1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

báo cáo đồ án chuyên ngành tdh

36 81 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 36
Dung lượng 715,74 KB

Nội dung

111Equation Chapter Section TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT HUNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Giáo viên hướng dẫn : Ths.Bùi Thị Việt Bình Sinh viên thực : Lê Minh Anh 1700660 : Vũ Văn Được 1700347 : Cấn Thành Trung : Nguyễn Quang Nam Lớp : TĐH Khóa : 41 HÀ NỘI 2020 1700126 1700067 LỜI NÓI ĐẦU Ngày tự động hoá trở thành vấn đề thiết yếu ngành công nghiệp Để thiết kế mô hình tự động hố nhà máy cơng nghiệp người thiết kế cần nắm kiến thức Lý thuyết điều khiển tự động - môn ngành tự động hoá Một kỹ mà người học cần phải có sau học xong môn nhận dạng ổn định mơ hình Trong đồ án em nêu cách nhận dạng đối tượng, xác định hàm truyền đạt đối tượng từ đáp ứng đầu cho trước từ xác định đối tượng có ổn định hay khơng từ thiết kế điều khiển P, PI, PID để nâng cao chất lượng đầu hệ thống Trong trình thực đồ án em nhận nhiều khuyến khích góp ý từ bạn thầy cơ, đặc biệt Phạm Thị Bình - Giáo viên khoa Điện,Điện tử trường đại học Công Nghiệp Việt Hung Do trình độ nhận thức thời gian có hạn nên viết khơng thể tránh khỏi có lỗi sai sót Em xin hồn tồn chịu trách nhiệm lỗi hy vọng bạn thầy góp ý sửa chữa để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Mục lục Để Chương I Tổng quan lý thuyết điều khiển tự động 1.1 Một số định nghĩa khái niệm 5 1.2 Nhưng nguyên tắc điều khiển 1.3 Phân loại hệ thống điều khiển tự động 1.4 Nhiệm vụ môn học Chương II Xác định hàm truyền đạt từ đường đặc tính cho trước Hàm truyền đạt đặc tính động học 10 10 1.1 Định nghĩa hàm truyền đạt 10 1.2 Đặc tính động học hệ thống 10 1.2.1 Đặc tính thời gian 11 1.2.2 Đặc tính tần số 11 Cách xác định hàm truyền đạt 11 Ứng dụng 12 Chương III Khảo sát tính ổn định hệ thống Khái niệm tính ổn định hệ thống 15 15 1.1 Định nghĩa 15 1.2 Ổn định hệ tuyến tính 15 Tiêu chuẩn ổn định đại số 17 2.1 Điều kiện cần 17 2.2Tiêu chuẩn ổn định Routh 17 2.3 Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz 17 Tiêu chuẩn ổn định tần số 18 3.1 Nguyên lý góc quay 18 3.2 Tiêu chuẩn ổn định Mikhailov 18 3.3 Tiêu chuẩn ổn định Nyquist 18 3.4 Tiêu chuẩn ổn định Bode 19 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số 20 Điểm cực ( Pole ) điểm không ( Zero ) 21 Ứng dụng Chương IV Thiết kế hệ thống PID 23 Các quy luật điều chỉnh chuẩn điều khiển PID 23 1.1 Quy luật tỉ lệ P 23 1.2 Quy luật tỉ lệ tích phân PI 23 1.3 Quy luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân PID 23 1.4 Bộ điều khiển PID 24 Thiết kế điều khiển PID 25 2.1 Phương pháp giải tích 25 2.2 Phương pháp Zeigler-Nichols 25 Thiết kế mô điều khiển PID cho đối tượng thực nghiệm 3.1 Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Zeigler-Nichols 26 V Tổng kết 30 Tài liệu tham khảo 31 26 Đề bài: Cho đối tượng chưa biết mơ hình tốn học Bằng thực nghiệm người ta dùng tác động đầu vào hàm 1(t) đo tín hiệu đầu thu đường