- 52 -
V
r
là vận tốc hỗn hợp dòng khí ở đầu ra.
Để xác định được mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra chúng ta thực hiện
bằng thực nghiệm. Tức đi tìm phương trình trạng thái hay hàm truyền của chúng
đây là cơ sở cho việc xây dựng sơ đồ cấu trúc cho hệ thống. Từ sơ đồ cấu trúc
chúng ta sẽ thấy được quá trình làm việc của hệ.

Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống
Trên đây là sơ đồ cấu trúc cụ thể của hệ thống điều khiển tốc độ hỗn hợp
dòng khí trong quá trình thí nghiệm sấy.
Trong đó R
1,
R
2
là hai bộ điều khiển ở hai vòng khác nhau nhưng chúng có
mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau. Nhờ sự kết hợp điều khiển hai vòng mà
độ chính xác và ổn định trong quá trình làm việc của hệ thống được nâng cao.
Chúng là các bộ PID số được xây dựng trên nền vi điều khiển 8051.
R
11
, R
22
là các bộ điều khiển chúng đóng vai trò là cơ cấu chấp hành trực
tiếp tác động vào đối tượng (động cơ) đó là các bộ biến tần.
W
11
, W
22
là các hàm truyền của phần tử trong hệ thống chúng bao gồm

ư sau.

Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc hệ
Trong đó: R là bộ điều chỉnh.
S là đối tượng điều khiển (hệ thống thí nghiệm quá trình sấy).
V
d
là giá trị đặt ban đầu.
E là sai lệch giữa tín hiệu đặt và đo.
U là tín hiệu điều khiển.
V
r
là tín hiệu ra.
Như vậy ta sẽ phải khảo sát bằng thực nghiệm để tìm ra hàm truyền của
đối tượng. Việc này được thực hiện thông qua bước tiếp theo của nội dung đề tài
là tổng hợp hệ thống điều khiển ở chương 4. - 54 -
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Trong chương này đã giải quyết được một số nội dung tiếp theo của đề tài,
đưa ra được một số các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều một
pha. Từ đó lựa chọn thiết bị để điều khiển chúng cho phù hợp là các bộ biến tần.
Áp dụng các nguyên tắc điều chỉnh, điều khiển khiển cho hệ thống thí
nghiệm. Đặc biệt đã lựa chọn phương pháp điều chỉnh đa vòng cho hệ điều khiển
tốc độ gió, để xây dựng được sơ đồ cấu trúc cho hệ thống.


tượng điều khiển ở đây có thể
là một thiết bị cụ thể như động cơ, máy nén khí…
hay cả một hệ thống phức tạp cần điều khiển.
4.1.1. Những vấn đề chung về nhận dạng hệ thống điều khiển
Nhận dạng hệ thống là xây dựng mô hình toán học của hệ thống dựa trên
các thực nghiệm đo được. Quá trình nhận dạng là quá trình hiệu chỉnh các tham
số của mô hình sao cho tín hiệu ra của mô hình tiến trùng với tín hiệu đo của hệ
thống.
Để xây dựng mô hình toán học cho hệ thống, người ta có hai phương pháp
lý thuyết và thực nghiệm
Phương pháp lý thuyết là phương pháp thiết lập mô hình dựa trên các định
luật có s
ẵn về quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp với môi trường bên
ngoài của hệ thống. Các quan hệ này được mô tả theo định luật vật lý như định
luật Newton, định luật cân bằng…dưới dạng những phương trình toán học.
Phương pháp thực nghiệm được thực hiện trong trường hợp, mà ở đó sự
hiểu biết về những qui luật giao tiếp bên trong hệ thống, cùng với mố
i quan hệ
- 56 -
giữa hệ thống với môi trường bên ngoài không đầy đủ để có thể xây dựng được
một mô hình hoàn chỉnh. Nhưng ít nhất từ đó có thể cho biết các thông tin ban
đầu về dạng mô hình để khoanh vùng. Hay tập hợp lớp các mô hình thích hợp
cho hệ thống. Thì ta phải áp dụng phương pháp thực nghiệm để xây dựng mô
hình cho hệ thống. Bằng cách tìm một mô hình thuộc lớp mô hình thích hợp đó
trên cơ sở quan sát các tín hiệu vào ra, sao cho sai lệch gi
ữa nó với hệ thống so
với mô hình khác là nhỏ nhất.
Trong điều khiển nhận dạng là một khâu quan trọng nó quyết định đến
chất lượng và hiệu quả của việc điều khiển sau này, nhằm xây dựng mô hình
toán học cho đối tượng. Một số đối tượng quen thuộc như các loại động cơ, máy

