ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BÀI THÍ NGHIỆM 4 ĐIỀU KHIỂN HÔI TIÊP BIÊN TRẠNG THÁI LỚP L08 NHÓM 2 HK211 GVHD Thầy TRẦ.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BÀI THÍ NGHIỆM 4: ĐIỀU KHIỂN HƠI TIÊP BIÊN TRẠNG THÁI LỚP: L08 - NHÓM: - HK211 GVHD: Thầy TRẦN QUỐC TIÊN DŨNG SINH VIÊN THỰC HIỆN STT MSSV HỌ TÊN 1912275 1910574 1915109 Đặng Minh Lê Nguyễn Nhân Lê Ngọc Duy Triết Thọ Thái 1810592 Lê Tuyết Đoan Trang GHI CHÚ MỤC LỤC I MỤC ĐÍCH………………………………………………………………………….…….3 II THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM………………………………………………………… THÍ NGHIỆM 1: Xây dựng mơ hình hệ xe – lo xo……………………………………3 THÍ NGHIỆM 2: Khao sát điêu khiên tiêp biên trang thái cho hệ xe-lo xo 11 2.1/ Điêu khiên vị trí xe 2………………………………….…… …………………… 11 2.2/ Điêu khiên vị trí xe 1…………………………………………………………… …12 Khao sát điêu khiên PID cho hệ xe-lo xo………………………………………… 16 I MỤC ĐÍCH: Hệ thống xe – lo xo bao gơm xe va lo xo liên kết nối tiếp Trong bai thí nghiệm nay, sinh viên xây dưng phương trinh biến trang thái mô ta hệ thống xe – lo xo, sau đo xây dưng bô điêu khiên hôi tiếp biến trang thái đê điêu khiên vi trí cua xe vi trí cua xe theo giá tri đặt mong muốn Thêm vao đo, sinh viên xây dưng bô điêu khiên PID cho vi trí cua xe nhằm so sánh với bơ điêu khiên tiếp trang thái Mục tiêu sau hồn thành thí nghiệm này: - Biết cách xây dưng va mô mô hinh điêu khiên đối tượng xe – lo xo dung phương pháp điêu khiên hôi tiếp biến trang thái - Đánh giá chât lượng điêu khiên dung phương pháp điêu khiên hôi tiếp biến trang thái - So sánh bô điêu khiên hôi tiếp biến trang thái va bô điêu khiên PID II THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM: THÍ NGHIỆM 1: Xây dựng mơ hình hệ xe – lo xo Xây dưng mơ hinh Simulink đê khao sát đáp ưng vong hơ cua hệ xe – lo xo Hinh Trong đo, khối Mass-Spring Damper tao khối Subsystem (Simulink → Commonly Used Block → Subsystem) Mô hinh bên cua hệ cho Hinh Các khối Fcn (Simulink → User-Defined Functions → Fcn) chưa ham tính tốn trang thái suy từ phương trinh (5) Hinh Mô hinh khao sát đáp ưng hệ xe – lo xo Hinh Mô hinh hệ xe – lo xo Cai đặt thông số cua hệ xe – lo xo tương ưng với nhom thí nghiệm Bang Bang Thơng số hệ xe – lị xo Nhóm m1 m2 k1 1000 k2 1500 b1 50 b2 40 Cai đặt thông số mô (Simulation → Configuration Parameter) Hinh Trong đo, phương pháp lây mẫu (Solver) la Fixed-step, ode4, chu kỳ lây mẫu (Fixed step size) la 0.001 giây, thời gian cuối (Stop time) la giây Hinh Thông số mô a) Lần lượt thay đổi giá trị lực đầu vào Bang Chay mô b) Mơ Scope xem đáp ưng Xác định vị trí xe 1, xe giai đoan xác lâp ghi lai kêt qua Bang Khoang cách di chuyên theo lưc tác động LẦN CHẠY Kêt qua khao sát F=10 FORCE (N) 10 20 30 40 50 Gain Gain x1(mm) 10 20 30 40 50 x2(mm) 16.67 33.33 50 66.67 83.33 F=20 Gain Gain F=30 Gain Gain F=40 Gain Gain F=50 Gain Gain c) Vẽ đô thị biêu diên x1 theo Force x2 theo Force Nhân xet kêt qua đô thị Rút mối quan hệ giá trị xác lâp cua x1, x2 với k1, k2, F Code Mathlab: x1=[10,20,30,40,50] x2=[16.67,33.33,50,66.67,83.33] F=[10,20,30,40,50] semilogx(x1,F) figure; semilogx(x2,F) Đô thị biêu diên �� theo Force: Đô thị biêu diên �� theo Force: Nhân xet: Giá tri xác lập cua �1 với F va giá tri, giá tri xác lập cua �2 tỉ lệ thuận với F Va theo công thưc mô ta hệ thống thi đô cưng cua lo xo �1 va �2 tỉ lệ nghich với giá tri xác lập cua �1 va �2 