Báo cáo thí nghiệm lý thuyết điều khiển nâng cao bài 2

BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT VÀ TẤM PHẲNG 5.1 Khảo sát đáp hệ thống Trong thí nghiệm này, sinh viên khảo sát yếu tố: • Khảo sát mối liên hệ điện áp tốc độ quạt K1 phương trình (1) • Khảo sát ảnh hưởng tốc độ quạt tới góc nghiêng phẳng Từ mơ hình lý thuyết hệ thống mục 3.1, phạm vi góc khảo sát nhỏ ta xem liên hệ góc nghiêng tốc độ quạt theo cơng thức sau:  = k02 Trình tự thí nghiệm a Mở file fan_plate_gain.mdl b Đặt điện áp điều khiển ngõ vào 2V c Biên dịch chương trình chạy (xem hướng dẫn mục 2.2) d Mở Scope, ghi nhận kết tốc độ quạt góc nghiêng trạng thái xác lập Ghi kết vào Bảng tương ứng e Lặp lại bước b đến d với điện áp lại Bảng 22 bảng 5.1.1 Trường hợp 1: Đặt quạt vị trí hình thay đổi điện áp từ thấp đến cao, xác định góc nghiêng phẳng, ghi giá trị vào Bảng 2 Chú ý: Góc nghiêng phẳng xác định vị trí xác lập Bảng 2: Liên hệ tốc quạt góc nghiêng phẳng trường hợp Điện áp 10 Tốc độ 145.3 343 538.3 729.9 921.3 Góc 0.504 2.088 4.212 6.516 K1 72.65 85.75 89.71 91.2375 92.13 -6 -6 -6 k0 4.3x10 7.2x10 7.9x10 7.67x10-6 27 Điện áp Tốc độ Góc K1 k0 12 1112 8.712 92.66 7.04x10-6 14 1300 11.16 92.85 6.6x10-6 16 1479 12.92 92.43 5.9x10-6 4V 28 18 1663 14.62 92.38 5.28x10-6 8V 29 12V 30 16V 31 Dựa vào Bảng sinh viên vẽ đồ thị K1 k0 theo điện áp đầu vào Nhận xét 32 Đồ thị K1 theo áp ngõ vào thay tăng dần đến giá trị xác định không tăng giữ mức cố định Đồ thị k0 theo điện áp đầu vào tăng dần đến giá trị điện áp đầu vào 8V bắt đầu giảm dần tăng giá trị điện áp lên cao 33 Đặt quạt vị trí hình thay đổi tốc độ quạt từ thấp đến cao, xác định góc nghiêng phẳng, ghi giá trị vào Bảng Bảng 3: Liên hệ tốc quạt góc nghiêng phẳng trường hợp Điện áp Tốc độ Góc K1 k0 145.7 72.65 Điện áp Tốc độ Góc K1 k0 12 1110 9.144 92.5 7.42x10-6 341.7 0.504 85.425 4.31x10-6 14 1295 11.41 92.5 6.8x10-6 537.7 2.052 89.61 7.09x10-6 16 1476 13.68 92.25 6.27x10-6 4V 34 730.5 4.248 91.31 7.96x10-6 18 1658 16.02 92.1 5.82x10-6 10 918.4 6.48 91.84 7.68x10-6 8V 35 12V 36 16V 37 Dựa vào Bảng sinh viên vẽ đồ thị K1 k0 theo điện áp đầu vào Nhận xét 38 Đồ thị K1 theo áp ngõ vào thay tăng dần đến giá trị xác định không tăng giữ mức cố định Đồ thị k0 theo điện áp đầu vào tăng dần đến giá trị điện áp đầu vào 8V bắt đầu giảm dần tăng giá trị điện áp lên cao 39 5.2 Thiết kế điều khiển PID dù phươg pháp Ziegler-Nichols Trong thí nghiệm này, sinh viên khảo sát: • Ứng dụng phương pháp Ziegler-Nichols vịng kín để thiết kế PID điều khiển góc nghiêng phẳng góc làm việc θ = 100 • Khảo sát ảnh hư ng thông số PID lên chất lượng điều khiển • Khảo sát tính phi tuyến hệ thống góc làm việc khác Tìm thơng số tới hạn thiết kế điều khiển PID Trình tự thí nghiệm: a Mở file fan_plate_PID.mdl b Đặt quạt vị trí (hình 2) c Đặt góc điều khiển mong muốn  =10 d Đặt thông số PID: Kp = 0.4 ; Ki = ; Kd = e Biên dịch chương trình chạy (xem hướng dẫn mục 2.2) f Mở Scope, kiểm tra đáp ứng góc nghiêng phẳng g Lặp lại bước c bước e hệ dao động h Lưu lại đồ thị xác định Kgh Tu i Tính tốn thơng số PID theo Bảng điền kết vào bảng j Nhập lại thông số PID vừa tính tốn k Biên dịch chương trình chạy lưu kết điều khiển Vẽ đáp ứng ngõ l Đặt quạt vị trí (hình 3) Lặp lại bước từ c đến k Thí nghiệm khơng tìm xác giá trị Kgh mà hệ thống dao động điều hịa Trong trường hợp Kgh ngưỡng mà hệ thống từ ổn định sang không ổn định Giá trị Kp0 Ki0 Kd0 Kp1 Ki1 Kd1 tính bảng sử dụng cho thí nghiệm mục 5.2.2 5.3 40 Vị trí quạt Kgh Tu Kp Ki Kd Vị trí 0.8845 0.7 0.5307 1.5163 0.0464 Vị trí 0.805 0.6 0.483 1.61 0.0362 41 Xác định Kgh quạt vị trí 42 Xác định Kgh quạt vị trí 43 5.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thông số điều khiển a) Ảnh hưởng Kp Trình tự thí nghiệm: a b c d e Mở file fan_plate_PID.mdl Đặt quạt vị trí (hình 2) Cho Kd = Kd0, Ki = Ki0 Thay đổi Kp = Kp0/2, Kp=2Kp0 So sánh đánh giá kết điều khiển thay đổi Kp Nhận xét Vẽ đáp ứng hệ thống trường hợp Kp = Kp0/2, Kp=Kp0, Kp=2Kp0 đồ thị Giá trị Kp lớn đáp ứng nhanh sai số lớn, bù khâu tỉ lệ lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ lớn dẫn đến trình ổn định dao động 44 b) Ảnh hưởng Ki Trình tự thí nghiệm: a b c d e Mở file fan_plate_PID.mdl Đặt quạt vị trí (hình 2) Cho Kp = Kp0, Kd = Kd0 Thay đổi Ki = Ki0/2, Ki=2Ki0 So sánh đánh giá kết điều khiển thay đổi Kp Nhận xét Vẽ đáp ứng hệ thống trường hợp Ki = Ki0/2, Ki=Ki0, Ki=2Ki0 đồ thị Độ lợi tích phân Ki: giá trị lớn kéo theo sai số xác lập giảm Đổi lại độ vọt lố lớn, hệ thống ổn định 45 c) Ảnh hưởng Kd Trình tự thí nghiệm: a b c d e Mở file fan_plate_PID.mdl Đặt quạt vị trí (hình 2) Cho Kp = Kp0, Ki = Ki0 Thay đổi Kd = Kd0/2, Kd=2Kd0 So sánh đánh giá kết điều khiển thay đổi Kp Nhận xét Vẽ đáp ứng hệ thống trường hợp Kd = Kd0/2, Kd=Kd0, Kp=2Kd0 đồ thị Độ lợi vi phân Kd: giá trị lớn giảm độ vọt lố, lại làm chậm đáp ứng độ dẫn đến ổn định 46 d) Ảnh hưởng của góc đặt khác Trình tự thí nghiệm: a b c d e Mở file fan_plate_PID.mdl Đặt quạt vị trí (hình 2) Đặt Kp = Kp0, Ki = Ki0, Kd = Kd0 Thay đổi góc đặt giá trị θ=5o, θ=10o, θ=15o So sánh đánh giá kết điều khiển thay đổi θ Nhận xét Vẽ đáp ứng hệ thống trường hợp θ=5o, θ=10o, θ=15o đồ thị Góc đặt tăng, thời gian xác lập dài, vọt lố tăng, sai số xác lập tăng, hệ thống ngày ổn định 47 Báo cáo thí nghiệm Họ tên: Nhóm: Ngày: Vị trí quạt ảnh hưởng đến giá trị k0 thí nghiệm mục 5.1? Vị trí quạt khơng ảnh hưởng nhiều tới giá trị k0 Vị trí quạt ảnh hưởng đến giá trị Kgh Tu thí nghiệm mục 5.2.1? Khi quạt vị trí xa phẳng, Kgh nhỏ so với quạt gần phẳng Giá trị Tu nhỏ quạt vị trí xa phẳng Ảnh hưởng thông số Kp, Ki, Kd đến chất lượng điều khiển hệ thống thí nghiệm mục 5.2.2 Giá trị Kp lớn đáp ứng nhanh sai số lớn, bù khâu tỉ lệ lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ lớn dẫn đến trình ổn định dao động Độ lợi tích phân Ki: giá trị lớn kéo theo sai số xác lập giảm Đổi lại độ vọt lố lớn, hệ thống ổn định Độ lợi vi phân Kd: giá trị lớn giảm độ vọt lố, lại làm chậm đáp ứng độ dẫn đến ổn định Nhận xét chất lượng điều khiển điểm làm việc tĩnh khác thí nghiệm mục 5.2.2.d Góc đặt tăng, thời gian xác lập dài, vọt lố tăng, sai số xác lập tăng, hệ thống ngày ổn định 48 ...Điện áp Tốc độ Góc K1 k0 12 11 12 8.7 12 92. 66 7.04x10-6 14 1300 11.16 92. 85 6.6x10-6 16 1479 12. 92 92. 43 5.9x10-6 4V 28 18 1663 14. 62 92. 38 5 .28 x10-6 8V 29 12V 30 16V 31 Dựa vào Bảng sinh... 72. 65 Điện áp Tốc độ Góc K1 k0 12 1110 9.144 92. 5 7.42x10-6 341.7 0.504 85. 425 4.31x10-6 14 129 5 11.41 92. 5 6.8x10-6 537.7 2. 0 52 89.61 7.09x10-6 16 1476 13.68 92. 25 6 .27 x10-6 4V 34 730.5 4 .24 8... áp lên cao 39 5 .2 Thiết kế điều khiển PID dù phươg pháp Ziegler-Nichols Trong thí nghiệm này, sinh viên khảo sát: • Ứng dụng phương pháp Ziegler-Nichols vịng kín để thiết kế PID điều khiển góc