- Phân tích hàm quá độ h(t), hàm này nhận được ở đầu ra của hệ thống khi
đầu vào là hàm bậc thang đơn vị 1(t).
- Phân tích tần số, đối với hệ thống tuyến tính ổn định khi tín hiệu vào là
hàm sin thì tín hiệu ra cũng là hình sin. Bằng cách thay đổi biên độ và pha của
tín hiệu vào ta thu được đáp ứng ra có tần số thay đổi.
- Phân tích hàm t
ương quan, tín hiệu vào là nhiễu trắng, tín hiệu ra là hàm
tương quan.
- Phân tích phổ, với tín hiệu vào tuỳ ý người ta phân tích phổ của tín hiệu
vào và tín hiệu ra.
+ Nhận dạng tham số là phương pháp nhận dạng chủ động. Người ta đưa
vào hệ thống tín hiệu vào xác định u(t), sau đó đo tín hiệu ra y(t). Người ta mô tả
hệ thống bằng một mô hình tham số và dùng phương pháp bình phương tối thiểu
để hiệu chỉnh sao cho đánh giá củ
a véc tơ tham số trùng với véc tơ tín hiệu ra
của hệ thống. Ngày nay, nhận dạng tham số được ứng dụng rất rộng dãi nhất là
trong điều khiển số. Nhận dạng tham số dùng để nhận dạng các hệ thống phức
tạp, trong trường hợp này hệ thống được gọi là “Hộp đen”. Vì vậy phương pháp
nhận dạng tham số còn có tên là nhận dạng hộp đen.
Do trong đề tài này đối tượng của chúng tôi là cả hệ thống thí nghiệm quá
trình sấy. Đây là một đối tượng tương đối phức tạp, mà ở đó sự hiểu biết giữa
- 58 -
các mối quan hệ vật lý bên trong và bên ngoài không rõ dàng. Nên để xây dựng
mô hình toán học cho hệ thống, chúng tôi sử dụng phương pháp nhận dạng bằng
thực nghiệm. Vì thế, sau đây chúng tôi chỉ giới thiệu phương pháp xây dựng mô
hình toán học cho hệ thống bằng phương pháp thực nghiệm.
4.1.2. Nhận dạng đối tượng bằng thực nghiệm

+ Phương pháp nhận dạng
Đối tượng có hai loại cơ bản là đối tượng có tính tự cân bằng và đối tượng

(s). Chuyển trục tung sang
toạ độ t = τ
o
ta sẽ nhận được đường quá độ h
1
(t) trong hệ toạ độ mới, h
1
(t) chính
là đường quá độ của phần tử có hàm truyền đạt là W
o
(s).
Tổng quát hàm truyền đạt của đối tượng được xác định bởi:
mm1
o
1m1
o
nn1
o
1n1
b
sbs bs1
W(s)
a s a s a s 1
−
−
−
−
+
++ +
=


dt
o
12
K
W(s)
(1 Ts)(1 T s)
=
++

+ Khâu quán tính bậc hai có trễ:

dt
o
12
τs
K.e
W(s)
(1 Ts)(1 T s)
−
=
++

Việc chọn hàm truyền đạt của đối tượng xác định theo các bước sau: - 60 -
* Xây dựng hàm so chuẩn σ(t) từ đường quá độ h
1
(t).

o
τs
K.e
W(s)
1Ts
−
=
+

+ Nếu 0,195 ≤ σ(t
3
) ≤ 0,31 thì đối tượng lấy gần đúng là khâu quán tính
bậc hai.
dt
o
12
K
W(s)
(1 Ts)(1 T s)
=
++

+ Nếu σ(t
3
) ≤ 0,195 thì đối tượng lấy gần đúng là khâu quán tính bậc hai
có trễ.
dt
o
12
τs

+ Xác định mô tả động học
- Bước 1: Xác định đường quá độ h(t) bằng thực nghiệm.
Trước hết khởi động đồng thời các bộ phận trong hệ thống thí nghiệm sấy
như bộ phận tạo nhiệt, tạo ẩm. Sau đó đặt một đ
iện áp có tần số nhất định vào
động cơ quạt là U = 220V, f = 50Hz, tương ứng với tốc độ đặt đầu vào là lớn
nhất. Đồng thời cùng lúc đó khởi động máy ghi để ghi lại sự thay đổi của tốc độ
hỗn hợp dòng khí sấy ở đầu ra hệ thống. Sử dụng tốc độ kế để đo vận tốc đầu ra.
Ta sẽ dừng việ
c lấy kết quả khi nào hệ thống ở trạng thái ổn định.
- Bước 2: Chọn dạng hàm truyền đạt
Theo đồ thị xác định được giá trị thời gian trễ vận chuyển kéo dài là
khoảng thời gian tính từ gốc toạ độ đền thời điểm bắt đầu có phản ứng đầu ra của
hệ thống.
Trừ thời gian vận chuyển phần còn lại củ
a đường h(t) là h
1
(t). Từ đồ thị
ta đi xác định các giá trị h
1
(∞)→ 0,7h
1
(∞) = h
1
(t
7
) biết được giá trị của h
1
(t
7

σ(t
3
) với 0,31 và 0,195. Khi đó hàm truyền đạt
của đối tượng sẽ được chọn tuỳ thuộc vào kết quả so sánh của σ(t
3
) với 0,31 và
0,195.