Bài thí nghiệm 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

Bài thí nghiệm 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG, luận văn , Bài thí nghiệm 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG, luận văn, Bài thí nghiệm 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG, luận văn ,Bài thí nghiệm 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG, luận văn Bài thí nghiệm 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG, luận văn

BÀI THÍ NGHIỆM 2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG I CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM Mô phỏng mô hình điều khiển động cơ DC Bảng 1 Đầu vào hàm nấc (Step) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc SP=800v/p Điều khiển vị trí SP=1000° Tiêu chuẩn Dùng khâu P Dùng khâu PI Dùng khâu P Dùng khâu PI Thời gian xác lập Kp=0.2, Kp=0.005, Kp=0.2, Ki=1 Kp=0.005, Ki=0.0001 Ki=0 0.432 Ki=0 9.7 0.154 9.048 Thời gian lên (s) 0.109 0.088 3.065 2.9 Độ vọt lố (%) 3.3 25 11 13 Sai số xác lập 38 0 0 2.5 Điều khiển vận tốc dùng khâu P Điều khiển vận tốc dùng khâu PI Điều khiển vị trí dùng khâu P Điều khiển vị trí dùng khâu PI Bảng 2 Đầu vào hàm dốc (Ramp) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc Điều khiển vị trí Tiêu chuẩn SP=0800v/p trong 10s Sai số xác lập SP=01000° trong 20s Dùng khâu P Dùng khâu PI Dùng khâu P Dùng khâu PI Kp=0.5, Ki=0 Kp=0.5, Kp=0.01, Ki=0 Kp=0.01, ∞ Ki=0.5 Ki=0.001 0 11 23 Điều khiển vận tốc dùng khâu P Điều khiển vận tốc dùng khâu PI Điều khiển vị trí dùng khâu P Điều khiển vị trí dùng khâu PI II THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 2.1 Khảo sát chất lượng hệ thống dùng các khối hàm liên tục trong MATLAB Simulink Các bước thí nghiệm: a) Mở file Simulink motor_cont_ctrl0.mdl b) Trên file Simulink, ứng với mỗi thí nghiệm trong bảng chú ý thực hiện chính xác lần lượt các bước sau: chọn dạng ngõ vào Step hay Ramp dùng SW_R  thiết lập giá trị ngõ vào  chọn chế độ điều khiển vận tốc hay vị trí dùng SW_Y  thiết lập các hệ số {Kp, Ki} c) Biên dịch chương trình và chạy d) Mở Scope xem đáp ứng và tính các tiêu chuẩn chất lượng hệ thống Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nếu không máy tính sẽ bị treo e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 3 f) Lưu hình ảnh đặc tuyến để so sánh các trường hợp g) Lặp lại bước b) tới tới bước f) cho các giá trị ở Bảng 3 và Bảng 4 Bảng 3 Đầu vào hàm nấc (Step) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc SP=800v/p Điều khiển vị trí SP=1000° Dùng khâu P Dùng khâu Tiêu chuẩn Dùng khâu P Dùng khâu PI Kp=0.02, Ki=0 PI Kp=0.02, Thời gian xác Kp=0.2, Ki=0 Kp=0.2, Ki=0.005 lập (s) Thời gian lên Ki=0.5 (s) Độ vọt lố (%) 0.27 1.117 0.9 0.905 Sai số xác lập 0.22 0.272 0.299 0.237 3.3 28 39.9 36.8 12 2 45 0.4 Điều khiển vận tốc dùng khâu P Điều khiển vận tốc dùng khâu PI Điều khiển vị trí dùng khâu P Điều khiển vị trí dùng khâu PI Bảng 4 Đầu vào hàm dốc (Ramp) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc Điều khiển vị trí SP=0800v/p trong 10s SP=01000° trong 20s Dùng khâu P Dùng khâu Dùng khâu Dùng khâu PI Kp=0.2, PI Kp=0.2, Tiêu chuẩn Ki=0 Ki=0.5 P Kp=0.03, Kp=0.03, Sai số xác ∞ 3 Ki=0 Ki=0.01 lập 40 11.3 Điều khiển vận tốc dùng khâu P Điều khiển vận tốc dùng khâu PI Điều khiển vị trí dùng khâu P Điều khiển vị trí dùng khâu PI 2.2 Khảo sát chất lượng hệ thống dùng mạch khuếch đại op-amp Các bước thí nghiệm: a) Mở file MATLAB Simulink motor_cont_ctrl1.mdl b) Trên hộp điều khiển PID dùng op-amp: tắt công tắc POWER, SW2, SW1 sang OFF và gỡ tất cả R, C nếu có trên mạch c) Trên Matlab Simulink, ứng với mỗi thí nghiệm trong bảng chú ý thực hiện chính xác lần lượt các bước sau: chọn dạng tín hiệu ngõ vào Step hay Ramp dùng SW_R  cài đặt giá trị ngõ vào  chọn chế độ điều khiển vận tốc hay vị trí dùng SW_Y d) Trên hộp điều khiển PID dùng op-amp: gắn các linh kiện {Rp, Ri, Ci} vào theo các giá trị trong bảng Chú ý gắn đúng cực của tụ như trong Hình 9 e) Biên dịch chương trình f) Bật công tắc POWER, SW1 sang ON Bật SW2 sang ON nếu có sử dụng khâu I g) Chạy chương trình h) Mở Scope để xem đáp ứng và tính các tiêu chuẩn chất lượng hệ thống Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nếu không máy tính sẽ bị treo i) Ghi lại các kết quả vào Bảng 5 và Bảng 6 g) Lặp lại bước b) tới tới bước h) cho các giá trị ở Bảng 5 và Bảng 6 Bảng 5 Đầu vào hàm nấc (Step) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc SP=800v/p Điều khiển vị trí SP=1000° Tiêu chuẩn Dùng khâu P Dùng khâu Dùng khâu P Dùng khâu PI Thời gian xác lập (s) Rp=5k PI Rp=5k Rp=30k Rp=30k Thời gian lên (s) Độ vọt lố (%) Ri=2k,Ci=10u Ri=30k, Ci=10u Sai số xác lập 0.412 0.39 1.117 2.1 0.196 0.193 0.286 0.316 4.85 4.3 34.89 46.36 53.6 6.3 85 46 Điều khiển vận tốc dùng khâu P Điều khiển vận tốc dùng khâu PI Điều khiển vị trí dùng khâu P Điều khiển vị trí dùng khâu PI Bảng 6 Đầu vào hàm dốc (Ramp) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc Điều khiển vị trí Tiêu chuẩn SP=0800v/p trong 10s SP=01000° trong 20s Dùng khâu Dùng khâu Dùng khâu Dùng khâu PI P Rp=5k PI Rp=5k P Rp=10k Rp=10k Ri=2k,Ci=10u Ri=30k, Ci=47u Sai số xác lập ∞ 33 22 17 Điều khiển vận tốc dùng khâu P Điều khiển vận tốc dùng khâu PI Điều khiển vị trí dùng khâu P Điều khiển vị trí dùng khâu PI III TRẢ LỜI CÂU HỎI 1 Dựa vào các kết quả mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2 đánh giá sai số xác lập trong các trường hợp Nhận xét dạng đồ thị đáp ứng ngõ ra *Bảng 1: Đầu vào là hàm nấc (Step) - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu P: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5 ( ) K P=lim KP 2 K =K K P −> ess= 1 s→0 a s +bs +1 1+K KP ¿> ess= 1 1+100 ∗ 0.2 ∗ 800=38.1(v / p) => Nhận xét: + Sai sô xác lập = 38.1 đúng với giá trị khi mô phỏng trên Matlab (= 38) + Đáp ứng luôn nhỏ hơn giá trị đặt, thời gian lên và thời gian xác lập nhanh, độ vọt lố thấp - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu PI: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5 ( )( )( ) K P=lim K P+ Ki s→0 s K 1s =∞ −> ess=0 a s2+ bs+1 => Nhận xét: + Sai số xác lập = 0, đúng so với lý thuyết và giá trị thu được khi mô phỏng trên Matlab + Độ vọt lố cao, thời gian lên và thời gian xác lập nhanh - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu P: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5 ( ) K P=lim KP 2 K =∞ −>ess=0 s→0 a s +bs +1 => Nhận xét: + Sai số xác lập = 0, đúng so với lý thuyết và giá trị thu được khi mô phỏng trên Matlab + Độ vọt lố tương đối cao, thời gian lên tương đối chậm, thời gian xác lập lâu - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu PI: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5 ( )( )( ) K P=lim K P+ Ki s→0 s K 1s =∞ −> ess=0 a s2+ bs+1 => Nhận xét: + Sai số xác lập = 0, đúng so với lý thuyết và giá trị thu được khi mô phỏng trên Matlab (= 2.5) + Độ vọt lố tương đối cao, thời gian lên tương đối chậm, thời gian xác lập rất lâu so với các bộ điều khiển còn lại *Bảng 2: Đầu vào là hàm dốc (Ramp) - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu P: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5 ( ) K P=lim K s→0 P a s2 K+bs +1 =0−> ess=∞ => Nhận xét: + Sai số xác lập tiến đến vô cùng, đúng tính chất so với lý thuyết + Ban đầu đáp ứng bằng giá trị đặt sau đó nhỏ dần so với đầu vào - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu PI: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5; Ki = 