Báo cáo kết quả thực hành thực hành kỹ thuật Điều khiển tự Động

đáp ứng quá độ để đánh giá chất lượng hệ - Với giá trị K tìm được ở câu d.. Trong thực tế ra không thể thực hiện bộ đi `âi khiển ON-OEE như vậy vì bộ điểu khiển chỉ có khả năng đáp ứng t

BỘ CÔNG THƯƠNG

RƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TU

BAO CAO KET QUA THUC HANH THUC HANH KY THUAT DIEU KHIEN TU DONG

BÀI 1:

PHAN TICH HE THONG DIEU KHIỂN TỰ ĐỘNG

IV THi NGHIEM

1 Tim ham truyén tương đương của hệ thống e© Thí Nghiệm 1: Bằng cách sử dụng các lệnh cơ bản conv, tf, series, parallel, feedback dé tim biéu thức hàm truyền tương đương của hệ thống sau:

G3 = f([1 0].[1 2 8]) G12 =parallel(G1,G2) G123 = series(G12,G3) G= feedback(G123,1) Két qua:

>> thinghieml

Gl =

2s7+1 2s*2+9s +10

Continuous-time transfer function

Model Properties

fe

e _ Thí nghiệm 2: Tìm hàm truyền tương đương của hệ thông sau

5 Kết quả:

Chương trình:

G1=tf((2 1],conv([1 8 15],[1 2])) G2=tf(1 [1 0])

G3=tf((1 1].[1 1 1])

G4=ff([1 1.01)

G12=parallel(G1,G2) G34=feedback(G3 ,G4) G1234=series(G12,G34) G=feedback(G1234,1)

Kết quả:

> Mục đích Khảo sát đặc tính của hệ thống tuyến tính có hệ số khuếch đại K thay đổi, tìm giá

trị giới hạn Kgh để hệ thống ỗn định

> Thí nghiệm

Khảo sát hệ thống phản hồi âm đơn vị có hằm truyền vòng hở:

_ K (s + 3)(s? + 8s + 20)

a Vé@ QPNS cua hé théng Dua vao QPNS tim Kgh cua hé théng, chi ro gia tri nay trénQ PNS

Để hệ thống tẦà số giao động tự nhién Frequency = 4 thi ta chon K=52,4

Real Axis (seconds'†) Cầu c:

> Mục đích Dựa vào các tiêu chuẩn sai số xác lập đáp ứng quá độ để đánh giá chất lượng hệ

- Với giá trị K tìm được ở câu d vẽ đáp ứng quá độ của hệ thống vòng kín với đầu vào hàm nắc đơn vị trong khoảng thời gian t = 0-5s từ hình vẽ, tìm

độ vọt lố và sai số xác lập của hệ thông Kiểm chứng lại hệ thống có POT =

Vé dap tng qua do 6 cau b và c trên cùng một hình vẽ Chú thích trên hình

vẽ đáp ứng nào là tương ứng với k đó Lưu hình vẽ này để viết báo cáo

num =

1 s*3 + 11 s*2 + 44 5 + 60 Continuous-time transfer function

Model Properties

s*3 + 11 s*2 + 44s + 488 Continuous-time transfer function

fe >>

File Edit View Insert Tools Desktop Window Helo

MO PHONG VA DANH GIA CHAT LUOQNG HE THONG

TY Thí nghiệm mô phông

1 Khảo sát hệ hở, nhận dạng hệ thống theo mô hình Ziegler — Nichols Xây dựng mô hình điều khiến như sau:

Kết quả:

- _ Chương trình:

>> plot(out.OutputTN1 time,out.OutputTN 1 signals.values) grid on

- Chuwong trình:

>> plot(out.OutputTN1 time,out.OutputTN 1 signals.values)

- Chuwong trình:

>> plot(out.OutputTN1 time,out.OutputTN 1 signals.values)

Vùng trễ càng lớn thì sai số ngõ ra càng lớn, chu kỳ đóng ngắt càng lớn và ngược lại.Để sai

số ngõ ra giảm xuống xấp xỉ bằng 0, thì vùng trễ phải giảm xuống bằng 0, lúc đó chu kỳ đóng ngắt xấp xỉ bằng 0 tn số đóng ngắt tăng lên rất lớn Trong thực tế ra không thể thực hiện bộ

đi `âi khiển ON-OEE như vậy vì bộ điểu khiển chỉ có khả năng đáp ứng tần số giới hạn, và hoạt động với tn số đóng ngất quá cao làm cho lưới điện cung cấp không đáp ứng được, làm hỏng lưới điện

của bộ đi`âi khiển, và phải đủ nhỏ để

phù hợp vơi yêu cân thiết kế ( giảm sai

số ngõ ra)

3 Khảo sát mô hình điều

khién nhiệt độ dùng pương pháp điều khiên PID

bộ đit khiển PID

- So sánh chất lượng của hệ thống khi sử dụng phương pháp đi`ât khiển ON-OFE và phương pháp đi ầi khién PID

- Phương pháp ON/OFE phù hợp cho các hệ thông đơn giản, không yêu cân

độ chính xác cao, ưu tiên chi phí thấp va dé tin cay cao

- Phuong phdp PID phù hợp cho các hệ thống phức tạp yêu c ầi độ chính xác cao, hiệu suất hệ thống tốt và có thể chấp nhận chi phi cao horn Việc lựa chọn phương pháp nào sẽ phụ thuộc vào các yêu tố cụ thể của từng hệ thông như:

mức độ chính xác c3 thiết, hiệu suất hệ thống mong muốn, chỉ phí thiết kể và vận

BÀI 4 UNG DUNG MATLAB THIET KE BO DIEU KHIEN CHO CAC HE THONG TU DONG

IV THI NGHIEM

1 Thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm pha

2 Thiết kế bộ hiệu chỉnh trễ pha

K*v = limsC(s)G(s) = 100 x—0

pc-B”1/BT=0.1

1+ 10s

=C(s)=1x

Kết quả:

-_ Chương trình:

plot(out.ScopeData.time,out.ScopeData.signals.values) grid on

BÀI 3:

MO PHONG VA DANH GIA CHAT LƯỢNG HỆ THÓNG ĐIÊU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

Qua quá trình thứ sai nhiều con số khác nhau với giá trị 1200 thì không đạt được kết quả như mong muốn (khoảng giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu đặt cách nhau quá lớn) nên ta giảm xuống

120 và stop time = 100s để thu hẹp khoảng cách giữa 2 tín hiệu từ đó thấy rõ được exl, POT và txl

Khi chúng ta tăng giá trị Kp lên (5 đến 200) thì

-Sai số xác lập exI sẽ nhỏ lại ( nhưng không đáng kể khoảng từ 80-100)

-Thoi gian xác lập sẽ không thay đổi đáng kể

Kp = 25, POT = 0%

Kp = 80, POT = 0%

Kp = 100, POT = 0%

Ta thấy được khoảng Kp từ 80-200 tín hiệu sẽ đạt 119.8 tiệm cận với mức tốc độ đặt là 120 Vậy ta có thể sử dụng khoảng Kp này để có thể tiếp tục hiệu chỉnh những khâu sau của bộ PI,PID

Khi chúng ta thay đổi giá trị Ki thì ta thấy được

-Khâu PI có đặc điểm của khâu hiệu chỉnh trễ pha

-Độ vọt lố tăng dần nhưng không đáng kể

-exI ta thấy nó giảm dần v0, sự ổn định vượt quá exI ban đầi

-txl thay đổi nhưng không đáng kể

*So sánh chất lượng hệ thống dùng hệ chỉnh P và PI thì thời gian 2 hệ thống không thay đối đáng kể,

Với Kp=100

Kc0,5

*Nhận Xét: bộ đi âi chỉnh PID có các ưu điểm và nhược điểm của 2 khâu P và PỊ

Nếu đã có các thông số KP, KI đã đựơc chọn trước ((ta chọn Ki=5,kp=5) thì việc lựa chọn KDphải phù hợp để thoả mãn yêu cầi v`POT, txl nếu tăng KD quá lớn lại làm cho hệ thống có chất lượng trở nên xấu

Độ lọt vố khâu PID có dấu hiệu giảm , thơi gian xác lập không thay đổi đáng kể , exl nó vượt qua exl ban đầi

dẫn đến trưởng hợp ra âm

Với Ki=0.5, Kp=100

Kd=0.1

Kd 2

Khâu P cho thấy ảnh hưởng đến quá trình lọt vố của hệ thống , khi Kp quá lớn hệ thống sẽ mất ổn định Khâu PI ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ thống

