Thử nghiệm xe tăng kết hợp cho người dùng MATLAB /Simulink Các giải pháp giáo dục của Quanser được cung cấp bởi Tài liệu khóa học phù hợp với *ABET Inc , là tổ chức kiểm định được công nhận cho các ch[.]
Machine Translated by Google SÁCH HƯỚNG DẪN Thử nghiệm xe tăng kết hợp cho người dùng MATLAB /Simulink Chuẩn hóa cho Tiêu chí Đánh giá ABET* Phát triển bởi: Jacob Apkarian, Ph.D., Quanser Hervé Lacheray, MASC., Quanser Amin Abdossalami, MASC., Quanser Các giải pháp giáo dục Quanser cung cấp bởi: Tài liệu khóa học phù hợp với: quyến rũ Động viên Tốt nghiệp *ABET Inc., tổ chức kiểm định cơng nhận cho chương trình cao đẳng đại học khoa học ứng dụng, máy tính, kỹ thuật cơng nghệ; cung cấp lãnh đạo đảm bảo chất lượng giáo dục đại học 75 năm Machine Translated by Google © 2013 Quanser Inc., Bảo lưu quyền Quanser Inc 119 Spy Court Markham, Ontario L3R 5H6 Canada info@quanser.com Điện thoại: 1-905-940-3575 Fax: 1-905-940-3576 In Markham, Ontario Để biết thêm thông tin giải pháp mà Quanser Inc cung cấp, vui lòng truy cập trang web tại: http://www.quanser.com Tài liệu phần mềm mô tả cung cấp theo thỏa thuận cấp phép Cả phần mềm tài liệu không sử dụng chép trừ định theo điều khoản thỏa thuận cấp phép Tất quyền bảo lưu không phần chép, lưu trữ hệ thống truy xuất truyền hình thức phương tiện nào, điện tử, khí, chụp, ghi âm cách khác mà khơng có cho phép trước văn Quanser Inc SỰ NHÌN NHẬN Quanser, Inc xin cảm ơn người đóng góp sau đây: Tiến sĩ Hakan Gurocak, Đại học bang Washington Vancouver, Hoa Kỳ, giúp đỡ ông việc đưa vào đánh giá kết tích hợp, Tiến sĩ KJ Åstrưm, Đại học Lund, Lund, Thụy Điển đóng góp to lớn ơng nội dung chương trình giảng dạy COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên Machine Translated by Google NỘI DUNG Giới thiệu Lập mơ hình 2.1 Bối cảnh 2.2 Câu hỏi trước làm thí nghiệm 5 10 Kiểm soát mức bể 3.1 Bối 11 cảnh 3.2 Câu hỏi trước phịng 11 thí nghiệm 3.3 Thí nghiệm phịng 14 thí nghiệm 3.4 Kết 15 17 Kiểm soát mức bể 4.1 Bối 19 cảnh 4.2 Câu hỏi trước phịng 19 thí nghiệm 4.3 Thí nghiệm phịng 21 thí nghiệm 4.4 Kết 22 25 Yêu cầu hệ thống 5.1 Tổng 26 quan tệp 5.2 Thiết lập cho 27 mô điều khiển xe tăng 5.3 Thiết lập cho mô 27 điều khiển xe tăng 5.4 Thiết lập cho điều 28 khiển xe tăng thực 5.5 Thiết lập cho điều khiển 28 cấp xe tăng thực 28 Báo cáo phịng 30 thí nghiệm 6.1 Mẫu báo cáo kiểm soát cấp độ xe tăng 6.2 30 Mẫu báo cáo kiểm soát cấp độ xe tăng 6.3 Lời khuyên cho 31 định dạng báo cáo 32 COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google GIỚI THIỆU Nhà máy Xe tăng ghép nối mô-đun "Hai xe tăng" bao gồm máy bơm với bồn chứa nước hai bồn chứa Hai bể gắn phía trước cho dịng chảy từ bể thứ (tức phía trên) chảy qua lỗ thoát nằm đáy bể, vào bể thứ hai (tức phía dưới) Dịng chảy từ bể thứ hai chảy vào bể chứa nước Máy bơm đẩy nước theo phương thẳng đứng tới hai lỗ kết nối nhanh "Out1" "Out2" Hai biến hệ thống đo trực tiếp giàn khoan Coupled-Tank cảm biến áp suất có sẵn để phản hồi Chúng cụ thể mực nước bể Mô tả chi tiết cung cấp [5] Có thể kể tên số ứng dụng cơng nghiệp cấu hình Bồn chứa liên kết hệ thống xử lý nhà máy hóa dầu, sản xuất giấy và/hoặc xử lý nước Trong trình thử nghiệm này, bạn làm quen với thiết kế điều chỉnh vị trí cột điều khiển mực nước dựa sở Tỷ lệ cộng-Tích phân-cộng-Feedforward Trong phịng thí nghiệm tại, hệ thống Coupled-Tank sử dụng hai cấu hình khác nhau, cấu hình #1 cấu hình #2, mơ tả [5] Trong cấu hình #1, mục tiêu kiểm soát mực nước bể cùng, tức bể #1, sử dụng dòng chảy từ máy bơm Trong cấu hình số 2, thách thức kiểm soát mực nước bể cùng, tức bể số 2, từ dòng nước chảy từ bể Cấu hình #2 ví dụ hệ thống kết hợp trạng thái chủ đề bao gồm • Làm để lập mơ hình tốn học nhà máy Bể ghép nối từ nguyên tắc để có hai vịng lặp mở truyền hàm đặc trưng cho hệ thống, miền Laplace • Cách tuyến tính hóa phương trình chuyển động phi tuyến thu điểm hoạt động tĩnh • Cách thiết kế, thơng qua việc bố trí cột, điều khiển dựa Tỷ lệ-cộng-Tích phân-cộng-Feedforward cho hệ thống Xe tăng ghép nối để hệ thống đáp ứng thông số kỹ thuật thiết kế cần thiết cho cấu hình • Cách triển khai (các) điều khiển cấu hình đánh giá hiệu suất thực tế chúng điều kiện tiên Để thực thành cơng phịng thí nghiệm này, người dùng nên làm quen với điều sau: Xem yêu cầu hệ thống Phần để biết phần cứng phần mềm yêu cầu Nguyên tắc hàm truyền, ví dụ, lấy hàm truyền từ phương trình vi phân Quen thuộc với việc thiết kế điều khiển PID Khái niệm Simulink Khái niệm QUARC COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên Machine Translated by Google MƠ HÌNH 2.1 Bối cảnh 2.1.1 Cấu hình #1 Sơ đồ hệ thống Một sơ đồ nhà máy Coupled-Tank trình bày Hình 2.1, bên Danh pháp hệ thống Bể ghép nối cung cấp Phụ lục A Như minh họa Hình 2.1, chiều dương dịch chuyển mức thẳng đứng hướng lên trên, với điểm gốc đáy bể (tức tương ứng với bể trống), trình bày Hình 3.2 Hình 2.1: Sơ đồ bể ghép Cấu hình #1 2.1.2 Cấu hình #1 Phương trình chuyển động phi tuyến tính (EOM) Để lấy mơ hình tốn học hệ thống Bể chứa ghép nối bạn cấu hình số 1, xin lưu ý máy bơm cấp nguồn cho Bể chứa bể chứa hồn tồn khơng xem xét Do đó, đầu vào q trình điện áp máy bơm VP đầu mực nước bể 1, L1, (tức bể cùng) Mục đích phiên lập mơ hình cung cấp cho bạn hàm truyền vòng hở hệ thống, G1(s), hàm sử dụng để thiết kế điều khiển mức thích hợp Phương trình Chuyển động thu được, EOM, phải hàm đầu vào đầu hệ thống, xác định trước COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google Do đó, bạn nên thể EOM kết theo định dạng sau: L1 t = f(L1, Vp) f biểu thị chức Khi lấy EOM bể 1, nguyên tắc cân khối lượng áp dụng cho mực nước bể 1, tức là, at1 L1 = Fi1 t Fo1 (2.1) At1 diện tích Bể Fi1 Fo1 tốc độ dòng chảy vào tốc độ dòng chảy Lưu lượng thể tích vào bể giả định tỷ lệ thuận với điện áp bơm áp dụng, cho: Fi1 = KpVp Áp dụng phương trình Bernoulli cho lỗ nhỏ, tốc độ dòng chảy từ bể 1, vo1, biểu thị mối quan hệ sau: vo1 = √ 2gL1 2.1.3 Cấu hình #1 Chức truyền tuyến tính hóa EOM Để thiết kế triển khai điều khiển mức tuyến tính cho hệ thống bồn chứa 1, hàm truyền Laplace vòng hở phải suy Tuy nhiên, theo định nghĩa, hàm truyền biểu diễn động lực học hệ thống từ phương trình vi phân tuyến tính Do đó, EOM phi tuyến tính bể phải tuyến tính hóa xung quanh điểm hoạt động tĩnh Theo định nghĩa, trạng thái cân tĩnh điểm vận hành danh định (Vp0, L10) đặc trưng mức Bể vị trí không đổi L10 lưu lượng nước không đổi tạo điện áp bơm không đổi Vp0 Trong trường hợp mực nước bể 1, phạm vi hoạt động tương ứng với độ cao khởi hành nhỏ, L11, điện áp khởi hành nhỏ, Vp1, từ điểm cân mong muốn (Vp0, L10) Do đó, L1 Vp biểu diễn dạng tổng hai đại lượng, hình đây: L1 = L10 + L11, (2.2) Vp = Vp0 + Vp1 EOM tuyến tính hóa thu phải hàm độ lệch nhỏ hệ thống điểm cân (Vp0, L10) Do đó, người ta nên biểu thị EOM tuyến tính kết theo định dạng sau: (2.3) tL11 = f(L11, Vp1) f biểu thị chức Ví dụ: Tuyến tính hóa hàm hai biến Dưới ví dụ cách tuyến tính hóa hàm phi tuyến tính hai biến gọi f(z) Biến z xác định z = [z1 z2] f(z) tuyến tính hóa điểm làm việc z0 = [ab] COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên Machine Translated by Google Hàm tuyến tính hóa fz = f(z0) + ( f(z)z1 ) z=z0 (z1 a) + ( f(z) z2 ) (z2 b) z=z0 Đối với hàm, f, hai biến, L1 Vp, xấp xỉ bậc cho biến thể nhỏ điểm (L1, Vp) = (L10, Vp0) cho xấp xỉ chuỗi Taylor sau: L1 Vpf (L1, Vp) = f (L10, Vp0) + ( L1 f (L10, Vp0) ) + (L1 L10) ( Vp f (L10, Vp0) ) (Vp Vp0) (2.4) Chức chuyển Từ phương trình chuyển động tuyến tính, hàm truyền vịng hở hệ thống miền Laplace xác định theo mối quan hệ sau: G1(s) = L11(s) (2.5) Vp1(s) Chức truyền vòng hở mong muốn cho hệ thống bồn Xe tăng ghép nối sau: G1(s) = kdc1 (2.6) τ1s + Kdc1 