d) Cho biêt chưc cua khối sơ mơ hệ xe-lo xo Hình - Khối in: Dung tao tín hiệu đầu vao cho mơt hệ thống - Khối out: Dung tao tín hiệu đầu cho môt hệ thống con, đông thời gửi tín hiệu đến Matlab - Khối Mux: La bơ ghép kênh nhiêu ngõ vao nôt ngõ ra, từ ngõ ta đưa vao Scope đê xem nhiêu tín hiệu cung môt cửa sổ - Khối Fcn: Chưa ham tính tốn trang thái suy từ phương trinh - Khối Gain: La bơ tỉ lệ Tín hiệu sau qua khối nhân với giá tri Gain - Khối Integator: Khâu tích phân THÍ NGHIỆM 2: Khao sát điêu khiên hôi tiêp biên trang thái cho hệ xe-lo xo 2.1 Điêu khiên vị trí xe Sơ hệ thống: Mơ hinh mathlab chay cung lần đê so sánh kết qua cung môt scope: Bang kêt qua Lần chay 10 �� [0 0.1 0] [0 0.5 0] [0 0] [0 0] [0 10 0] [0 10 0.05] [0 10 0.1] [0 10 0.5] [0 10 1] [0 10 5] Đô lọt vố 7.32% 14.59% 20.96% 46.62% 59.29% 36.14% 20.03% 0% 0% 0% T/g xác lập (tiêu chuẩn 2%) 0,405s 0.371s 0.365s 0.295s 0.455s 0.215s 0.098s 0.184s 0.381s 1.857s Sai số xác lập 25.714 16.36 11.25 3.21 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 Nhân xet: - Trong lần chay thay đổi giá tri ��3 từ 0.1 đến 10 Từ kết qua scope ta thây POT tăng, thời gian xác lập giam nhẹ rôi tăng cuối va sai số xác lập giam - Trong lần chay tiếp theo, tăng giá tri ��3 lên 10, thay đổi giá tri ��4 từ 0.1 đến 10 Từ kết qua scope ta thây POT giam nhiêu, thời gian xác lập tăng va sai số xác lập la số Giai thích: - Hệ số tiếp �� = ��1 ��2 ��3 ��4 tương ưng cho tín hiệu trang thái � = �1 �1 �2 �2 � - Do xét xe nên ta quan tâm ��3 va ��4 , hệ số la sai số vi trí va sai số vận tốc cua xe - Sai số vi trí cang lớn khiến cho dao đông ban đầu lớn, tưc giá tri lớn nhât cua x lớn khiến cho POT lớn theo Nhưng ngược lai, điêu lam cho giá tri xác lập tiến tới giá tri mong muốn cua hệ thống - Sai số vận tốc cang lớn, hệ thống tiến tiến đến xác lập chậm hơn, khiến cho thời gian đô tăng dần, POT giam dần va đô chênh lệch giá tri xác lập va giá tri mong muốn la số 2.2 Điêu khiên vị trí xe Sơ hệ thống: Nhân xet: - Trong lần chay mô Ở lần 1, dưa vao đô thi đáp ưng ta tim xxl 2.5 xmax 2.746 Va thời gian xác lập la 0.408 giây ( theo tiêu chuẩn 2%) - Từ đo tính được: SSXL 15 2.5 12.5 POT xmax xxl 2.746 2.5 100% 100% 9.84% xxl 2.5 Tương tự, tính giá trị tai lần mô kê tiêp bang sau: Lần chay Kf Đô vọt lố (%) [0.2 0 0] [0.5 0 0] [1 0 0] [2 0 0] [3 0 0] 9.84 16.84 29.71 56.20 80.27 Thời gian xác lập (2%) 0.408 0.489 0.540 0.721 1.524 Sai số xác lập 12.5 10 7.5 3.75 Nhận xét vê lần chay mô đầu tiên: Theo bang số liệu va đô thi đáp ưng ta nhận thây tăng giá tri Kf1 hệ thống co đô vọt lố tăng, thời gian xác lập tăng, co sai số xác lập giam - Trong lần chay mô tiêp theo Lần chay Kf Đô vọt lố (%) [2 0.005 0] [2 0.01 0] [2 0.02 0] [2 0.05 0] [2 0.1 0] 52.8 49.6 43.4 27.0 5.6 Thời gian xác lập (2%) 0.696 0.583 0.456 0.297 0.287 Sai số xác lập 5 5 Nhận xét vê lần chay mô tiếp theo: Theo bang số liệu va đô thi đáp ưng ta nhận thây tăng giá tri Kf2 va giữ nguyên giá tri Kf1 hệ thống co đô vọt lố giam, thời gian xác lập giam, sai số xác lập thi không đổi - Trong lần chay mô cuối Lần chay Kf Đô vọt lố (%) [2 0 0.01] [2 0 0.05] [2 0 0.1] [2 0 0.2] [2 0 0.5] 43.4 15.3 0.1 0 Thời gian xác lập (2%) 0.589 0.255 0.208 0.486 1.163 Sai số xác lập 5 5 Nhận xét vê lần chay mô cuối cung: Theo bang số liệu va đô thi đáp ưng ta nhận thây tăng giá tri Kf4 va giữ nguyên giá tri Kf1 hệ thống co đô vọt lố giam dần vê 0, thời gian xác lập giam đến ngưỡng nao đo thi lai tăng, sai số xác lập thi không đổi Kêt luân: Qua 15 lần mô thay đổi giá tri từ Kf1 , Kf2 va Kf4, ta nhận thây Kf1 anh hương nhiêu đến sai số xác lập Kf2 anh hương nhiêu đến thời gian xác lập va ca đô vọt lố (lam giam thông số đo) Con Kf4 thi tác đông đến thông số la thời gian xác lập va đô vọt lố, giúp lam giam đô vọt lố, tăng Kf4 lớn dẫn đến thời gian xác lập lớn 3 THÍ NGHIỆM 3: Khao sát điêu khiên PID cho hệ xe-lo xo Sơ đô hệ thống: Xây dưng mơ hinh điêu khiên vi trí xe dung bô điêu khiên PID hinh a) Lần lượt thay đổi cai đặt hệ số �� , �� , �� theo bang số liệu Chay mô b) Mơ scope đê xem đáp ưng, xác đinh đô vọt lố, thời gian đô, sai số xác lập cua vi trí xe Ghi nhận kết qua c) Nhận xét anh hương cua hệ số �� , �� , �� lên chât lượng hệ thống Lý giai anh hương cua hệ số dung mơ hinh tốn cua bô điêu khiên d) So sánh ưu, nhược điêm cua đáp ưng điêu khiên PID với đáp ưng điêu khiên hôi tiếp biến trang thái cho xe phần 3.2.2 Chỉ điêm giống va khác nguyên lý hoat đông cua hai bô điêu khiên Thưc hành: Tiến hanh xây dưng mô theo yêu cầu đê bai, nhom co mô hinh Simulink sau: Theo giá tri yêu cầu cua bang số liệu, nhom hiệu chỉnh thông số cua khối Gain, tương đương với �� = 0.2, �� = 0, �� = Sau đo tiến hanh chay mô phỏng, nhom co kết qua Với đường mau vang la tín hiệu x1, tưc vi trí cua xe 1: Xác định độ vọt lố: Theo lý thuyết, đô vọt lố la đai lượng đánh giá mưc đô vọt lố cua hệ thống, muốn xác đinh đô vọt lố, ta phai xác đinh giá tri la ��� (giá tri cua tín hiệu tiếp thời gian tiến đến vô cung) va ���� (la giá tri lớn nhât cua tín hiệu tiếp) Sử dụng cơng cụ Cursor Measurements đê xác đinh giá tri trên, nhom xác đinh ��� = � �, ���� = � ��� Thế giá tri vao công thưc sau đê xác đinh POT (đô vọt lố): ���� − ��� 2.745 − 2.5 ��� = 100% ⇔ ��� = 100% = 9.8% ��� 2.5 Xác định thời gian xác lập: Thời gian xác lập la khoang thời gian từ co tín hiệu tiếp tín hiệu khơng vượt 1±�% giá tri xác lập cua no Với �% la 2% 5%, nhom chọn �% = 2% Với trường hợp �� = 0.2, �� = 0, �� = 0, ta co thời gian xác lập tín hiệu tiếp khơng vượt q khoang giá tri (2.45; 2.55) Sử dụng Cursor Measurements đê xác đinh khoang thời gian Suy thời gian xác lập ��� = � ����: Xác định sai số xác lập: Sai số xác lập la sai lệch tín hiệu đặt va tín hiệu vao Với trường hợp �� = 0.2, �� = 0, �� = 0, ta co: ��� = 15 − 2.5 = 12.5 Cư tiếp tục thưc thao tác vậy, hoan bang sau: Lần chay �� �� Độ vọt Thời gian xác lố lâp 9.8% 0.408s 12.5 16.82% 0.495s 10 �� Sai số xác lâp 0.2 0.5 0 29.5% 0.442s 7.5 0 56.2% 0.721s 5 0 80.26% 1.530s 3.75 7.2% 0.177s 10 36% 1.000s 20 68% 2.512s 30 10 50 64% 1.925s 0 11 20 0.005 12 20 0.01 61.33% 1.600s 13 20 0.02 54.86% 1.057s 14 20 0.05 37.73% 0.4s 15 0.1 15.53% 0.397s 20 Sau hoan bang số liệu, nhom đưa nhận xét vê anh hương cua thông số �� , �� , �� lên hệ thống Khi tăng �� , �� giá tri xác lập cua tín hiệu tiếp va thời gian xác lập tăng Tăng �� lam giam thời gian xác lập cua hệ thống ... định vị trí xe 1, xe giai đoan xác lâp ghi lai kêt qua Bang Khoang cách di chuyên theo lưc tác động LẦN CHẠY Kêt qua khao sát F=10 FORCE (N) 10 20 30 40 50 Gain Gain x1(mm) 10 20 30 40 50 x2(mm)... được: SSXL 15 2.5 12.5 POT xmax xxl 2.746 2.5 100% 100% 9.84% xxl 2.5 Tương tự, tính giá trị tai lần mô kê tiêp bang sau: Lần chay Kf Đô vọt lố (%) [0.2 0 0] [0.5 0 0] [1 0