Thiết kế bộ điều khiển PID.

Báo Cáo Đồ Án I Yêu cầu Cấu trúc động điện chiều Gồm phần: phần tĩnh (stato) phần động (roto) a Phần tĩnh (stato) Gồm phận sau: - Cự từ chính: phận sinh từ trường, gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ + chặt Lõi sắt cực từ làm thép ký thuật điện dày 0,5-1 mm ép lại tán + Dây quấn kích từ quấn dây đồng cách điện Trong máy công suất nhỏ, cực từ nam châm vĩnh cửu Trong máy cơng suất trung bình lớn, cự từ nam châm điện - Cực từ phụ: đặt cực từ dùng để cải thiện điều kiện làm việc máy điện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ khối ghép thép tùy theo chế độ làm việc Xung quanh cực từ phụ đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ nối với dây quấn phần cứng - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cụm từ đồng thời làm vỏ máy b Phần động (roto) Gồm phận sau: - Lá thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng ghép kỹ thuật diện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây lên Trong máy điện nhỏ, lõi thép phản ứng đucợ ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, trục lỡi sắt có đặt giá roto - Dây quấn phần ứng thường làm đồng cách điện Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật - Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng chiều - Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ngồi 2 Nguyên lý làm việc Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp kích từ Uk dây quấn kích từ xuất dòng kích từ ikt làm xuất từ thơng Tiếp đặt giá trị điện áp U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dòng điện i chạy qua Tương tác dòng điện phần ứng từ thơng kích thích tạo thành mơmen điện từ 3.Mơ tả tốn học động chiều Mơ hình tốn J=0.02 (kg/N.m2) – Momen qn tính roto b=0.15 (N.m.s) – số ma sát Ke= 0.03 (V/rad/s) – số suất điện động Kt= 0.03 (N.m/Amp) – số momen quay R=1,5 L=0.6 H Phương trình cân điện áp: U=L di + Ri = V − Keθ& dt (1) Momen động cơ: &+ bθ& M = Kt.i = Jθ& (2) Từ (1) (2) ta có: di + Ri + Keθ& dt (1) => (2) => Kt.i = Jθ&&+ bθ& V =L Đặt: K=Ke=Kt Chuyển qua miền ảnh Laplace ta có: s ( Js + b )θ ( s ) = KI ( s ) (3) ( Ls + R ) I ( s) = V − Ksθ ( s ) (4) Từ (3) ta có : ( Ls + R )  I (s) = s ( Js + b) θ ( s) K thay vào (4) ta có: s( Js + b) θ ( s) = V ( s) − Ksθ ( s ) K s ( Ls + R )( Js + b) + K  θ ( s ) = KV ( s ) θ ( s) K = V ( s) s  ( Ls + R )( Js + b) + K   θ&( s) K =  V ( s ) ( Ls + R)( Js + b) + K θ&( s ) K = V ( s) ( Ls + R )( Js + b) + K Vậy hàm truyền hệ thống là:  rad / s   V  2.2 Khảo sát hàm truyền Hàm truyền hệ thống 1.139 s + 1.139 s + 0.3348 G (s) = 32 s + 48s + 25.34 s + 5.339 s + 0.3348 Khảo sát tính ổn định hệ thống bảng Routh Ta có: Đa thức đặc trưng hệ thống kín A( s) = 32s + 48s + 25.34 s + 5.339 s + 0.3348 λ1 = 0.3348 C11 = A0 = 0.3348 C12 = A2 = 25.34 λ2 = 5.339 λ3 = 0.063 C13 = A4 = 32 C22 = A1 = 5.339 C22 = A3 = 48 C31 = 22.316 C32 = 32 C41 = 40.352 C51 = 32 Các hệ số bảng Routh dương nên ôn định Đặc tính động học hệ thống + Hàm độ xung C13 = A4 = 32 Hình 1.Hàm q độ xung + Đặc tính tần số Loga Hình Đồ thị đặc tính loga Đặc tính Nyquist Hình 3.