MÔN THỰC HÀNH ĐKTĐ bài THÍ NGHIỆM 2 ỨNG DỤNG SIMULINK mô PHỎ g và ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG hệ THỐNG

Trang 1

ry BAO PHO Giảng viỆ Nhóm th = Lớp: DH th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

UNG TÂM TƯ VẤN & HỖ TRỢ SINH VIỄN

wi INDUSTRIAL r

[J Ped oniversiry OF CAO

HOCHIMINH CITY

MON: THUC HANH DKTD

Trang 2

e Thi nghiém: Dùng SIMULINK xây dựng mô hình hệ thống lò nhiệt vòng hở như sau: 1 300 [ | ——hD > > 30s+1 120s+1 Step Transfer Fon Transfer Fon1 Scope lo hình khan sat vũng ho

Step: là tín hiệu hàm nấc thể hiện phần trăm công suất cung cấp cho lò nhiệt Giá trị của hàm nấc từ 0+1 tương ứng công suất cung cấp 0%+100%

Transfer Fen — Transfer Fen1: mô hình lò nhiệt tuyến tính hóa

a Chỉnh giá trị của hàm nấc bằng 1 để công suất cung cấp cho lò là 100% (Step

time = 0, Initial time = 0, Final time = 1) Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time = 600s

Mô phỏng và vẽ quá trình quá độ của hệ thống trên

b Trên hình vẽ ở câu trên, vẽ tiếp tuyến tại điểm uốn để tính thông số L và T theo

như hướng dẫn trong Bài thí nghiệm 5 Chỉ rõ các giá trị này trên hình vẽ So sánh giá

Trang 4

HI.1.b Khảo sát mô hình điều khiến nhiệt độ ON-OEE: e Thí nghiệm: Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ ON-OFF như sau: 1 300 ie > —*> 30s+1 120s+1 Step Relay Scope Transter Fon Tranzfer F cn1 Gain Mo hinh he thong dieu khien nhiet do ON-OFF Trong đó:

e©_ Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(t) = 100 (nhiét d6 đặt 100oC)

e Khdi Relay là bộ điều khiển ON-OFE

© Gid trị độ lợi ở khối Gain = 50 dùng để khuếch đại tín hiệu ngõ ra khối Relay để

quan sát cho rõ Lưu ý rằng giá trị này không làm thay đổi cấu trúc của hệ thống mà chỉ hỗ trợ việc quan sát tín hiệu

a Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time = 600s dé quan sát được 5 chu kỳ điều

khiển Khảo sát quá trình quá độ của hệ thống với các giá trị của khâu Relay theo bang sau: Vùng trẻ Ngõ ra cao Ngo ra thấp

( Switch on /off point ) (Output when on) | (Output when off)

+1/-l 1 (công suất 100%) |_ 0 (công suất 0) +5/-5 1 (công suất 100%) | 0(công suất 0) +10 /-10 1 (cong suat 100%) | 0(công suất 0e) +20 / -20 1 (công suất 100%) | 0 (công suất 0%)

b Tính sai số ngõ ra so với tín hiệu đặt và thời gian đóng ngắt ứng với các

trường hợp của khâu Relay ở câu a theo bảng sau:

Trang 5

Nhận xét sự ảnh hưởng của vùng trễ đến sai số ngõ ra và chu kỳ đóng ngắt

của khâu Relay (khoảng thời gian ngõ ra khâu Relay thay đổi 1 chu kỳ)

c Lưu quá trình quá độ của trường hợp vùng trễ (+5 / -5) để viết báo cáo Trên

hình vẽ chỉ rõ 2 sai số +Ael /-Ae2 quanh giá trị đặt và chu kỳ đóng ngắt

d Để sai số của ngõ ra xấp xỉ bằng 0 thì ta thay đổi giá trị vùng trễ bằng bao

Trang 7

4 Scope = n x File Tools View Simulation Help ™ @- $@ b ®|#-|® -|[7I-| # lä- Raady Sample based T=500 000 D - Dé sai số của ngõ ra xấp xỉ bằng 0 thì ta thay đổi giá trị vùng trễ bằng 0.0001/- 0.001

- Chu kì đóng ngắt theo thời gian

- Trong thực té, ta KHONG thuc hién b6 diéu khién ON-OFF

- Vì tân số đóng ngắt quá lớn, mà sai số ko thể băng 0 tạo điều kiện lý tưởng đc nên bộ điều khiển ko thê trong tramhj thai ON liên tục

HII.1.c Khảo sát mô hình điều khiến nhiệt độ dùng phương pháp

Ziegler-Nichols (điều khiển PID):

Trang 8

e Thi nghiém: Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ PID như sau: 1 300 + PID > —*> CJ 30s+1 120z+1 Step PID Cantrollet Satutation Tranzfer Fcn Transfer Fen1 Scope elas Po Gain Mo hinh he thong dieu khien nhiet do PID Trong đó:

e©_ Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(0) = 100 ( tượng trưng nhiệt độ đặt 100oC) e Khdau bao hoa Saturation c6 gidi han la upper limit = |, lower limit = 0

(tượng trưng ngõ ra bộ điều khiển có công suất cung cấp từ 0% đến 100%) e_ Bộ điều khiển PID có các thông số cần tính toán

e Transfer Fen - Transfer Fen1: m6 hình lò nhiệt tuyến tính hóa

a Tính giá trị các thông số KP, KI, KD của khâu PID theo phương pháp Ziegler-

Nichols từ thông số L và T tìm được ở phần HI.1.a

b Chạy mô phỏng và lưu đáp ứng của các tín hiệu ở Scopc để viết báo cáo Có thể

chọn lại Stop time cho phù hợp Trong hình vẽ phải chú thích rõ tên các tín hiệu

c Nhận xét về chất lượng ngõ ra ở 2 phương pháp điều khiển PID và ON-OFE,

BÀI LÀM

A Tính giá trị các thông số KP, KI, KD của khâu PID theo phương pháp Ziegler-Nichols từ thông sô L và T tìm được ở phân III.I.a:

Trang 9

K,=0.5K,L =0.5*0.036*20=0.36 untitled? 4 Gi # | © fa ei a DO 1205+ 1 1 305 +1 50 -

B Chạy mô phỏng và lưu đáp ứng của các tín hiệu ở Scope để viết báo cáo Có thể chọn lại Stop time cho phù hợp Trong hình vẽ phải chú thích rõ tên các tín hiệu

| Pal Block Parameters: PID Controller 4

| PID idof (mask) (link)

| This block implements continuous- and discrete-time PID control algorithms and includes advanced features such as anti- windup, external reset, and signal tracking You can tune the PID gains automatically using the ‘Tune ’ button (requires _ Simulink Control Design)

Trang 10

(Pal Block Parameters: PID Controller x

PID idof (mask) (link)

This block implements continuous- and discrete-time PID control algorithms and includes advanced features such as anti- windup, external reset, and signal tracking, You can tune the PID gains automatically using the ‘Tune ’ button (requires Simulink Control Design)

Controller: PID y Form: Parallel

Trang 11

C Nhận xét về chất lượng ngõ ra ở 2 phương pháp điều khiển PID và ON-OFFE Nhận xét:kết quả hoàn toàn như ta mong muốn, hệ thống nhanh chóng đạt giá trị đặt Phương

phap diéu khién ON-OFF thì tín hiệu ra luôn dao động quanh giá trị đặt

Phương pháp PID cho chất lượng tốt hơn phương phap ON-OFF HI.2 Khảo sát mô hình điều khiến tốc độ, vị tri dong co DC: HII.2.a Khảo sát mô hình điều khiến tốc độ động co DC:

se Thí nghiệm:

Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển PID tốc độ động cơ DC như sau:

11

Trang 12

PID 2534 —»> ' Cc) s+312 z+2 14 Step PID Controller Saturation Transfer Fon Transfer Fon1 Scope Gain Mo hinh he thong dieu khien PID toc do dong co DC Trong đó:

e©_ Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(U = 100 (tượng trưng tốc độ đặt 100) e Khâu bảo hòa Saturation có giới hạn là +30 /-30 (tượng trưng điện áp cung

cấp cho phần ứng động cơ từ —30V đến +30V)

e© Transfer Fen- Transfer Fenl thể hiện mô hình tốc độ động cơ DC

a Chỉnh thời gian mô phỏng Stop tỉme = 10s Thực hiện khảo sát hệ thống với bộ điều

khiển P (KI =0, KD = 0) và tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của ngõ ra theo bang sau:

1 10 20 50 100 POT

e

Nhận xét chất lượng của hệ thống thay đổi như thế nào khi KP thay đối Giải thích

b Thực hiện khảo sát hệ thống với bộ điều khiển PI (KP = 2, KD =0) và tính độ vọt

lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau:

K 0.1 0.5 0.8 1 2

POT

e

Nhận xét chất lượng của hệ thống thay đổi như thế nào khi KI thay đổi Giải thích So

sánh chất lượng của bộ điều khiển PI với bộ điều khiển P

c Thực hiện khảo sát hệ thống với bộ điều khiển PID (KP = 2, KI = 2) và tính độ vọt

lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau:

12