Bài tập lớn Điều khiển số

Bài tập lớn Điều khiển số
lời nói đầu
Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bớc phát triển nhảy
vọt, đặc biệt là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bớc phát triển mới, nó
ảnh hởng đến hầu hết các vấn đề của xã hội và trong công nghiệp cũng vậy. Hoà
cùng với sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các các họ vi
xử lý có tính năng mạnh vào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và xử lý dữ
liệu. Những hạn chế của kỹ thuật tơng tự nh sự trôi thông số, sự làm việc cố định dài
hạn, những khó khăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy
việc chuyển nhanh công nghệ số. Ngoài ra điều khiển số còn cho phép tiết kiệm linh
kiện phần cứng, cho phép têu chuẩn hoá. Với cùng một bộ vi xử lý, một cấu trúc
phần cứng có thể dùng cho mọi ứng dụng, chỉ cần thay mội dung ô nhớ. Tuy nhiên
kỹ thuật số có những nhợc điểm nh xử lý các tín hiệu rời rạc , đồng thời tín hiệu t-
ơng tự có u điểm mà kỹ thuật số không có đợc nh tác động nhanh và liên tục. Vì
vậy ngày nay xu hớng trong điều khiển là phối hợp điều khển số và điều khiển tơng
tự.
Để nắm vững đợc những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với
sinh viên. Đồ án môn học Điều khiển số đã giúp cho em biết thêm dợc rất nhiều về
cả kiến thức lẫn kinh nghiệm.
Nhân đây em cũng xin cảm ơn rất nhiều đến thầy giáo Phạm Công Ngô đã tận
tình hớng dẫn và chỉ bảo em để làm bài này.
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
1
Bài tập lớn Điều khiển số
CHƯƠNG 1. SƠ Đồ KHốI Hệ THốNG
Công nghiệp hóa - Hiện đại hoá là mục tiêu số một của đất nớc ta hiện nay trên
con đờng đi lên một cờng quốc của khu vực và thế giới. Kỷ nguyên điện tử tin học đang
phát triên mạnh mẽ trên toàn thế giới, ứng dụng những thành tựu đó trong lĩnh vực công
nghiệp và đặc biệt là trong truyền động điện công nghiệp là hết sức quan trọng, cần
thiết. Với khối lợng tình toán những bài toán công nghiệp là tơng đối lớn, ngày nay đây

là một công việc nặng nề phức tạp. Ngày nay với những bộ vi xử lý, vi điều khiển, tốc
độ cao đã hoàn toàn thoả mãn những yêu cầu đặt ra với những đòi hỏi trên. Và tạo ra
một bớc đột phá mới trong lĩnh vực điều khiển tự động, đó chính là lĩnh vực điều khiển
số. Mô hình cơ bản của hệ thống điêù khiển số là :
Đối tợng ĐK
D/A
Vi xử lí
DIGITAL
A/D
Khối đo phản hồi
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
2
Bài tập lớn Điều khiển số
A/D : (Analog / Digital ) bộ biến đổi tơng tự số
D/A : (Digital / Analog) bộ biến đổi số tơng tự
Tín hiệu vào ra của đối tợng điều khiển là tín hiệu liên tục, còn tín hiệu vào ra
máy tính là tín hiệu số. Trên cơ sở sơ đồ khối hệ thống điều khiển số đó chúng ta sẽ
xây dựng sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều ba pha nh sau:
Đối tợng
Khuếch đại nguồn
Cổng ra
PC
Tiền khuếch đại
Cảm biến
Cổng vào
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
3
Bài tập lớn Điều khiển số

Đây là sơ đồ khối cơ bản mà bất kỳ một hệ thống điều khiển nào cũng không thể
thiếu đợc. Nhng đứng trớc những đòi hỏi của hệ thống xoay chiều ba pha, yêu cầu chất
lợng hệ thống mà các kỹ s cần cân nhắc các phơng án điều khiển, và tìm ra một phơng
án tối u, thoả mãn bài toán kinh tế, với những yêu cầu mà hệ thống đòi hỏi. Nhng trên
tất cả ngời kỹ s cần đặt tính kỹ thuật và kinh tế lên hàng đầu.
Trong lĩnh vực truyền động điện mức chính xác của tốc độ động quyết định tất cả
chất lợng hệ thống.
Chính vì vậy, xây dựng các phơng án điều khiển cho từng loại động cơ phù hợp
với hệ thống chúng ta cần đặt lên hàng đầu. Trong hệ truyền động điện xoay chiều động
cơ thờng đợc sử dụng gồm hai loại chính là : động cơ đồng bộ và động cơ không đồng
bộ, trong đó động cơ không đồng bộ đợc ứng dụng nhiều nhất, còn động cơ đồng bộ ít
sử dụng,nó chỉ thờng dùng trong một số ứng dụng đặc biệt.

Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ còn chia ra làm hai loại : động cơ xoay
chiều không đồng bộ roto dây quấn và động cơ xoay chiều không đồng bộ roto lồng sóc.
Trớc đây trong các hệ truyền động điện xoay chiều, ngời thiết kế thờng sử dụng động
cơ xoay chiều roto dây quấn do những yêu cầu vợt trội của nó trong các yêu cầu về điều
chỉnh tốc độ.Tuy nhiên ngày nay loại roto lồng sóc chiếm u thế tuyệt đối trên thị trờng.
Vì lý do đơn giản dễ chế tạo, không cần bảo dỡng, kích thớc nhỏ.

