Báo cáo thí nghiệm cơ sở Điều khiển tự Động

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.. Từ kết quả mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2, sai số xá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GVHD: Trần Hoàng Khôi Nguyên Nhóm:L06

Tổ: 3

Sinh viên:

Huỳnh Phúc Hậu (1812129) Nguyễn Thế Huy (1810178)

Lê Nguyễn Trí Duy (1810076)

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 26/07/2020

BÀI 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

Ngày thực hiện thí nghiệm: 26/5/2020

I Kết quả thí nghiệm:

1 Khảo sát chất lượng hệ thống dùng các khối hàm liên tục trong MATLAB Simulink

Bảng 3 Đầu vào hàm nấc (Step)

Điều khiển vận tốc SP=800v/p Điều khiển vị trí SP=1000°

Dùng khâu PKp=0.2, Ki=0 Kp=0.2, Ki=0.5Dùng khâu PI Kp=0.02, Ki=0Dùng khâu P Kp=0.02,Ki=0.005Dùng khâu PIThời gian xác lập

hình 3 3

hình 3 4

Bảng 4 Đầu vào hàm dốc (Ramp)

Thí nghiệm SP=0→800v/p trong 10sĐiều khiển vận tốc SP=0→1000° trong 20sĐiều khiển vị trí

Tiêu chuẩn Dùng khâu P

Kp=0.2, Ki=0

Dùng khâu PIKp=0.2, Ki=0.5

Dùng khâu PKp=0.03, Ki=0

Dùng khâu PIKp=0.03,Ki=0.01

hình 4 2

hình 4 3

hình 4 4

Bảng 5 Đầu vào hàm nấc (Step)

Điều khiển vận tốc SP=800v/p Điều khiển vị trí SP=1000°

Dùng khâu PRp=5k

Dùng khâu PIRp=5kRi=2k,Ci=10u

Dùng khâu PRp=30k

Dùng khâu PIRp=30kRi=30k, Ci=10u

hình 5 2

hình 5 3

Bảng 6 Đầu vào hàm dốc (Ramp)

Thí nghiệm SP=0800v/p trong 10sĐiều khiển vận tốc SP=01000° trong 20sĐiều khiển vị trí

Tiêu chuẩn Dùng khâu P

Rp=5k

Dùng khâu PIRp=5kRi=2k,Ci=10u

Dùng khâu PRp=10k

Dùng khâu PIRp=10kRi=30k, Ci=47u

hình 6 1

hình 6 2

hình 6 4

II Báo cáo, nhận xét kết quả thí nghiệm

Bảng 1: Đầu vào hàm nấc (step)

Bảng 2: Đầu vào hàm dốc (ramp) Thí nghiệm Điều khiển vận tốc Điều khiển vị trí

SP = 0 - 800 v/p trong 10s SP = 0 - 1000o trong 20s Tiêu chuẩn Dùng khâu P Dùng khâu PI Dùng khâu P Dùng khâu PI

Kp=0.5 Kp=0.5, Ki=5 Kp=0.01 Kp=0.01,Ki=0.001Sai số xác lập ∞ 0.002 1 0

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

Từ kết quả mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2, sai số xác lập giảm về gần bằng 0, dạng đồ thị đáp ứng ngõ ra gần trùng với đường tín hiệu 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

Từ kết quả mô phỏng ở Bảng 1 và Bảng 2, sai số xác lập giảm gần về 0 khi Đồ thị đáp ứng gần trùng với đường tín hiệu đặt khi

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

Từ các kết quả thí nghiệm ở Bảng 5 và Bảng 6, sai số xác lập khi có khâu PI giảm so với khâu P

Đồ thị đáp ứng ngõ ra khi tín hiệu vào là hàm nấc, trong trường hợp điều khiển vận tốc,

có bị nhiễu do ảnh hưởng của môi trường phòng thí nghiệm, và khoảng cách sai số nhỏ hơn khi

nhiễu do tác động của môi trường.

BÀI 3:KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ

Ngày thực hiện thí nghiệm:11/06/2020

I.Kết quả thí nghiệm:

1 Điều khiển tốc độ động cơ DC:

a Khảo sát ảnh hưởng của tham số K p :

hình 1 2

hình 1 3

hình 1 4

b Khảo sát ảnh hưởng của tham số K I :

hình 2 1

hình 2 2

hình 2 4

hình 2 5

c Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu T:

hình 3 2

hình 3 3

hình 3 4

2 Điều khiển tốc độ động cơ DC:

a Khảo sát ảnh hưởng của tham số K p :

Thời gian

Không xáclập

Đồ thị 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5

hình 4 1

hình 4 3

hình 4 4

hình 4 5

o Bảng 5 K0.25hảo sát ảnh hưởng của tham số K I (K P =0.02, K D =0)

hình 5 1

hình 5 2

hình 5 4

hình 5 5

c Khảo sát ảnh hưởng của tham số K D :

hình 6 1

hình 6 2

hình 6 3

hình 6 4

d Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu T:

Đồ thị 7-1 7-2 7-7 7-4 7-5

hình 7 1

hình 7 3

hình 7 4

hình 7 5

1 Dựa vào các kết quả thí nghiệm ở mục 1, nhận xét ảnh hưởng của các tham số K p ,

K I và thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ

 Ảnh hưởng của các tham số Kp đến tốc độ động cơ là:

 Thời gian lên giảm từ 0.02 đến 0.05 nhưng sau đó tăng đều

 Thời gian xác lập giảm

 Độ vọt lố tăng nhưng không ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ thống

 Sai số xác lập giảm

 Ảnh hưởng của các tham số KI đến tốc độ động cơ là:

