Thực hành thí nghiệm về hệ thống điều chỉnh tự động

cải thiện đáp ứng ổn định của một hệ điều khiển như thế nào. Khi ta muốn cải thiện tính năng quá độ có thể dùng bộ điều khiển tỷ lệ- vi phân (PD). Điều khiển vi phân có ích vì nó đáp ứng được với tốc độ thay đổi của sai số e(t), nó có thể tạo ra một sự sửa chữa đáng kể trước khi biên độ của sai lệch điều khiển e(t) trở nên lớn. Ta hãy xét ý nghĩa vật lý của việc đưa đạo hàm vào quy luật điều khiển : e(t) 0 t1 t2 t de(t) 0 t1 t2 t Hình (2- 7) : Sai lệch điều khiển e(t) và đạo hàm của sai lệch e(t) Giả sử rằng tín hiệu sai lệch của hệ thống là e(t) và đaọ hàm của nó là de(t)/đối tượng biến thiên theo các đường cong được trình bày trên hình (2- 7). Để dễ hiểu ta hãy xét một hệ thống điều khiển động cơ điện. Nếu hệ thống chỉ phản ứng đối với tín hiệu sai lệch thì do dao động cư có độ nhạy cảm nhất định vad do sự chậm trễ của tín hiệu khi nó đi qua các phần tử quán tính hệ thống không tức thời tạo ra sai lệch mà phải mất một khoảng thời gian nào đó sau khi tín hiệu e(t) xuất hiện, tức là khi nó đã tăng đến một giá trị nào đó rồi. Nếu ta đặt vào động cơ chấp hành của hệ thống một điện áp không chỉ tỷ lệ với tín hiệu sai lệch e(t) mà tỷ lệ cả với đạo hàm của nó thì động cơ sẽ bắt đầu tạo ra sai số sớm hơn và nhanh hơn. Bởi vi khi tín hiệu sai lệch còn nhỏ (ở thời điểm xuất hiện tín hiệu sai lệch) thì đạo hàm của nó có một giá trị nhất định : Hình(2- 7). Ngoài ra nếu hệ thống chỉ phản ứng với tín hiệu sai lệch e(t) thì mô men quay của động cỏ sẽ giống nhau tại thời điểm t1 khi tín hiệu sai lệch tăng và tại thời điểm t2 khi tín hiệu sai lệch giảm. Lúc này ming muốn rằng : tại thời điểm t1 động cơ sẽ sinh ra một lực quay lớn hơn để chống lại một cách có hiệu quả hơn sự tăng không mong muốn của sai số, còn tại thời điểm t2 thì động cơ sinh ra một lực quay nhỏ hơn dể kịp thời phòng ngừa độ quá trình quá độ điều chỉnh tức là phong ngừa hệ thống do quán tính mà vượt qua trạng thái cân bằng. Cũng bằng cách đưa đạo hàm vào quy luật điều chỉnh người ta có thể làm cho mô men quay của động cơ biến đổi như thế. Trong trường hợp này khi t = t1 mô men quay của động cơ tăng vì tín hiệu e(t) và .de(t)/dt ngược dấu, còn khi t = t2 thì nó sẽ giảm, có khi đổi cả chiều vì tác động e(t) và .de(t)/dt ngược dấu nhau. Kết quả là do sự biến đổi mô men quay của động cơ nên giá trị cực đại của sai số sẽ thấp xuống, độ quá trình quá độ điều chỉnh giảm đi hoặc có khi còn bị loại trừ nữa và quá trình quá độ của hệ thống sẽ suy giảm nhanh hơn. Ưu điểm chính hình (2- 8) của việc đưa đạo hàm sai lệch vào quy luật điều khiển là không đem lại sự chậm trễ về pha mà là sự vượt trước về pha(sớm pha). Vì vậy hoạt động vi phân có thể xem là một dự phòng vì nó có hiệu quả gây tác động điều khiển ngay tức khắc. u(t) 0 t de(t) 0 t Hình (2- 8) : Minh hoạ luật điều khiển tỷ lệ - vi phân. Tác động vi phân có ích trong các hệ thống kiểm tra khi có tín hiệu vào đột biến hoặc thay đổi phụ tải. Vì tín hiệu vi phân thay đổi đối kháng trong đầu vào ra, nó làm ổn định một hệ kín ; hệ này có thể cản trở khuynh hướng dao động. Một điều quan trọng cần chú ý là bộ điều khiển vi phân (D) không thể dùng đơn độc được vì nó không đáp ứng được sai số ở chế độ xác lập. Nó cần được sử dụng với tổ hợp các dạng điều khiển tỷ lệ hoặc tỷ lệ – tích phân. Hàm truyền đạt của bộ điều khiển PD có dạng : Gr(s) = = Kp.