độ lợi DC hàm truyền vòng hở τ1 số thời gian Như nhận xét, rõ ràng mơ hình tuyến tính hóa, chẳng hạn chức chuyển đổi điện áp sang mức bể ghép 1, mơ hình gần Do đó, chúng nên xử lý sử dụng cách thận trọng thích hợp, nghĩa phạm vi và/hoặc điều kiện hoạt động hợp lệ Tuy nhiên, phạm vi phịng thí nghiệm này, Cơng thức 2.5 giả định có giá trị điện áp máy bơm mực nước bể toàn phạm vi hoạt động, tương ứng Vp_peak L1_max 2.1.4 Cấu hình #2 Sơ đồ hệ thống Một sơ đồ nhà máy Coupled-Tank trình bày Hình 2.2, bên Danh mục hệ thống Bể ghép nối cung cấp Phụ lục A Như minh họa Hình 2.2, chiều dương dịch chuyển mức thẳng đứng hướng lên trên, với điểm gốc đáy bể (tức tương ứng với bể rỗng), trình bày Hình 2.2 2.1.5 Cấu hình #2, Phương trình chuyển động phi tuyến tính (EOM) Phần giải thích mơ hình tốn học hệ thống Bồn chứa ghép đôi bạn cấu hình #2, mơ tả Tài liệu tham khảo [1] Xin lưu ý cấu hình #2, máy bơm cấp vào bể 1, từ bơm cấp vào bể Đối với bể 1, phương trình tương tự phương trình giải thích Phần 2.1.2 Phần 2.1.3 áp dụng Tuy nhiên, phương trình chuyển động mực nước (EOM) bể cần phải suy Đầu vào quy trình bể mực nước, L1, bể (tạo dòng chảy bể cấp liệu 2) biến đầu mực nước, L2, bể (tức đáy bể) Mục đích phần lập mơ hình hướng dẫn bạn hàm truyền vòng hở hệ thống, G2(s), hàm sử dụng để thiết kế điều khiển mức thích hợp EOM thu phải hàm đầu vào đầu hệ thống, xác định trước Do đó, bạn nên thể EOM kết theo định dạng sau: L2 = f(L2, L1) COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên t phiên 1.0 Machine Translated by Google Hình 2.2: Sơ đồ bể ghép cấu hình #1 f biểu thị chức Khi dẫn xuất bể #2 EOM, nguyên lý cân khối lượng áp dụng cho mực nước bể sau at2 L2 t = Fi2 Fo2 At2 diện tích bể Fi2 Fo2 tốc độ dòng chảy vào tốc độ dòng chảy Lưu lượng thể tích vào bể lưu lượng thể tích chảy từ bể 1, nghĩa là: Fi2 = Fo1 Áp dụng phương trình Bernoulli cho lỗ nhỏ, tốc độ dịng chảy từ bể 2, vo2, biểu thị mối quan hệ sau: vo2 = √ 2gL2 2.1.6 Cấu hình #2 Chức truyền tuyến tính hóa EOM Để thiết kế triển khai điều khiển mức tuyến tính cho hệ thống bồn chứa 2, hàm truyền vòng hở Laplace phải suy Tuy nhiên, theo định nghĩa, hàm truyền biểu diễn động lực học hệ thống từ phương trình vi phân tuyến tính Do đó, EOM phi tuyến tính xe tăng phải tuyến tính hóa xung quanh điểm hoạt động tĩnh COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên số Machine Translated by Google Trong trường hợp mực nước bể 2, phạm vi hoạt động tương ứng với độ cao xuất phát nhỏ, L11 L21, từ điểm cân mong muốn (L10, L20) Do đó, L2 L1 biểu diễn dạng tổng hai đại lượng, hình đây: L2 = L20 + L21, (2.7) L1 = L10 + L11 EOM tuyến tính hóa thu phải hàm độ lệch nhỏ hệ thống điểm cân (L20, L10) Do đó, bạn nên biểu thị EOM tuyến tính kết theo định dạng sau: (2.8) tL21 = f(L11, L21) f biểu thị chức Đối với hàm, f, hai biến, L1 L2, xấp xỉ bậc cho biến thể nhỏ điểm (L1, L2) = (L10, L20) cho xấp xỉ chuỗi Taylor sau: L1 L2f (L1, L2) = f (L10, L20) + ( L1 f (L10, L20) ) + (L1 L10) ( L2 f (L10, L20) ) (L2 (2.9) L20) Chức chuyển Từ phương trình chuyển động tuyến tính, hàm truyền vịng hở hệ thống miền Laplace xác định theo mối quan hệ sau: G2(s) = L21(s) L11(s) (2.10) chức truyền vòng hở mong muốn cho hệ thống bình Xe tăng ghép nối, cho: G2(s) = kdc2 τ2s + (2.11) Kdc2 độ lợi DC hàm truyền vòng hở τ2 số thời gian Như nhận xét, rõ ràng mơ hình tuyến tính hóa, chẳng hạn chức chuyển từ cấp sang cấp khác xe tăng Coupled-Tank 2, mơ hình gần Do đó, chúng nên xử lý sử dụng cách thận trọng thích hợp, nghĩa phạm vi và/hoặc điều kiện hoạt động hợp lệ Tuy nhiên, phạm vi phịng thí nghiệm này, phương trình 2.10 giả định hợp lệ tồn phạm vi chuyển động mực nước bể bể 2, tương ứng L1_max L2_max COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google 2.2 Câu hỏi trước phịng thí nghiệm Trả lời câu hỏi sau: Sử dụng ký hiệu quy ước