 Thời gian lên giảm

 Thời gian xác lập giảm

 Độ vọt lố tăng có thể làm hệ thống mất ổn định

 Sai số xác lập được loại bỏ

 Ảnh hưởng của các thời gian lấy mẫu đến tốc độ động cơ là:

 Thời gian lên thay đổi nhỏ

 Thời gian xác lập thay đổi nhỏ

 Độ vọt lố tăng sẽ làm thay đổi độ ổn định của hệ thống

 Sai số xác lập được loại bỏ

2 Dựa vào kết quả thí nghiệm ở mục 2, nhận xét ảnh hưởng của các tham số K p , K I

,K D và thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống điều khiển vị trí động cơ

 Ảnh hưởng của các tham số Kp(khi tăng dần) đến vị trí động cơ là:

 Thời gian lên là 0.775s nhưng khi càng tăng thời gian thì thời gian lên không thay đổi

 Thời gian xác lập tăng

 Độ vọt lố tăng => POT>50% hệ thống mất ổn định

 Sai số xác lập lớn giảm về 0

 Đặc biệt, khi tăng Kp quá lớn thì hệ thống không còn xác lập

 Ảnh hưởng của tham số KI(khi tăng dần) đến tốc độ động cơ là:

 Thời gian lên thay đổi nhỏ

 Thời gian xác lập tăng ít

 Độ vọt lố tăng nhanh từ 42.8% (>50%) đến 72.7% => tăng độ mất ổn định của hệ thống

 Sai số xác lập lớn giảm về 0

 Ảnh hưởng của tham số KD mẫu (khi tăng dần) đến tốc độ động cơ là:

 Thời gian lên thay đổi nhỏ

 Thời gian xác lập thay đổi nhỏ

 Độ vọt lố giảm nhanh từ 65.5%(>50%) giúp cho hệ thống từ mất ổn định

=> ngày càng ổn định

 Sai số xác lập nhỏ và thay đổi ít

 Ảnh hưởng của các thời gian lấy mẫu (khi tăng dần) đến tốc độ động cơ là:

 Thời gian lên thay đổi nhỏ

 Thời gian xác lập thay đổi nhỏ

 Độ vọt lố tăng từ 20.9%(<50% hệ thống ổn định) đến 47.6% (hệ thống mất ổn định)

 Sai số xác lập nhỏ và tăng ít

Ngày thực hiện thí nghiệm:18/06/2020

2 Điều khiển PID theo phương pháp Ziegler-Nichols

Bảng 2 Hàm truyền bộ điều khiển PID

Bảng 5 Chất lượng hệ thống điều khiển

Bộ điều khiển Thời gian xác lập (s) Độ vọt lố (%) Sai số xác lập

Đồ thị:

hình bộ điều khiển P

hình bộ điều khiển PID

1 Từ bản số liệu ở Bảng 1, viết hàm truyền của lò nhiệt theo (1)?

G (s)= 2.517e 580.6 s −80 s

+1

2 Dựa vào kết quả thí nghiệm ở mục 2 Nhận xét chất lượng của hệ thống (độ vọt lố, thời gian quá độ, sai số xác lập) cho bộ điều khiển P, PID Bộ điều khiển nào là tốt nhất? Tại sao?

 Ta thấy khi chỉ dùng khâu P thì thời gian quá độ và độ vọt lố nhỏ nhưng sẽ làm cho exl khá lớn Còn khi ta dùng bộ điều khiển PID thì giúp ta giảm mạnh exl nhưng độ vọt lố và thời gian quá độ sẽ cao hơn bộ điều khiển P một ít.Vậy bộ điều khiển tốt nhất là bộ điều khiển PID vì nó giúp ta giảm sai số xác lập, độ vọt lố và thời gian quá độ cũng nằm trong khoảng cho phép

Bài 5 Điều khiển hồi tiếp biến trạng thái

Lần chạy K f Đ vọt lốộ Sai số xác lập T/g xác lập

o Hình ảnh sau khi chạy biên dịch

Hình 2.2 Kết quả biên dịch với K f = [0 0 0.5 0]

Hình 2.5 Kết quả biên dịch với K f = [0 0 10 0]

Hình 2.7 Kết quả biên dịch với K f = [0 0 10 0.05]

Hình 3.2 Kết quả biên dịch với K f = [0.5 0 0 0]

Hình 3.4 Kết quả biên dịch với K f = [1.5 0 0 0]

Hình 3.6 Kết quả biên dịch với K f = [1 0.001 0 0]

Hình 3.8 Kết quả biên dịch với K f = [1 0.005 0 0]

Hình 3.11 Kết quả biên dịch với K f = [1 0 0 0.01]

Hình 3.12 Kết quả biên dịch với K f = [1 0 0 0.02]

Hình 3.15 Kết quả biên dịch với K f = [1 0 0 0.2]

II Báo cáo, nhận xét kết quả thí nghiệm.

1 Từ bảng số liệu ở Bảng 3 và Bảng 4, viết phương trình biến trạng thái hệ xe – lò xo theo (3)?

2 Dựa vào kết quả thí nghiệm ở Mục 5.2, nhận xét ảnh hưởng của từng hệ số K f 3 , K f4 lên ch ất lượng hệ thống?

K f 3 làm tăng POT%, exl và Txl giảm ít

K f 4 làm giảm POT%, exl giảm nhiều và Txl nhìn chung không thay đổi nhiều

chất lượng hệ thống?

K f 1 làm tăng POT%, exl và Txl giảm

K f 2 làm POT% giảm ít, exl và Txl tăng

K f 4 làm POT% giảm nhiều, exl và Txl nhìn chung không thay đổi nhiều