(1 + Td.s) = Kp + Kp.Td.s = Kp + Kd.s fn(t) x(t) + e(t) BỘ ĐIỀU u(t) ĐỐI y(t) _ KHIỂN PI TƯỢNG Gr(s) =Kn(1+Td.s) G0(s) z(t) ĐO LƯỜNG Hình (2- 9a) e(t) u(t) K u(t) l e(t) 0 t Hình (2-9b) L() 201gKp 0 1/Td 1/Td Hình (2- 9c) Hệ thống với bộ điều khiển PD. Đáp ứng quá độ của bộ điều khiển PD. Đặc tính tần số biên logarit và pha lôgarit của bộ điều khiển PD. Qua đặc tính biên- pha lôgarit hình(2- 9c) ta thấy rằng ở miền tần số cao biên độ không suy giảm. Như vậy nhược điểm cơ bản của thành phần vi phân là cho những tín hiệu cao tần đi qua mà khồn hề suy giảm. Vì vậy nếu có nhiễu loạn biến thiên với tốc độ nhanh mà phổ của chúng phân bố trong miền cao tần nhập vào tín hiệu hữu ích đi qua thành phần vi phân nói trên thì thiết bị sẽ cho nhiễu loạn qua mà không bị suy giảm, do vậy sẽ làm tăng sai số do nhiễu loạn tác động vào hệ thống. Mổt khác ta thấy hàm tỷ lệ - vi phân ở tần số cao thì độ khuyếch đại tiến tới nên hàm này không thể thực hiện được trong thực tế. Hơn nữa tác động vi phân khuyếch đại tiếng ồn là những cái thường thấy ở tín hiệu sai số. Do đó trong thực tế người ta thường dùng một hàm vi phân thực mà hàm số truyền của bộ điều khiển tỷ lệ - vi phân thực có dạng : Gr(s) = Kp. L() 201gKp(1+1/Td) 201gKp 0 1/T+Td 1/T 0 Hình (2- 10)Đặc tính tần số biên và pha Logarit của bộ điều khiển PD thực Từ đặc tính tần số biên và pha được giưới thiệu trên hình (2- 10) ta thấy rằng bộ điều khiển tỷ lệ- vi phân thực có góc pha sớm suốt một khoảng các tần số nên bộ điều khiển này gọi là loại bù sớm. Ngoài cấu trúc bộ điều khiển PD tương tự ta còn có cấu trúc của bộ điều khiển PD số. Đối với bộ điều khiển PD số lý tưởng có phương trình sai phân được trình bày dưới dạng : U = Trong đó T là chu kỳ lấy mẫu. II_3. BỘ ĐIỀU KHIỂN TỶ LỆ - TÍCH PHÂN - VI PHÂN (PID): Mặc dù điều khiển tỷ lệ- tích phân- vi phân hoặc tỷ lệ- vi phân đã đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu chất lượng trong nhiều trường hợp, nhưng cũng còn những nhược điểm mà chúng ta đã phân tích ở trên. Để thoả mãn yêu cầu chất lượng điều khiển trong thực tế nguời ta sử dụng tổ hợp điều khiển tỷ lệ- tích phân- vi phân. Các bộ điều khiển có cấu trúc trên gọi là bộ điều khiển tỷ lệ- tích phân- vi phân gọi tắt là PID. Bộ điều khiển PID được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động vì nó có hàm trễ lớn; đồng thời nó mang tất cả những ưu điểm của các bộ điều khiển P, PI, PD. Hàm truyền đạt của bộ điều khiển PID có dạng: Gr(s) = = Kp . = Kp + + Kd.s (6) Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID đcgiới thiệu trren hình (2- 11). Trong hoạt động của bộ điều khiển PID, hiệu quả của tác động điều khiển tích phân là loại trừ (khử) sự truyền tín hiệu tăng theo tỷ lệ, đặc biệt sự truyền tăng theo tỷ lệ của nhiễu lớn bằng cách hiệu chỉnh liên tục hoặc “lặp lại ”(đặt trở lại) đầu ra bị điều khiển, vì lý do đó đôi khi người ta gọi nó là tác động lặp lại. Tốc độ mà tác dộng đó “ lặp lại” nhân đôi hoặc lặp lại tác động tỷ lệ một lần nữa được xác định bằng tốc độ lặp lại T1. fn(t) x(t) e(t) BỘ ĐIỀU u(t) ĐỐI y(t) KHIỂN TƯỢNG z(t) G0(s) ĐO LƯỜNG Hình (2- 11a) h(t) u(t) Kp e(t) l 0 t Ti Hình (2- 11b) sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PID. Đặc tính quá độ của bộ điều khiển PID. Như đã trình bày ở mục II, tác động điều khiển vi phân có khuynh hướng dự phòng trước các thay đổi trong tín hiệu sai số va do đó làm giảm khuynh hướngdao động. Vì tác động vi phân đáp ứng với tốc độ thay đổi của đầu ra nên gọi là tác động tốc độ. Khoảng thời gian Td gọi là tốc độ suất hoặc còn gọi là thời gian sớm lên được tính bằng phút. Còn hệ số khuyếch đại Kinh doanh là khoảng thời gian Td mà trong đó tác động vi phân làm cho tác động hình thành bởi điều khiển tỷ lệ sớm hơn. Đặc tính quá độ của bộ điều khiển PID được giưới thiệu trên hình(2- 11b). Trong thực tế bộ điều khiển PID có thể tạo ra bằng cách măc nối tiếp 2 bộ điều khiển PI và PD. Lúc này bộ điều khiển có cấu trúc: Gr(s) = Kp . (1 + Td.s) (7) Đồng thời người ta sử dụng rộng rãi các bộ điều khiển PID thực mà hàm truyền của nó có dạng: Gr(s) = Kp (8) Trong trường hợp đặc tính tần số PID là đặc tính tiệm cận thì hàm truyền của bộ điều khiển có dạng: Gr(s) = Kp (9) Tương tự bộ điều khiển PID ssó có hàm truyền gián đoạn: Gr(z) = Kp (10) Và phương trình sai phân có dạng: u(t.T) = Kp  (11) Ngoài ra để chống nhiễu tốt người ta còn dung bộ điều khiển PID có bộ lọc mà hàm truyền của nó có dạng: Gr(s) = Kp (12) Gr(s) = (13) Trong đó N là giá trị cho trước (500 - 1000). CHƯƠNG III: CÁC BÀI THÍ NGHIỆM III_1. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC VÀ LƯU LƯỢNG: III_1_1. Sơ đồ cấu trúc của bài thí nghiệm điều khiển mức và lưu lượng: Sơ đồ: BỘ ĐIỀU Output Servo Đối tượng Mức hoặc KHIỂN 4- 20 mA Van lưu lượng COMMAN DER 300 Input Bộ hiển thị Bộ DDM chuyển Cảm 4- 20 mA 38- 490 đổi biến RS – 232 PLT 38- 421 FLT 38 -401 PC Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển của bài thí nghiệm điều khiển mức và lưu lượng Thuyết minh sơ đồ: Để điều khiển mức (hoặc lưu lượng) người ta điều khiển thông qua mộ ServoVan theo một chu trình như sau: Tại bộ điều khiển Commander 300 ta có thể dặt một lượng đặt theo yêu cầu (mức hoặc lưu lương)lượng đặt này được so sánh tín hiệuphản hồi dòng điện, tín hiệu này được lấy thông qua cảm biến là một chiết áp(đối với mức, còn đối với lưu lượng là một cảm biến kiểu Rôto) sau đó được đưa qua bộ chuyển đổi FLT 38- 401(hoặc PLT 38- 421) và được đưa đến bộ hiển thị ĐM 38- 490 đầu ra của bộ hiển thị được đưa tới đầu vào của bô điều khiển. Bộ điều khiển cho tín hiệu ra chính là sai lệch giưũa lượng đặt và phản hồi để điều khiển ServoVan. Tuỳ thuộc vào tín hiệu điều khiển mà ServoVan có thể đónh hoặc mở. Thực chất ở đây chính là điều khiển tốc độ động cơ của ServoVan. III_ 1_2. Nội dung các bài thí nghiệm: III_1_2_1. Điều khiển bơm theo kiểu on/ off : a. Lý thuyết: Luật điều khiển ON/ OFF được dùng để điều khiển mức nước trong bể bằng cách đóng