Ở phần 2.1 này mình sẽ nói về lý thuyết điều khiển tự động, vấn đề cốt lõi của đề tài này.
Bài toán đặt ra như thế này: Điều khiển nhiệt độ bên trong thùng xốp kích thước (60cmx60cmx60cm), duy trì ở nhiệt độ 37.5 độ C.
Điều đầu tiên các bạn nghĩ đến là sẽ cấp nguồn cho 1 nguồn nhiệt nào đó để tạo ra một lượng nhiệt cho không gian bên trong thùng xốp đúng ko nào?
Chính xác rồi, vậy vật cấp nhiệt đó có thể là sợi gia nhiệt hoặc bóng đèn sợi đốt.
Ở đây mình lựa chọn là bóng đèn sợi đốt.
Giờ khi chưa bắt tay vào làm và chưa có gì trong tay thì các bạn hãy tưởng tượng theo mình nhé.
Khi bóng đèn sợi đốt được thắp sáng, nhiệt độ sẽ tăng và muốn nhiệt độ giảm thì mình sẽ tắt bóng đèn đi. Để giám sát được nhiệt độ thì chúng ta sẽ dùng cảm biến để theo dõi nhiệt độ (thành phần này trong lý thuyết điều khiển tự động gọi là feedback tạm dịch là phần hồi tiếp).
Tiếp đến khi có tín hiệu feedback bây giờ đến phần điều khiển bóng đèn để có được nhiệt độ 37.5 độ C như yêu cầu của đề bài.
Bước đầu tiên: Khi đọc tín hiệu nhiệt độ trong thùng xốp về nếu < 37.5 sẽ điều khiển ngõ ra cho bóng đèn sáng, đợi 1 thời gian thì nhiệt độ trong thùng xốp sẽ đạt được 37.5 độ C. Lúc này sẽ điều khiển ngõ ra tắt bóng đèn, ngắt nguồn nhiệt. Theo các bạn lúc tại thời điểm ngắt bóng đèn thì nhiệt độ trong thùng xốp có tăng lên nữa không ạ? Hay vừa ngắt nguồn nhiệt là nhiệt độ sẽ giữ ngay tại 37.5 độ C.
Câu trả lời là nhiệt độ sẽ tăng và tăng bao nhiêu là sẽ phụ thuộc vào công suất của bóng đèn và không gian thể tích của thùng xốp. Việc chỉ điều chỉnh On-Off bóng đèn như vậy rất khó để chúng ta điều khiển chính xác được nhiệt độ chúng ta mong muốn. Ở đây mình sẽ nói thêm 1 khái niệm khi bạn On bóng đèn, bóng đèn hoạt động với công suất 100% sẽ cho ta 1 lượng nhiệt, đến 37.5 độ C các bạn ngắt bóng đèn và nhiệt độ vẫn cứ tăng đến 1 nhiệt độ nào đó và khi nhiệt độ đó bắt đầu giảm xuống. Ví dụ như: Khi tắt bóng đèn Nhiệt độ đọc về từ sensor lên đến 39 độ C và bắt đầu giảm thì nhiệt độ 37.5 --> 39 độ C gọi là giá trị vọt lố (cái này cũng là 1 khái niệm trong điều khiển tự động).
Bước 2: Tìm cách giải quyết vấn đề ở trên. Để nhiệt độ duy trì ở nhiệt độ đặt chúng ta sẽ áp dụng lý thuyết điều khiển PID hệ điều khiển kín.
Phân biệt điều khiển vòng kín ở trên theo cách on_off cũng là 1 loại trong số đó và vẫn có phần hồi tiếp để điều khiển on_off. Nhưng ở đây mình muốn điều khiển nhuyễn hơn nên sẽ dùng hàm PID ở bộ Controller ở hình mô tả trên.
Bước 3: Mình đã sử dụng hàm truyền PID vào đề tài này như thế nào?
Ở đây mình sẽ trình bày theo cách mình hiểu và rút ra được từ thực tế mình làm, có thể những câu từ không chính xác như lý thuyết, nhưng theo kết quả mình nhận được thì ít nhất là nó khá ổn cho đề tài này. Lý thuyết điều khiển tự động thì rất bao la, bát ngát. Nên qua phần này mình chỉ muốn giúp các bạn có một cái nhìn thật trực quan về vấn đề tưởng như dễ mà khó, khó mà dễ này.
Ở đề tài này mình chỉ áp dụng hệ PI thôi thì thấy kết quả cũng khá ổn rồi, nên giờ chúng mình bắt đầu nhé.
Lại có thể các bạn phải tưởng tượng một chút nữa rồi.
Theo như hình ở trên thì
+ giá trị error = giá trị setpoint - giá trị feedback.
+ giá trị error này có thể Dương >0 hoặc Âm <0.
Hàm truyền PI được viết như sau:
PI output = P_value + I_value
trong đó:
P_value = Kp*error
I_value = I_value + (Ki*error)
Tới đây thì các bạn chắc cũng đã hơi có một chút hoang mang rồi. Nhưng các bạn đã làm tới phần mạch này chưa và dự án của các bạn đã chạy đến đâu rồi. Tạm ngưng lý thuyết ở đây giờ chúng ta sẽ chuyển sang phần lắp ráp phần điều khiển arduino cho đề tài này nhé. Mời các bạn đón xem phần tiếp theo, toàn bộ các kiến thức sử dụng arduino sử dụng trong đề tài này.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét