được đặt bởi biến trở "biến trở điều chỉnh khâu D" nhân với giá trị được đặt bởi chuyển mạch dải của bộ điều khiển vi phân D "khoảng hoạt động của khâu D", Ví dụ :
|
|
TV = 5 x 1s = 5s |
Toàn bộ dải thiết lập trải rộng từ 0 cho đến 10s.
2.2.3.8 : Ðặt hệ số tác động vi phân KD
Hệ số này chỉ được sử dụng khi có sử dụng khâu vi phân D (nó bị gỡ bỏ khi sử dụng các khâu điều khiển tỷ lệ P và khâu tích phân I ). Lúc này tham số của bộ điều khiển tương ứng không còn được gọi là thời gian thiết lập lại mà gọi hệ số tác động vi phân KD. Nó có thể được xác định từ TV. Ta có biểu thức sau:
|
|
KD = TV |
Toàn bộ dải thiết lập trải rộng từ 0 cho đến 10s.
2.2.3.9 : Ðầu vào điểm đặt w
Ðầu vào điểm đặt w là một đầu vào cộng của bộ so sánh giá trị thực và giá trị điểm đặt. Dải điện áp tín hiệu cho phép là:
|
|
Uw = -10V...+10V |
2.2.3.10 : Ðầu vào điểm đặt bổ sung z
Ðầu vào điểm đặt bổ sung z là một đầu vào cộng của bộ so sánh giá trị thực và giá trị điểm đặt. Nó được sử dụng để đưa biến tác động can nhiễu vào hoặc để dùng hiệu chỉnh điểm đặt. Nó được dùng để cung cấp biến nhiễu hay là điểm cài đặt. Dải điện áp tín hiệu cho phép là:
|
|
Uperm = -10V...+10V |
2.2.3.11 : Ðầu vào giá trị thực x
Ðầu vào giá trị thức x là một đầu vào trừ của bộ so sánh giá trị thực và giá trị điểm đặt . Dải điện áp tín hiệu cho phép là:
|
|
Ux = -10V...+10V |
2.2.3.12 : Ðầu ra đo tín hiệu sai lệch e
Ðầu ra của bộ khuếch đại thuật toán cung cấp tín hiệu sai lệch e lấy từ việc so sánh giá trị thực và giá trị điểm đặt. Dải điện áp tín hiệu cho phép là:
|
|
Ue = -10V...+10V với dòng tải cức đại 10mA |
Tín hiệu sai lệch e cũng là tín hiệu đầu vào tác động của tiện ích điều khiển. Ta có biểu thức sau:
|
|
e = w + z - x |
2.2.3.13 : Ðầu ra tổng của bộ điều khiển PID
Ðầu ra này của bộ khuếch đại thuật toán cung cấp tín hiệu của biến được tác động Y. Nó được tạo ra bằng cách cộng các tín hiệu thành phần của bộ điều khiển YP, YI, YD.Dải điện áp tín hiệu cho phép là :
|
|
UY = -10V...+10V với dòng tải cức đại 10mA |
Khâu chấp hành công suất luôn được nối với đầu ra tổng Y, kể cả khi tiện ích điều khiển chỉ làm việc với các khâu đơn lẻ (các bộ điều khiển P, I hay D). Ta có:
|
|
Y = YP + YI + YD |
2.2.3.14 : Các đầu ra điều khiển của các bộ điều khiển P , I và D
Các đầu ra này của bộ khuếch đại thuật toán cho các tín hiệu ra YP, YI, YD đối với các bộ điều khiển riêng rẽ. Chúng là những đầu ra của các bộ điều khiển đơn và được sử dụng, ví dụ, để khảo sát xem thành phần nào của bộ điều khiển D là thành phần bộ phận của thiết bị được tác động bởi biến Y. Dải điện áp tín hiệu cho phép là :
|
|
YP(YI, YD) = -10V...+10V với dòng tải cức đại 10mA |
2.2.4 : Điều chỉnh cho bộ điều khiển PID
2.2.4.1 : Điều chỉnh dựa theo Chien, Hrones và Reswick
Các thủ tục tối ưu hóa sau đây đã được xuất bản bởi Chiến, Hrones và Reswick vào năm 1952. Nó có thể được sử dụng cho cả hai hệ thống dao động có bù cũng như cho các hệ thống điều khiển mà không bù và dựa trên các thông số hệ thống có thể được suy ra từ đáp ứng nấc của hệ thống.
2.2.4.1.1 : Điều chỉnh hệ thống có bù
Thủ tục tối ưu hóa PID cho các hệ thống kiểm soát với bù dựa trên các thông số hệ thống KS (hệ số tỷ lệ), Tu (thời gian trễ) và Tg (thời gian bù) trong của đồ thị.
Bảng này cung cấp một cách tóm tắt tất các thủ tục điều chỉnh cho các hệ thống kiểm soát với bù:
|
Type |
With overshoot |
Without overshoot |
||
|
|
Disturbance |
Reference |
Disturbance |
Reference |
|
P |
|
|
|
|
|
PI |
|
|
|
|
|
PID |
|
|
|
|
Thủ tục điều chỉnh thông thường cho các kết quả khi Tg > 3 Tu tức là hệ thống mà không có sự đáp ứng chậm trễ khác biệt.
2.2.4.1.2 : Điều chỉnh hệ thống khi không có bù
Thủ tục tối ưu hóa PID cho các hệ thống điều khiển mà không có bù dựa trên hệ số tỷ lệ của hệ thống (ở đây gọi là KIS) và thời gian trễ Tu của đồ thị.
Ngoài ra trong các hệ thống điều khiển mà không có bù có bốn cách điều chỉnh thay thế đối với từng loại điều khiển thể hiện trong bảng sau đây :
|
Type |
With overshoot |
Without overshoot |
||
|
|
Disturbance |
Reference |
Disturbance |
Reference |
|
P |
|
|
|
|
|
PI |
|
|
|
|
|
PID |
|
|
|
|
2.2.4.2 : Thiết kế bộ điều khiển dựa trên dao động của Ziegler / Nichols
Các thủ tục được giới thiệu bởi Ziegler và Nichols vào đầu năm 1942 về việc ổn định kỹ thuật giới hạn dựa trên việc xác định các thông số hệ thống khác nhau bằng cách thí nghiệm (thí nghiệm dao động). Phương pháp này đặc biệt rất phù hợp trong thực hành cho các hệ thống đo lường phức tạp , vì đặc điểm của chúng được bao gồm trong thí nghiệm dao động. Quá trình này được thực hiện như sau:
|
|
Lắp ráp một hệ thống khép kín bao gồm điều khiển vòng lặp và điều khiển khâu P-(ban đầu là một bộ điều khiển thuần túy). |
|
|
Tìm bất kỳ thiết lập điều khiển nào làm cho hệ thống ổn định (ví dụ như thử và sai). |
|
|
Tăng hệ số tỷ lệ KP của bộ điều khiển cho đến khi vòng lặp điều khiển đạt đến giới hạn ổn định của nó, tức là biến kiểm soát dao động liên tục mà không có sự suy giảm. Giá trị tương ứng của KP được gọi là giới hạn của điều khiển có lợi KP crit. |
|
|
Xác định thời gian Tcrit của giao động liên tục. |
|
|
Xác định các thông số điều khiển bằng cách thiết lập các quy tắc sau đây. |
Các quy tắc thực tế để thiết lập các loại điều khiển được thể hiện trong bảng sau đây:
Rõ ràng ngay lập tức rằng phương pháp này chỉ thích hợp cho các hệ thống có thể sẽ được phép tiếp cận tới giới hạn của nó về sự ổn định mà không gây thiệt hại hoặc nguy hiểm khác.
2.2.5 : Card thí nghiệm điều khiển 2 / 3 vị trí SO4201-5S
2.2.5.1 : Giới thiệu chung
Card thí nghiệm của hệ thống UNI-TRAIN-I về bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí (Two/Three-position controller) là một mô-đun làm việc như một đối tượng trong lĩnh vực công nghệ điều khiển tự động. Các bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí thông thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển đa năng gián đoạn.
Bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí bao gồm một mạch điện tính toán số học (các bộ khuếch đại thuật toán được nối với nhau) với các biến trở và các công tắc chuyển mạch để thiết lập cấu hình và đặt các tham số . Chế độ làm việc của bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí có thể được chọn trong quá trình làm việc. Các tham số được duy trì trong quá trình làm việc, còn các tham số không thích hợp tự động bị loại bỏ. Card thí nghiệm như một tổng thể bao gồm các đặc điểm sau:
|
|
|
Bộ so sánh giá trị thực và giá trị điểm đặt với 2 đầu vào bổ sung cho vòng phản hồi cho phép trễ. |
|
|
Khâu điều khiển hai vị trí với thời gian trễ chuyển mạch điều chỉnh được. |
|
|
|
Khâu điều khiển ba vị trí với thời gian trễ chuyển mạch điều chỉnh được và khoảng thời gian chuyển mạch điều chỉnh được. |
|
|
|
Một đầu ra chuyển mạch có phân cực (điện áp của tín hiệu là : -10 V, 0V, +10 V). |
|
|
|
Hai đầu ra chuyển mạch có mã hoá (mức lô-gích : HL, LL, LH) |
|
|
|
Các đèn LED hiển thị trạng thái làm việc (đỏ/xanh). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.5.2 : Các thông số kỹ thuật
Card thí nghiệm về bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí có các đặc tính kỹ thuật sau:
|
Ðiện áp làm việc : |
+/-15V thông qua đầu cắm Bus |
|
Các đầu vào : |
Cho 4 đầu vào +/-10 V, Ri=10 kiloohm,thông qua các lỗ cắm 2mm . |
|
Các đầu ra : |
3 đầu ra +/-10 V, 10mA, thông qua các lỗ cắm 2mm . |
|
Các dải thiết lập : |
Ðộ trễ = 0.1 to 1 V |
|
Kích thước: |
Card theo tiêu chuẩn Euro 160 x 100 mm |
|
Trọn lượng: |
0.,25 kg |
2.2.5.3 : Các phần tử làm việc và các lỗ cắm
2.2.5.3.1 : Sơ đồ khối
Hình cho dưới đây minh hoạ sơ đồ khối của card thí nghiệm.
2.2.5.3.2 : Biến trở độ trễ H
Với bộ điều khiển này có thiết lập độ trễ chuyển mạch (độ lệch giữa mức chuyển mạch bật và tắt). Nó cũng được bố trí đối xứng với điểm chuyển mạch S. Ðộ trễ chuyển mạch thay đổi tần số chuyển mạch của hệ thống điều khiển, và đồng thời điều khiển giá trị vi phân tạm thời. Một thiết lập tối ưu chỉ có thể được thực hiện khi có tính đến các dữ liệu của hệ thống được điều khiển. Dải thiết lập đối với độ trễ chuyển mạch là:
H = 0.1V...1V
2.2.5.3.3 : Phép đo độ trễ đầu ra 0.5xH
Ðể thiết lập chính xác độ trễ thì điện áp đầu ra đo có thể cần phải được đo. Do vây biểu thức dưới đây được áp dụng để tính độ trễ :
H = giá trị đo được x 2
2.2.5.3.4 : Ðiểm chuyển mạch S
Việc thiết lập các điểm chuyển mạch chỉ có ý nghĩa đối với bộ điều khiển 3 vị trí. Trong bộ điều khiển 2 vị trí thì các điểm chuyển mạch là không đổi và tự động bằng 0V. Trong khi bộ điều khiển 2 vị trí chỉ tính toán 2 trạng thái của biến được điều khiển X, thì bộ điều khiển 3 vị trí lại có thể phân biệt được 3 trạng thái.. Và dưới đây là các đặc điểm của bộ điều khiển 2 vị trí:
|
|
Nếu biến được điều khiển X quá cao, thì đầu ra Y chuyển về giá trị 0V. Ðiều này dẫn đến việc tắt dòng năng lượng. |
|
|
Nếu biến được điều khiển X quá thấp thì đầu ra Y chuyển về giá trị >10V. Ðiều này dẫn đến cho phép bật dòng năng lượng . |
Dưới đây là các đặc điểm của bộ điều khiển 3 vị trí
|
|
Nếu biến được điểu khiển X quá cao thì đầu ra Y chuyển về giá trị <-10V. Ðiều này dẫn đến giảm dòng năng lượng . |
|
|
Nếu biến được điều khiển X quá thấp thì đầu ra Y chuyển về giá trị >10V. Ðiều này dẫn đến làm tăng dòng năng lượng. |
|
|
Nếu biến được điêu khiển X trong dải “cho phép” thì đầu ra Y chuyển về giá trị 0V. Ðiều này dẫn đến một trạng thái thiết lập và dòng năng lượng giữ nguyên không thay đổi. |
Với biến trở điểm chuyển mạch S thì vị trí của điểm chuyển mạch và do vậy mà cả “dải cho phép” được xác định. Ðộ trễ do vậy mà lúc nào cũng đối xứng với điểm chuyển mạch và các điểm chuyển mạch luôn đối xứng qua giá trị sau:
w - x = e = 0V
2.2.5.3.5 : Phép đo điểm chuyển mạch S của đầu ra
Ðể thiết lập chính xác điểm chuyển mạch thì điện áp có thể được đo tại đầu ra đo có nhãn là “điểm chuyển mạch”. Ta có các biểu thức sau:
|
|
Ðiểm chuyển mạch dương = giá trị đo của S x 1 |
|
|
Ðiểm chuyển mạch âm = giá trị đo của S x -1 |
2.2.5.3.6 : Công tắc chuyển đổi vị trí của bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí
Chế độ làm việc của bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí có thể được chọn trong quá trình làm việc thông qua công tắc chọn chế độ và các chức năng nào phù hợp với chế độ làm việc thì giữ nguyên không thay đổi còn những chức năng nào không phù hợp thì tự động được gỡ bỏ. Các chức năng đó bao gồm:
|
|
Ở chế độ bộ điều khiển 2 vị trí thì công tắc chuyển mạch S luôn bật về 0V. |
|
|
Ở chế độ bộ điều khiển 3 vị trí thì phần tử chính Y chỉ cấp mức tín hiệu 0V và >10V. |
Tất cả mọi chức năng đều phụ thuộc vào chế độ làm việc tương ứng .
2.2.5.3.7 : Các đầu vào điểm đặt W1, W2
Các đầu vào điểm đặt w1, w2 là các đầu vào cộng của bộ so sánh giá trị thực - giá trị điểm đặt. Dải điện áp của tín hiệu cho phép là:
|
|
Uw = -10...+10 |
2.2.5.3.8 :Các đầu vào giá trị thực X1, X2
Các đầu vào giá trị thực x1, x2 là các đầu vào trừ của bộ so sánh giá trị thực - giá trị điểm đặt. Dải điện áp của tín hiệu cho phép là:
|
|
Ux = -10V...+10V |
2.2.5.3.9 :Phép đo tín hiệu sai lệch e ở đầu ra
Ðầu ra của bộ khuếch đại thuật toán cung cấp tín hiệu sai lệch e được lấy ra từ bộ so sánh giá trị thực – giá trị điểm đặt.Dải điện áp của tín hiệu cho phép là:
|
|
Ue = -10V...+10V với tải cực đại 10mA |
Tín hiệu sai lệch e cũng là tín hiệu đầu vào tác động của hệ thống điều khiển. Ta có biểu thức sau:
|
|
e = w1 + w2 - x1 - x |
2.2.5.3.10 :Ðầu ra chính Y
Ðầu ra này của bộ khuếch đại thuật toán cung cấp biến được tác động có phân cực Y mà nó có nghĩa là:
|
|
Ba trạng thái chuyển mạch của bộ điều khiển 3 vị trí được thực hiện bằng các mức tín hiệu >10V, 0V, <-10V (còn bộ điều khiển 2 vị trí thì chỉ có thể thực hiện với các mức điện áp >10V và 0V). |
2.2.5.3.11 :Các đèn hiển thị LED
Các trạng thái chuyển mạch của bộ điều khiển 2 vị trí /3 vị trí luôn luôn được hiển thị bằng các đèn LED.
Ðối với bộ điều khiển 2 vị trí các đèn LED làm việc như sau:
|
|
Y > 10V (đèn LED đỏ sáng lên) |
|
|
Y = 0V (đèn LED xanh sáng lên) |
Ðối với bộ điều khiển 3 vị trí các đèn LED làm việc như sau:
|
|
Y > 10V (đèn LED đỏ sáng lên) |
|
|
Y = 0V (không có đèn LED nào sáng) |
|
|
Y < -10V (đèn LED xanh sáng lên) |
2.2.5.3.12 :Các đầu ra chuyển mạch YP, YN
Các đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán số này (0V, 10V) cấp tín hiệu cho biến được tác động đã được mã hoá theo nhị phân với các trọng số như sau:
|
Y |
YP |
YN |
|
10V |
10V |
0V |
|
0V |
0V |
0V |
|
-10V |
0V |
10V |
PHẦN II: BÀI TẬP
A : BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
BÀI 1:
|
Cài đặt điểm hoạt động . |
Sự tuyến tính và độ lệch:
Mặc dù các mối quan hệ trong kỹ thuật thì đều không tuyến tính nhưng trong thực tế thì người ta có xu hướng đưa về tuyến tính để dễ khiểm soát hơn. Mối quan hệ tuyến tính với không tuyến tính là 1 phần quan trọng trong kỹ thuật (đặc tính phi tuyến) . Bất kỳ sự tuyến tính nào cũng chỉ đúng trong 1 gianh giới nhất định mà thôi ,và cũng chỉ là tương đối chính xác mà thôi nên nó thường được giới hạn trong 1 phạm vi hẹp. Do đó trong kỹ thuật thường sử dụng các biến tuyệt đối nó được gọi là điểm làm việc , tức là có sự khác nhau giữa giá trị thực tế và giá trị tham chiếu của biến đó . Giá trị tham chiếu là giá trị trung bình của biến trạng thái ,ví dụ như trước khi tới được điểm đặt thì biến trạng thái thường nhấp nhô không ổn định.
Ví dụ sau cho ta thấy đáp ứng nấc của phần tử PT1 tại điểm đặt X0,Y0 tại thời gian t=0 (bên trái) . Nếu độ lệch được sử dụng thay cho giá trị tuyệt đối X và Y thì đáp ứng nấc sẽ được thể hiện ở bên phía bên trái hình . Mối quan hệ giữa các giá trị tuyệt đối và độ lệch là:
|
x = X - X0 |
|
y = Y - Y0 |
Trong việc xác định thông số của một hệ thống kiểm soát thì độ lệch thường được sử dụng . Điều đó có nghĩa là hệ số tỉ lệ KS của hệ thống điều khiển có thể được suy ra từ 2 giá trị trong đáp ứng nấc.
Thí nghiệm : Cài đặt điểm hoạt động cho hệ thống điều khiển nhiệt độ
Trong thí nghiệm này thì điểm hoạt động của hệ thống điều khiển nhiệt độ được kiểm tra và lấy chuẩn.
|
|
Lắp ráp mạch theo hình sau và điều chỉnh biến trở P1 tới vị trí giữa của nó. |
|
|
|
|
|
Mở Time Diagram và cái đặt theo bảng sau: |
|
Input settings (cài đặt ngõ vào) |
||
|
Channel A |
Meas range.: 10 V |
Coupling: DC |
|
Channel B |
Meas. range: 10 V |
Coupling: DC |
|
Other |
Range: 100 |
Offset: 0 |
|
Output settings (cài đặt ngõ ra) |
||
|
Step from ... to ... |
0 |
100% |
|
Delay time/ms |
0 |
|
|
Measurements |
300 |
|
|
Diagram settings (cài đặt cho biểu đồ) |
||
|
Display |
Channel A |
|
|
x-axis from ... to ... |
0 |
360 s |
|
y-axis from ... to ... |
0 |
100 |
|
|
Bây giờ hãy xác định đáp ứng nấc cho hệ thống và copy biểu đồ vào khung sau: |
|
|
|
Đáp ứng nấc với vị biến trở ở giữa |
|
|
Xác định sự thay đổi của Dx ở ngõ ra của hệ thống so với giá trị ban đầu của nó được đo bằng vôn kế và điền kết quả vào ô dưới. |
|
|
Dx = |
Xấp xỉ = 5.9 |
V |
|
|
Bây giờ mở vôn kế kênh A và cho hệ thống làm mát hoạt động để ngõ ra của hệ thống trở về giá trị ban đầu sau đó điều chỉnh biến trở P1 để ngõ ra của hệ thống có giá trị bằng 0 .Sử dụng biểu đồ đáp ứng nấc thêm 1 lần nữa (với giá trị cài đặt như trên) để xác định đáp ứng nấc cho hệ thống ở điểm hoạt động này . Copy kết quả vào khung dưới. |
|
|
|
Đáp ứng nấc sau khi cài đặt điểm hoạt động. |
|
|
Xác định sự thay đổi của Dx ở ngõ ra của hệ thống so với giá trị ban đầu của nó được đo bằng vôn kế lần nữa và điền kết quả vào ô dưới. |
|
|
Dx = |
Xấp xỉ = 5.9 |
V |
|
|
So sánh kết quả của các thí nghiệm trên . Bạn giải thích kết quả trên như thế nào? Điền lời giải thích của bạn vào khung sau. |
|
|
Trong cả hai trường hợp thì sự thay đổi bước đầu ra của hệ thống là giống nhau nếu bước đầu vào của hệ thống là giống nhau. Thay đổi điểm đặt thì chỉ làm thay đổi biến ngõ vào của hệ thống và giá trị đầu ra của hệ thống còn hệ số tỷ lệ của hệ thống thì không hề thay đổi. |
BÀI 2:
|
|
Đặc tính ổn định của hệ thống điều khiển nhiệt độ Đáp ứng hệ thống ổn định
Khi phân tích các yếu tố điều khiển vòng lặp sự khác nhau được thể hiện ở chức năng đáp ứng (đáp ứng theo thời gian) và đáp ứng tĩnh (trạng thái ổn định của phản ứng) . Nếu bạn xem xét, ví dụ, của hệ thống phản ứng với sự thay đổi bước của các biến đầu vào, thường được gọi là đáp ứng nấc, một đáp ứng tĩnh được thể hiện ở tính ổn định x0 của biến đầu ra, tức là hệ thống đáp ứng ổn định và không có sự vọt lố quá . Mối quan hệ giữa biên độ đầu vào đầu ra được gọi là hệ số tỷ lệ KP của hệ thống điều khiển (nó cũng được gọi là "hệ thống điều khiển khuếch đại") . Nếu xác định tỷ lệ x0/y0 cho những điểm hoạt động khác nhau (tức là bước biên độ) Y0 và nhập vào kết quả lên đồ thị, kết quả nhận được là đặc tính tĩnh của hệ thống. Trong một hệ thống tuyến tính hệ số tỷ lệ không phụ thuộc vào điểm hoạt động của hệ thống .Ở đây trong kết quả này đặc trưng tuyến tính có độ dốc tương ứng với hệ số tỉ lệ của hệ thống . Nếu điều này liên quan đến một hệ thống kiểm soát thì hệ số tỷ lệ này cũng thường xuyên được gắn với từ 'S' (nghĩa là KS).
.........................................
|
|
|
Đáp ứng nấc với KP = 5, TN = 0.2s |
|
|
Một lần nữa hãy xác định giá trị cực đại Xmax vào các ô dưới đây. |
|
|
KP = 5, TN = 1 s: |
xmax = |
|
% |
|
|
KP = 5, TN = 0.2 s: |
xmax = |
|
% |
|
|
|
BÀI 6:
|
|
Trong thí nghiệm sau đây chúng ta sẽ khảo sát các vòng lặp điều khiển ánh sáng với bộ điều khiển 2 vị trí ứng với những giá trị trễ khác nhau.
|
|
Cài đặt mạch điện theo hình sau và cấu hình bộ điều khiển 2/3 vị trí như là một bộ điều khiển 2 vị trí và quay biến trở H(V) về tận cùng bên trái. |
|
|
|
|
|
Mở reference/disturbance variable generator và đặt nó là một biến tham chiếu liên tục 50%. Sau đó mở Time diagram và thiết lập nó theo bảng sau . |
|
Scaling of axes (cài đặt các trục) |
||||
|
x-axis |
Minimum: 0 |
Maximum: 0,1 |
Scale div.: 0,01 |
Marks: 1 |
|
y-axis |
Minimum: 0 |
Maximum: 100 |
Scale div.: 10 |
Marks: 1 |
|
Input settings (cài đặt ngõ vào) |
||||
|
Channel A |
Meas. range: 10 V |
Coupling: DC |
Range: 100 |
Offset: 0 |
|
Channel B |
Meas. range: 10 V |
Coupling: DC |
Range: 100 |
Offset: 0 |
|
Options settings (cài đặt tùy chọn) |
||||
|
Number of measurements: |
300 |
|||
|
Continuous measurement: |
no |
|||
|
Reference variable function: |
yes |
|||
|
Disturbance variable output: |
no |
|||
|
|
Bây giờ xác định đáp ứng nấc (biểu đồ điều khiển và biến điều khiển) và copy biểu đồ thu được vào khung dưới đây. |
|
|
|
|
|
|
Đáp ứng nấc cho bộ điều khiển hai vị trí với thời gian trễ là nhỏ nhất |
|
|
Bây giờ lặp lại thí nghiệm với H (V) = 0,5 V và H (V) = 1 V. Copy biểu đồ thu được vào trong khung dưới đây. |
|
|
|
|
|
|
Đáp ứng nấc cho bộ điều khiển 2 vị trí với H(V) = 0.5 V |
|
|
|
|
|
|
Đáp ứng nấc cho bộ điều khiển 2 vị trí với H(V) = 1 V |
|
|
So sánh kết quả thu được với các thời gian trễ khác nhau ở trên. Bạn giải thích những đồ thị đó như thế nào? Đánh giá chung của bạn về sự phù hợp của một bộ điều khiển 2 vị trí để kiểm soát ánh sáng tự động hoặc điểm chung liên quan đến sự kiểm soát của hệ thống điều khiển khâu P là gì? Nhập lời giải thích của bạn vào trong hộp câu trả lời dưới đây. |
PHẦN III : GIẢI THÍCH
Actual value (Giá trị thực tế)
Giá trị thực tế của biến điều khiển
Actuating or controlling device (Thiết bị kích thích hay thiết bị điều khiển )
Thiết bị kích thích (thiết lập) hay thiết bị điều khiển là một bộ phận chức năng gồm có bộ thiết lập (bộ đặt) và khâu điều khiển.
Actuator or final control element (Khâu chấp hành hay khâu điều khiển cuối)
Khâu chấp hành hay khâu điều khiển cuối là một bộ phận chức năng trong đó biến được điều khiển cần để điều khiển khâu chấp hành được hình thành bởi biến đầu ra của bộ điều khiển .
Actuating element (Khâu chấp hành )
Phần tử chấp hành thường được gọi là khâu chấp hành nó thường được bố trí ở đầu vào của hệ thống điều khiển và là một bộ phận chức năng của hệ thống để tác động lên khối hay dòng năng lượng. Biến đầu vào của nó là biến tác động.
Adaptation device (Thiết bị thích nghi )
Thiết bị thích nghi là thành phần tương ứng của một vòng lặp điều khiển thích nghi có chức năng xác định một tập các tham số thích hợp của bộ điều khiển dựa trên cơ sở các biến đo được của hệ thống điều khiển và truyền những tham số này vào bộ điều khiển .
Adaptive controller (Bộ điều khiển thích nghi)
Một bộ điều khiển thích nghi là một bộ điều khiển trong đó các tham số của nó liên tục phải đáp ứng với các tham số thực tế của hệ thống điều khiển.
Adjustment guidelines (Các nguyên tắc điều chỉnh )
Các nguyên tắc điều chỉnh (“theo kinh nghiệm”) là các nguyên tắc thiết kế cho bộ điều khiển PID thường dựa trên các tham số của hệ thống điều khiển nhất định như là thời gian trễ hay thời gian bù.
Algorithm (Thuật toán)
Một thuật toán là một chuỗi hữu hạn các lệnh được định nghĩa hoàn chỉnh theo đó mà các biến đầu ra mong muốn của hệ thống được tạo ra từ các biến đầu vào tin cậy.
Amplitude gain (Hệ số khuếch đại biên độ)
Hệ số khuếch đại biên độ biểu diễn tỷ lệ biên độ biến đầu ra theo biên độ biến đầu vào trong hệ thống tuyến tính với tín hiệu kích thích dạng hình sin. Hệ số khuếch đại biên độ nhìn chung thì phụ thuộc vào tần số.
Bode diagram or plot (Biểu đồ Bode hay đồ thị Bode)
Biểu đồ Bode là đồ thị biểu diễn đặc tuyến biên độ lô-ga-rít và đặc tuyến pha lô-ga-rít của một hệ thống tuyến tính.
Break frequency (Tần số gập)
Tần số gập biểu diễn tần số góc riêng của một khâu PT1 mà tại đó hệ số khuếch đại biên độ giảm đi 3dB so với hệ số khuếch đại ở trạng thái thiết lập. Nó ứng với giá trị nghịch đảo của hằng số thời gian của khâu.
Cascade control loop (Vòng điều khiển nối tầng )
Một vòng điều khiển nối tầng là một vòng điều khiển có một hoặc nhiều vòng điều khiển bổ trợ thứ cấp, có nghĩa là một vòng điều khiển trong đó không chỉ có giá trị của biến điều khiển mà còn cả các biến của các hệ thống điều khiển bổ trợ được đưa vào vòng phản hồi.
Characteristic (Ðường đặc tuyến )
Nếu một khâu động học với một biến đầu vào và một biến đầu ra có một vài trạng thái thiết lập mà trong mỗi trạng thái thiết lập tương ứng có một giá trị cố định vR được gán cho giá trị cố định uR. Ðường biểu diễn sự phụ thuộc của vR lên uR là một đường đặc tuyến.
Characteristic of the controlled system (Ðặc tuyến của hệ thống điều khiển)
Một đặc tuyến của hệ thống điều khiển xác định mối quan hệ giữa biến tác động y như một biến đầu vào và biến x như một biến đầu ra của hệ thống ở trạng thái thiết lập theo một biến nhiễu đã cho.
Closed-loop control (Ðiều khiển vòng kín)
“Ðiều khiển vòng kín là một quá trình trong đó một biến -biến cần điều khiển (biến điều khiển) được đo một cách liên tục và được so sánh với một biến khác, biến tham chiếu, và sau đó được hiệu chỉnh theo biến tham chiếu với một mức độ nhất định” (Trích từ : DIN 19 226 mục 1, Phiên bản 05.84). Nó tạo ra một chuỗi các tác động hoặc một quá trình bên trong vòng điều khiển kín.
Comparator (Bộ so sánh)
Bộ so sánh là một bộ phận có chức năng tạo ra tín hiệu sai lệch e từ biến tham chiếu w và biến phản hồi r.
Compensation time (Thời gian bù)
Thời gian bù Tg là khoảng thời gian được xác định bởi điểm cắt của đường góc tang tới điểm uốn đầu tiên của đáp ứng nấc với trục hoành và đường song song với trục hoành cắt giá trị ở trạng thái thiết lập ổn định.
Control algorithm (Thuật toán ðiều khiển)
Thuật toán điều khiển là sự mô tả hình thức của chiến lược điều khiển; có nghĩa là dạng đơn giản nhất của một phương trình điều khiển. Nói chung thì một thuật toán là một tập các luật số học tuân theo một sơ đồ xác định.
Control element (Phần tử hay khâu điều khiển )
Phần tử hay khâu điều khiển là một bộ phận chức năng trong đó biến đầu ra của bộ điều khiển được hình thành từ tín hiệu sai lệch e được nhận từ bộ so sánh như một biến đầu vào. Biến này được hình thành sao cho trong vòng điều khiển biến điều khiển được hiệu chỉnh đúng theo biến tham chiếu càng nhanh và càng chính xác càng tốt kể cả khi có biến can nhiễu xuất hiện.
Controlled system (Hệ thống điều khiển )
Quá trình cần điều khiển, có nghĩa là cần được tác động (ví dụ như động cơ).
Controlled variable (Biến điều khiển )
Biến điều khiển x là một biến riêng của một hệ thống điều khiển, mà nó được đo để phục vụ cho việc điều khiển và được cấp tới hệ thống điều khiển bằng thiết bị đo. Nó là biến đầu ra của hệ thống điều khiển và là biến đầu vào của thiết bị đo.
Controller (Bộ điều khiển )
Bộ điều khiển là một bộ phận chức năng gồm có một bộ so sánh và một khâu điều khiển.
Controller output variable (Biến đầu ra của bộ điều khiển)
Biến đầu ra của bộ điều khiển yR là biến đầu vào của hệ thống điều khiển.
Controlling or adjusting (Ðiều khiển hay điều chỉnh )
Ðiều khiển là thay đổi, có nghĩa là thay đổi mass, dòng năng lượng, hoặc luồng thông tin sử dụng các khâu chấp hành (Xem định nghĩa trong DIN 19 226).
Correction time (Thời gian hiệu chỉnh )
Thời gian hiệu chỉnh Tcorrection là thời gian từ thời điểm to cho đến khi đáp ứng nấc không còn vượt quá dải giá trị thiết lập cho phép.
Critical gain (Hệ số số khuếch đại tới hạn)
Hệ số số khuếch đại tới hạn KPcrit là hệ số tỷ lệ của một bộ điều khiển vừa đủ đưa đến giới hạn ổn định (dao động liên tục) của vòng điều khiển kín.
Critical period (Chu kỳ tới hạn)
Chu kỳ tới hạn Tcrit là chu kỳ của dao động kéo dài mà vòng điều khiển sinh ra khi làm việc ở chế độ tới hạn ổn định của nó.
D-action element (Khâu tác động vi phân D)
Khâu vi phân D hay khâu tác động vi phân là một khối chức năng với đáp ứng truyền đạt như sau:
Ở đây hằng số KD được gọi là hệ số tác động vi phân.
Derivative-action coefficient (Hệ số tác động vi phân)
Khâu tác động vi phân D là một bộ phận chức năng với đáp ứng hàm truyền như sau:
Ở đây hằng số KD được gọi là hệ số tác động vi phân.
Delay time (Thời gian làm chậm)
Thời gian làm chậm Tu là khoảng thời gian được xác định bởi thời điểm to và điểm mà đường góc tang tới điểm uốn đầu tiên cắt trục hoành. Ở đây thời điểm to là thời điểm mà tín hiệu nấc được cấp tới đầu vào của hệ thống.
Derivative-action time (Thời gian tác động vi phân)
Thời gian tác động vi phân Tv là tham số của bộ điều khiển PD. Ðây là thời gian mà đáp ứng tăng của bộ điều khiển PD cần để đạt tới giá trị được định nghĩa của biến tác động so với giá trị đáng lẽ cần phải đạt được khi chỉ sử dụng khâu tỷ lệ P.
Digital controller (Bộ điều khiển số)
Một bộ điều khiển số là một bộ điều khiển gián đoạn theo thời gian, số hoá mà được lưu cất trên máy tính dưới dạng một thuật toán phần mềm tính toán.
Direct Digital Control (Ðiều khiển số gián đoạn)
Ðiều khiển tự động với một bộ điều khiển số được gọi là điều khiển số gián đoạn (DDC).
Disturbance variable (Biến can nhiễu )
Một biến can nhiễu z là một biến tác động lên một hệ thống vòng điều khiển kín hoặc hở từ bên ngoài và tác động ngược lại với hoạt động hay tác động khuếch đại mong muốn của hệ thống điều khiển vòng kín hay vòng hở.
Disturbance (can nhiễu)
Một biến can nhiễu z là một biến tác động lên một hệ thống vòng điều khiển kín hoặc hở từ bên ngoài và tác động ngược lại với hoạt động hay tác động khuếch đại mong muốn của hệ thống điều khiển vòng kín hay vòng hở.
Disturbance response (Ðáp ứng can nhiễu )
Ðáp ứng can nhiễu là đáp ứng của vòng điều khiển theo tác động của biến can nhiễu.
Dynamic response (Ðáp ứng động)
Ðáp ứng động của một hệ thống là đáp ứng nấc của một biến đầu ra của hệ thống sau khi biến đầu vào có một sự thay đổi.
Error signal (Tín hiệu sai lệch)
Tín hiệu sai lệch e là độ lệch giữa biến tham chiếu w và biến phản hồi r.
Family of characteristics (Họ các đường đặc tuyến)
Trong một họ các đường đặc tuyến chúng ta tìm ra được các đặc tuyến cho các khâu động học với một vài trạng thái thiết lập và một vài biến đầu ra được hiển thị theo một biến đầu vào với các giá trị uR khác nhau đối với các biến đầu vào khác cho những trạng thái thiết lập này.
Feedback variable (Biến phản hồi)
Biến phản hồi r là một biến sinh ra từ phép đo biến được điều khiển và được đưa ngược trở về bộ so sánh.
Fixed setpoint control (Ðiều khiển theo điểm đặt cố định)
Một ðiều khiển theo điểm đặt cố định là một vòng điều khiển kín trong đó biến tham chiếu là một tập hợp các giá trị cố định.
Follow-up control (Ðiều khiển bám theo)
Một điều khiển bám theo là một vòng điều khiển kín trong đó giá trị của biến được điều khiển bám theo các giá trị của biến tham chiếu.
Gain crossover frequency (Tần số cắt khuếch đại)
Tần số cắt khuếch đại là tần số góc tương ứng tại tại đó đặc tuyến biên độ của vòng điều khiển hở cắt trục 0 dB.
I-action controller (Bộ ðiều khiển theo khâu tích phân I)
Một bộ điều khiển I là một khâu tích phân I được sử dụng như là một bộ điều khiển.
I-action element (Khâu tích phân I )
Khâu tích phân I (khâu tác động tích phân) là một bộ phận chức năng có đáp ứng truyền như sau:
trong đó hệ số KI được gọi là hệ số tác động tích phân (thành phần I) và giá trị nghịch đảo của nó TI=1/KI được gọi là hệ số hay thời gian lấy tích phân.
Inflectional tangent method (Phương pháp theo đường góc tang )
Khi sử dụng phương pháp này thì đường góc tang được kẻ đến điểm uốn đầu tiên của đáp ứng nấc của hệ thống điều khiển và từ đây ta có thể đi xác định được các tham số như hệ số khuếch đại hệ thống KS, thời gian làm chậm Tu và thời gian bù Tg (đối với các hệ thống có bù). Và từ những tham số này chúng ta xác định được các tham số của bộ điều khiển.
Input variable (Biến đầu vào)
Biến đầu vào u là lượng tác động lên hệ thống đang xét mà chính nó không bị tác động bởi hệ thống tất cả những biến đầu vào ui i= 1, 2, 3...p của hệ thống tạo thành véc tơ đầu vào u = (u1, u2, u3...up).
Integral-action coefficient (Hệ số tác động tích phân)
Khâu tích phân I (khâu tác động tích phân) là một bộ phận chức năng có đáp ứng truyền như sau:
trong đó hệ số KI được gọi là hệ số tác động tích phân (thành phần I) và giá trị nghịch đảo của nó TI=1/KI được gọi là hệ số hay thời gian lấy tích phân.
Integral-action or reset time (Thời gian tác động tích phân hay thời gian thiết lập lại)
Thời gian thiết lập lại Tn là một tham số của bộ điều khiển PI. Nó là thời gian riêng cần thiết để sau một đáp ứng nấc làm xuất hiện một thay đổi nấc của biến được tác động cùng độ lớn do tác động của khâu tích phân I và thành phần tỷ lệ P.
Integration rate or time (Tỷ lệ tích phân hay thời gian tích phân)
Tỷ lệ tích phân hay thời gian tích phân TI là một tham số của khâu tích phân I. Nó là giá trị nghịch đảo của hệ số tác động tích phân KI.
Junction (Ðiểm nối)
Ðiểm nối là một điểm trong sơ đồ tác động điều khiển mà từ đó một và chỉ một biến được truyền đến vài khối hay vài hệ thống bổ sung. Nó được vẽ trên sơ đồ như một chấm.
Lag (Ðộ trễ)
Xem khâu Tt.
Locus curve (Ðường cong quỹ đạo nghiệm)
Ðường cong quỹ đạo nghiệm Nyquist của một hệ tuyến tính là biểu diễn đồ thị liên tục của đặc tuyến pha và đặc tuyến biên độ trong mặt phẳng phức sử dụng tần số góc w như là tham số của đường cong quỹ đạo nghiệm.
Manipulated variable (Biến tác động )
Biến tác động y là biến đầu ra của điều khiển vòng kín hay điều khiển vòng hở và đồng thời là biến đầu vào của hệ thống điều khiển. Nó chuyển tác động điều khiển của thiết bị sang hệ thống điều khiển.
Open control loop (Vòng điều khiển hở)
Một vòng điều khiển hở là một cấu hình không có các vòng phản hồi, có nghĩa là một mạch nối tiếp các khâu truyền.
Open-loop control (Ðiều khiển vòng hở)
Ðiều khiển vòng hở là tác động bên trong một hệ thống mà thông qua đó một hoặc nhiều biến đầu vào tác động lên những biến đầu ra khác do các thao tác điều chỉnh dành riêng cho hệ thống đó (trích từ DIN 19 226 Mục 1, Phiên bản 03.84). Ðặc trưng cho điều khiển vòng hở là một đường tác động hở hoặc một đường tác động kín trong đó các biến đầu ra xảy do các biến đầu vào không bị tác động liên tục hay lặp lại bởi chính những biến đầu vào đó.
Operating point (Ðiểm làm việc)
Ðiểm làm việc là điểm trên một đường đặc tuyến hoặc họ các đường đặc tuyến tại đó khâu động học hoạt động.
Optimising (Tối ưu hoá)
Tối ưu hoá được chúng ta hiểu là những tiêu chuẩn ban đầu để thực hiện một quá trình mà trong chừng mực những hạn chế đã cho đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng phù hợp theo các chế độ làm việc để cho phép quá trình đó nhận được giá trị càng lớn hay càng nhỏ càng tốt . (xem thêm DIN 19 236).
Output variable (Biến đầu ra)
Biến đầu ra v là một biến có thể đo được của một hệ thống mà chỉ có thể được tác ðộng bởi hệ thống và các biến đầu vào của nó tất cả các biến đầu ra vk, k=1, 2, 3...q tạo thành véc tớ biến đầu ra v=(v1, v2, v3...vq).
Overshoot amplitude (Ðộ vọt lố)
Ðộ vọt lố xm là độ lệch cực đại của đáp ứng nấc so với giá trị ở trạng thái thiết lập.
P element (Phần tử hay khâu tỷ lệ P)
Khâu tỷ lệ P (khâu tác động tỷ lệ ) là một bộ phận chức năng với đáp ứng hàm truyền đạt là:
Ở đây hệ số KP được gọi là hệ số tỷ lệ t (hệ số tác động tỷ lệ P).
PI controller (Bộ điều khiển PI)
Bộ điều khiển PI gồm một khâu P và khâu I mắc song song với nhau.
PD controller (Bộ điều khiển PD)
Bộ điều khiển PI gồm một khâu P và khâu D mắc song song với nhau.
PID controller (Bộ điều khiển PID)
Bộ điều khiển PID gồm các khâu P,I và D mắc song song với nhau.
PID-T1 controller (Bộ ðiều khiển PID-T1)
Bộ điều khiển PID-T1 là một bộ điều khiển PID, trong đó khâu D làm việc ở chế độ làm chậm (nhìn chung được lọc bởi khâu PT1 ).
P controller (Bộ điều khiển P)
Bộ điều khiển P là một khâu tỷ lệ P được sử dụng như bộ điều khiển.
Parameter variations (Sự thay đổi tham số)
Sự thay đổi tham số là những thay đổi trong các tham số của hệ thống trong quá trình làm việc ( ví dụ mức khuếch đại hay hằng số thời gian).
Phase margin (Ðộ dự trữ pha)
Ðộ dự trữ pha là khoảng cách của đặc tuyến pha vòng điều khiển hở cách đường -1800 tại tần số cắt khuếch đại.
Phase shift (Ðộ dịch pha)
Ðộ dịch pha là góc pha giữa các biến đầu vào và đầu ra của một hệ thống tuyến tính với một đầu vào tín hiệu hình sin. Ðộ dịch pha nhìn chung là phụ thuộc tần số.
Primary controller (Bộ điều khiển sơ cấp)
Bộ điều khiển sơ cấp là bộ điều khiển trong nhánh ngoài cùng của vòng điều khiển nối tầng.
Process (Quá trình)
Một quá trình tập hợp đầy đủ các hoạt động hoặc các tác động qua lại bên trong một hệ thống mà thông qua đó vật chất, năng lượng hoặc thậm chí thông tin được truyền đi, chuyển qua hoặc lưu cất.
Proportional coefficient (Hệ số tỷ lệ)
Khâu tỷ lệ P (khâu tác động tỷ lệ ) là một bộ phận chức năng với đáp ứng truyền đạt là:
Ở đây hệ số KP được gọi là hệ số tỷ lệ t (hệ số tác ðộng tỷ lệ P).
P controlled system (Hệ thống điều khiển P)
Hệ thống điều khiển P là những hệ thống có đáp ứng tỷ lệ, có nghĩa là không có làm chậm về thời gian (các hệ thống bậc không).
PT1 element (Khâu PT1)
Một khâu PT1 là một hệ thống tuyến tính bậc nhất có bù.
PTn elements (Khâu PTn)
Một khâu PTn là một hệ thống có làm chậm bậc n.
Ramp response (Ðáp ứng dốc)
Ðáp ứng dốc là đặc tuyến thời gian của biến đầu ra theo đáp ứng của hàm dốc tốc độ thay đổi xác định của biến đầu vào.
Reference variable (Biến tham chiếu)
Biến tham chiếu w của một vòng điều khiển kín hoặc vòng điều khiển hở là một biến không bị tác động bởi điều khiển vòng kín hay điều khiển vòng hở. Nó được đưa vào từ bên ngoài tới vòng điều khiển kín hoặc vòng điều khiển hở và theo đó biến đầu ra của vòng điều khiển kín hoặc vòng điều khiển hở được điều chỉnh theo một mối quan hệ nhất định.
Response to setpoint changes (Ðáp ứng theo các thay đổi điểm đặt)
Ðáp ứng theo các thay đổi điểm đặt là đáp ứng của vòng điều khiển theo tác động của biến điểm đặt hay biến tham chiếu.
Rise time (thời gian lên)
Thời gian lên là Trise là thời gian tính từ thời gian to đến thời điểm đầu tiên đáp ứng nấc đạt được một trong những giới hạn của dải sai lệch cho phép.
Sampling time (Thời gian lấy mẫu)
Thời gian lấy mẫu là thời gian giữa hai điểm thời gian lấy mẫu khi sử dụng điều khiển lấy mẫu.
Sensor (Cảm biến)
Cảm biến là phần tử đo có nhiệm vụ chuyển đại lượng vật lý (ví dụ nhiệt độ hay áp suất) thành một dạng khác (chẳng hạn như điện áp hay dòng điện) sao cho có thể xử lý được một cách dễ dàng.
Setpoint (Ðiểm đặt)
Là giá trị mong muốn của biến được điều khiển, có nghĩa là giá trị tạm thời của biến tham chiếu.
Sine response (Đáp ứng sin)
Đáp ứng sine là đặc tính thời gian của biến ngõ ra để đáp ứng một chức năng sin như thế ở biến đầu vào với tình trạng hoạt động ổn định.
Split-range control (Ðiều khiển theo dải phân chia)
Ðiều khiển theo dải phân chia là một điều khiển vòng kín trong đó bộ điều khiển có các đặc tuyến khác nhau đối với các tín hiệu sai lệch âm và tín hiệu sai lệch dương.
Stability limit case (Trường hợp giới hạn ổn định)
Ổn ðịnh giới hạn là thuật ngữ được dùng để mô tả một vòng điều khiển nằm đúng trên biên của giới hạn ổn định và không ổn định.
Static characteristic (Ðặc tuyến tĩnh)
Ðặc tuyến tĩnh của một hệ thống biểu diễn biến đầu ra trên biến đầu vào. Ðể đo đặc tuyến tĩnh, thì sau khi cấp một tín hiệu đầu vào các bạn phải đợi một cho quá trình ngắn trôi qua và biến đầu ra đạt được giá trị thiết lập. Ðộ tăng của đặc tuyến đến một điểm làm việc được gọi là hệ số tỷ lệ KP hay KS của hệ thống. Nếu KP có cùng giá trị đối với mọi điểm làm việc thì ta gọi đó là hệ thống tuyến tính.
Steady-state amplitude gain (Hệ số khuếch đại biên độ ở trạng thái thiết lập)
Hệ số khuếch đại biên độ ở trạng thái thiết lập được ghi lại ở tần số 0, có nghĩa là mối quan hệ giữa giá trị thiết lập cuối cùng của đầu ra và tín hiệu đầu vào của vòng điều khiển hở.
Steady-state error signal (Tín hiệu sai lệch ở trạng thái thiết lập)
Nếu giá trị thực tế của một vòng điều khiển không đạt được đúng mức của giá trị điểm đặt sau quá trình đáp ứng dốc trôi qua, thì ta gọi vòng điều khiển này có một tín hiệu sai lệch ở trạng thái thiết lập và ký hiệu là eb.
Steady-state response (Ðáp ứng ở trạng thái thiết lập)
Là đáp ứng của một hệ thống ở trạng thái thiết lập, có nghĩa là đáp ứng của biến đầu ra theo sự thay đổi của biến đầu vào sau khi đáp ứng dốc đã kết thúc.
Step response (Đáp ứng nấc)
Ðáp ứng nấc là đặc tuyến thời gian của biến đầu ra trong đáp ứng theo sự thay đổi của biến đầu vào là một tín hiệu nấc đơn vị.
Structure (Cấu trúc)
Cấu trúc là tổng thể các mối quan hệ giữa các bộ phận của một hệ thống.
Structural instability (Tính không ổn định về cấu trúc)
Một vòng điều khiển được gọi là không ổn định về cấu trúc nếu nó luôn biểu hiện không ổn định bất chấp các tham số của hệ thống được đặt như thế nào.Tính không ổn định về cấu trúc chỉ có thể được khắc phục bằng cách chọn kiểu bộ điều khiển khác.
System (Hệ thống)
Một hệ thống là một sự bố trí các cấu trúc đã cho có quan hệ qua lại với nhau và được coi như là một tổng thể.
System controller (Hệ thống điều khiển)
Là một mô tả ngắn gọn cho một hệ thống điều khiển kín hoặc hở.
System controller with compensation (Hệ thống điều khiển có bù)
Một hệ thống điều khiển có bù là một hệ thống mà biến đầu ra của nó cố đạt được một giá trị thiết lập trong đáp ứng theo một điều chỉnh của biến được tác động.
System without compensation (Hệ thống điều khiển không có bù)
Một hệ thống điều khiển không có bù là một hệ thống điều khiển mà biến đầu ra của nó không cố đạt giá trị thiết lập mới nào mà tiếp tục chịu bị dao động.
System order (Bậc của hệ thống )
Bậc của hệ thống là một bản chất động quan trọng của một hệ thống. Nó được cho bởi số phần tử tích trữ năng lượng độc lập bên trong hệ thống.
System parameters (Các tham số của hệ thống)
Các tham số của hệ thống là những biến giá trị của chúng đặc trưng cho biểu hiện của hệ thống trong cấu trúc đã cho.
Test signal (Tín hiệu kiểm tra)
Là một tín hiệu hàm thời gian được cấp vào một hệ thống, ví dụ một hệ thống được điều khiển hoặc một vòng điều khiển nhằm mục đích để đưa ra các kết luận hay đánh giá các đặc tuyến hay biểu hiện của hệ thống dựa trên các đường cong của biến đầu ra của hệ thống.Một tín hiệu kiểm tra tiêu biểu là tín hiệu nấc đơn vị, hàm nấc hay tín hiệu hình sin.
Three-position element (Khâu 3 vị trí)
Khâu 3 vị trí là một bộ phận chức năng với hàm truyền đạt sau:
trong đó Us1<0,US2>0. Hiêu số Us2-Us1 được gọi là vùng chết hay vùng giữ chậm Ut.
Time constant (Hằng số thời gian)
Hằng số thời gian T của một hệ thống tuyến tính bậc nhất là thước đo tốc độ làm việc của hệ thống. Nó xác định thời gian cần thết để đáp ứng đầu ra của hệ thống đạt được 63% của giá trị ở trạng thái thiết lập của nó đối với đáp ứng nấc được cấp đến đầu vào. Như vậy các hệ thống có bậc n thì có n hằng số thời gian.
Time-continuous control (Ðiều khiển liên tục theo thời gian)
Trong điều khiển liên tục theo thời gian thì biến được điều khiển được đo liên tục và so sánh với biến tham chiếu.
Time delay controlled systems (Các hệ thống được điều khiển có giữ chậm)
Các hệ thống được điều khiển có giữ chậm là các hệ thống không đáp ứng ngay theo những thay đổi của biến đầu vào mà đáp ứng sau một thời gian nhất định. Chỉ có khâu tỷ lệ đơn thuần là không có trễ.
Tolerance range (Dải sai số cho phép)
Dải sai số cho phép là dải giá trị giữa độ lệch lớn nhất và độ lệch thấp nhất cho phép so với giá trị ở trạng thái thiết lập của đáp ứng điểm đặt thoả thuận. Nó thường được cho theo %.
Transient function (Hàm bậc thang)
Nếu đáp ứng bậc thang liên quan đến biên độ nhảy bậc của biến đầu vào được biểu diễn theo biểu thức toán thì ta nhận được một đáp ứng nhảy thang là hàm bậc thang h(t).
Tt element (Khâu Tt)
Khâu Tt (khâu giữ chậm) là một bộ phận chức năng với đáp ứng truyền đạt như sau:
Hằng số Tt được gọi thời gian chết hay thời gian giữ chậm.
Two position controller (Bộ ðiều khiển 2 vị trí)
Bộ điều khiển 2 vị trí là một khâu 2 vị trí hay khâu 2 bậc được sử dụng như bộ điều khiển.
Two-position element (Khâu 2 vị trí)
Khâu 2 vị trí là một bộ phận chức năng có đáp ứng truyền đạt như sau:
với Us>=0.
Unit step (Hàm bậc thang đơn vị)
Là một tín hiệu kiểm tra trong đó biên độ của nó thay đổi nhảy bậc từ một giá trị không đổi đến một giá trị không đổi mới tại thời điểm t0.
Unstable (Tính không ổn định)
Một bộ điều khiển hoặc một vòng điều khiển được gọi là không ổn định nếu , khi có sự thay đổi của tín hiệu tham chiếu hay nhiễu mà biến đầu ra không thiết lập được một giá trị không đổi hay một thiết lập nào khác.