0.5 ( )( ) K P=lim K P+ Ki s→0 s a s2 K+ bs+1 =0 −> ess= 1 K K = 1 =0.02≈ 0 i 100∗ 0.5 => Nhận xét: + Sai số xác lập = 0, đúng so với lý thuyết ( sai số là một số hữu hạn) + Đáp ứng gần như bằng giá trị đặt - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu P: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5; Kp = 0.01 ( )( ) K P=lim KP 2 K1 =0−> ess= 1 = 1 =1s s→0 a s +bs +1 K Ki 100 ∗ 0.01 => Nhận xét: + Sai số xác lập = 1 ≈ 11 (giá trị thu được khi mô phỏng trên Matlab) là hằng số, đúng tính chất so với lý thuyết + Đáp ứng luôn nhỏ hơn giá trị đặt - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu PI: Ta có công thức tính sai số: Với K = 100; a = 0.05; b = 1.5 ( )( )( ) K P=lim K P+ Ki s→0 s K 1s =∞ −> ess=0 a s2+ bs+1 => Nhận xét: + Sai số xác lập = 0, gần đúng so với lý thuyết và giá trị thu được khi mô phỏng trên Matlab + Ban đầu đáp ứng nhỏ hơn giá trị đặt, sau một thời gian thì bằng giá trị đặt 2 Dựa vào các kết quả thí nghiệm ở Bảng 3 và Bảng 4 đánh giá sai số xác lập trong các trường hợp Nhận xét dạng đồ thị đáp ứng ngõ ra So sánh với phần mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2 *Bảng 3: Đầu vào là hàm nấc (Step) - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu P, PI: +Khâu P: sai số xác lập khá lớn, exl = 45 +Khâu PI: sai số xác lập không đáng kể, gần như là tiến về 0 (cụ thể exl = 0.4) => Nhận xét: Đồ thị có độ vọt lố, thời gian xác lập khá nhỏ đối với khâu P, nhưng ở khâu PI thì các thông số này lại khá cao; thời gian lên ở cả hai khâu P và PI là khá nhỏ và xấp xỉ nhau; riêng về sai số xác lập thì có sự thay đổi đáng kể, ở khâu P thì sai số xác lập lớn, còn ở khâu PI thì khá nhỏ (xấp xỉ bằng 0) - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu P, PI: +Khâu P: sai số xác lập ở mức tương đối +Khâu PI: sai số xác lập nhỏ, có thể bỏ qua →Nhận xét: Đồ thị có độ vọt lố, thời gian xác lập ở cả hai khâu P và PI là khá nhỏ và xấp xỉ nhau; riêng về sai số xác lập và độ lọt vố thì có sự chênh lệch giữa hai khâu, ở khâu P cao hơn so với ở khâu PI *Bảng 4: Đầu vào là hàm dốc (Ramp) - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu P, PI: +Khâu P: sai số xác lập tiến ra vô cùng +Khâu PI: sai số xác lập rất nhỏ, xấp xỉ bằng 0 (cụ thể exl = 3) => Nhận xét: Đồ thị ngõ ra dạng hàm dốc hướng ra vô cùng với khâu P và ở khâu PI thì đồ thị ngõ ra gần như trùng với hàm dốc của tín hiệu đặt - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu P, PI: +Khâu P: sai số xác lập ở mức tương đối (exl = 40) +Khâu PI: sai số xác lập nhỏ (cụ thể exl = 14.3) => Nhận xét: Đồ thị ngõ ra ở cả hai khâu P,PI đều có dạng hàm dốc hướng ra ngoài trong một khoảng thời gian nhỏ lúc đầu rồi sau đó ép sát về tín hiệu đặt * So sánh với phần mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2: Bảng 3 và Bảng 4 có sự tương đồng với Bảng 1 và Bảng 2 về các giá trị và dạng đồ thị ngõ ra 3 Dựa vào các kết quả thí nghiệm ở Bảng 5 và Bảng 6 đánh giá sai số xác lập trong các trường hợp Nhận xét dạng đồ thị đáp ứng ngõ ra So sánh với phần mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2 *Bảng 5: Đầu vào là hàm nấc (Step) - Với bộ điều khiển vận tốc dùng khâu P, PI: +Khâu P: sai số xác lập lớn (exl = 53.6) +Khâu PI: sai số xác lập giảm đáng kể, xấp xỉ về 0 (cụ thể exl = 6.3) => Nhận xét: Đồ thị có độ vọt lố, thời gian xác lập, thời gian lên ở cả hai khâu P và PI là khá nhỏ và xấp xỉ nhau; riêng về sai số xác lập thì có sự thay đổi đáng kể, ở khâu P thì sai số xác lập khá lớn và giá trị ngõ ra nhỏ hơn giá trị đặt, còn ở khâu PI thì nhỏ (xấp xỉ bằng 0) - Với bộ điều khiển vị trí dùng khâu P, PI: +Khâu P: sai số xác lập khá lớn (exl = 85) +Khâu PI: sai số xác lập tương đối lớn (exl = 46) => Nhận xét: