Báo cáo bài tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ 5 Bài tập 1 Thiết kế bộ điều khiển PID theo phương pháp Zeigler – Nichols 1 cho đối tượng lò nhiệt a) Xây dựng mô hình Simulink để lấy đáp ứng y(k) Thời[.]
Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ Bài tập 1: Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Zeigler – Nichols cho đối tượng lị nhiệt a) Xây dựng mơ hình Simulink để lấy đáp ứng y(k) Thời gian (Fixed step, Sample time 0.1s) b) Tìm T1, T2 điểm uốn y”(k) c) Thiết kế PI, PID Nhận xét điều khiển tốt (giải thích), vẽ đáp ứng lên so sánh Bài làm a) Sơ đồ khối: Đáp ứng y(k) 30 25 20 15 10 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ b) Đoạn code dung để tìm T1, T2, điểm uốn hệ số PI, PID plot(v.time,v.signals.values)% Dap ung buoc don vi t=v.time; y=v.signals.values; dy = diff(y)/0.1; % dao ham tren buoc nhay [m,p] = max(dy); % buoc ngoac, m=f’(ti): yi=y(p); ti=t(p); disp('diem uon la:'); mt=[ti yi] k=y(end)/0.3 T1= ti-yi/m %pt tiep tuyen la y-yi=f'(ti)(tti), truong hop muon xac dinh T1 thi the y=0 vao T2=(y(end)-yi)/m+ti-T1 %tuong tu nho ap dung pt tt nhu tren disp('he so cua bo dieu khien PI'); KP=0.9*T2/(T1*k) KI=KP*0.3/T1 disp('he so cua bo dieu khien PID'); KP=1.2*T2/(T1*k) KI=KP*0.5/T1 KD=KP*0.5*T1 plot(t,y,'b',[T1 T1+T2],[0 y(end)],'r') grid on Đặt biến Variable name scope parameters "v" Chạy mạch thiết kế Simulink Chay code sau cửa sổ Command Windown Đọc kết Command Windown: T1 = 40.7756 T2 = 224.1554 Điểm uốn có tọa độ (95.0000 7.2536) Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ c) Thiết kế PI, PID Các thông số điều khiển PI: K = 99.9513 KP = 0.0495; KI = 0.000364 KD = Sơ đồ khối: Đáp ứng: yxl cua he thong dap ung ht dung bo dk PI 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 500 1000 1500 2000 POT=(0.525-0.3)/0.3=0.75 tqđ=1682.5(s) (tiêu chuẩn 2%) 2500 Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ Các thông số điều khiển PID: KP = 0.0660; KI = 0.0008093 KD = 1.3456 Sơ đồ khối: 0.5 yxl ht dap ung ht dung bo DK PID 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 500 1000 1500 2000 2500 POT = (0.469-0.3)/0.3 = 0.56333 ; tqđ=415(s) (tiêu chuẩn 2%) Nhận xét: Bộ điều khiển PID tốt điều khiển PI Vì nhìn vào đáp ứng ta thấy rõ ràng độ vọt lố thời gian độ điều khiển PI lớn điều khiển PID nhiều Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ Bài tập 2: Thiết kế điều khiển PID cho mơ hình điều khiển vị trí động DC a) Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Zeigler – Nichols Xây dựng mơ hình Simulink Tìm Kgh, Tgh Thiết kế điều khiển PI, PID Vẽ đáp ứng, giải thích, nhận xét điều khiển tốt b) Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp giải tích (xem mơ hình có trước) u cầu: POT < 10%, tqd < 1(s) tiêu chuẩn 2% Giải tay tìm KP, KI, KD Vẽ đáp ứng kiểm chứng POT, tqd đạt yêu cầu thiết kế không? c) Thiết kế điều khiển hồi tiếp biến trạng thái Yêu cầu: POT < 10%, tqd < 1(s) tiêu chuẩn 2% 1) Giải tay tìm K1, K2, K3 Vẽ đáp ứng kiểm chứng POT, tqd 2) Xây dựng ước lượng với cặp cực Sử dụng lại điều khiển PID thiết kế để vẽ đáp ứng So sánh kết điều khiển (1) (2) So sánh kết với điều khiển tín hiệu Bài làm Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ a) Sơ đồ khối: Đáp ứng: 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 Kgh = ; Tgh = 0.28(s) Các thông số điều khiển PI: 1.5 2.5 Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ KP=0.45Kgh=0.45*6=2.7 ; KI=KP/(0.83*Tgh)=2.7/(0.83*0.28)=11.618 Sơ đồ khối: Đáp ứng: 2.5 yxl he thong Dap ung bo DK PI 1.5 0.5 0 10 15 20 POT = (2.05 – 1)/1 = 1.05; tqđ = 28.1 (s) (tiêu chuẩn 2%) Các thông số điều khiển PID: 25 30 Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ KP = 0.6Kgh = 0.6*6 = 3.6 ; KI = KP/(0.5Tgh) = 3.6/(0.5*0.28) = 25.7143; KD = KP*(0.125Tgh) = 3.6*(0.125*0.28) = 0.126 Sơ đồ khối: Đáp ứng: 1.8 yxl he thong Dap ung bo DK PID 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 POT = (1.7 – 1)/1 = 0.7 ; tqđ = 0.93(s) (tiêu chuẩn 2%) Nhận xét: Bộ điều khiển PID tốt điều khiển PI Vì rõ ràng nhìn vào đáp ứng hai điều khiển ta thấy độ vọt lố thời gian độ điều khiển PID nhỏ nhiều so với điều khiển PI b) Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Ta chọn ξ= Nhóm A05, tổ ωn= Chọn Ka = Ka = = = 10KI =>KI=0.1 Phương trình đặc tính hệ thơng sau hiệu chỉnh là: + Gc(s)G(s)=0 1+ =0 +10(KPs+KI+KD )=0 Phương trình đặc trưng mong muốn: (s+a)(s+b)( +16s+128) = ; a,b>0 +128ab = (2) Cân hệ số phương trình (1),( 2): Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ Với KI=0.1, giải hệ phương trình ta được: Vậy hàm truyền khâu PID cần thiết kế là: Sơ đồ khối: Đáp ứng: 1.1 yxl he thong dap ung ht dung bo DK PID 1.08 1.06 1.04 1.02 0.98 0.96 0.94 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Báo cáo tập lớn Cơ sở tự động Nhóm A05, tổ POT = 0.07