hoặc cắt bơm một cách tự động. Phần điều khiển ON/ OFF của PI bao gồm một bộ so sánh và một trigơ smit với độ trễ điều khiển và các đầu vào lôgic để điều khiển công tắc cấp nguồn cho bơm( một nguồn xoay chiều và một nguồn một chiều). Tín hiệu ra của Trigơ Smith sẽ ở một trong hai trạng thái phụ thuộc vào độ lệch giẵa tín hiệu đo được và tín hiệu ngưỡng, để điều khiển nguồn cấp cho bơm bằng cách tạo ra một tín hiệu lôgic tới đầu vào D. Nguồn dùng sẽ tạo ra tín hiệu ngưỡng cho thiết bị điều khiển ON/ OFF và nối tới đầu vào B phía trước PI. Tín hiệu này tạo ra mức nước mong muốn trong bể. Bơm sẽ bật khi mức nước trong bể nhỏ hơn mức dặt và ngược lại, nhưng phải sau một khoảng ttrễ đã đặt. b. Cách làm- sơ đồ ghép nối thiết bị: Ghép nối các thiết bị như ở trong sơ đồ sau(hình 3- 2): Mở servo van 100%(bằng cách nối đầu ra nguồn dòng tới đầu vào của servo van sau đó vặn núm điều chỉnh tới vị trí 20 mA). Sau đó nối lại sơ đồ như cũ. Mở 50% van tay MV3, và mở 100% van tay MV2. Đặt công tăvs AC supply output ở vị trí logic in put. Đặt công tắc AC ở chế độ hiển thị dòng điện(mA). Đặt nguồn dòng ở vị trí 50%, và đặt độ trễ điều khiển ở vị trí Max. Bật bộ ghép nối(PI) khi quá trình quá độ trình đã ổn định, thay đổi mức trễ theo từng bước và quan sát sự hoạt động của hệ thống. Đặt mức trễ tại mức Min và thay đổi nguồn dòng theo từng bước sau đó quan sát sự hoạt động của hệ thống. Trên bộ điều khiển 38- 300 chú ý tới sự loé sáng của các đèn led A1 và A2 vì các đèn này báo hiệu chế độ kích hoạt của các rơle. c. Kết quả bài thí nghiệm: Đặt vị trí của núm điều chỉnh nguồn dòng ở vị trí giữa(tương ứng với lượng đặt là 50 nm) và độ trễ đặt ở vị trí Min, do đó khi hệ thống làm việc ta quan sát thấy khi mức nước ở bể trên đạt tới 50 nm thì bơm cắt. Khi đặt độ trễ ở vị trí Max, khi mức nước ở bể trên đạt tới 50 nm thì sau 5 giây bơm mới cắt. Bài này không có kết quả ở dưới dạng đồ thị. III_1_2_2. Điều khiển điện tử theo kiểu on/ off a . Lý thuyết: Điều khiển cắt bơm để điều khiển mức nước trong bể là một biện pháp không tốt lắm vì bơm sẽ phải đóng cắt liên tục trong một khoảng thời gian ngắn và điều này không có lợi cho bơm. Biện pháp rố hơn là dùng đóng cắt van điện từ được thiết kế đóng cắt lặp đi lặp lại theo ý muốn. Van SV1 sẽ thay thế bơm, nó mở khi mức nước trong bể dưới mức đặt và đóng trong trường hợp ngược lại. Còn có một các khác để điều khiển mức nước trong bể đó là dùng van tháo SV2, van này mở khi mức nước trong bể lớn hơn mức đặt và ngược lại. Để làm điều này thì tín hiệu ngưỡng sẽ đưa vào đầu A(đầu vào không đảo của bộ so sánh) và tín hiệu đo được đưa vào đầu B. Để điều khiển van điện tử này thì tín hiệu ra của Trigơ smit sẽ đưa vào đầu E để đóng cắt công tắc 24vdc cấp nguồn cho SV2. b . Cách làm_ Sơ đồ ghép nối thiết bị : Ghép nối các thiết bị như ở trong sơ đồ sau(hình 3. 3): Tất cả các thiết bị phải được hiệu chỉnh trước khi tíên hành thí nghiệm. Mở van tay MV2 100%, mở 50% van MV3, khi tiến hành thí nghiệm sinh viên cần phải điều chỉnh chính xác vị trí của MV3 để nhận được đáp ứng đúng, có nghĩa mức nước trong bình tăng khi van điện từ SV2 đóng và sẽ giảm khi van SV2 mở. Đặt công tắc 24 Vdc output tới đầu vào logic E, và công tắc Ac supply output ở vị trí On. Đặt nguồn dòng ở vị trí 50% và đặt độ trễ ở Min. Bật bộ ghép nối(PI), ban đầu ban SV2 được đóng lại cho đến khi quá trình ổn định, và xác định được vị trí thích hợp của MV3. Thay đổi độ trễ theo từng bước và quan sát đáp ứng của hệ thống. Đặt độ trễ ở Min, bây giờ thay đổi nguồn dòng theo từng bước và quan sát đáp ứng của hệ thống. c . Kết quả bài thí nghiệm: Đặt vị trí của núm điều chỉnh nguồn dòng ở vị trí giữa(tương ứng với lựng đặt là 50 nm) và độ trễ đặt ở vị trí Min, do đó khi hệ thống làm việc ta quan sát thấy khi mức nước ở bể trên đạt tới 50 nm thì van SV2 mở. Khi đặt độ trễ ở vị trí Max, khi mức nước ở bể trên đạt tới 50 nm thì sau 5 giây van SV2 mở. Bài này không có kết quả dưới dạng đồ thị. III_1_2_3. Điều khiển on/ off khi sử dụng bộ điều khiển 38- 300: a . Lí thuyết: Trong phần này 38- 300 sẽ đóng cắt thiết bị On hoặc Off để điều khiển mức nước. Trong phần trước sự kết hợp của bộ so sánh và Trigơ smit trong bộ ghép nối (PI) đã tạo nên luật điều khiển. Phần này 38- 300 nhận tín hiệu vào là giá trị thực từ FTL và sử dụng đầu ra là các Rơle để điều khiển các thiết bị xử lý. Các chuông cho phép xác định mức ngắt của biến xử lý sao cho tác động xảy ra ở một mức độ nhất định và các chuông này điều chỉnh dùng để kích hoạt các Rơle. Van SV2 để tháo nước từ bể trên và 38- 300 sẽ cung cấp tín hiệu vào cho nó. <ột chuông sẽ được cài dặt mà giá trị ngắt của nó là mức nước mong muốn, giá trị ngắt này sẽ điều khiển Rơle để tạo ra tín hiệu lôgic đóng mở một đường dây SV. Mức ngắt và giá trị trễ của chuông có thể được thay đổi trên thanh điều khiển màn hình, điều này làm cho ứng dụng này của 38- 300 giống với bộ ghép nối (PI), nhưng một điều khác biệt mà bộ ghét nối (PI) không có là 38- 300 có thể báo lỗi bằng chuông: chuông này sẽ tạo nên một mức ngắt ứng với thời điểm nước sắp tràn và khi nước tăng đến mức này thì chuông sẽ cho tín hiệu để đóng bơm lại. b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị : - Ghép nối các thiết bị như oqr trong sơ đồ hình 3. Tất cả các thiết bị phải được hiệu chỉnh trước khi làm thí nghiệm này. Hoàn thành việc kết nối bộ điều khiển 38- 300 với máy tính, sau đó 38- 300 sẽ tự động được máy tính đặt điều kiện ban đầu. Đặt tất cả các công tấưc ở vị trí đầu vào lôgic. Sử dụng van tay MV2 và lựu lượng kế để khống chế lưu lượng chảy vào bể là 2 lít/phút. Khi việc đóng cắt bắt đầu, mở van tay MV3 vì vậy mức nước trong bể sẽ tăng khi van SV2 đóng và sẽ giảm khi vanSV2 mở, xác định lại sự hoạt động của hệ thống so với phần thí nghiệm trước. Bây giờ hãy thay đổi mức ngắt của chuông báo động và giá trị trễ của chuông báo động để điều khiển mức bể theo mong muốn và quan sát ảnh hưởng của nó đến đáp ứng của quá trình. Đặt mức ngắt xấp xỉ 50% và giá trị trễ nhỏ (5 đến 10%). Đóng van tay MV3 để bể bị tràn điều gì sẽ xảy ra ? Tại sao ? c. Kết quả bài thí nghiệm: Ở bài thí nghiệm này chất lượng đặt và độ trễ được đặt ở trên thanh điều khiển của màn hình, ở đây lượng đặt được đặt là 50 mm, khi mức nước ở bể trên đạt tới 50 mm thì van SV2 mở còn khi chưa đạt tới thì van SV2 đóng. Bơm chỉ cắt trong trường hợp mức ở bể trên vượt quá trình quá độ giới hạn trên. Bài này không có kết quả ở dưới dạng đồ thị. III_1_2_4. Điều khiển mức theo luật tỷ lệ (P): Lý thuyết: Bài thực hành này giới thiệu về luật điều khiển tỷ lệ để điều khiển mức nước ở bể trên. Sử dụng cảm biến để phát hiện mức nước ở bể trên sau đó so sánh mức này với mức đặt để biến đổi vị trí của Servo Van sao cho mức đạt tới điểm đặt. Cảm biến mức phao tạo ra dòng điện tỷ lệ với mức nước trong bể trên được đưa tới 38- 300 làm tín hiệu vào. 38- 300 áp dụng luật P để điều chỉnh vị tríc Servo Van bằng tín hiệu dòng 4- 20 mA. Tín hiệu điều khiển van Servo tỷ lệ trực tiếp với độ lệch giữa giá trị đặt và giá trị thực. Van SV2 đảm bảo cho mức nước chảy ra là khồn đổi, điều này cho phép so sánh các kết quả nhận được từ các bài thực hành khác nhau. Cách làm – Sơ đồ ghép nối thiết bị : - Ghép nối các thiết bị như ở trong sơ đồ hình 3.4: Tất cả các thiết bị được hiệu chỉnh trước khi tiến hành bài thí nghiệm này. Máy tính sẽ tự động đặt điều kiện đầu cho 38- 300. Đóng van tay MV3, mở 100% MV2 và mở SV2 bằng cách sử dụng nguồn 24Vdc. Không bật bơm, và đợi cho Servo van ổn định. Bây giờ mới bật bơm và chuyển 38- 300 sang chế độ tự động(bằng cách ấn phím Auto/ Manual). Quan sát các hoạt động của 38- 300 mà nó đã được áp dụng luật tỷ lệ. Có thể thay đổi điểm đặt trên thanh điều khiển ở trên màn hình.  c. Kết quả bài thí nghiệm: Các thông số của bài thí nghiệm: Lượng đặt: SP = 5. Dải tỷ lệ : PB = 10. III_1_2_5. Điều khiển mức theo luật tỷ lệ - tích phân(PI): a. Lý thuyết: - Khi tiến hành bài thí nghiệm này sinh viên làm quên với luật tỷ lệ trước khi đưa thêm thành tích phân. - Chỉ có một phần của dải điểm đặt được hiển thị trên đồ thị(0- 50%) mà đầy đủ là (0- 100%) sao cho dải phần vàng này quan sát được, điều này không có nghĩa là điểm đặt bị hạn chế, nếu như hiển thị toàn dải điểm đặt thì không đánh giá được mức sai lệch(đây là điểm khác biệt quan trọng giữa luật điều khiển P và PI). - Có thể thay đổi điểm đặt, dải tỷ lệ PB; Ti trên thanh điều khiển màn hình, tuy nhiên hệ thống điều khiển mức tác động chậm nên nếu biến đổi các tham số thì phải chờ một thời gian khá dài hệ mới ổn định.  b. Cách làm – Sơ đồ ghép nối thiết bị: Mở 100% van MV2, đóng MV3 và bật bơm. Máy tính sẽ tự động đặt điều kiện đầu cho 38 – 300. Chuyển 38- 300 sang chế độ tự động. Bài thí nghiệm này sẽ hoạt độngvới luật điều khiển tỉ lệ giống như ở trong bài trước. Bằng cách thay đổi giá trị đặt và dải tỉ lệ tương ứng với các thanh điều khiển, làm quen với luật điều khiển tỉ lệ, chỉ rõ sai lệch giữa giá trị đặt vad giá trị đo được, điều này làm cho sinh viên nhớ lại nhược điểm quan trọng của luật điều khiển tỉ lệ. Đặt giá trị tại 25% và tăng PB cho đến khi sai lệch đạt ổn định. Chỉnh hằng số tích phân bằng cách: Đầu tiên đặt hằng số tích phân Ti = 100 (s) sau đó giảm dần và quan sát sai lệch.  c. Kết quả bài thí nghiệm: Các thông số của bài thí nghiệm: Lượng đặt : SP = 25 Dải tỉ lệ : PB = 10 Hằng số thời gian tích phân : Ti = 10 III_1_2_6. Điều khiển mức theo luật tỷ lệ- tích phân- đạo hàm(PID): a. Lý thuyết: Thành phần vi phân cho phép phát hiện nhanh sự thay đổi sai số và tính sai số đó. Bằng cách áp dụng luật điều khiển mà khồn chỉ đơn giảnlà tỷ lệ trực tiếp với sai số thì đáp ứng của thiết bị đã được cải thiện. Thành phần này rất quan trọng, ví dụ khi nước chảy vào bể tăng nhanh do một nguyên nhân nào đó của thiết bị sẽ dẫn đến tràn bể. Bằng cách áp dụng một luật điều khiển mà tạo ra tín hiệu điều khiển lớn sẽ làm cho thời gian để hệ thống quay về trạng thái ban đầu giảm đi, luật này tạo ra một quá trình quá độ trình bù sai số để ngăn sai số tiếp tục sinh ra. Không chỉ có quá trình quá độ trình bù này mà hệ thống cần phải có thành phần, khi giá trị đo của hệ thống gần với điểm đặt của nó, tốc độ thay đổi sai số sẽ giảm bởi vì thành phần tỷ lệ giảm. Sự giảm tốc độ thay đổi sai số này làm cho thành phần đạo hàm âm và dẫn đến giảm tín hiệu điều khiển với mục đích hạn chế quá trình quá độ trình điều chỉnh. b. Cách làm – Sơ đồ ghép nối thiết bị: Ghép nối các thiết bị giống như ở trong sơ đồ hình 3. 4. Mở 100% van MV2, đóng MV3 và bật bơm. Máy tính sẽ tự động đặt điều kiện đầu cho 38- 300. Và chuyển 38- 300 sang chế độ tự động. Bài thí nghiệm này lúc đầu được thực hiện theo luật điều khiển PI, hằng số thời gian được chỉnh trên thanh điều khiển của màn hình. Thời gian vi phân (Ti) được đưa vào nhờ một nút ở trên màn hình, do vậy ta có thể so sánh đáp ứng của hệ thống giữa hai luật điều khiển PI và PID. Khi có thành phần tích phân đáp ứng của hệ thống được cải thiện khi có thay đổi sai số nhanh, quá trình quá độ trình được hãm khi giá trị đặt đo gần tới giá trị đặt. Ta cũng có thể thay đổi sai số nhanh bằng các cách đã đạt được nêu ở bài thí nghiệm trước. Thay đổi tất cả các tham số trên màn hình và quan sát hệ thống. Chú ý tới độ quá trình quá độ trình điều chỉnh và dao động cá thể xảy ra. c. Kết quả bài thí nghiệm: Các thông số của bài thí nghiệm: Lượng đặt : SP = 25 Dải tỉ lệ : PB = 10 Hằng số thời gian tích phân : Ti = 10 Hằng số thời gian vi phân : Td = 30 III_1_2_7. Điều khiển lưu lượng theo luật tỷ lệ(P): Lý thuyết: Bài thực hành này miêu tả một hệ thống điều khiển tỷ lệ hoàn chỉnh, kiểm tra lưu lượng chảy qua đường ống và so sánh nó với lưu lượng đặt để biến đổi vị trí của Servovan nhằm mục đích đạt được điểm đặt. Cảm biến lưu lượng dạng xung tạo ra một dãy xung có tần số tỷ lệ với lưu lượng nước, dãy xung này được PFT chuyển thành tín hiệu 4- 20 mA dùng làm tín hiệu đo được từ hệ thống để đưa vào đầu vào của 38- 300. 38- 300 áp dụng luật điều khiển tỷ lệ P để điều chỉnh vị trí của Servo van bằng tín hiệu 4- 20 m A, tín hiệu điều khiển van Servo tỷ lệ trực tiếp với độ lệch giữa giá trị đặt và giá trị thực. Có thể thay đổi điẻm đặt của 38- 300 bằng thanh điều khiển trên màn hình và quan sát đáp ứng của quá trình trên đồ thị. b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: - Ghép nối các thiết bị như ở trong sơ đồ hình 3.7. - Tất cả các thiết bị phải được hiệu chỉnh trước khi tiến hành bài thí nghiệm này.Máy tính sẽ tự động đặt điều kiện đầu cho 38- 300. - Mở 50% van MV3, mở 100% van MV2, chờ cho Servo van ổn định rồi mới bật bơm, chuyển 38- 300 sang chế độ tự động. Quan sát đáp ứng của bộ điều khiển khi áp dụng luật điều khiển tỉ lệ và điều chỉnh giá trị đặt trên màn hình. Quan sát các tham số sau khi quá trình hoạt động: dòng điện trên DDM, tín hiệu ra của 38- 300 trên màn hình, tín hiệu ra của 38-300, giá trị đặt của 38- 300, hai đồ thị đáp ứng. c. Kết quả bài thí nghiệm: Các thông số của bài thí nghiệm: Lượng đặt : SP = 15 Dải tỉ lệ : PB = 40 III_1_2_8. Điều khiển lưu lượngtheo luật tỉ lệ- tích phân (PI) Lý thuyết: Bài này sẽ tiến hành điều khiển lưu lượng theo luật PI, sẽ không dễ tránh được dao động bởi vì đặc tính động của lưu lượng nhanh hơn so với mức. Biểu thức của luật điều khiển PI: Uc = Up + Ur = K[e + (1/Tr) K sẽ điều khiển độ lớn của luật, nếu K lớn thì luật điều khiển sẽ lớn và dẫn tới dao động nếu sai số và sai lệch thay đổi liên tục. - Khi điều khiển lưu lượng thì độ lệch của nó thay đổi nhanh và luôn luôn biến đổi, vì vậy PB phải lớn(hệ số khuyếch đại nhỏ) để tránh dao động xảy ra. Trong các hệ thống thực tế có những hệ số cần phải xét đến như nhiễu, mặt khác không có bộ chuyển đổi nào là hoàn hảo do đó nhiễu do bộ chuyển đổi gây ra sẽ qua bộ điều khiển. Nếu xét đến nhiễu và bộ điều khiển có hệ số khuyếch đại lớn thì dễ xảy ra dao động. - Trong bài này có thể quan sát mức tín hiệu nhiễu trên đồ thị, để tính toán nó thì PB phải lớn hơn hẳn để tín hiệu nhiễu từ bộ chuyển đổi được loại bỏ hoàn toàn. - Thay đổi hằng số thời gian tích phân (Ti) trên màn hình để giảm sai lệch hiện tại, tốc độ giảm phụ thuộc Ti, nếu Ti quá nhỏ thì thành phần tích phân quá lớn và dẫn tới dao động. Mục đích của bài là nâng cao thêm hiểu biết của bạn về đáp ứng tích phân bằng cách thay đổi tất cả các tham số thích hợp và quan sát kết quả. b. Cách làm- Sơ đồ ghép nối thiết bị: - Ghép nối các thiết bị như ở trong sơ đồ hình 3.8 sau: Mở 100% van MV2, mở 50% van MV3, bật bơm. Máy tính sẽ tự động đặt điều khiển đầu cho 38- 300. Và chuyển 38- 300 sang chế độ tự động. Như đã được trình bày trong phần lý thuyết, lúc đầu hệ thống làm việc theo luật tỉ lệ với giá trị PB là 200. Thành phần tích phân được đưa vào bằng cách dùng chuột kích vào nút ở trên màn hình. Khi không có thành phần tích phân sai lệch giữa giá trị đo và giá trị đặt là 15- 25%. Lúc đầu cho Ti = 50 (s ), sau đó thay đổi Tr và quan sát hệ thống. Với giá trị TR từ 50- 60% (s) đáp ứng của quá trình chậm, vì vậy phải chờ một thời gian mới nhận thấy rõ. Khi giảm Ti đáp ứng của quá trình trở lên rõ ràng hơn, thậm chí sẽ dẫn tới dao động. Vì trong bài thí nghiệm này biến xử lý là lưu lượng, còn mức không có liên quan nên vị trí chính xác của MV3 không quan trọng. Nói như vậy không có nghĩa là mức được loại bỏ hoàn toàn vì đây là tham số cần quan tam để tránh giới hạn trên và giới hạn dưới. Nếu hai trường hợp này xảy ra ta mới phải điều chỉnh vị trí của van MV3. c. Kết quả bài thí nghiệm: Các thông số của bài thí nghiệm: Lượng đặt : SP = 15 Dải tỉ lệ : PB = 200 Hằng số thời gian tích phân : T