mơ tả Hình rút đặc tính Phương trình chuyển động (EOM) động học bể EOM hệ thống bể có tuyến tính khơng? Gợi ý: Tốc độ dòng chảy từ bể 1, Fo1, biểu thị bằng: Fo1 = Ao1vo1 (2.12) Điện áp máy bơm danh định Vp0 cho cặp máy bơm-bể chứa xác định trạng thái cân tĩnh hệ thống Theo định nghĩa, trạng thái cân tĩnh điểm vận hành danh nghĩa (Vp0, L10) đặc trưng nước bể mức vị trí khơng đổi L10 tốc độ dịng vào khơng đổi Vp0 tạo Biểu thị điện áp cân tĩnh Vp0 dạng hàm mức cân mong muốn hệ thống L10 số lưu lượng bơm Kp Sử dụng thông số kỹ thuật hệ thống đưa Sổ tay hướng dẫn sử dụng két ghép nối ([5]) yêu cầu thiết kế mong muốn Phần 3.1.1, đánh giá Vp0 theo tham số Tuyến tính hóa EOM mực nước bể tìm thấy Câu hỏi số điểm vận hành tĩnh (Vp0, L10) Xác định từ phương trình chuyển động tuyến tính thu trước đó, hàm truyền đạt vòng hở hệ thống miền Laplace xác định phương trình 2.5 phương trình 2.6 Biểu thị hàm truyền vịng hở Độ lợi DC, Kdc1 số thời gian, τ1, dạng hàm L10 tham số hệ thống Thứ tự loại hệ thống gì? Nó có ổn định khơng? Đánh giá Kdc1 τ1 theo thông số kỹ thuật hệ thống đưa Sổ tay hướng dẫn sử dụng bồn ghép nối ([5]) yêu cầu thiết kế mong muốn Phần 3.1.1 Sử dụng ký hiệu quy ước mơ tả Hình 2.2, suy ký tự Phương trình Chuyển động (EOM) xác định động lực học xe tăng EOM hệ thống xe tăng có tuyến tính khơng? Gợi ý: Tốc độ chảy từ bể 2, Fo2, biểu thị bằng: Fo2 = Ao2vo2 (2.13) Mực nước danh nghĩa L10 cho cặp tank1-tank2 xác định trạng thái cân tĩnh hệ thống Theo định nghĩa, trạng thái cân tĩnh điểm vận hành danh nghĩa (L10, L20) đặc trưng nước bể mức vị trí khơng đổi L20 tốc độ dịng chảy khơng đổi tạo từ bể L10 Biểu thị mức cân tĩnh L10 dạng hàm mức cân mong muốn hệ thống L20 tham số hệ thống Sử dụng thông số kỹ thuật hệ thống đưa Sổ tay hướng dẫn sử dụng két ghép nối ([5]) yêu cầu thiết kế mong muốn Phần 4.1.1, đánh giá L10 Tuyến tính hóa EOM mực nước bể Câu hỏi số điểm vận hành tĩnh (L10, L20) Xác định từ phương trình chuyển động tuyến tính thu trước đó, hàm truyền vòng hở hệ thống miền Laplace, định nghĩa Phương trình 2.10 Phương trình 2.11 Biểu thị hàm truyền vòng hở Độ lợi DC, Kdc2 số thời gian, τ2, dạng hàm L10, L20 tham số hệ thống Thứ tự loại hệ thống gì? Nó có ổn định khơng? Đánh giá Kdc2 τ2 theo thông số kỹ thuật hệ thống đưa Hướng dẫn sử dụng Bồn ghép nối ([5]) yêu cầu thiết kế mong muốn Phần 4.1.1 COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 10 Machine Translated by Google Hành động cấp tiến, thể Hình 4.1, cần thiết hệ thống điều khiển PI thiết kế để bù cho thay đổi nhỏ (còn gọi nhiễu) từ điểm vận hành tuyến tính L10, L20 Nói cách khác, hành động nạp tiến bù cho việc rút nước (do trọng lực) qua lỗ thoát nước đáy bể 2, điều khiển PI bù cho nhiễu loạn động Hình 4.1: Vịng điều khiển PI-plus-Feedforward mức nước bể Hàm truyền vòng hở G2(s) tính đến động lực học vịng mực nước bể 2, đặc trưng phương trình 2.10 Tuy nhiên, diện vòng lặp feedforward giả định đơn giản hóa thể phương trình 4.2, G2(s) viết sau: G2(s) = L2(s) (4.5) L1(s) COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 20 Machine Translated by Google 4.2 Câu hỏi trước phịng thí nghiệm Phân tích hệ thống tuần hoàn mực nước bể điểm cân tĩnh (L10, L20) xác định, đánh giá độ lợi đường dẫn điện áp, Kf f_2, định nghĩa Công thức 4.3 Sử dụng chức truyền điện áp-mức G2(s) xác định Phần bể sơ đồ khối sơ đồ điều khiển minh họa Hình 4.1, rút phương trình đặc tính chuẩn hóa hệ thống vịng kín mực nước Gợi ý #1: Có thể tiến hành rút gọn sơ đồ khối Gợi ý #2: Phương trình đặc tính chuẩn hóa hệ thống phải hàm độ lợi điều khiển mức PI, Kp_2 Ki_2, tham số hệ thống, Kdc_2 τ2 Bằng cách xác định độ lợi điều khiển Kp_2 Ki_2, điều chỉnh phương trình đặc tính thu theo giây tiêu chuẩn + 2ζ2ωn2s+ω = Xác định Kp_2 Ki2 hàm 2 phương trình bậc: s tham số ωn2, ζ2, Kdc_2, n2 τ2 Xác định giá trị số cho Kp_2 Ki_2 