Bài thí nghiệm 2 ứng dụng simulink mô phỏ g và Đánh giá chất lượng hệ thống

Lưu ý rằng giá trị này không làm thay đổi cấu trúc của hệ thống mà chỉ hỗ trợ việc quan sát tín hiệu.. Nhận xét sự ảnh hưởng của vùng trễ đến sai số ngõ ra và chu ky đóng ngắt của khâu

BAG

`

BAI

PHO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

UNG TÂM TƯ VẤN & HỖ TRỢ SINH VIÊN

U Bed oniversiry OF CAO

HOCHIMINH CITY

MON: THUC HANH DKTD

Hi NGHIEM 2: UNG DUNG SIMULINK MO

G VA DANH GIA CHAT LUQNG HE THONG

Giang vi

Nhom th

Lop: DH

T

hướng dẫn: Hoàng Đình Khôi

hiện: Nhóm 6

116D - 420300068704

Thanh vién

Dang Hiru Thang -20085021

Dang Quang Minh-20061821

Nguyễn Đức Phước-20086491

Huỳnh Anh Tú -20091761

6 Chi Minh,25 tháng 11 năm 2022

TII.1 Khao ‘Sat mo Hình he thong dieu Khiêm nhiệt độ:

HIL.1.a Khảo sát hệ hỏ, nhận dạng hệ thống theo mô hình Ziegler-Nichols:

e Thí nghiệm:

Dùng SIMULINK xây dựng mô hình hệ thống lò nhiệt vòng hở như sau:

30s+1 120s+1

Step Transfer Fon Transfer Fon1 Scope

Mo hinh khao sat vũng ho

Step: 1a 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 va 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 trị L,T vừa tìm được với giá trị của mô hình lò nhiệt tuyến tính hóa

BÀI LÀM

- 1 300

30s +1 120s +1

«4 File Tools View Simulation Help »

@-|$@b®.s-.a- 7)-#4-

250

< 7 >

tị

< 7

100 | #

/ X——

/ | Diem von

L=20

T=180

Tl @h #nhiêêu so với L

HL.1.b Khảo sát mô hình điều khiển nhiệt độ ON-OFF:

e Thí nghiệm:

Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ ON-OFF như sau:

—— L>» =" = > (J

30s+1 120s+4

Transter Fon Transter Fon Scope

Step Relay

Gain

Mo hinh he thong dieu khien nhiet do ON-OFF

Trong đó:

e©_ Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(U = 100 (nhiệt độ đặt 100oC)

e©_ Khối Relay là bộ điều khiển ON-OFE

e- Giá 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 tỉme = 600s để 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 bảng Sau:

Vùng trễ Ngồ ra cao Ngồ ra thấp

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

+1/-1 1 (céng suat 100%) | 0 (céng suat 0%) +5/-5 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:

Vùng trễ Ael -Ae2 Chu t (s)

+1/-1

+5/-5

+10/-10

+20/-20

Nhận xét sự ảnh hưởng của vùng trễ đến sai số ngõ ra và chu ky 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 +Ae1 /-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 nhiêu? Chu kỳ đóng ngắt lúc này thay đổi như thế nào? Trong thực tế, ta thực hiện bộ

điều khiển ON-OFE như vậy có được không? Tại sao? Vùng trễ lựa chọn bằng bao

nhiêu là hợp lý Hãy giải thích sự lựa chọn này

BÀI LÀM

untiled2

= Ob f=} La} eae | {O

1/-1

9-'6@b® %- a- 1- #-

+5/-5

I@-| $@ b ®|®- a -|E]-| # tÄ-

+10/-10

4) Scope x o x

@ -| $ @ b ®@|#- -|[E]-| # Lä-

+20/-20

File Tools View Simulation Help =

@-\@6O0v@\2-\a-\0-|\#@-

D

- Dé sai số của ngõ ra xấp xỉ bằng 0 thì ta thay đôi giá trị vùng trễ bằng 0.000 1/- 0.001

- Chu kì đóng ngắt theo thời gian

- Trong thực tế, ta KHÔNG thực hiện bộ điều khiển ON-OFEFE

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

HLI.c Khảo sát mô hình điều khiến nhiệt độ dùng phương pháp Ziegler-Nichols (điều khiến PID):

Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ PID như sau:

30s+1 120s+1 Transter Fon Transter Font

Gain

Mo hinh he thong dieu khien nhiet do PID

Trong đó:

e©_ Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u() = 100 ( tượng trưng nhiệt độ đặt 100oC)

® Khâu bảo hòa Saturation có giới hạn là upper limit = 1, 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 hinh 1d nhiét tuyén tinh héa

a Tinh giá trị các thông số KP, KI, KD của khâu PID theo phương pháp Zicgler- Nichols từ thông số L và T tìm được ở phần IH.1.a

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

chon lai 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 số L và T tìm được ở phần II l.a:

PID(s) = K, + Eryx

ổ Với:

“7 * LK = 20+300 =0.036 e

K

*;=05⁄=(.5*0.036*20=0.36

Ss

Q

k3

a

=

J

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

| PID 1dof (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 > Form: Parallel

Time domain: Discrete-time settings

© Continuous-time

Sample time (-1 for inherited); -i

© Discrete-time

» Compensator formula

piriyp

1+N

s

Main Initialization Output Saturation DataTypes State Attributes

+ Controller parameters

Source: internal

Proportional (P): 0.036

Integral (1): 0.0009

Derivative (D): 0.36

Use filtered derivative

Filter coefficient (N): 1

OK Cancel Help Apply

PID 1dof (mask) (link)

Simulink Control Design)

Controller: PID

Time domain:

© Continuous-time

© Discrete-time

Y Compensator formula

Main _ Initialization

Controller parameters

Source: internal

Proportional (P): 0.036

Integral (I): 0.0009

Derivative (D): 0.36

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

y Form: Parallel Discrete-time settings Sample time (-1 for inherited):

P+I`+D—^—

Output Saturation DataTypes State Attributes

OK Cancel Help Apply

10

C Nhận xét về chất lượng ngõ ra ở 2 phương pháp điều khiên PID và ON-OFF

Nhận xét:kết quả hoàn toàn như ta mong muốn, hệ thống nhanh chóng đạt giá trị đặt Phương pháp điều khiên ON-OFF thì tín hiệu ra luôn dao động quanh giá trị đặt

Phương pháp PID cho chất lượng tốt hơn phương pháp ON-OFF

H2 Khảo sát mô hình điều khiến tốc độ, vị trí động cơ DC:

HL2.a Khảo sát mô hình điều khiến tốc độ động cơ DC:

e Thí nghiệm:

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

11

Transter Fon Transfer Fen1

PID Controller Saturation

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 time = 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 sau:

POT

e

Nhận xét chất lượng của hệ thống thay đổi như thế nào khi KP thay đổi 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 thời xác lập của ra theo sau:

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

Nhận xét chất lượng của hệ thống thay đối như thế nào khi KD thay đối Giải thích So sánh chất lượng của bộ điều khiển PID với bộ điều khiển P, PI

d Nhận xét ảnh hưởng của các khâu P, I, D lên chất lượng của hệ thống

13