BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 5 QUẠT VÀ TẤM PHẲNG

Mô hình quạt và tấm phẳng chứa rất nhiều thông số ảnh hưởng đến hệ thống như: thời hằng motor, thời gian trễ của luồng khí, cực cộng hưởng và đặc biệt là chịu sự ảnh hưởng của nhiễu động lớn. Ngoài ra, mô hình này là một mô hình phi tuyến, cho phép sinh viên có thể khảo sát hệ thống ở các điểm làm việc khác nhau. Trong bài thí nghiệm này, sinh viên tập trung khảo sát các vấn đề sau: • Liên hệ giữa tốc độ quay của motor và lực đẩy của quạt. • Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trễ lên chất lượng và đáp ứng của hệ thống. • Khảo sát và thiết kế bộ điều khiển PID xung quanh điểm làm việc tĩnh. Khảo sát ảnh hưởng của các đặc tính phi tuyến của hệ thống lên chất lượng điều khiển. • Xây dựng biểu đồ Bode choMô hình quạt và tấm phẳng chứa rất nhiều thông số ảnh hưởng đến hệ thống như: thời hằng motor, thời gian trễ của luồng khí, cực cộng hưởng và đặc biệt là chịu sự ảnh hưởng của nhiễu động lớn. Ngoài ra, mô hình này là một mô hình phi tuyến, cho phép sinh viên có thể khảo sát hệ thống ở các điểm làm việc khác nhau. Trong bài thí nghiệm này, sinh viên tập trung khảo sát các vấn đề sau: • Liên hệ giữa tốc độ quay của motor và lực đẩy của quạt. • Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trễ lên chất lượng và đáp ứng của hệ thống. • Khảo sát và thiết kế bộ điều khiển PID xung quanh điểm làm việc tĩnh. Khảo sát ảnh hưởng của các đặc tính phi tuyến của hệ thống lên chất lượng điều khiển. • Xây dựng biểu đồ Bode cho

Trong bài thí nghiệm này, sinh viên tập trung khảo sát các vấn đề sau:

• Liên hệ giữa tốc độ quay của motor và lực đẩy của quạt

• Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trễ lên chất lượng và đáp ứng của hệ thống

• Khảo sát và thiết kế bộ điều khiển PID xung quanh điểm làm việc tĩnh Khảo sát ảnhhưởng của các đặc tính phi tuyến của hệ thống lên chất lượng điều khiển

• Xây dựng biểu đồ Bode cho hệ thống Từ đó xây dựng bộ điều khiển đảm bảo chấtlượng điều khiển dựa trên phương pháp biểu đồ Bode

III.2 Chuẩn bị thí nghiệm:

•Khảo sát đáp ứng của hệthống trong ba trường hợp đối với thời gian trễ τ = 0 , τ = 0,02s và τ

=0,1s

- Mô hình động cơ:

-Mô hình dòng khí đi từ tấm quạt đến cánh phẳng:

-Mô hình mô tả lực tác động lên tấm phẳng:

*Nhiễu tác động lên hệthống là nhiễu trắng với công suất là 0.001

Page 1 of 22 Page 1 of 22

* Sơ đồ thiết kế:

*τ = 0:

*τ = 0,02:

Page 2 of 22 Page 2 of 22

*Thiết kế ta chọn được: Ki = 1, KD = 2.

IV THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ.

IV.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát vật lý hệ thống:

Page 5 of 22 Page 5 of 22

Page 6 of 22 Page 6 of 22

Bảng 2: Liên hệ giữa tốc độ quạt và góc nghiêng của tấm phẳng trường hợp 1

Đồ thị của K1 gần như là đường thẳng nằm ngang, hay ta có thể nói K1 không phụ thuộc vào điện

áp và tốc độ, còn K0 có xu hướng tăng ở điện áp 12v sau đó thì giảm và tăng nhẹ ở điện áp 16v sau đó tiếp tục giảm

IV.1.2 Trường hợp 2

Đặt quạt ở vị trí 2 như Hình 3, thay đổi tốc độ của quạt từ thấp đến cao, xác định góc nghiêng của tấm phẳng, ghi giá trị vào Bảng 3

Page 7 of 22 Page 7 of 22

Page 8 of 22 Page 8 of 22

Bảng 3: Liên hệ giữa tốc độ quạt và góc nghiêng của tấm phẳng trường hợp 2

Đồ thị của K1 gần như là đường thẳng nằm ngang, hay ta có thể nói K1 không phụ thuộc vào điện

áp và tốc độ, còn K0 có xu hướng tăng ở điện áp 8v sau đó thì giảm

Page 9 of 22 Page 9 of 22

***Nhận xét chung: K1 dường như là một hằng số không đổi trong suốt quá trình, còn k0 có xu hướng giảm dù đã tăng ở một vài vị trí nhưng không đáng kể.

