Báo cáo môn mô hình hóa và nhận dạng hệ thống bài toán 1 modeling

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN MƠ HÌNH HĨA VÀ NHẬN DẠNG HỆ THỐNG -⸙∆⸙ - BÁO CÁO MƠN: MƠ HÌNH HĨA VÀ NHẬN DẠNG HỆ THỐNG GVHD: Vũ Văn Phong SVTH: Nguyễn Tuấn Kiệt - 20151078 Nguyễn Quyền Anh - 20151332 Tp Hồ Chí Minh Bài tốn 1: Modeling Cho Động kích từ độc lập với số liệu sau: Ra = 0.5Ω, La = 0.003H, KM∅ = Ke∅ = 0.8, J = 0.0167 kg.m2 Momen tải đặt lên động cơ: Mc = 100Nm Điện áp phần ứng đặt lên động 220V Xây dựng mơ hình tốn Thực mô Matlab/Simulink Thiết kế điều khiển cho hệ thống Mô hệ thống với điều khiển Matlab Simulink Bài làm Xây dựng mơ hình tốn Phương trình điện áp mạch phần ứng V a ( t )=e a ( t ) + Ra i a (t)+ La Suất điện động cảm ứng roto e a ( t )= K e ∅ ω(t ) Phương trình momen điện từ d i a (t ) dt (2.1) (2.2) (2.3) M e ( t )=K M ∅ i a (t) Phương trình mơ tả quan hệ điện cơ: M e ( t ) − M c ( t )=J d ω(t ) dt (2.4) Chuyển phương trình điện áp mạch phần ứng từ miền thời gian sang miền Laplace V a ( s )=E a ( s ) + R a I a ( s)+ La s I a (s) (2.5) Chuyển phương trình suất điện động cảm ứng roto từ miền thời gian sang miền Laplace (2.6) Ea ( s )=K e ∅ ω(s) Thay phương trình (2.6) vào (2.5) rút ra, ta được: I a ( s )= V a ( s ) − K e ∅ ω(s) La s+ R a Làm tương tự với phương trình (2.3) vào (2.4), ta được: ω ( s) = K M ∅ I a ( s)− M c ( s ) Js Mơ Mathlab/ simulink Dạng sóng đầu Thiết kế điều khiển ( sử dụng PID) 3.1.Tổng quan điều khiển PID : Bộ điều khiển PID, gọi ngắn gọn PID kỹ thuật điều khiển trình tham gia vào hành động xử lý "tỉ lệ, tích phân vi phân" Nghĩa tín hiệu sai số xảy làm giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng tác động tỉ lệ, ảnh hưởng tác động tích phân làm rõ tốc độ đạt với tác động vi phân số liệu trước Điều khiển PID kiểu điều khiển có hồi tiếp vịng kín sử dụng rộng rải hệ thống điện, tự động hóa, điện tử Sơ đồ khối điều khiển PID: Sơ đồ điều khiển PID đặt tên theo ba khâu hiệu chỉnh nó, tổng ba khâu tạo thành biến điều khiển (MV) Ta có: MV(t)=Pout+Iout+Dout Trong có khâu : - Tỉ lệ (P) - Tích phân(I) - Đạo hàm(D) a) Khâu tỉ lệ (Proportional) Thừa số tỉ lệ: Pout = Kpe(t) Trong : - Pout:thừa số tỉ lệ đầu - Kp:Hệ số tỉ lệ ,thông số điều chỉnh - e(t): Sai số xác lập = SP-PV (SP:điểm đặt ,PV:biến trình) - t: thời gian hay thời gian tức thời(hiện tại) Kết luận: Kp lớn exl nhỏ hệ chưa vọt lố ,tuy nhiên hệ vọt lố tăng Kp tăng POT hệ , hệ thống ổn định ,càng dao động.Ta rút K tăng Kgh hệ thống ổn định.Khơng thể có exl =0 b) Khâu tích phân (Integral) Thừa số tích phân: t I out =K i∫ e ( τ ) dτ Trong đó: - Iout:thừa số tích phân đầu - Ki:độ lợi tích phân , thơng số điều chỉnh - e=sai số =SP-PV - t:thời gian tức thời (hiện tại) -τ :biến tích phân trung gian Kết luận: Khâu vi phân làm giảm sai số xác lập,tăng POT,làm chậm đáp ứng độ c) Khâu vi phân( derivative) Thừa số vi phân: D out =K d d e(t ) dt Trong đó: Dout:thừa số vi phân đầu Kd:Độ lợi vi phân , thông số điều chỉnh e:Sai số =SP-PV t:thời gian thời gian tức thời (hiện tại) kết luận : Khâu vi phân có đặc tính tác động nhanh.Tuy nhiên dễ bị tác động nhiễu tần số cao 3.2 Thiết kế khối PID Do Simulink có sẵn khối PID tạo , nên dùng ln Ngồi PID simulink cịn giúp tìm hệ số Kp,Ki,Kd nhanh so với thủ cơng Tìm hệ số điều khối PID Mô hệ thống với điều khiển Matlab Simulink Sơ đồ mô động chiều Hình dạng sóng ngõ : Nhận xét: dạng sóng ngõ gần với giá trị thiết đặt ban đầu, đáp ứng nhanh,sai số xác lập nhỏ,độ vọt lố thấp,thời gian xác lập tương đối nhanh KẾT LUẬN Qua mô Simulink ,chúng ta thấy việc sử dụng điều khiển so với khơng dùng hiệu suất hệ tăng đáng kể, xác nhanh chóng đáp ứng so với khơng điều khiển Bài tốn 2: Identification Cho lị nhiệt với thơng số K=240; T1=350; T2=1100 2.1 Khảo sát mơ hình 2.2 Xây dựng liệu 2.3 Sử dụng tool Identification Matlab để tìm mơ hình tốn 2.4 Sử dụng Parameter estimation Matlab để nhận dạng tham số cho hệ thống 2.5 Mô so sánh mơ hình nhận dạng mơ hình gốc Thiết kế điều khiển 2.6 Mơ hệ thống với điều khiển (Matlab/Simulink) 2.1 Khảo sát mơ hình lị nhiệt Hàm truyền lị nhiệt: Wdt= k (T s+1)(T s +1) 2.2 Xây dựng liệu -Xây dựng hàm nhiệt simulik: 2.3 Sử dụng tool Identification Matlab để nhận dạng mơ hình tốn hệ thống -Thơng số ban đầu: K=240; T1=350; T2=1100; -SỬ DỤNG KHỐI WORKSPAKE ĐỂ LẤY DỮ LIỆU NHẬN DẠNG : -Lưu liệu vào excel để lấy liệu nhận dạng: -Tiến hành nhập liệu vào matlab: Nhập liệu đầu vào chỉnh sửa hàm truyền cho phù hợp: Hàm truyền ta nhận sau sử dụng tool Identification Matlab để tìm mơ hình tốn: 239.42  Ta nhận dạng hàm truyền mới: G ( s )= (1+0.049325 S)(1+0.049324 S ) -Hàm truyền nhận có độ khớp 97,82% -Kết luận: sai số nhỏ hệ thống gần giống với giá trị đầu ( giống đến 97.82%) áp dụng 2.4 Sử dụng Parameter estimation Matlab để nhận dạng tham số cho hệ thống -Lấy thông số từ hàm truyền ban đầu: -Thông số nhận dạng mới: Kp=100; T1p=400; T2p=1200; -Sau tiến hành nhận dạng ta đượng thông số mới: Ta nhận thông số mới: - Kp = 240.11 - T1p = 287.67 - T2p = 1124.6  Kết luận: Sai số nhỏ hệ thống gần giống với giá trị ban đầu 2.5 Mô so sánh mơ hình nhận dạng mơ hình gốc 2.6 Thiết kế điều khiển PID Ta có: K=240; T1=350; T2=1100 K P= 1,2T 11 = K T 700 T i=2 T 1=¿ 700 K i= Kp 11 = T i 490000 T D =0,5 T =175 K D=T D K P=175 ∗ G PID(S )=K P + 11 =2.75 700 Ki 11 11 + K D S= + +2.75 S S 700 490000 S -Thêm thông số vào điều khiển PID: -Dạng sóng ta nhận được:  Kết luận : Khi dạng sóng ngõ gần với giá trị đặt =120 , sai số xác lập nhỏ Hệ thống ổn định KẾT LUẬN Qua mô ta thấy rút kết luận : -Identyfication nhận dạng mơ hình tốn học gần xác -Parameter estimation hoạt động gần xác -Bộ PID điều khiển đầu gần sát với giá trị đặt Tài liệu tham khảo https://www.youtube.com/watch?v=miUJ_18bwe4 https://www.youtube.com/watch? v=22qT1tppats&t=139s https://www.youtube.com/watch?v=MXo59wzQs0&t=587s ... Mô so sánh mơ hình nhận dạng mơ hình gốc 2.6 Thiết kế điều khiển PID Ta có: K=240; T1=350; T2 =11 00 K P= 1, 2T 11 = K T 700 T i=2 T 1= ¿ 700 K i= Kp 11 = T i 490000 T D =0,5 T =17 5 K D=T D K P =17 5... -Thông số nhận dạng mới: Kp =10 0; T1p=400; T2p =12 00; -Sau tiến hành nhận dạng ta đượng thông số mới: Ta nhận thông số mới: - Kp = 240 .11 - T1p = 287.67 - T2p = 11 24.6  Kết luận: Sai số nhỏ hệ thống. .. để nhận dạng mơ hình tốn hệ thống -Thơng số ban đầu: K=240; T1=350; T2 =11 00; -SỬ DỤNG KHỐI WORKSPAKE ĐỂ LẤY DỮ LIỆU NHẬN DẠNG : -Lưu liệu vào excel để lấy liệu nhận dạng: -Tiến hành nhập liệu vào