Và sự phát triển vũ boã của kỹ thuật vi điện tử, với giá thành ngày càng hạ, đã cho
phép thực hiện thành công các kỹ thuật điều khiển phức tạp đối với loại roto lồng sóc.
Các phơng án xây dựng sơ đồ điêù khiển hệ thống :
1.1 Điều chỉnh điện áp đặt vào Stato động cơ :

Xuất phát từ phơng trình đặc tính cơ :

Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
4

Bài tập lớn Điều khiển số
M =
sX
s
R
R
RU
nm
f
].)
'
.[(Ư
'.)'.(3
2
2
11
2
2
1
++

Ta có :
Với tần số và tốc độ động cơ không đổi thì mô men của động cơ không đổi thì
mô men của roto
r
M
tỷ lệ với bình phơng điện áp stato.
Nếu phơng trình đặc tính cơ của phụ tải có dạng :

c

M
=
cdm
M
x
cdm
)(


=
x
cdm
M )(
0


điều này có nghĩa là động cơ có độ trợt định mức nhỏ, lúc đó tổn thất khi điều chỉnh sẽ
là :

.
cdmr
MP =
)1()(
0
0
0

x
Giá trị cực đại của tổn thất công suất là :

dmocdmr
PMP
=

.
max
Nh vậy ta có :

)1()(
00max




=


x
r
r
P
P
Việc điều chỉnh điện áp stato là không thể triệt để do mọi đặc tính điều chỉnh đều
đi qua điểm không tải lý tởng, tổn thất công suất trợt động cơ tăng lên nếu tốc độ quay
của roto :

s
s
PMP
cocr

==
1
.).(
0

Truyền động không đồng bộ điều chỉnh điện áp stato chỉ thích hợp nhất với các
loại tải có mô men là hàm tăng của tốc độ.
1.2.Điều chỉnh điện trở đặt vào roto động cơ :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
5
Bài tập lớn Điều khiển số
Xuất phát từ phơng trình đặc tính cơ :

sX
s
R
R
RU
M
nm
f
].)
'

.[(
'.)'.(3
2
2
11
2
2
1
++
=

Từ phơng trình trên ta thấy khi giữ giá trị điện áp, tần số của động cơ không đổi
nếu thay đổi điện trở mạch roto (điện trở
2
'R
)thì đặc tính cơ của động cơ cũng biến đổi
theo.
Phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch roto, thực hiện các quá trình điều chỉnh thông số
mạch điện roto của động cơ, giá trị của điện trở tổng mạch roto gồm có

proto
RRR
+=

Khi tăng giá trị của điện trở tổng R, hệ số trợt tới hạn
'
th
s
tăng còn mô men tới
hạn của động cơ vẫn giữ không đổi. Việc thay đổi giá trị tổng trở của roto đợc thực

hiện theo phơng pháp :
Sử dụng biến trở điều chỉnh đơn giản bằng tay trong mạch roto :
Cách này có u điểm việc điều chỉnh giá trị điện trở là hết sức đơn giản nhng nó lại
có những nhựơc điểm rất lớn : độ chính xác điều chỉnh thấp và gây ra tổn hao rất lớn.
Cách này không đợc ứng dụng trong các hệ truyền động đòi hỏi độ chính xác cũng nh
yêu cầu kinh tế cao.
Sử dụng mạch chỉnh l u - mạch xung điện trở :
Trong các này thay vì sử dụng biến trở điều chỉnh bằng tay nh trên, ngời ta sử
dụng một mạch chỉnh lu với các xung điện áp có độ rộng tay đổi theo thòi gian trong
từng chu kỳ (mạch băm xung) để thực hiện việc đóng mở điện trở
p
R
trong mạch roto.
Khi xung điện áp đóng (trong khoảng thời gian t
1
), điện trở R
p
sẽ đợc nối vào mạch
roto và tổng trở mạch roto sẽ là :

proto
RRR
+=
Sau khoảng thời gian t
1
xung điện áp mở (trong khoảng thời gian t
2
), điện trở
p
R

đợc gắt ra khỏi mạch roto. Điện trở tổng lúc đó chính bằng điện trở của mạch roto
roto
R
.
Nh vậy ta có một chu kỳ T=t
1
+t
2
giá trị tổng trở trung bình của roto sẽ là :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
6
Bài tập lớn Điều khiển số

21
1
tt
t
RR
rototr
+
+=
Từ biểu thức trên ta thấy khi thay đổi độ rộng xung (thay đổi t
1
),điện trở của
mạch roto sẽ thay đổi và tốc độ động cơ cũng biến đổi theo.
Phơng pháp điều chỉnh trên đợc gọi là phơng pháp điều chỉnh xung điện trở
.Nó có u điểm là điều chỉnh một cách chính xác, dễ dàng, tổn hao công suất ít khả
năng tự động hoá cao.Tuy vậy nó có mặt hạn chế là sơ đồ mạch chỉnh lu dễ bị ảnh hởng

của hiễu bên ngoài.
1.3.Ph ơng pháp điều chỉnh công suất tr ợt bằng hệ nối tầng điện d ới đồng bộ :
Khi điều chỉnh tốc độ bằng hệ nối tầng thì vừa điều chỉnh bằng đợc công suất trợt
vừa điều chỉnh đựơc tốc độ động cơ.Nội dung chính của phơng pháp điều chỉnh này
dựa trên nguyên lý điều chỉnh công suất trợt của động cơ. Nguyên lý này thờng áp dụng
cho các truyền động công suất lớn vì khi đó việc tiết kiện năng có ý nghĩa rất lớn Phạm
vi điều chỉnh tốc độ động cơ không lớn và mô men động cơ giảm khi tốc độ thấp Do có
sử dụng nghịch lu phụ thuộc nên trong tính toán,thiết kế cần để ý tới giới hạn hai đầu
của góc điều khiển nghịch lu
min

và
max

.
Ngoài ra, đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề khởi động của động cơ rất quan
trọng.Trong thực tế thờng sử dụng điện trở phụ bằng chất lỏng để khởi động động cơ
đến vùng tốc độ làm việc sau đó chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt.Vì vậy
nên áp dụng hệ thống này cho các truyền động có số lần khởi động, dừng may và đảo
chiều ít.
1.4. Ph ơng pháp điều chỉnh tần số động cơ :
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các hệ thống điều chỉnh
tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về giải điều chỉnh và tính chất động học chỉ
có thẻ thực hiện đợc với các bộ biến tần. Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ
chủ yếu là roto lồng sóc.Nhợc điểm là hệ thống điều khiển phức tạp.
Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật kinh tế mà ta có thể xác định đợc cấu trúc cơ bản của
hệ điều khiển biến tần - động cơ, theo đó có thể chia ra thành các bộ biến đổi sau
*Biến tần trực tiếp :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43

7
Bài tập lớn Điều khiển số
Là biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lới f
1
: f=(0
ữ
5) f
1
. Loại này th-
ờng dùng cho truyền động có công suất lớn.
Biến tần gián tiếp nguồn áp :
Thờng dùng cho truyền động nhiều động cơ.Đối với biến tần nguồn áp yêu cầu
chất lợng điện áp cao thờng dùng trong các biến tần có điều chế độ rộng xung.
Biến tần có nghịch lu độc lập nguồn dòng :
Thích hợp cho truyền động đảo chiều,công suất động cơ truyền động lớn.
Đối với động cơ roto lồng sóc, để thực hiện điều chỉnh tốc độ thờng dùng phơng pháp
biến đổi tần số kết hợp với việc biến đổi điện áp ( sử dụng các bộ biến tần ). Chính vì
vậy việc lựa chọn phơng án thiết kế hệ điều chỉnh cho động cơ cần phải nghiên cứu,
phân tích tính toán ở đây chính là phơng pháp điều chỉnh hệ biến tần - động cơ roto
lồng sóc.
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy toàn bộ nền công nghiệp
phát triển à biến đổi sâu sắc.Những mặt hạn chế trớc đây đã đợc giải quyết và hoàn
thiện một cách toàn diện.Ngày nay khi nói tới xây dựng một hệ thống kỹ thuật, bên
cạnh các vấn đề về kinh tế, kỹ thuật thì vấn đề tối u hoá quá trình công nghệ đóng một
vai trò hêt sức quan trọng. Trong nhiều năm phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung
và nghành truyền động nói riêng, những thành tựu đạt đợc là rất lớn.Sự kết hợp ngày
một hoàn hảo, sâu sắc giữa điện và điện tử đã tạo nên những đột phá mới vè công nghệ
truyền động hiện đại.Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ các hệ truyền động một chiều, sự
xuất hiện các bộ biến tần đã khiến cho các hệ truyền động xoay chiều phát triển ngày
một mạnh và chiếm u thế hầu hết các hệ truyền động hiện đại.

Hiện nay trong các hệ truyền động xoay chiều, việc ứng dụng các thiết bị biến tần
kết hợp với động cơ roto lồng sóc đã tạo nên bớc đột phá cho cả hai yếu tố kỹ thuật và
kinh tế.Hầu hết các hệ thống truyền động xoay chiều hiện nay đều sử dụng động cơ
roto lồng sóc đi liền với các bộ biến tần bởi các u thế vợt trội của nó so với các hệ
khác.

Đối với yêu cầu xây dựng bộ biến tần cho các hệ điều khiển truyền động điện,
trên thực tế có rất nhiều gải pháp khác nhau.Nhng nhìn chung ta có thể xếp các bộ biên
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
8
Bài tập lớn Điều khiển số
tần vào hai nhóm chính :nhóm các bộ biến tần điều khỉên bằng tín hiệu tơng tự
(Analog Control) và nhóm các bộ biến tần điều khiển bằng tín hiệu số (Digital
Control).
Đối với nhóm thứ nhất bộ biến tần đợc xây dựng dựa trên nền tảng kỹ thuật vững
chắc sẵn có của công nghệ điện, điện tử - điện tử công suất và các phơng pháp điều
khiển tơng tự. Nhóm này đợc phát triển và ứng dụng hầu hết các hệ truyền động trớc
đây và một số ít hiện nay.Còn nhóm thứ hai đây là hớng phát triển mới nhằm khai thác
các thế mạnh của công nghệ vi điện tử, và đặt nền tảng cho hớng phát triển mới.
Ngày nay việc xây dựng và phát triển công nghệ thông tin vào quá trình sản xuất
là một xu thế tất yếu. Nó chính là nền tảng công nghệ tơng lai của toàn bộ nền công
nghiệp nói chung cũng nh các nghành công nghệ cao nói riêng.Sự xuất hiện ngày một
nhiều các thiết bị điều khiển công nghiệp tích hợp máy tính đã chứng minh điều đó.
Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất hệ thống điều khiển công nghiệp trên thế giới đều
tập chung đi sâu vào xu hớng phát triển và xây dựng hệ thống, dựa trên nền tảng máy
tính. Và theo đó là sự phát triển của các công nghệ vi xử lý mà hạt nhân của nó chình
là các
à
P.

Từ những phân tích trên, căn cứ vào thực tế của sự phát triển công nghệ nói chung
cũng nh nghành truyền động nói riêng, trong đồ án này chúng em lựa chọn phơng án
xây dựng bộ biến tần cho hệ truyền động điện xoay chiều ba pha.Việc điều khiển tốc
độ và mô men động cơ đòi hỏi phải đợc thiếtkế chính xác dáp ứng đợc công nghệ cao
và đi liền với nó là chi phí sẽ tăng.
Việc sử dụng động cơ xoay chiều trong các lĩnh vực nh :
Truyền động xe kéo, điều khiển công suất, các hệ thống thông gió - điều nhiệt
ngày một phổ biến. Sự gia tăng không ngừng những ứng dụng của động cơ xduay chiều
trong thực tế phần lờn bắt nguồn từ chính những đặc điểm nổi bật của nó :thiết kế tin
cậy, khả năng sinh mô men lớn, dải tốc độ hoạt động rất rộng.Mặc dù việc thiết kế hệ
điều khiển cho các động cơ xoay chiều là hết sức phức tạp và chi phí cao hơn so với
động cơ một chiều, nhng nhờ sự phát triển mạnh của công nghệ điều khiển số và kỹ
thuật mạch điện tử tích hợp, đã làm giảm đáng kể mức độ phức tạp cũng nh chi phí của
quá trình thết kế, xây dựng phần cứng các hệ điều khiển. Chính vì vậy mà động cơ điện
xoay chiều ngày càng đựoc ứng dụng nhiều hơn trong các hệ thống điều khiển tốc độ.
Tuy vậy bên cạnh những cải tiến trên, tính phức tạp của hệ thống vẫn còn là một
cản trở lớn cho các hệ điều khiển tốc độ sử dụng động cơ xoay chiều.Do trong hệ thống
này có quá nhiều chức năng phải thực hiện :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
9
Bài tập lớn Điều khiển số
Hệ thống phải biến đổi tín hiệu một chiều từ nguồn thành tín hiệu xoay chiều,
phải thực hiện điều khiển đồng thời cả hai tham số : điện áp tần số của các tín hiệu
xoay chiều đó. Mặc dù công nghệ điều khiển đã chuyển phần lớn các chức năng dó cho
phần mềm thực hiện nhng các thiêt bị phần cứng điện tử vẫn giữ vai trò chủ đạo và
chúng giải quyết đợc tất cả những giới hạn mà phần mềm không giải quyết đợc. Trong
thực tế đối với động cơ điện xoay chiều có hai phơng pháp điều khiển tốc độ cơ bản :
phơng pháp điều khiển vectơ và phơng pháp điều khiển vectơ không gian. Phơng pháp
điều khiển véc tơ không gian đợc sử dụng xây dựng các thuật toán trong các bộ biến

tần.
CHƯƠNG 2.THIếT Kế PHầN CứNG CHO Hệ
THốNG ĐIềU KHIểN
TRUYềN Động Động CƠ XOAY CHIềU BA PHA
*1. Sơ đồ ghép phối vào ra:
Sơ đồ nguyên lý :
Bộ đếm xung & mã hoá
Đệm dữ liệu
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
10
Bài tập lớn Điều khiển số
Vi xử lý

Giải mã địa chỉ
Biến tần
D/A
Chốt dữ liệu
Biến tần

Máy tính
Biến tần
Động cơ
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
11
Bài tập lớn Điều khiển số
Mã hoá
Sơ đồ mạch card điều khiển máy tính(see the figure).

Nguyên lý làm việc card ghép nối máy tính điều khiển :
Bộ vi xử lý có nhiệm vụ tính toán các thông số theo các thuật toán của các kỹ s
thiết kế đã lập trình. Đầu tiên ta đặt chế độ định trớc cho động cơ làm việc bằng cách
đặt tốc độ quay của roto.Bộ vi xử lý sẽ tính toán với tốc độ ta đặt trứơc, vi xử lý thông
qua bọ biến đổi D/A mà đa ra một điện áp nào đó vào bộ biến tần.
Và bộ biến tần sẽ khởi động quay roto động cơ.Khi động cơ bắt đầu làm việc bộ
đo tốc độ quay của động cơ cũng làm việc và nghi nhận tốc độ quay của động cơ và
phản hồi về bộ vi xử lý trung tâm.Để đo tốc độ quay ta có thể sử dụng một trong ba
khả năng : máy phát tốc, maý phat xung, máy đo góc tuyệt đối.Trong đó, máy phát tốc
đã dần đi vào dĩ vãng, do dộ chính xác thấp, lại đòi hỏi phần biến đổi ADC có độ chính
xác cao để số hoá tín hiệu đo.
Vì vậy ở trong phần thiết kế hệ thống này chúng ta sử dụng máy phát xung
ENCORDER. Máy phát xung ENCORRDER hoạt động trên nguyên tắc từ huặc quang
học đều cấp ra hai chuỗi tín hiệu digital lệch pha nhau một góc

90
,lặp lại (tơng ứng
với số vạch khắc của máy) sau mỗi vòng quay. Số vạch khắc của máy thờng nằm trong
khoảng 512 8192/1 vòng. Thông thờng các máy phát còn kèm theo khả năng xử lý x-
ờn của các tín hiệu và trên cơ sở đó cho phép tăng số lợng vạch /1vòng lên 4 lần.Các
chuỗi xung đợc đa tới các cửa vào của khâu đếm tiến, thông qua lợng đếm đợc trong
một chu kỳ nhất định ( ví dụ chu kỳ điều chỉnh tốc độ quay
n
T
) ta sẽ tính đợc tốc độ
quay
M
n
của động cơ. Tất cả những điều mô tả ở trên đều thuộc về kiến thức cơ sở.
Nếu tận dụng đợc khả năng nhân 4, ta có công thức sau :

nICE
Inc
M
Tn
n
n
4
.60
=






min
vòng
Trong đó :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
12
Bài tập lớn Điều khiển số

n
T
: chu kỳ điều chỉnh tốc độ quay, ở đây đồng thời là chu kỳ
đếm xung (đo bằng giây)

ICE
n
: lợng vạch / 1vòng của máy phát (ICE: ỉncemental encorder)

Inc
n
: lợng vạch đếm đợc trong thời gian
n
T
Khi đó thông qua công thức trên bộ vi xử lý sẽ tính đợc tốc độ quay của động cơ xoay
chiều ba pha.Tiếp đó bộ xử lý trung tâm sẽ so sánh với tốc độ đặt trớc, tính toán sai lệch.
Sau đó đa dữ liệu điều khiển biến tần thông qua bộ ADC gián tiếp điều khiển tốc độ
động cơ xoay chiều ba pha.
Cứ nh vậy số liệu máy tính sẽ cập nhật theo từng chu kỳ của vòng lặp điều khiển
chính xác tốc độ động cơ do yêu cầu hệ thống đòi hỏi.
Card ghép nối máy tính điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha gián tiếp
qua biến tần ta cần dùng rãnh cắm 16 bit theo tiêu chuẩn rãnh cắm ISA (Industry
standard architecture ).Thông thờng rãnh cắm ISA có 62 đờng tín hiệu dụng cho mục
đích thông tin với một card cắm vào. Về cơ bản các đờng tín hiệu nay đợc chia thành
các đờng dẫn tín hiệu, đờng dẫn địa chỉ và đờng dẫn điều khiển.Vùng vào ra của máy
tính PC đã chiếm giữ 64Kbyte của bộ nhớ tổng cộng với dung lợng hàng Mbyte trở lên
Vì vậy vùng vào ra của một card mở rộng không đợc phép bao trùm lên vùng địa chỉ voà
/ ra của máy tính.Địa chỉ quy định của một card mở rộng chỉ đợc phép có địa chỉ nằm
trong khoảng
FHH 31300

. Các đờng dẫn địa chỉ đợc sử dụng trong vùng này là
90
AA

.Thông thờng thì các địa chỉ mà dới địa chỉ này máy tính có thể trao đổi với
card mở rộng có thể đặt chính trên card.Bây giờ nhiệm vụ của tấm bản mạch ( card ) đợc
gài vào là so sánh các đờng dẫn địa chỉ ở máy tính với địa chỉ đã đợc thiết lập xem có
thống nhất không và thông báo sự đánh giá ở một bộ điều khiển logic.Chỉ khi sự thống
nhất một cách chính xác mới có thể tiến hành sự trao đổi thông tin với máy tính.Thông
thờng một card mở rộng có nhiều khối chức năng, bộ biến đổi A/D, D/A, khối xuất nhập
dữ liệu số, các khối này đợc trao đổi dới những địa chỉ khác nhau điều khiển từ máy
tính.
Mạch logic bộ giải mã chứa linh kiện hai vi mạch 74HC138.Vi mạch74HC138
chứa một bộ giải mã 1 trong 8 với 3 tín hiệu lựa chọn chip. Nhờ một con số nhị phân, ở
linh khiện này ta có thể chọn đúng lối ra từ trong số tám lối ra. Khi lối ra đợc chọn sẽ
nhận mức tín hiệu LOW ( 0 ) trong khi các lối khác vẫn nhận mức logic HIGH
( 1 ).Bộ giải mã logic đảm nhiệm đồng thời sự điều khiển bộ đệm bus hai chiều
74HC245. Bộ đệm 74HC245 nối đờng dữ liệu với dãnh cắm máy tính PC với các đờng
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
13
Bài tập lớn Điều khiển số
dẫn của card mở rộng.Sự ghép nối này là rất quan trọng, nhờ vậy các tín hiệu trên đờng
dẫn dữ liệu không bị ảnh hởng quá mạnh.Vi mạch 74HC245 chứa 8 bộ đệm với các lối
ra ba trạng thái ( tristate ) để trao đổi thông tin giữa các đờng dẫn bus dữ liệu theo hai
hớng vào máy tính và ra ngoại vi.
Hớng trao đổi dữ liệu đợc xác định từ mức logic ở lối vào DIR, DIR=0 chuyển dữ
liệu từ ngoại vi về máy tính. DIR =1 chuyển dữ liệu từ máy tính ra ngoại vi.

Việc chuyển hớng dữ liệu đợc quản lý tốt nhất, đơn giản nhất là bằng tín hiệu
/IOR, ta có thể nối trực tiếp với chân DIR.Qua đó đảm bảo rằng bộ đệm bus 74HC245
chỉ xắp xếp những dữ liệu trên bú dữ liệu của máy tính PC.

Vi mạch 74HC245 chỉ hoạt động khi chân G không tích cực ( G = 0), và ở trang

thái treo khi chân G tích cực ( G =1 ). Khi máy tính PC thực hiện việc truy nhập đọc
(/IOR=0 ), tín hiệu ở chân
4
Y
của vi mạch 74HC138 ở mức không tích cực, khi máy
tính đa ra địa chỉ
FHH 31300

chân G của 74HC245 ở mức 0 và sẵn sàng làm
việc. Chân
4
Y
cũng đợc nối với chân G2B tín hiệu làm việc của chip 74HC138 khác giải
mã chọn
1
Y
là dịa chỉ bộ đếm vi mạch 8253, cùng với địa chỉ từ chân
0
A
,
1
A
từ máy tính
chọn các bộ đếm và các chế độ hoạt động. Chân
0
Y
kết hợp với tín hiệu từ chân
0
A
,

1
A

(
0
A
=0,
1
A
=0) qua vi mạch OR 3 đầu vào 74HC4075 và ở đầu ra chia làm hai phần
việc : một phần chọn bộ biến đổi DAC, một phần kết hợp với tín hiệu /IOW thông qua
mạch NOR 74HC022 đầu vào để kích hoạt chốt dữ liệu 74HC373.Chip 74HC373 chốt
dữ liệu dùng cho bộ biến đổi DAC. Khi viết lên thiết bị ngoại vi ở địa chỉ cơ bản thì
chân G ( 74HC245 ) ở mức low và kích hoạt bộ đệm 74HC245 bộ này đẩy dữ liệu theo
hớng lên thiết bị ngoại vi và cần đến bộ chốt dữ liệu 74HC373.
Vi mạch 74HC373 có chứa 8 mạch D-flip-flop, các mạch này lu giữ vào linh kiện các
dữ liệu kề sát ở rãnh cắm PC đợc cho phép chốt bằng sự tích cực ở lối vào CLK. Dữ
liệu này đợc dùng cho bộ biến đổi DAC (địa chỉ 310H).
Phơng pháp biến đổi đợc dùng rộng rãi nhất ở các bộ biến đổi D/A là sử dụng các
mạng điện trở R-2R.Sự sắp xếp khá đặc biệt của các mạng điện trở đã mang lại những
u điểm nổi bật so với các phơng pháp khác. Phần chính của mạng điện trở có thể xem
nh là một bộ chia điện áp.Bộ này có đặc tính là mỗi điểm nút đợc đáu bằng một điện
trở R. Nhờ vậy mà mỗi điểm nút dòng điện đi qua đợc chia theo tỷ lệ 1:1, đối với bit
cao nhất đi qua điện trở đợc tính bằng biểu thức :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
14
Bài tập lớn Điều khiển số

R

U
I
ref
.2
=

còn qua các điện trở tiếp theo sẽ bằng:

5,0.
.2 R
U
I
ref
=
; etc



Sơ đồ
tơng
đơng
là :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
15
Bài tập lớn Điều khiển số
Cách đấu điện trở R-2R ở bộ biến đổi D/A

ref
U

: điện thế chuẩn của OP

R: điện trở
Một bộ chuyển đổi qua lại sẽ xác định liệu dòng điện sẽ đi xuống mass hay là đi
qua điểm lấy tổng của mạch. Mức high đặt ở chuyển mạch sao cho dòng điện đi qua
điểm lấy tổng và do vậy đóng góp một phần vaò dòng điện tổng cộng.
Dòng điện tổng cộng ở lối ra OUT 1 sau đó đợc tính theo biểu thức :

R
NU
I
ref
.256
.
=
ở đây N là giá trị của byte dữ liệu ( kề sát lối ra ). Khi ta nối chân ra OUT1 với
nối vào không đảo của một bộ khuyếch đại thuật toán có điện trở R đợc đấu nh điện trở
phản hồi thì điện áp lối ra đợc tính nh sau:

256

N
URIU
refa
==
trong các bộ biến đổi ADC chuyên dụng thì điện trở phản hồi đợc tích hợp ngay trên
chip của vi mạch. Ngợc lại chỉ trong một số ít bộ biến đổi ADC bộ khuyếch đại thuật
toán đợc cùng tích hợp trên chip nên sau đó phải lắp thêm ở ngoài.
Trong mạch điện này, giá trị tuyệt đối của R là không quan trọng, và giá tri của
R có thể dao động trong khoảng rộng. Khi chú ý tới độ chính xác của quá trình biến

đổi thì ta thấy chỉ có việc tạo cặp của các điện trở đóng một vai rò quyết định. Ngày
nay, với trình độ phát triển của công nghệ cao thì yêu cầu này có thể thực hiện với độ
chính xác cao.
Chân
1
Y
low kết hợp với
10
, AA
bộ đém 8253 đợc hoạt động.Vì yêu cầu của
quá trình công nghệ là phải tính đợc tốc độ quay của động cơ phản hồi về thì ta mới
thực hiên đợc thuật toán điều khiển và hệ thống điều khiển mói có nghĩa. Chính vì vậy
mà ta cần đến bộ đếm 8253 để đếm số xung mà ENCORDER chuyển về trong một
thời gian mở cổng đợc xác định chính xác. Thời gian mở cổng có thể đợc thực hiện
theo chế độ 1.ở đây tín hiệu lối ra giữ nguyên ở mức low đối với n chu kỳ giữ nhịp (n
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
16
Bài tập lớn Điều khiển số
= giá trị bắt đầu ).Khi ta dẫn tín hiệu này đến lối vào GATE của một bộ đếm khavs
hoạt động ở chế độ 2 thì bộ đếm này sẽ đếm các xung ở lối vào trong thời gian T ( tức
bộ đếm tần 16 bit).
Bộ đếm 0 chia tần số so sánh từ một bộ phát dao động dùng bộ cộng hởng có tần
số 1MHz thành các gía trị nhỏ hơn.Bọ dếm 1 tạo ra các thời gian mở cổng khác nhau.
Bộ đếm 2 hoạt động ở chế độ 2 sẽ đếm số xung ở lối vào của ENCORDER trong thời
gian T.

Tần số đếm đợc là :
Số đếm2-hiện mức2

=
in
f

ref
f

số đếm0.số đếm 1
Để tạo xung chuẩn cho 8253 hoạt động ta dùng bộ doa động thạch anh. Mạch điện có
hai tụ 22pF bộ cộng hởng thạch anh, 2 vi mạch hoạt động tốc độ cao 74HC04.
Đầu ra của DAC và đầu vào từ ENCORDER đợc nối qua một bộ ghép nối quang.Bộ
ghép nối quang chứa trong vi mạch CNY-74-4. Khi nối qua mth điện trở 1K lên mức
high sẽ có một dòng điện qua diot phát quang đợc tích hợp trên vi mạch.Dòng điện
thông qua ánh sáng sẽ tác động lên dòng gốc (BASE) của tranzitor quang đặt đối diện
và tăng dòng cực góp đi qua điện trở 4.7K nối với mass.Cần chú ý mas này không
đồng nhất với mass của môdun bus đợc nối với các vi mạch của card.
Vì thế không có sự liên kết về điện giữa hệ thống bus với mức điện áp ở cực góp của
một tranzitor quang.
Để trao đổi, kết nối dữ liệu với bên ngoài ta dùng cổng truyền thông RS232.Ta không
dùng hết tất cả các chân đợc chế tạo, mà chỉ dùng 3 chân :
- chân 2 truyền dữ liệu từ ADC 0808 tới bộ biến tần điều
khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha.
- chân 3 nhận dữ liệu từ ENCORDER
- chân 7 lấy mass từ thiết bị bên ngoài.
*Mạch khuyếch đại công suất dùng cho biến tần nguồn áp :
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
17
Bài tập lớn Điều khiển số

Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp.
Sơ đồ nguyên lý mạch lực của biến tần nguồn áp bao gồm 4 khối chức năng
chính.
Nguồn điện một chiều, mạch lọc, nghịch lu độc lập nguồn áp động cơ không
đồng bộ nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp mọt chiều có giá trị điều khiển đ-
ợc, nghịch lu gồm 6 khoá bán dẫn s1 s6 và cần 6 van không điều khiển D1 D6.
Các khoá nghịch lu đóng cắt theo thứ tự nhất định theo sự điều khiển đặt trớc, tạo
thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ chấp hành. Góc dẫn của các khoá là

180
, s1, S3, S5 và S2, S4, S6 bắt đầu dẫn lệch nhau một góc

120
.Do đó điện áp ra
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
18
Bài tập lớn Điều khiển số
của nghịch lu cũng lệch nhau vè thời gian là

120
Điện áp dây của nghịch lu có dạng
xung chữ nhật với độ rộng là

120
.
Các khoá S là các khoá bán dẫn ở truyền động công suất nhỏ thờng dùng
tranzitor. Việc khoá (ngắt) các van đợc thực hiện bằng mạch đặc biệt nh là dùng tụ
điện hiện nay là dùng các xung điều khiển đợc điều khiển bằng vi điều khiển. Giá trị
điện áp động cơ đợc điều chỉnh huặc bởi biên độ điện áp một chiều bằng chỉnh lu

điều khiển huặc bằng bộ băm xung áp.Điện áp cũng có thể đợc điều chỉnh bằng điều
chỉnh thời gian đóng các khoá S.huặc là bằng điều chế độ rộng xung áp bằng chính
nghịch lu. Phơng pháp sau đợc sử dụng rộng rãi nhất là ở các truyền động công suất
nhỏ, do có u điểm nổi bật là vừa điều chỉnh đợc điện áp, vừa làm sin hoáđiện áp đặt
vào động cơ.Với số lợng các xung có độ rộng thích hợp, phơng pháp điều chế độ rộng
xung có thể làm triệt tiêu các sóng hài bậc cao.
Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
19
Bài tập lớn Điều khiển số
Chơng 3 : Phân tích chất lợng hệ thống điều
khiển số
1: Sơ đồ mô hình toán học :

Động cơ
Biến tần

)(t
U

)(t
Y
(-)
ENCORDER
Sơ đồ mô phỏng :

)(t
U
11.0
6

+
p
1002.0
65
=p

)(t
Y

(-)








+







=
p
ww
z

z
p
ww
z
z
w
dcbt
dcbt
.
.
1
1
.
.
1



Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
20
Bµi tËp lín §iÒu khiÓn sè







++

−
+






++
−
=
)11.0)(1002.0.(
6.65
.
1
1
)11.0)(1002.0.(
6.65
.
1
pppz
z
pppz
z
w
ξ
ξ







+
−
+
+
−
+






+
−
+
+
−
=
11.0
75.48
102.0
95.1390
.
1

1
11.0
75.48
102.0
95.1390
.
1
pppz
z
pppz
z
w
ξ
ξ







−
−
−
+
−
−
+







−
−
−
+
−
−
=
95.0
.5.487
7788.0
.5.97
1
.3901
1
95.0
5.487
7788.0
.5.97
1
.3901
z
z
z
z
z
z

z
z
z
z
z
z
z
z
z
z
w

( )
( )






−
−
−
+
−
−+







−
−
−
+
−
−
=
95.0
5.487
7788.0
5.97
1
390
11
95.0
5.487
7788.0
5.97
1
390
1
zzz
z
zzz
z
w

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( )
5054.1.808.2.195.0.7788.0.1
5054.1.808.2.1
+−+−−−
+−
=
zzzzz
zz
w

( ) ( )
)5054.1.808.2(95.0.7788.0
5054.1.808.2
++−−
+
=
zzz
z
w

vËy hµm truyÒn hÖ thèng cã d¹ng nh sau :

245.2.0792.1
5054.1.808.2
2
++
+
=
zz
z

w
Tõ hµm truyÒn hÖ thèng ta cã ph¬ng tr×nh tr¹ng th¸i :

[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
k
k
k
k
k
U
X
X
X
X
.
1
0
.
0792.1245.2
10
2
1
12
11







+














−−
=








+

+

Qu¸ch Kú L©n
§iÒu khiÓn tù ®éng 2- K43
21
Bài tập lớn Điều khiển số

[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
k
k
k
k
U
X
X
Y .
0
0
.808.25054.1
2
1

+






=
Xét ổn định hệ thống
Từ hàm truyền :

245.2.0792.1
5054.1.808.2
2
++
+
=
zz
z
w
Ta có phơng trình đặc tính nh sau :


0245.2.0792.1
2
=++
zz

Ta tìm nghiệm của phơng trình bậc hai nay :

2
.79.20792.1
1
j
z
+
=

2
.79.20792.1
2
j
z
+
=
Vậy rõ ràng độ lớn :

1
2,1
>
z
Hệ thống không ổn định
Quá trình quá độ hệ thống :

[ ]
[ ]
z
z
x

Y
zz
z
w =
++
+
=
245.2.0792.1
5054.1.808.2
2
Sơ kiện đầu bằng không

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
KKKKK
UUYYY .5054.1.808.2.245.2.0792.1
112
++=
+++

Kết quả MATLAB:
ằ g=tf(390,[0.002 0.1 1 0])

Quách Kỳ Lân
Điều khiển tự động 2- K43
22
Bµi tËp lín §iÒu khiÓn sè
Transfer function:
390

0.002 s^3 + 0.1 s^2 + s

» g1=c2d(g,0.005)

Transfer function:
0.003818 z^2 + 0.01436 z + 0.00337

z^3 - 2.768 z^2 + 2.547 z - 0.7788

Sampling time: 0.005
» f=feedback(g1,1)

Transfer function:
0.003818 z^2 + 0.01436 z + 0.00337

z^3 - 2.764 z^2 + 2.561 z - 0.7754

Sampling time: 0.005
» step(f,10)
Qu¸ tr×nh qu¸ ®é hÖ thèng :
Qu¸ch Kú L©n
§iÒu khiÓn tù ®éng 2- K43
23
Bµi tËp lín §iÒu khiÓn sè
Time (sec.)
A
mp
litu
de
Step Response
System: f

Amplitude: -8.12e+062
Time (sec.): 9.94
7.5
8
8.5
9
9.5
10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
x 10
63
From: U(1)
To:
Y(1
)
Qu¸ch Kú L©n
§iÒu khiÓn tù ®éng 2- K43
Time (s ec.)
A
mp
l itu
d e

Step R espons e
System : f
Amp litude: -8.12e+062
Time (sec.) : 9.94
7.5 8 8 .5 9 9.5 10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
x 10
63
From: U (1)
To:
Y(1
)
24
Bµi tËp lín §iÒu khiÓn sè
/***************************************************/
/* QUA DO HE THONG DIEU KHIEN DONG CO DIEN XOAY CHIEU BA PHA */
/***************************************************************/
#include<graphics.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<conio.h>
main()

{
int d,g,n;
float t,u ;
float y[640];

cout<<(" Vao chu ky trich mau T=");
cin>>(&t);
d=DETECT;
initgraph(&d,&m);
setbkcolor(0);
setfillstyle(CLOSE_DOT_FILL,BROWN):
bar(200,20,400,50);
setcolor(15);
rectangle(199,18,401,51);
setfillstyle(LOSE_DOT_FILL,3);
bar(3,3,636,476);
outtextxy(235,22,"VE DO THI ");
outtextxy(180,50,"DUNG PHUONG PHAP TURSIN ");
outtextxy(225,70,"NGON NGU C++ ");
setcolor(4);
setlinestle(0,0,3);
rectangle(0,0,639,479);
setcolor(6);
moveto(4,476);
u=1;
y[0]=0;
y[1]=0;
for(k=2;k<=636;k++)
{y[k]=(-1.0792*y[k-1]-2.245*y[k]+4.3134u);
lineto(k,478-(int)(10*y[k];

}
getch;
Qu¸ch Kú L©n
§iÒu khiÓn tù ®éng 2- K43
25