để hệ thống bồn chứa đáp ứng thông số kỹ thuật mong muốn vịng kín, nêu trước COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google 4.3 Thí nghiệm phịng thí nghiệm 4.3.1 Mục tiêu • Điều chỉnh thơng qua vị trí cực điều khiển PI-plus-Feedforward cho mực nước thực tế Bể ghép nối bể hệ thống • Thực vịng điều khiển PI-plus-Feedforward cho mực nước thực bể • Chạy điều khiển mức Feedforward-plus-PI thu so sánh phản hồi thực tế với điều khiển thông số kỹ thuật thiết kế • Chạy mơ hệ thống đồng thời, khoảng thời gian lấy mẫu, để so sánh phản hồi mức độ thực tế mơ • Điều tra ảnh hưởng vịng điều khiển mức PI-cộng-Feedforward lồng triển khai cho bể 4.3.2 Mô điều khiển cấp độ xe tăng Trong phần này, bạn mô việc điều khiển xe tăng cấp hệ thống Xe tăng ghép nối Động lực học hai bể mô hình hóa khối Simulink điều khiển điều khiển PI+FF mô tả Phần 4.1 Mục tiêu xác nhận thông số kỹ thuật đáp ứng mong muốn đáp ứng xác minh khuếch đại không bị bão hòa Thiết lập thử nghiệm Sơ đồ s_tanks_2 Simulink Hình 4.2 sử dụng để mơ đáp ứng điều khiển mức bể với điều khiển PI+FF sử dụng trước Phần 4.1 Hình 4.2: Mơ hình Simulink dùng để mơ đáp ứng điều khiển cấp bể QUAN TRỌNG: Trước tiến hành thử nghiệm này, bạn cần đảm bảo tệp phịng thí nghiệm định cấu hình Nếu chúng chưa cấu hình, bạn cần chuyển sang Phần để cấu hình tệp lab trước Nhập mức tăng theo tỷ lệ, tích phân chuyển tiếp Matlab tìm thấy câu hỏi trước phịng thí nghiệm Tank Control Mục 3.2 Kp_1, Ki_1, Kff_1 Nhập mức tăng điều khiển tỷ lệ, tích phân chuyển tiếp tìm thấy Phần 4.2 Matlab dạng Kp_2, Ki_2, Kff_2 COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 22 Machine Translated by Google Để tạo tham chiếu bước, chuyển đến khối Trình tạo tín hiệu điểm đặt vị trí đặt thành sau: • Loại tín hiệu = hình vng • Biên độ = • Tần số = 0,02 Hz Đặt khối khuếch đại Biên độ (cm) thành để tạo bước khoảng từ 14 đến 15 mm (tức ±1 cm vng sóng với điểm thao tác L10 = 15 cm) Mở ống ngắm Tank (cm), Tank (cm) Vp (V) Bắt đầu mô Theo mặc định, mô chạy 120 giây Các phạm vi hiển thị phản hồi tương tự Hình 4.3 Lưu ý phạm vi Xe tăng (cm) Xe tăng (cm) , vệt màu vàng điểm đặt (hoặc lệnh) vệt màu tím mơ (a) Bể Cấp (b) Bể Cấp (c) Điện áp máy bơm Hình 4.3: Đáp ứng điều khiển mức bể vịng kín mơ Tạo hình Matlab hiển thị phản hồi Cấu hình Mơ #2 Bao gồm bể cấp đáp ứng điện áp bơm Lưu liệu: Tương tự với s_tanks_1, sau lần chạy mô phỏng, phạm vi tự động lưu phản hồi chúng vào biến không gian làm việc Matlab Phạm vi Tank (cm) lưu phản hồi biến data_L2 Phạm vi Tank (cm) lưu phản hồi vào biến có tên data_L1 phạm vi Pump Voltage (V) lưu liệu vào biến data_Vp Đo lỗi trạng thái ổn định, độ vọt lố phần trăm thời gian giải phản ứng mơ Phản hồi có đáp ứng thơng số kỹ thuật đưa Phần 2.1.4 không? Gợi ý: Sử dụng lệnh ginput Matlab để lấy số đo khỏi hình 4.3.3 Triển khai Kiểm sốt Cấp độ Xe tăng Sơ đồ q_tanks_2 Simulink hiển thị Hình 4.4 sử dụng để chạy điều khiển Cấp độ Xe tăng trình bày Phần 4.1 hệ thống Xe tăng Ghép nối (nghĩa thiết lập Cấu hình #2) Hệ thống phụ Vòng lặp bên Tank chứa điều khiển PI+FF sử dụng trước Phần 3.3.3 hệ thống phụ Tanks ghép nối , chứa khối QUARC giao tiếp với máy bơm cảm biến áp suất hệ thống Tanks ghép nối Thiết lập thử nghiệm Biểu đồ q_tanks_2 Simulink hiển thị Hình 4.4 sử dụng để chạy điều khiển cấp tiến mức PI hệ thống Xe tăng ghép nối thực tế COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google Hình 4.4: Mơ hình Simulink dùng để chạy điều khiển mức tank hệ thống Coupled Tanks QUAN TRỌNG: Trước bạn tiến hành thử nghiệm này, bạn cần đảm bảo tệp phịng thí nghiệm định cấu hình theo thiết lập bạn Nếu chúng chưa cấu hình, bạn cần chuyển sang Phần để cấu hình tệp lab trước Thực theo quy trình này: Nhập mức tăng tỷ lệ, tích phân chuyển tiếp Matlab sử dụng mô Điều khiển Tank Mục 3.3.2 dạng Kp_1, Ki_1 Kff_1 Nhập mức tăng điều khiển tỷ lệ, tích phân chuyển tiếp tìm thấy Phần 4.2 Matlab dạng Kp_2, Ki_2, Kff_2 Để tạo tham chiếu bước, chuyển đến khối Trình tạo tín hiệu điểm đặt vị trí đặt thành sau: • Loại tín hiệu = hình vng • Biên độ = • Tần số = 0,02 Hz Đặt khối khuếch đại Biên độ (cm) thành để tạo bước khoảng từ 14 đến 15 mm (tức ±1 cm vng sóng với điểm thao tác L10 = 15 cm) Mở ống ngắm Tank (cm), Tank (cm) Vp (V) Trong sơ đồ Simulink, vào QUARC | Xây dựng Nhấp vào QUARC | Bắt đầu chạy điều khiển Mức bể trước tiên ổn định đến điểm vận hành bể Sau giai đoạn ổn định, bước ±1 cm bắt đầu Các phạm vi hiển thị phản hồi tương tự Hình 4.5 (sau giai đoạn giải quyết) Tạo Matlabfigure thể phản hồi Điều khiển mức bể triển khai , nghĩa mức bể điện áp máy bơm Lưu liệu: Như với s_tanks_2, sau lần chạy, phạm vi tự động lưu phản hồi chúng vào biến không gian làm việc Matlab Phạm vi Tank (cm) Tank (cm) lưu phản hồi chúng biến data_L1 data_L2 Phạm vi Điện áp máy bơm (V) lưu phản ứng với biến gọi data_Vp Đo lỗi trạng thái ổn định, độ vọt lố phần trăm thời gian cao phản hồi thu hệ thống thực tế Phản ứng Xe tăng có đáp ứng thơng số kỹ thuật đưa Phần 2.1.4 không? COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 24 Machine Translated by Google (a) Bể Cấp (b) Bể Cấp (c) Điện áp máy bơm Hình 4.5: Đáp ứng điển hình điều khiển bể cấp 4.4 Kết Điền vào Bảng 4.1 câu trả lời bạn từ kết phịng thí nghiệm kiểm sốt bạn - mô triển khai Sự miêu tả Ký hiệu Giá trị Đơn vị Câu hỏi trước phịng thí nghiệm Tăng kiểm sốt xe tăng Tăng kiểm soát theo tỷ lệ kp,1 Tăng kiểm soát tích hợp ki,1 Tăng điều khiển chuyển tiếp nguồn cấp liệu Kf f,1 v/cm V/(cm-giây) V/√cm Tăng kiểm soát xe tăng Tăng kiểm soát theo tỷ lệ kp,2 Tăng kiểm sốt tích hợp ki,2 Tăng điều khiển chuyển tiếp nguồn cấp liệu Kf f,2 cm/cm 1/ s cm/cm Mô điều khiển xe tăng Lỗi trạng thái ổn định tiểu luận thời gian lắng ts Phần trăm vượt cm S PO % Thực kiểm soát xe tăng Lỗi trạng thái ổn định tiểu cm Cài đặt thời gian luận S Phần trăm vượt PO % Bảng 4.1: Kết kiểm soát mức bể Kết COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google YÊU CẦU HỆ THỐNG Phần mềm cần thiết • Microsoft Visual Studio (MS VS) • Matlab với Simulink, Real-Time Workshop, Control System Toolbox • QUARC Xem biểu đồ tương thích phần mềm QUARC [3] để biết phiên MS VS Matlab tương thích với phiên QUARC bạn cho hệ điều hành Phần cứng cần thiết • Thiết bị thu thập liệu (DAQ) tương thích với QUARC Điều bao gồm bảng DAQ Quanser Q2-USB, Q8-USB, QPID QPIDe số thiết bị DAQ National Instruments Để biết danh sách đầy đủ thẻ DAQ tuân thủ, xem Tài liệu tham khảo [1] • Xe tăng liên hợp Quanser • Bộ khuếch đại cơng suất Quanser VoltPAQ-X1, tương đương Trước bắt đầu phịng thí nghiệm Trước bạn bắt đầu phịng thí nghiệm này, đảm bảo: • QUARC cài đặt PC bạn, mô tả [2] • Thiết bị DAQ kiểm tra thành công (ví dụ: sử dụng phần mềm kiểm tra Hướng dẫn Bắt đầu Nhanh Bản trình diễn Vịng lặp Tương tự QUARC) • Các thùng khuếch đại ghép nối kết nối với bo mạch DAQ bạn mô tả Tham khảo [5] COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 26 Machine Translated by Google 5.1 Tổng quan tệp Tên tệp Mô tả Sổ tay Hướng dẫn sử dụng xe tăng ghép nối.pdf hướng dẫn mô tả phần cứng hệ thống Xe tăng ghép nối giải thích cách thiết lập nối dây hệ thống cho thí nghiệm Coupled-Tanks Workbook (Student).pdf Hướng dẫn phịng thí nghiệm bao gồm câu hỏi trước phịng thí nghiệm thí nghiệm phịng thí nghiệm trình bày cách thiết kế triển khai điều khiển cho nhà máy Bồn ghép nối sử dụng QUARC setup_lab_tanks.m Tập lệnh Matlab thiết lập tham số mơ hình điều khiển Xe tăng ghép nối Chỉ chạy tệp để thiết lập phịng thí nghiệm config_coupled_tanks.m Trả tham số hệ thống Xe tăng ghép nối giới hạn khuếch đại VMAX_AMP IMAX_AMP s_tanks_1.mdl Tệp Simulink mô Điều khiển cấp độ xe tăng 1, tức hệ s_tanks_2.mdl Tệp Simulink mô Điều khiển cấp độ xe tăng 2, tức hệ s_tanks_3.mdl Tệp Simulink mô Điều khiển cấp độ xe tăng Xe tăng thống #1 Cấu hình xe tăng ghép nối thống Cấu hình xe tăng ghép nối số ghép nối Cấu hình #3 Lưu ý khơng có hướng dẫn cách sử dụng tệp Cấu hình #3 q_tanks_1.mdl Tệp Simulink triển khai điều khiển PI+FF hệ thống Xe tăng ghép nối QUARC thiết lập Cấu hình #1 q_tanks_2.mdl Tệp Simulink triển khai điều khiển PI+FF hệ thống Xe tăng ghép nối QUARC thiết lập Cấu hình #2 q_tanks_3.mdl Tệp Simulink triển khai điều khiển PI+FF hệ thống Xe tăng ghép nối QUARC thiết lập Cấu hình #3 Lưu ý khơng có hướng dẫn cách sử dụng tệp Cấu hình #3 Bảng 5.1: Các tập tin cung cấp với Bình ghép nối 5.2 Thiết lập cho Mô điều khiển xe tăng Trước bắt đầu quy trình phịng thí nghiệm nêu Phần 3.3.2, sơ đồ s_tanks_1 Simulink tập lệnh setup_lab_tanks.m phải định cấu hình Thực theo bước sau: Nạp phần mềm Matlab Duyệt qua cửa sổ Thư mục Matlab tìm thư mục chứa tệp setup_lab_tanks.m Mở tập lệnh setup_lab_tanks.m Định cấu hình setup_lab_tanks.mscript: Đảm bảo tập lệnh thiết lập để khớp với cấu hình hệ thống bạn: • K_AMP thành (trừ mức khuếch đại bạn khác) • AMP_TYPE thành loại khuếch đại bạn (ví dụ: VoltPAQ) • CONTROLLER_TYPE thành 'MANUAL' COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google Chạy setup_lab_tanks.m để thiết lập không gian làm việc Matlab Nhập độ lợi kiểm soát PI+FF mà bạn tìm thấy Phần 3.2 Các câu hỏi trước phịng thí nghiệm Matlab dạng biến: Kp_1, Ki_1, Kff_1 Mở sơ đồ Simulink s_tanks_1.mdl , thể Hình 3.4 5.3 Thiết lập Mơ Điều khiển Xe tăng Trước bắt đầu quy trình phịng thí nghiệm nêu Phần 4.3.2, sơ đồ s_tanks_2 Simulink tập lệnh setup_lab_tanks.m phải định cấu hình Thực theo bước sau: Thực theo bước nêu Phần 5.2 để định cấu hình tập lệnh setup_lab_tanks.m Chạy setup_lab_tanks.m để thiết lập không gian làm việc Matlab Nhập mức tăng tỷ lệ, tích phân chuyển tiếp Matlab sử dụng mô Điều khiển Tank Mục 3.3.2 dạng Kp_1, Ki_1 Kff_1 Nhập mức tăng điều khiển tỷ lệ, tích phân chuyển tiếp tìm thấy Phần 4.2 Matlab dạng Kp_2, Ki_2, Kff_2 Mở sơ đồ Simulink s_tanks_2.mdl , thể Hình 4.2 5.4 Thiết lập để Thực Điều khiển Xe tăng Trước thực tập phịng thí nghiệm Phần 3.3.3, sơ đồ q_tanks_1 Simulink tập lệnh setup_lab_tanks.m phải định cấu hình Làm theo bước sau để hệ thống sẵn sàng cho phịng thí nghiệm này: Xem Hướng dẫn sử dụng bình chứa ghép nối ([5]) để thiết lập hệ thống: • Thiết lập kết nối phần cứng • Đảm bảo cảm biến áp suất hệ thống hiệu chuẩn • Thiết lập thùng ghép nối Cấu hình #1 (nghĩa thùng 1) Nếu sử dụng VoltPAQ-X1, đảm bảo công tắc Độ lợi đặt thành 3 Định cấu hình chạy setup_lab_tanks.m giải thích Phần 5.2 Mở sơ đồ q_tanks_1.mdl Simulink, thể Hình 3.6 Cấu hình DAQ: Đảm bảo khối Khởi tạo HIL mơ hình Simulink cấu hình cho thiết bị DAQ cài đặt hệ thống bạn Xem Tài liệu tham khảo [1] để biết thêm thông tin cách định cấu hình khối Khởi tạo HIL 5.5 Thiết lập để Thực Kiểm soát Cấp độ Xe tăng Trước thực tập phòng thí nghiệm Phần 4.3.3, sơ đồ q_tanks_2 Simulink tập lệnh setup_lab_tanks.m phải cấu hình Làm theo bước sau để hệ thống sẵn sàng cho phịng thí nghiệm này: COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 28 Machine Translated by Google Xem Hướng dẫn sử dụng bình chứa ghép nối ([5]) để thiết lập hệ thống: • Thiết lập kết nối phần cứng • Đảm bảo cảm biến áp suất hệ thống hiệu chuẩn • Thiết lập bể ghép nối Cấu hình #2 (nghĩa bể cấp vào bể 2) Nếu sử dụng VoltPAQ-X1, đảm bảo công tắc Độ lợi đặt thành 3 Định cấu hình chạy setup_lab_tanks.m giải thích Phần 5.2 Mở sơ đồ q_tanks_2.mdl Simulink, thể Hình 4.4 Cấu hình DAQ: Đảm bảo khối Khởi tạo HIL mơ hình Simulink cấu hình cho thiết bị DAQ cài đặt hệ thống bạn Xem Tài liệu tham khảo [1] để biết thêm thông tin cách định cấu hình khối Khởi tạo HIL COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google BÁO CÁO PHỊNG THÍ NGHIỆM Phịng thí nghiệm có hai nhóm thí nghiệm, cụ thể là, Kiểm soát cấp độ xe tăng 1, Kiểm soát cấp độ xe tăng Đối với thử nghiệm, làm theo dàn ý tương ứng với thử nghiệm để xây dựng nội dung báo cáo bạn Ngồi ra, Phần 6.3, bạn tìm thấy số mẹo định dạng báo cáo 6.1 Mẫu báo cáo kiểm soát cấp độ xe tăng I THỦ TỤC Mơ • Mơ tả ngắn gọn mục tiêu mơ • Mơ tả ngắn gọn quy trình mô Bước Mục 3.3.2 Thực • Mơ tả ngắn gọn mục tiêu thí nghiệm • Mơ tả ngắn gọn quy trình thí nghiệm Bước Mục 3.3.3 II KẾT QUẢ Khơng giải thích phân tích liệu phần Chỉ cần cung cấp kết Đồ thị phản hồi từ bước Mục 3.3.2, mô điều khiển mức Tank1 Biểu đồ phản ứng từ bước mục 3.3.3, thực điều khiển mức bể Cung cấp liệu áp dụng thu thập phịng thí nghiệm (từ Bảng 3.1) III PHÂN TÍCH Cung cấp chi tiết tính toán bạn (phương pháp sử dụng) để phân tích cho điều sau đây: Thời gian cao điểm, độ vọt lố phần trăm, lỗi trạng thái ổn định điện áp đầu vào Bước Mục 3.3.2 Thời gian cao điểm, độ vọt lố phần trăm, lỗi trạng thái ổn định điện áp đầu vào Bước Mục 3.3.3 IV KẾT LUẬN Giải thích kết bạn để đến kết luận hợp lý cho điều sau đây: Bộ điều khiển có đáp ứng thơng số kỹ thuật Bước Phần 3.3.2, mô điều khiển mức Tank1 hay khơng Bộ điều khiển có đáp ứng thông số kỹ thuật Bước Mục 3.3.3, Thực điều khiển cấp Tank1 hay không COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 30 Machine Translated by Google 6.2 Mẫu báo cáo kiểm soát cấp độ xe tăng I THỦ TỤC Mơ • Mơ tả ngắn gọn mục tiêu mơ • Mơ tả ngắn gọn quy trình mơ Bước Mục 4.3.2 Thực • Mơ tả ngắn gọn mục tiêu thí nghiệm • Mơ tả ngắn gọn quy trình thí nghiệm Bước Mục 4.3.3 II KẾT QUẢ Khơng giải thích phân tích liệu phần Chỉ cần cung cấp kết Sơ đồ phản hồi từ bước Mục 4.3.2, mô điều khiển mức Tank2 Sơ đồ phản hồi từ bước Mục 4.3.3, Triển khai kiểm soát mức Tank2 Cung cấp liệu áp dụng thu thập phịng thí nghiệm (từ Bảng 4.1) III PHÂN TÍCH Cung cấp chi tiết tính toán bạn (phương pháp sử dụng) để phân tích cho điều sau đây: Thời gian cao điểm, độ vọt lố phần trăm, lỗi trạng thái ổn định điện áp đầu vào Bước Mục 4.3.2 Thời gian cao điểm, độ vọt lố phần trăm, lỗi trạng thái ổn định điện áp đầu vào Bước Mục 4.3.3 IV KẾT LUẬN Giải thích kết bạn để đến kết luận hợp lý cho điều sau đây: Bộ điều khiển có đáp ứng thơng số kỹ thuật Bước Mục 4.3.3, Thực điều khiển mức Tank2 hay không COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google 6.3 Lời khuyên cho Định dạng Báo cáo NGOẠI HÌNH CHUN NGHIỆP • Có trang bìa với tất chi tiết cần thiết (tiêu đề, khóa học, tên sinh viên, v.v.) • Hồn thành phần bắt buộc (Quy trình, Kết quả, Phân tích Kết luận) • Đã đánh máy • Tất ngữ pháp/chính tả • Bố cục báo cáo gọn gàng • Không vượt giới hạn trang tối đa định, có • Các trang đánh số • Các phương trình đánh số liên tiếp • Các hình đánh số, trục có nhãn, hình có thích mơ tả • Các bảng đánh số, có nhãn, bảng có thích mơ tả • Dữ liệu trình bày định dạng hữu ích (đồ thị, số, bảng, biểu đồ, sơ đồ) • Khơng có phác thảo/sơ đồ vẽ tay • Các tài liệu tham khảo trích dẫn theo định dạng COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên 32 Machine Translated by Google NGƯỜI GIỚI THIỆU [1] Hướng dẫn sử dụng QUARC Quanser Inc [2] Quanser Inc Hướng dẫn cài đặt QUARC, 2009 [3] Bảng tương thích QUARC Quanser Inc., 2010 [4] Hướng dẫn sử dụng xe tăng liên kết Quanser Inc., 2012 COUPLED TANKS Workbook - Phiên dành cho sinh viên phiên 1.0 Machine Translated by Google Nhà máy điều khiển trình cho giảng dạy nghiên cứu xe tăng ghép nối Levitation từ tính Những lý tưởng cho việc giảng dạy trình độ trung cấp Chúng thích hợp cho nghiên cứu liên quan đến ứng dụng điều khiển truyền thống đại điều khiển q trình Để biết thêm thơng tin xin vui lịng liên hệ info@quanser.com ©2013 Quanser Inc Bảo lưu quyền INFO@QUANSER.COM +1-905-940-3575 QUANSER.COM Giải pháp cho giảng dạy nghiên cứu Sản xuất Canada