Xem mẫu
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Xác định thông số bộ điều khiển PID
CBGD: Trần Thụy Uyên Phương
Sinh viên: Trương Đăng Khoa
Lớp 119110B
MSSV: 11911009
Tp HCM, Ngày 23 tháng 11 năm 2013
I. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ BỘ ĐK CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC
1. Điều khiển vận tốc
Hàm truyền đạt của động cơ DC với tín hiệu ra vận tốc :
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
a. Xác định K, T, Tt
+Tạo file vt.mdl với nội dung sau :
+Tạo file mvt.m với nội dung:
R=1.91;
Km=60.2*10^(-3);
Ke=0.0602;
L=2.5*10^(-3);
J=66.5*10^(-6);
B=2.5*10^(-6);
sim('vt',[0,2],[],[])
figure(1);
plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2);
axis([0 2 0 450]);
grid on;
title('DIEU KHIEN VAN TOC');
Ta vẽ được đồ thị như hình sau, vẽ tiếp tuyến để xác định T, Tt:
K = 400
T = 0.046
Tt = 0.001
DIE U K HIE N V A N TO C
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.3
b. Xác định thông số bộ điều khiển
P a g e 2 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
b.1. Bộ điều khiển P (KI = KD = 0)
KP = = 0.115
b.2. Bộ điều khiển PI (KD = 0)
KP = = 0.1035
TN = = 0.0033
KI = = 31.05
b.3. Bộ điều khiển PID
KP = = 0.138
TN = 2Tt= 0,002
TV = 0.5Tt = 0.0005
KI = = 69
KD = KPTV = 0.000069
c. Vẽ đồ thị tương ứng với bộ điều khiển:
Chỉnh nội dung file vt.mdl như sau:
Chỉnh thông số KP, KI, KD tương ứng 3 bộ điều khiển:
Chạy file mvt.m ứng với 3 bộ số liệu ta được 3 đồ thị:
P a g e 3 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN P
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PI
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
P a g e 4 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
2. Điều khiển vị trí
Hàm truyền đạt của động cơ DC khi ngõ ra là góc quay :
a. Xác định Kpcrit, Tcrit
Hàm truyền đạt của hệ kín :
Gk(S) =
Phương trình đặc trưng của hệ kín :
1 + .G(S) = 0
1+ =0
=0
Bảng Routh
P a g e 5 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
LJ = 1.66 x 10-7 RB + = 3.63 x 10-3
LB + RJ = 1.27 x 10-4 60.2 x 10-3
0
60.2 x 10-3
Theo tiêu chuẩn Routh, để hệ thống ổn định thì:
Chọn = 46.14
Tạo file gq.mdl với nội dung:
Chỉnh thông số KP = = 46.14; KI = 0; KD = 0
Tạo file mgq.m với nội dung:
R=1.91;
Km=60.2*10^(-3);
Ke=0.0602;
L=2.5*10^(-3);
J=66.5*10^(-6);
B=2.5*10^(-6);
sim('gq',[0,0.3],[],[])
figure(1);
plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2);
axis([0 0.3 0 50]);
grid on;
title('DIEU KHIEN GOC QUAY');
Ta được đồ thị:
P a g e 6 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIE U K HIE N G OC QUA Y
50
48
44
40
36
32
28
Tcrit
24
20
16
12
8
4
0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.3
Đo được Tcrit = 0.042
b. Xác định thông số bộ điều khiển
b.1. Bộ điều khiển P (KI = KD = 0)
KP = 0.5 = 23.07
b.2. Bộ điều khiển PI (KD = 0)
KP = 0.45 = 20.763
TN = 0.83Tcrit = 0.035
KI = = 593.2
b.3. Bộ điều khiển PID
KP = 0.6 = 27.684
TN = 0.5Tcrit = 0.021
TV = 0.125Tcrit = 0,00525
KI = = 1318.29
KD = KP.TV = 0,145
c. Vẽ đồ thị tương ứng với bộ điều khiển:
Chỉnh thông số KP, KI, KD tương ứng 3 bộ điều khiển, chạy file mvt.m
ứng với 3 bộ số liệu ta được 3 đồ thị:
P a g e 7 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN P
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PI
1500
1000
500
0
-500
-1000
-1500
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
P a g e 8 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
II. KHẢO SÁT MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ, VỊ TRÍ ĐỘNG
CƠ DC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PID
1. Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC
a. KI = KD = 0; StopTime = 10s
KP 0.138 0.5 1 2
POT 0% 0.6% 8.67% 20.38
exl 7.3 2.6 1.4 0.7
txl 0.08s 0.025s 0.02s 0.018
Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp:
P a g e 9 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P a g e 10 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P a g e 11 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
Nhận xét:
- Khi tăng hệ số KP thì sai số xác lập exl sẽ giảm, thời gian quá độ txl
giảm nhưng lại làm tăng tính dao động của đáp ứng (tức là tăng đ ộ v ọt l ố
POT).
b. KP = 2; KD = 0
KI 69 80 100 500
POT 22.8% 23.75% 25.16% 49.67%
exl 0 0 0 0
txl 0.06s 0.08s 0.1s 0.05s
Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp:
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P a g e 12 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
35
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P a g e 13 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
35
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nhận xét:
- Sai số xác lập exl luôn bằng 0
- Tăng KI thời gian quá độ txl sẽ tăng, lúc sau giảm nhưng làm tăng m ạnh
độ vọt lố POT
c. KP = KI = 2
KD 0.000069 0.0001 0.001 0.01
POT 15.42% 15% 1.875% 0.025%
exl 0 0 0 0
txl 4.5s 4.6s 4s 5s
Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp:
P a g e 14 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
35
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P a g e 15 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nhận xét:
P a g e 16 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
- Sai số xác lập exl luôn bằng 0
- Tăng KD thì độ vọt lố dần về 0
- Thời gian xác lập thay đổi không đáng kể
2. Khảo sát mô hình điều khiển vị trí động cơ DC
a. KI = KD = 0; StopTime = 3s
KP 10 23.07 30 50
POT 58.75% 80% 86.79% _
exl 0 0 0 _
txl 0.5s 1s 1.35s _
Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp:
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
P a g e 17 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
P a g e 18 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Nhận xét:
- Khi tăng hệ số KP thì sai số xác lập exl bằng 0, thời gian quá độ txl tăng,
tăng tính dao động của đáp ứng (tức là tăng độ vọt lố POT). Đ ến một th ời
điểm nào đó khi KP quá lớn làm hệ thống không ổn định
b. KP = 2; KD = 0
KI 1 10 50 70
POT 22.5% 41.04% 97.29% _
exl 0 0 0 _
txl 4.5s 1s 8s _
Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp:
P a g e 19 | 24
- SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P a g e 20 | 24
nguon tai.lieu . vn