IV.2 Thí nghiệm 2: Thiết kế bộ điều khiển PID dùng phương pháp Ziegler-Nichols

Thông số Bộ điều khiển

Thông số Bộ điều khiển

Kp = Kp1 = 56088

Ki = Ki1 = 0.35875

Kd = Kd1 = 0.0896875

Page 12 of 22 Page 12 of 22

Thời gian xác lập là 12.5 s

IV.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số điều khiển:

Khảo sát ảnh hưởng của các thông số lên hệ thống trong trường hợp Quạt đặt ở vị trí 1

1 Ảnh hưởng của Kp

Page 13 of 22 Page 13 of 22

Page 14 of 22 Page 14 of 22

Thí nghiệm Ki=K i0 /2 Ki Ki = 2×Ki0

Thí nghiệm Kd=K d0 /2 Kd Kd = 2×Kd0

Nhận xét ảnh hưởng của Kd đến chất lượng hệ thống: độ vọt lố giảm khi tăng Kd

IV.2.4 Khảo sát kết quả điều khiển ở các góc đặt khác nhau

Đặt quạt ở vị trí 1 như Hình 2, với thông số điều khiển PID trong trường hợp IV.2.1.1, xácđịnh đáp ứng của hệ thống cho các trường hợp góc đặt mong muốn là θd = 50,10 ,0 150

Page 17 of 22 Page 17 of 22

Page 18 of 22 Page 18 of 22

IV.3 Thí nghiệm 3:

IV.3.1 Trường hợp 1:

Đặt quạt ở vị trí 1

Vẽ đáp ứng, tìm các thông số tương ứng và điền vào Bảng 4

Bảng 4: Khảo sát biểu đồ Bode trong trường hợp 1

Đặt quạt ở vị trí 2 như Hình 3, Vẽ đáp ứng, tìm các thông số tương ứng và điền vào Bảng 5

Bảng 5: Khảo sát biểu đồ Bode trong trường hợp 1

V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

1 Trình bày kết quả mô phỏng mục III.2 Chuẩn bị thí nghiệm:

Đã trình bày trong phần chuẩn bi

2 Vị trí quạt ảnh hưởng như thế nào đến hệ số k ở IV.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát vật lý hệ

thống:

Vị trí quạt không làm ảnh hưởng đến K1, còn K0, vị trí thứ nhất thì K0 giảm ổn định hơn ở

vị trí thứ 2, vì ở vị trí thứ 2 K0 tăng giảm nhiều lần nhưng nhìn chung thì nó vẫn giảm

3 Vị trí quạt ảnh hưởng như thế nào đến Kgh và T u ở IV.2 Thí nghiệm 2: Thiết kế bộ điều

khiển PID dùng phương pháp Ziegler-Nichols

 Kgh ở vị trí thứ nhất bé hơn so với Kgh ở vị trí thứ 2 ( lần lượt là 0.846 và 0.934)

 Tu ở vị trí thứ nhất lớn hơn so với Tu ở vị trí thứ 2 ( lần lượt là 0.786 và 0.7175)

4 Ảnh hưởng của các thông số Kp Ki Kd, , ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng điều khiển

của hệ thống IV.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số điều khiển: So sánh với kết quảkhảo sát mô phỏng?

 Sai số xác lập hầu như bằng 0.

So với kết quả khảo sát mô phỏng ta thấy gần chính xác vì có sự sai số trong khi đo đạc

5 Nhận xét chất lượng điều khiển khi trong trường hợp điều khiển cho các điểm làm việc tỉnhkhác nhau ở IV.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số điều khiển: Giải thích?

 Khi ta điều khiển các thông số quanh điểm làm việc tĩnh, có những thông số sẽ giúp thời gian quá độ nhanh hơn nhưng POT lại lớn hoặc sai số xác lập cao, một số trường hợp thì POT thấp nhưng các thông số khác không được tốt Nếu để làm việc ở chế độ của điểm tĩnh thì sẽ hài hòa được giữa các chỉ số

6 Xác định đỉnh cộng hưởng, tần số cộng hưởng ở IV.3 Thí nghiệm 3: Xác định hàm truyềncủa hệ thống trong 2 trường hợp

 Đỉnh cộng hưởng ở khoảng tần số 8 rad/s

7 Tính độ dự trữ biên, pha của hệ thống Thiết kế bộ điều khiển dựa trên kết quả khảo sát

trong trường hợp quạt ở vị trí 1 để đảm bảo GM >10dB, Φ >M 450

Thiết kế khâu sớm pha: