Thiết kế bộ điều khiển cho máy hàn CHIPSET BGA

1



MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thời đại mà nền khoa học kỹ thuật phát triển như
vũ bão và chi phối hoàn toàn mọi lãnh vực. Có thể nói rằng phát triển công nghệ
mang yếu tố quyết định cho sự phát triển nền kinh tế quốc gia.
Từ lâu, các quốc gia như Mỹ, Nhật. nhờ công nghệ mà trở thành cường
quốc. Gần đây, cũng nhờ công nghệ mà Trung Quốc, Ấn Độ có bướ
c phát triển
vượt bậc. Để làm được điều kỳ diệu đó, những công nghệ cũ kỹ, lỗi thời sẽ dần bị
thay thế bằng những công nghệ tiên tiến, hiện đại và cũng vì lẽ đó mà “công nghệ
hàn chipset” là không thể thiếu được.
Như chúng ta đã biết, các board mạch trước đây được thiết kế bằng các linh
kiện điện tử có “chân hàn” bên ngoài. Ngày nay,
để làm gọn nhẹ và tăng tốc cho các
thiết bị, người ta thiết kế ra các chipset “chân bi chì ” gọi là chipset BGA, các
chipset BGA ra đời dần dần thay thế các chipset cũ và tỏ rất có nhiều ưu điểm.
Do vậy với các kỹ thuật viên, các kỹ sư và các nhà sản suất thì thiết bị hàn chipset
BGA là không thể thiếu được. Thiết bị hàn chipset BGA mang yếu tố quyết định
cho sự thành công cho các cơ sở kỹ thuật và là một yêu cầu th
ực sự cấp bách .
Thiết bị hàn chipset BGA dựa trên cơ sở của bài toán là bài toán nhiệt. Như
chúng ta đã biết, bài toán nhiệt thường rất khô khan và cũ kỹ, tuy nhiên khi nghiên
cứu về bài toán nhiệt cho thiết bị hàn chipset BGA thì lại có quá nhiều điểm mới mẻ
Sở dĩ như vậy vì nó quá hợp trong thời đại công nghệ cao, do đó phần cứng, phần
mềm, giải pháp điều được khai thác tối đa.

II. Mục đích của đề tài

Mục đích chính của đề tài là đáp ứng nhu cầu quá cấp thiết trong thời đại
công nghệ mới nên đề tài đưa ra nhiều mẫu máy hàn chipset BGA. Cơ sở của máy
hàn chipset BGA là bài toán nhiệt, do đó bộ điều khiền sẽ được phân tích kỹ lưỡng
và sẽ upload miễn phí cho mọi người.
2





III Điểm mới của đề tài
Dùng hàm năng lượng để giải bài toán điều khiển theo mô hình PID
thay thế cho các phương pháp khác Với mong muốn ở nước ta sớm có nhà
máy sản xuất các board mạch , đề tài đưa ra mô hình máy đóng chipset tự động
dưa trên 2 cơ sở là ứng dụng kỹ thuật đồ họa và tác dụng nhiệt độ curie lên vật
liệu từ dùng để định vị chipset .

IV. Cấ
u trúc luận văn
Đề tài chia làm 6 chương tóm lược như sau:
Chương 1,2 giới thiệu tổng quan và mô hình điều khiển vi, tích phân tỉ lệ
PID.
Chương 3 nêu cái nhìn mới về LOGIC mờ, mối tương quan giữa LOGIC
mờ và các chương trình điều khiển thiết bị hàn chipset BGA.
Chương 4,5 giới thiệu cơ sở để thực hiện một thiết bị hàn chipset BGA gồm
cảm biến nhiệt, mạch chuyển đổi, các kiểu mẫu từ rẻ tiền đến cao cấp, các
chương trình con phục vụ cho từng mẫu cùng nhiều sơ đồ thực tế đi kèm.
Đề tài còn đi sâu. Về thiết kế các mẫu máy hàn chipset BGA, tiến hành thực
hiện cài đặt chương trình điều khiển vào thiết bị.
Chương 6 là nghiên cứu riêng của cá nhân gồm 2 phần là kỹ thuật đồ họa

trong máy đóng chipset và ứng dụng từ và nhiệt trong nhà máy đóng chipset
với hi vọng một ngày nào đó chúng ta cũng có nhà máy đóng chipset của
riêng chúng ta .






3




CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ
LÀM VIỆC CỦA SÚNG BẮN NHIỆT

1.1 Giới thiệu
Súng bắn nhiệt là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng và theo dòng
không khí do quạt gió thổi ra đưa đến vật gia nhiệt. Về nguyên tắc súng bắn nhiệt
cũng như các thiết bị dùng nhiệt khác, tuy nhiên khi ứng dụng vào thiết bị hàn
chipset thì có rất nhiều khác biệt do vậy khác biệt do vậy hướng nghiên cứu và ứng
dụng cũng khác nhiều, chúng ta có thể thấy được ở
các vấn đề sau.

Thứ 1: Các thiết bị dùng nhiệt khác thời gian hoạt động là dài (vd: Điều
khiển nhiệt độ phòng) kéo theo mọi việc có vẻ đơn giản. Còn ở thiết bị hàn
chipset, thời gian thao tác lên vật gia nhiệt là rất ngắn (thường dưới 5 phút)
do đó thao tác điều khiển phải thật nhanh và chính xác. Cũng vì lẽ đó, ta

không thể dùng kiểu phân chia “nóng, lạnh, ấm” theo logic mờ như các bài
toán nhiệt trước đây được, vì vớ
i thời gian chỉ không tới 5 phút nên vật gia
nhiệt nhận nhiệt lượng phải ổn định (đề cập logic mờ chương 3).

Thứ 2: Thiết bị hàn chipset làm việc trong phạm vi hẹp và rất hẹp, ở đó
nhiệt độ tập trung phân bổ cưỡng bức, thông thường 3 nguồn nhiệt cùng
làm việc và làm ở những chế độ khác nhau, còn các thiết bị dùng nhiệt
khác thì đơn giản hơn nhiều.


4



Thứ 3: Trong 1 chu kỳ điều khiển , máy hàn chipset còn chia ra làm nhiều
tiến trình ( ít nhất 3 tiến trình: hâm, cưỡng bức, làm mát ) do dó đòi hỏi
kỹ thuật cao mới đáp ứng được.

Thứ 4: Vật gia nhiệt rất nhiều dạng ( nhiều kích cỡ, độ dày, chất liệu ), nên
bộ nhớ cần thiết lập nhiều chế độ .

Hình 1.1: Mẫu súng bắn nhiệt và chipset BGA
Súng bắn nhiệt từ lâu đã được xử dụng nhiều trong công nghiệp và kỹ thuật .
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng trong kỹ
thuật các chipset thế hệ mới ra đời ( chipset BGA ) đã làm cho thiết bị hàn BGA là
không thể thiếu được trong các hoạt động kỹ thuật .
Các thiết bị hàn chipset BGA hiện nay đa số nhập ở nước ngoài như Mỹ, Nh
ật,
Đài loan, Trung quốc nên thường có giá thành cao và chỉ đáp ứng cho yêu cầu xử

dụng, còn về mặt công nghệ ( lý thuyết, sơ đồ, nguyên lý, phần mềm, cơ sở khoa
học…) điều được các công ty dấu kỹ hoặc nói chung chung, tản mạn nên sẽ có
nhiều khó khăn để tiếp cận chúng .
Một vấn đề rất thiết thực và được rất nhiều người quan tâm nhưng lại là vấn đề

ít được các tài liệu đề cập tới. Mọi cố gắng trong đề tài nầy nhằm hệ thống hóa, đưa
ra giải pháp hoàn thiện và tiết kiệm nhất, đồng thời phát triển những hướng nghiên
cứu trước đây về thiết bị dùng nhiệt lên tầm cao hơn, đưa những cái mới vào trong
đề tài để hoàn thành một sản phẩm hiệu quả .


5



1.2 Cở sở nhiệt học
Định
luật Jun-Lenxơ:

Q=I
2
RT (1.1)

- Q: Lượng nhiệt tính bằng
Jun(J)
- I: Dòng điện tính bằng
Ampe(A)
R-R:Điện trở tính bằng
Ôm.