Đồ thị tiêu chuẩn Nyquist 3.Khảo sát hệ thống Matlab Simulink Với tín hiệu vào xung bậc thang Đồ thị Thiết kế điều khiển PID Một điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( điều khiển PID-Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát sử dụng rộng rải hệ thống công nghiệp – điều khiển PIDđược sử dụng phổ biến điều khiển phản hồi.Một điều khiển PID tính toán giá trị “ sai số” hiệu số giửa giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn.Bộ điều khiển sẻ thực giảm tối đa thông số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 1.Sơ đồ khối điều khiển PID Bộ điều khiển PID bao gồm thông số riêng biệt, đơi gọi điều khiển ba khâu: giá trị tỉ lệ, tích phân đạo hàm, viết tắt P, I, D Sơ đồ điều khiển PID đặt tên theo ba khâu hiệu chỉnh nó, tổng ba khâu tạo thành biến điều khiển (MV) Ta có: Trong đó: Pout , , thành phần đầu từ ba khâu điều khiển PID, xác định a.Khâu tỉ lệ (P) Khâu tỉ lệ (đơi gọi độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số Đáp ứng tỉ lệ điều chỉnh cách nhân sai số với số Kp, gọi độ lợi tỉ lệ Khâu tỉ lệ cho bởi: : thừa số tỉ lệ đầu : Độ lợi tỉ lệ, thông số điều chỉnh : sai số : thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại) Độ lợi khâu tỉ lệ lớn thay đổi lớn đầu mà sai số thay đổi nhỏ Nếu độ lợi khâu tỉ lệ cao, hệ thống không ổn định Ngược lại, độ lợi nhỏ đáp ứng đầu nhỏ sai số đầu vào lớn, làm cho điều khiển nhạy, đáp ứng chậm Nếu độ lợi khâu tỉ lệ thấp, tác động điều khiển bé đáp ứng với nhiễu hệ thống b.Khâu tích phân (I) Phân phối khâu tích phân (đơi gọi reset) tỉ lệ thuận với biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù hiệu chỉnh trước Tích lũy sai số sau nhân với độ lợi tích phân cộng với tín hiệu đầu điều khiển Biên độ phân phối khâu tích phân tất tác động điều chỉnh xác định độ lợi tích phân, Thừa số tích phân cho bởi: Trong đó: : thừa số tích phân đầu : độ lợi tích phân, thơng số điều chỉnh : sai số : thời gian thời gian tức thời (hiện tại) : biến tích phân trung gian Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) tăng tốc chuyển động trình tới điểm đặt khử số dư sai số ổn định với tỉ lệ phụ thuộc vào điều khiển Tuy nhiên, khâu tích phân đáp ứng sai số tích lũy khứ, khiến giá trị vọt lố qua giá trị đặt (ngang qua điểm đặt tạo độ lệch với hướng khác) c.Khâu vi phân (D) Tốc độ thay đổi sai số qua trình tính tốn cách xác định độ dốc sai số theo thời gian (tức đạo hàm bậc theo thời gian) nhân tốc độ với độ lợi tỉ lệ Biên độ phân phối khâu vi phân (đôi gọi tốc độ) tất hành vi điều khiển giới hạn độ lợi vi phân, Thừa số vi phân cho bởi: : thừa số vi phân đầu : Độ lợi vi phân, thông số điều chỉnh : Sai số : thời gian thời gian tức thời (hiện tại) Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi đầu điều khiển đặc tính ý để đạt tới điểm đặt điều khiển Từ đó, điều khiển vi phân sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố tạo thành phần tích phân tăng cường độ ổn định điều khiển hỗn hợp + Thiết kế PID dùng pp Zeigler Nichols a Phương pháp Zeigler-Nichols xác định thông số điều khiển PID dựa vào đáp ứng độ hệ hở Các thông số điều khiển PID đucợ xác định theo bảng sau: Thông số KP P T2 T1 K Bộ ĐK TI TD ∞ PI PID 0.9 1.2 T2 T1K T2 T1 K T1 /0.3 2T1 Mô hệ thống phương phápTune PID DC Đồ thị 0.5T2 ... xung bậc thang Đồ thị Thiết kế điều khiển PID Một điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( điều khiển PID-Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát sử dụng... đa thông số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 1.Sơ đồ khối điều khiển PID Bộ điều khiển PID bao gồm thơng số riêng biệt, đơi gọi điều khiển ba khâu: giá... đầu điều khiển đặc tính ý để đạt tới điểm đặt điều khiển Từ đó, điều khiển vi phân sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố tạo thành phần tích phân tăng cường độ ổn định điều khiển hỗn hợp + Thiết kế