Để có 1 bộ PID tốt thì phải lựa chọn phù hợp cả 3 thông số KP, KI, KD, như vậy ta sẽ được I hệ thống có chất lượng tốt(nếu không chất lượng hệ thống sẽ đạt như không mong muốn)

Để có được hệ thống tốt ta c3n lựa chọn thông số Kp, Ki,kd để đạt hệ thống tốt

-Giảm sai số xác lập, giảm vọt lố, giảm thời gian quá độ -Giảm gây nhiễu khi

tân sốquá Ca0

- Giảm được sự thay đối đột ngột ở ngõ ra của bộ PID nên hệ thống đi`âi chỉnh được mượt

; kéo dài tuổi thọ của đối tượng mà hệ đi`âi khiển

©) Khảo sát hệ thống sử dụng khâu hiệu P (Ki=0, kd=0), tính độ vọt lố , sai số xác lập ,thời gian xác

2 0.064%

0

5 8.472%

0.1

10 12.6%

0.108 7.3928

Khi ta tăng kp thì độ vọt lố có dấu hiệu tăng nhưng khi đến khoảng nào nữa nó không contăng -Thời gian xác lập giảm

-exI bằng không

-Nếu kp tăng quá lớn thì hệ thống sẽ dao động và có khả năng không ổn định

-Khâu tích phân tham gia làm chậm quá trình quá độ

P(Ki=0 , kd=0, kp=1)

P(Ki=0 , kd=0, kp=1.9) Téi wu vi khi xac dinh exl nhé nhat, POT nhé nhat va txl nhénhat

P(Ki=0, kd=0, kp=2)

P(Ki=0, kd=0, kp=5)

P(Ki=0 , kd=0, kp=10)

-Độ lọt vố tăng rất cao khi ta tăng ki

-_ khâu PI có đặc tính của khâu hiệu chỉnh trễ pha làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt lố vàlàm giảm sai số

hệ thống

Với Kp=l.9

Hiệu chỉnh Ki=0,002

Nhận xét:

Khi Ki tăng

POT tăng, txÌ tấng => hệ thống khó ổn định(mất ổh định nếu Ki tiếp tục tăng)

0.067 35.35

15 0.09% 0.092 45.85

h.Nhận xét ảnh hưởng của các khâu P, I, D lên chất hrợng hệ thống Mỗi khâu P, I, D rong bộ điều khiến PID đều đóng vai trò quan trọng và ảnh hưởng đến chất lượng hệthồng theo những cách khác nhau:

e KhâuP:

o _ Tăng tốc độ đáp ứng, giảm thời gian trễ và sai số ốn định o_ Tuy nhiên, có thể gây dao động và tăng độ nhạy cảm với nhiễu

e Khaul:

o Loại bỏ sai số 6n định và cải thiện độ chính xác

o Nhung có thể làm tăng thời gian đáp ứng và gây tràn tích phân

e KhauD:

o Giam đao động, tăng độ ỗn định và tốc độ đáp ứng

của từng khâu và điềuchỉnh tham số phù hợp Việc kết hợp các khâu này có thểtao

ra bộ đi`âi khiển PID tối ưu cho từng hệ thốngcụ thể

BÀI TẬP CÁ NHÂN:

KHAO SAT HE THONG DIEU KHIEN DONG CO DC

IV THi NGHIEM

Frequency

laeøs4ar |

Right-click to add cr delete poles/zeros

Khâu hiệu chỉnh sớm pha

us Editor for LoopTransfer_C

[Pal untitied ` [Pa] Subsystem

69 1 CG) > +815 s+71

"Parameter tunability’ controls the runtime tunability level for zeros,

poles and gain

"Auto': Allow Simulink to choose the most appropriate tunability level

‘Optimized’: Tunability is optimized for performance

"Unconstrained': Tunability is unconstrained across the simulation

targets

Parameters Zeros:

Absolute tolerance:

auto State Name: (e.g., 'position’)

File Tools View Simulation

eon eo ethaliisa

Ready Sample based T=1.000

D Gthi ham dốc của bộ thiết kế sớm pha

51

Select a singh row to cớit v9

L

Real Axis

ero-Pole

Matrix expression for zeros Vector expression for poles

and gain Output width equals the number of columns in

'Parameter tunability' controls the runtime tunability

level for zeros, poles and gain

tunability level

‘Optimized’: Tunability is optimized for performance

‘Unconstrained': Tunability is unconstrained across the