- T:thời gian tính bằng
giây(S).
Súng bắn nhiệt làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua
một
dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra theo một lượng nhiệt. Tuy nhiên ta không
khảo sát trực tiếp mà thông qua hiệu suất nhiệt đến vật gia nhiệt, vật gia nhiệt sẽ
tiếp nhận nhiệt độ nầy và giữ không đổi trong 1 thời gian xác lập.

1.2.1 Các giải pháp điều chỉnh nhiệt độ
Theo định luật
Jun-Lenxơ, để thay đổi nhiệt lượng ta cần phải thay đổi điện
thế hoặc điện trở. Tuy nhiên, các giải pháp nầy hiệu quả rất hạn chế và không ổn
định. Như vậy làm thế nào để làm chủ được hiệu suất trên vật gia nhiệt? câu trả lời
chính là các khóa nhiệt mà quyết định là điện tử công suất, ý tưởng như sau :

Hiệu suất bắt đầu từ 0٪ đến hiệu suất mong muốn .

Nếu tăng lên thì mở khóa cho nhiệt độ giảm xuống và ngược lại
làm sao cho giữ được hiệu suất lên vật chịu nhiệt không đổi .

Tốc độ mở đóng khóa đáp ứng nhanh hoàn toàn phù hợp với góc
mở công suất và các bộ xử lý .

Hình 1.2 Mô hình súng bắn nhiệt
6



1.2.2 Giới thiệu đặc tính đóng mở của các loại công suất
Điện tử công suất có nhiệm vụ đóng cắt dòng điện công suất lớn theo mô hình sau :

Hình 1.3 Mô hình điện tử công suất
Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công
suất. Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những
khóa bán dẫn ( khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng
điện chạy qua). Ưu điểm của các bán dẫn điện tử công suất có thể tóm tắt như sau:
Thực hiện đóng cắt đóng mà không gây ra tia lửa điện .
Không bị mòn theo thời gian .
Tín hiệu kích cho phần tử công suất nhỏ.
Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc
vào cách thức điều khiển các khóa trong bộ biến đổi. Như vậy quá trình biến đổi
năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn
thất trên các khóa điện tử nên không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.
Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng
cung cấp cho phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các
quá trình điều chỉnh, điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù
hợp trong các hệ thống tự
động hoặc tự động hóa. Đây là đặc tính mà các bộ biến
đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không thể có được.


7



Linh kiện điện tử công suất nói chung hoạt động dựa vào tốc độ đóng ngắt
của linh kiện, tốc độ nầy do xung từ mạch kích phát ra mà cụ thể là độ rộng xung
và tần số xung .

1.2.3.Vai trò độ rộng xung trong súng bắn nhiệt

Thông thường, để thay đổi nhiệt độ ta thường thay đổi điện áp hoặc điện trở (
theo định luật joule), tuy nhiên quan điểm trên hầu như không dùng trong súng bắn
nhiệt mà thay vào đó dựa vào đặc tính đóng cắt linh kiện công suất làm cho hiệu
suất nhiệt lên vật gia nhiệt thay đổi. Tốc độ thay đổi khóa điện tử được quyết định
b
ằng độ rộng xung .

Hình 1.4 Độ phụ thuộc công suất nhiệt vào độ rộng xung



8




Độ rông xung càng lớn, thời gian đóng mở lớn nên công suất giảm .
Như vậy, ta dùng các xung điện điều khiển bán dẫn công suất làm cho linh kiện
chịu nhiệt tốt hơn và hoàn toàn phù hợp với số hóa .

1.2.4 Bài toán tốc độ ngắt , mở bán dẫn công suất
Hai yếu tố quyết định góc mở bán dẫn công suất là tần số xung kích và độ
rộng xung). Yếu tố đầu liên quan đến linh kiện công suất (chọn loại phù hợp ) và
yếu tố thứ hai liên quan chương trình điều khiển (softwave ).

Tóm lại xu hướng khống chế nhiệt độ bằng cách đóng ngắt nguồn điện tử
công suất như SCR, TRIAC, FET, UJT… rất được ưa chuộng vì chúng ta hoàn
toàn có thể
đưa vào các công cụ toán học, kỷ thuật, công nghệ, máy tính.

Hình 1.5 Độ phụ thuộc giữa độ rộng xung và góc mở linh kiện







9





1.3 Các loại linh kiện bán dẫn công suất
1.3.1 GTO ( Gate turn off Thyristor)

:
Hình 1.6 Đặc tính GTO
1.3.2 Thyristor :

10





Hình 1.7 Đặc tính Thyristor

11



1.3.3 Triac

Hình 1.8 Đặc tính Triac

1.3.4 Linh kiện điện tử công suất SSR ( solid state relay )
Ưu diểm nổi trội của SSR là độ điều chỉnh nhiệt độ chính xác công suất cao
và lợi về giải nhiệt, đồng thời giao diện tốt với các bộ điều khiển dùng vi xử lý
hoặc PLC. Bộ điều khiển nhiệt độ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì đáp
ứng được nhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra. “ Thiết kế bộ
điều khiển nhiệt độ cho súng
bằn nhiệt dùng SSR” trên cơ sở những lý thuyết đã học được chủ yếu trong môn
học lý thuyết điều khiển, kèm theo đó là kiến thức của các môn học cơ sở ngành và
các môn học có liên quan như kỹ thuật cảm biến, cơ sở kỹ thuật đo.
Ưu điểm SSR ( solid state relay )
Các bộ rơ-le tiếp điểm thường có tầ
n suất đóng mở thấp, dễ hư, nhiễu ….
Các linh kiện điện tử công suất nói chung và SSR nói riêng khắc phục được các
khutyết điểm nầy.vì các lý do sau:
Tần suất đóng mở cao (thời gian cỡ mili giây )
Bền, giảm tiếng ồn trong quá trình chuyển đổi
Nhạy
Giao tiếp tốt với các bộ xử lý mới

12




Hình 1.9 Các dạng SSR
Tóm lại, trong súng bắn nhiệt, với 2 tiêu chí nêu trên thì TRIAC thường
dùng cho các loại vi xử lý thông thường và PIC16 , còn SSR xử dụng cho PLC .

1.4 Mạch hổ trợ ( mạch động lực, mạch kích.)
Mục đích: Nhận xung từ bộ điều khiển, cho ra các tín hiệu phù hợp dùng để
điều khiển chế độ đóng ngắt bán dẫn công suất để thay đổi công suất đặt vào súng
bắn nhiệt. Do đó từ mạ
ch điều khiển sẽ xuất ra xung có độ rộng thay đổi trong
khoảng thời gian T nhất định để thay đổi công suất cung cấp cho súng bắn nhiệt
Như vậy:
Trong thời gian T
0
súng bắn nhiệt hoạt động .
T-T
0
súng bắn nhiệt tắt.
Ứng với sự thay đổi của T
0
từ 0 đến T thì công suất cung cấp P
cc
=
(T
0
/T).P

max
thay đổi từ 0 đến P
max
.
Tóm lại, mạch hổ trợ làm việc ở 2 chế độ là khuếch đại và đóng ngắt
Ở chế độ khuếch đại, thường mạch được ráp là transistor hoặc darligton để
tăng độ khuếch đại, đầu vào lấy tín hiệu điều khiển từ bộ xử lý còn đầu ra đến ngõ
vào bán dẫn công suất .
Ở chế độ đóng ngắt, transistor làm việc ở chế độ b
ảo hòa và tùy theo điểm làm
việc mà transistor dẫn hay ngưng dẫn .
13




Hình 1.10 Sơ đồ chức năng mạch động lực

14



CHƯƠNG 2
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

2.1 Giới thiệu
Bộ điều khiển là một thiết bị giám sát và tác động vào các điều kiện làm việc
của một hệ động học cho trước. Các điều kiện làm việc đặc trưng cho các biến đầu
ra của hệ thống mà có thể được tác động bởi việc điều chỉnh các biến đầu vào đã
biết.

Hình 2.1 Mô hình tổng quát bộ điều khiển PID
2.1.1 Bộ điều khiển ON-OFF
Là bộ điều khiển đơn giản nhất, hệ thống sẽ làm việc khi dưới giá trị cho
phép và trên giá trị đó thì hệ thống sẽ ngưng làm việc .

2.1.2 Bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển ON-OFF chỉ đáp ứng trong hệ điều khiển đơn giản, còn bộ
phận
điều khiển phức tạp cần phải dùng hệ điều khiển phức tạp hơn mà hay dùng nhất là
bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển PID mô tả được các hành vi liên quan với quá
khứ, sai sồ hiện tại và thành phần hồi tiếp chính xác, cho phép hệ thống điều khiển
chính xác và hiệu quả hơn .
15




Ngày nay, với sự hổ trợ công cụ máy tính cùng các phương pháp tính toán
hiện đại cho phép việc ứng dụng bộ điều khiển PID trong các thiết bị linh hoạt và
hiệu quả hơn.

Ý nghĩa bộ điều khiển PID
Gồm 3 phần là thành phần tích lũy ở quá khứ, sự thay đổi quanh vị trí
thiết lập, và bộ phận hồi tiếp để bù trừ.

Thành phần tích phân
Gọi U( t) là tín hiệu điều khiển, e (t) là tín hiệu vào thì phương trình vi phân
mô tả động học là :

U(t)=k = (2.1)

Trong hệ thống nhiệt , thành phần tích phân chính là tổng nhiệt từ lúc mở máy
đến thời điểm t .

Hình 2.2 Thành phần tích phân
tứng với giá trị trong vùng xác định do bộ điều khiển kiểm soát, giá trị nầy
liên quan tới vùng nhớ trên thang nhiệt độ .

16



Ví dụ minh họa
T đặt = 200˚C
Nhiệt độ từ 0˚C- 400˚C
Nếu ta xử dụng nguyên thanh nhiệt độ thì sẽ rất tốn bộ nhớ và vô ích vì thực
tế bộ điều khiển chỉ lấy một vùng giá trị quanh Tđặt mà thôi .

Thành phần vi phân



Hình 2.3 Mô tả vi phân
Phương trình vi phân mô tả động học:
U(t ) = Td
( 2.2)

Trong đó :
e(t) : Tín hiệu vào của bộ điều khiển

U(t): tín hiệu điều khiển
T
d
: Hằng số thời gian vi phân

Thành phần tỉ lệ
Sai số được định nghĩa là hiệu số giữa giá trị mong muốn (điểm đặt)
y
s
và giá
trị hiện tại (đo lường)
y. Nếu sai số lớn, thì tác động điều khiển lớn. Ta có:
u(t) = Kc * e(t) – u
0 (2.3 )

Trong đó
u(t) miêu tả tác động điều khiển (đầu ra bộ điều khiển)
e(t) = y
s
(t) − y(t) miêu tả sai số
K
c
miêu tả độ lợi của bộ điều khiển
17



u
o
miêu tả trạng thái ổn định của tác động điều khiển (độ lệch) cần thiết để duy

trì biến số ở trạng thái ổn định khi không có sai số.
Phương trình vi phân mô tả quan hệ tín hiệu vào ra của bộ điều khiển PID:
U(t) =
* e(t) + (2.4)

U(t) =
(2.5)


Trong đó
- e (t) : tín hiệu vào của bộ điều khiển
-U(t): tín hiệu ra của bộ điều khiển
- K
m
: hệ số khuyếch đại
-T
d
= K
3
/K
1
: hằng số thời gian vi phân
-T
i
= hằng số thời gian tích phân

2.2 Bộ điều khiển PID dùng trong súng bắn nhiệt
Đặt vấn đề
Bộ điều khiển nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, là
những công cụ khởi đầu và quan trọng cho sự điều khiển nhiệt độ để nhận được kết

quả mong muốn. bộ điều khiển nhiệt độ cổ điển và cơ bản nhất là PID (bộ điều
khiển vi tích phân tỉ l
ệ) được mô tả như sau:
Một giá trị mong muốn cho đối tượng (vật gia nhiệt )
Một giá trị đo được ( giá trị đo được thông qua cảm biến)
Một hệ thống giám sát phát hiện sai số giữa 2 giá trị trên
Một bộ điều khiển điều chỉnh giá trị sai số đến tối thiểu bằng cách điều khiển
giá trị đầu vào
Ý Nghĩa vật lý
Để có được nhiệt độ mong muốn cho vật gia nhiệt, nguồn phát nhiệt sẽ thổi
nhiệt vào vật được gia nhiệt, vật được gia nhiệt nhận nhiệt từ nhiệt độ thấp nhất
đến nhiệt độ mong muốn và giữ lại ở nhiệt độ nầy trong một khoảng thời gian.thiết
18



lập trước. Để giữ được nhiệt độ cần phải thấy được sự thay đổi nhiệt độ quanh vị trí
mong muốn để điều khiển các nguồn nhiệt cho phù hợp.
Như vậy biến đầu vào(các súng bắn nhiệt) và giá trị nhiệt độ mong muốn
(nhiệt độ ở vật gia nhiệt) phải liên quan chặt chẽ theo mô hình như sau :
Tích phân (nhiệt độ đối tượng gồm tổng các nhiệt độ đưa vào),.
Vi phân (thay đổi nhiệt độ tạm thời)
Tỉ lệ (so sánh đưa về điều chỉnh).
Trong thiết bị hàn chipset, mô hình điều khiển PID là một sự kết hợp phức tạp
trong đó có nhiều bật trong một tiến trình điều khiển
Một khái niệm mới được đưa vào tạm gọi là nhiệt độ mong muốn nhiều mức
độ để mô tả hành vi điều khiển phức tạp hơn.

2.3. B
ộ điều khiển PID dùng trong thiết bị hàn chipset

Đặt vấn đề
Bài toán nhiệt học đã được khảo sát rất nhiều, tuy nhiên đối với thiết bị
hàn chipset BGA có rất những yêu cầu phức tạp hơn nhiều nhằm đáp ứng nhữmg
yêu cầu công nghệ cao. Để điều khiển các thiết bị dùng nhiệt (lò sưởi, máy điều
hòa ) thường bộ nhớ chứa nhiều chế độ làm việc và nhiều mức điều khiển, trong đó
1 tiến trình được cài đặt kéo dài trong 1 thời gian ( thường rất dài ) thậm chí không
cần thiết lập như trong máy điều hòa .
Trong thiết bị hàn chipset, một thao tác điều khiển thường làm việc với nhiều
tiến trình mà thông thường là :




Hâm gia nhiệt 1 gia nhiệt 2 gia nhiệt 3 Làm mát làm nguội
19





Thời gian điều khiển ngắn
Với thời gian thao tác lên vật gia nhiệt rất ngắn, nên bộ điều khiển phải nhạy
và chính xác, do đó việc thiết kế bộ điếu khiển rất phức tạp và khó khăn; Tuy nhiên
đó cũng là ưu điểm vì các bộ xử lý ngày nay (PIC16 , PLC ) rất mạnh và hoàn toàn
có thể đáp ứng được .

Khả năng và phạmvi nghiên cứu
Các chipset rất đa dạng, đối tượng gia nhiệt phong phú, do đó cần phải thiết
lập nhiều kiểu điều khiển và đưa vào bộ nhớ (profiles). Thêm vào đó, với sự hổ trợ
các chương trình mô phỏng, các công cụ toán học, logic mờ càng tăng khả năng ứng

dụng của thiết bị .

2.4 Mô hình phức hợp thiết bị hàn chipset
Trong thực t
ế, việc thiết lập hệ thống điều khiển thiết bị hàn chipset công
nghệ cao rất phức tạp vì yêu cầu rất chính xác trong kỹ thuật, thông thường chia làm
3 khối và mỗi khối được thiết lập khác nhau .
20




Hình 2.5 Sơ đồ chức năng mạch phức hợp

Tóm lại, bài toán nhiệt động học trong thiết bị hàn chipset là hoàn toàn mới,
nó kế thừa và phát triển các bài toán nhiệt trước đây nên sẽ có rất nhiều điều mới
mẻ cần nghiên cứu. Thêm vào đó, nhìn vào các sơ đồ trên ta thấy mức độ số hóa
gần như tối đa, điều nầy sẽ làm chúng ta gặp rất nhiều khó kh
ăn khi tiếp cận chúng
như: phần cứng, phần mềm chương trình điều khiển, nhưng cũng vì vậy nó càng
làm tăng sự hấp dẫn trong quá trình nghiên cứu .

21




CHƯƠNG 3
LOGIC MỜ CHO SÚNG BẮN NHIỆT

3.1 Giới Thiệu
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, tất cả mọi
nghiên cứu đều nghiên về tính toán mềm, trong đó các yếu tố, mô phỏng, thuật giải,
phần cứng, phần mềm được đề cập thường xuyên và là thành phần gần như không
thể thiếu trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ.
Khái niệm logic mờ là một hướng nghiên cứu hiện đại và hiện thự
c. Nó rõ hơn
hộp đen, nó uyển chuyển hơn đại số BOOL và mạch logic. Nó là hình tượng“ hình
và bóng” của á đông để giải quyết vấn đề nội tại bên trong mà chỉ có kết quả mới
chứng minh được.
Nó theo qui luật “ nhân quả” của phật giáo, luật IN-OUT của công nghệ thông
tin. Thực tế người ta rất mong chờ một sự phát triển vũ bão trong lãnh vực nầy,
nhưng có chăng chỉ là một s
ự tán đồng hờ hững, gốc sâu xa là ở đâu?
Trong bối cảnh đó, đề tài mong muốn đi sâu và nâng tầm lên vì các bài nghiên
cứu trước thường chỉ xem logic mờ như là một phương tiện để giải thích hơn là để
áp dụng thực tế, có lẽ thường thì chúng ta chỉ ngừng ở logic tĩnh, mà logic tĩnh thì

làm sao ứng dụng nhiều.
Do đó, việc nghiên cứu logic mờ cấp thiết phải là logic mờ
động, là một quá
trình hổ tương, là quá khứ, là hiện tại, là tương lai, là nhân quả, là hệ servo mà nền
tản là mô hình điều khiển vi, tích phân tỉ lệ.





22



3.2.Hệ Thống Xử Lý Mờ.
Các thành phần cơ bản của bộ điều khiển mờ bao gồm khâu mờ hóa, thiết bị
thực hiện luật hợp thành và khâu giải mờ.

3.2.1. Hệ Mờ Tĩnh

H3.1 Sơ đồ khối hệ thống xử lý mờ
X: tín hiệu vào (rõ), Y: tín hiệu ra (rõ)
Mờ hóa: Các giá trị đầu vào được chuyển đổi ( mờ hóa ) thành tập hợp có giá
trị thể hiện giá trị rõ đầu vào. Ở súng bắn nhiệt giá trị đó chính là các giá trị nhiệt độ
do súng bắn nhiệt được mờ hóa và nó cũng thể hiện được giá trị nhiệt độ của súng
bắn nhiệt .
Thiết b
ị hợp thành, Chuyển đổi tập mờ thành tập ra là hàm thành viên dựa
trên cơ sở tri thức ( luật hợp thành ).

Khâu giải mờ: Có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ My thành một giá trị rõ
Y đặc trưng cho thông tin chứa trong tập mờ đó.
Xác định biến in/out

Khối mờ hóa :
Ngõ vào: Nhiệt độ súng bắn nhiệt
Ngõ ra : Ba mức được gọi: yếu, vừa, cao

Khối xử lý mờ :
Ngõ vào: Yếu, vừa, cao
Ngõ ra : Hàm thành viên dựa theo luật hợp thành

23



Khối giải mờ :
Ngõ vào: Hàm thành viên
Ngõ ra: Nhiệt độ mong muốn cho đối tượng

3.2.2 Logic mờ cho bài toán nhiệt đơn giản


Mờ hóa
µT(y) µV(y ) µC(y)

µL µA µN
x y
H3.2 Khối mờ hóa nhiệt độ
Với L: lạnh , A: ấm N: nóng

µX(x) = [ µL (x) , µA(x) ,µN(x) ]
µY(y ) = [ µT(y) , µV(y),µC(y) ]
Khối suy diễn mờ :
IF A THEN B được mô tả cụ thể sau :
- Nếu lạnh thì hồi tiếp cao
- Nếu vừa thì hồi tiếp vừa
- Nếu thấ
p thì hồi tiếp cao


Hình 3.3 Giản đồ liên hệ nhiệt độ và hồi tiếp


24



Luật hợp thành :
R1 : IF x is Lx THEN y is Cy
R2 : IF x is Ax THEN y is Vy
R3 : IF x is Nx THEN y is Ty
Hệ mờ nầy mô tả cơ bản các tiến trình trong hệ điều khiển, tuy nhiên nó
quá sơ sài và thực sự chưa đủ dùng trong hệ thống nhiệt nhất là ứng dụng trong
các thiết bị nhiệt công nghệ cao.

3.3 Hệ mờ động
Khuyết điểm hệ mờ tĩnh: là chỉ xét yếu tố tức thời nên chưa đủ để áp dụng,
vì thực tế ta đã bỏ qua yếu tố tích lũy nhiệt độ trước đó, và giá trị sửa sai quanh vị
trí nhiệt độ áp đặt. Vế mặt vật lý tiến trình trong súng bắn nhiệt (bỏ qua yếu tố
khoảng cách từ súng đến vật gia nhiệt) như sau :

Nhiệt độ từ 0˚ đến giá trị mong muốn là quá trình tích lũy nhiệt, do đó đây là
hàm tích phân.
Khi đến giá trị mong muốn phải giữ
lại nhiệt độ, bằng tần suất đóng mở linh
kiện công suất ( giá trị vi phân ).
Để làm được cần phải có cảm biến (hồi tiếp) để thông báo (tỉ lệ ), phần việc
còn lại là bộ xử lý.
Như vậy hệ mờ động chính là xử dụng mô hình điều khiển vi, tích phân tỉ lệ
vào bài toán nhiệt học. Mối quan hệ giữa x(c˚) với Et và DET theo mô hình PID.
Trong mô hình súng bắn nhiệ
t, nhiệt độ đặt trước là T đặt và nhiệt độ từ cảm
biến là Tđo.
Nếu Tđặt – Tđo = 0 thì nhiệt độ không thay đổi (Biến Et đưa vào) (Liên quan
đến tần suất đóng mở điện tử công suất).
Vật gia nhiệt nhận được do khóa điện tử (scr ,triac , ssr , …) đóng mở. Nếu
đóng mở chậm - hiệu suất giảm và ngược lại. Biến DET diễn tả
sự thay đổi quanh
vị trí nhiệt độ đặt


25





3.4 Quan điểm về Logic mờ trong bài toán nhiệt
3.4.1 Ý nghĩa vật lý trong bài toán Logic mờ
3.4.1.1. Hệ mờ tập vào
Biến Et = Tđặt – Tđo

Miền giá trị : nhiệt độ thay đổi từ 0˚c €→60˚c, tuy nhiên trong mô hình PID
với độ nhạy của các cảm biến và tốc độ xử lý bộ điều khiên ta chỉ cần lấy khoảng
24C là vừa .
Miền giá trị Et = {- 24·C , +24·C }
Được chia ra làm 5 giá trị ngôn ngữ
là: rất rất ít (R RI), rất ít (R I), ít (I), vừa
(V ), nhiều (N), và rất nhiều (RN ), và rất rất nhiều (RRN ) mờ hóa theo dạng tam
giác.


Hình 3.4 Tập mờ Et

Biến DET: diễn tả tốc độ thay đổi ( tốc độ đóng mở khóa điện tử ) trong 1 chu
kỳ clock gồm rất ít (RRI ), rất ít ( RI), ít ( I), vừa ( V), lớn (L), rất lớn ( RL ), rất rất
lớn ( RRL)
RRI RI I V N RN