đặc tính y(t) sau: Yêu cầu: Xác định hàm truyền đạt đối tượng từ đường đặc tính thu được? Từ hàm truyền xác định dùng Matlab vẽ lại đường độ so sánh Nhận xét tính ổn định đối tượng Tìm điểm cực điểm khơng? Tổng hợp điều khiển P, PI, PID để hệ có chất lượng điều khiển tốt CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG I Một số định nghĩa khái niệm bản: - Lý thuyết điều khiển tự động sở lý thuyết nghành khoa học, nghiên cứu nguyên tắc thành lập hệ tự động qui luật trình xảy hệ Từ xây dựng hệ tối ưu gần tối ưu phương pháp kỹ thuật, đồng thời nghiên cứu trình tĩnh động hệ thống - Với phương pháp đại lý thuyết điều khiển tự động, lựa chọn cấu trúc hệ thống hợp lý, xác định trị số tối ưu thông số Đánh giá tính ổn định tiêu chất lượng q trình điều khiển vài khái niệm có tính chất chung kỹ thuật điều khiển nghành khoa học khác Không kể đến đặc điểm cụ thể, nguyên lý tác động công dụng hệ thống đó, khái niệm là: - đối tượng điều khiển: thiết bị tạo đại lượng vật lý theo yêu cầu công nghệ - thiết bị điều khiển: thiết bị gia cơng tín hiệu điều khiển để tác động vào đối tượng điều khiển (đtđk) - tín hiệu điều khiển: tín hiệu phù hợp để tác động vào đtđk Bài giảng lý thuyết điều khiển tự động - điều khiển: tập hợp tất tác động thực lên đối tượng cần điều khiển theo nguyên tắc, quy luật nhằm thoả mãn u cầu đặt - hệ thống khơng có tham gia trực tiếp người trình điều khiển gọi hệ thống điều khiển tự động Một cách tổng quát hệ thống điều khiển tự động đƣợc mô tả sơ đồ khối sau: Trong đó: TBĐK: Thiết bị điều khiển, có nhiệm vụ tác động lên đối tượng điều khiển theo qui luật để thoả mãn u cầu cơng nghệ ĐTĐK: Đối tượng cần điều khiển (Cơ cấu chấp hành), tập hợp phương tiện kỹ thuật máy móc, thiết bị, khí cụ chịu tác động để đạt mục đích điều khiển đề u(t) : Tín hiệu vào y(t) : Tín hiệu x(t) : Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng f(t) : Tín hiệu nhiễu loạn tác động vào hệ thống - Tín hiệu: hàm số phụ thuộc thời gian mang thông tin thông số kỹ thuật truyền tải đại lượng vật lý - Hệ đơn điệu: hệ mà đại lượng dy/dt không đảo dấu - Hệ đơn điệu: hệ mà đại lượng dy/dt có đảo dấu - Phản hồi: Là mối liên hệ ngược trích phần lượng đầu quay lại khống chế đầu vào Bao gồm loại phản hồi sau: - Phản hồi âm: mối liên hệ phản hồi mà tín hiệu phản hồi tín hiệu đặt ln ngược dấu chiều ngược pha xoay chiều, có tác dụng giữ ổn định cho hệ - Phản hồi dương: mối liên hệ phản hồi mà tín hiệu phản hồi tín hiệu đặt ln dấu chiều pha xoay chiều, có tác dụng nâng cao hệ số khuyếch đại tạo nên hệ tự kích - Phản hồi cứng: mối liên hệ phản hồi mà tham gia làm việc hệ chế độ độ chế độ xác lập hiệu chế độ xác lập chế độ q độ hiệu (thường bỏ qua), có tác dụng nâng cao chất lượng xác lập Để tạo phản hồi cứng phải dùng thiết bị có tính tỷ lệ máy phát tốc, can nhiệt, mạch điện tử - Phản hồi mềm: mối liên hệ phản hồi mà tham gia làm việc hệ chế độ độ chế độ xác lập khơng tham gia, có tác dụng nâng cao chất lượng độ Để tạo phản hồi mềm phải dùng thiết bị có tính vi, tích phân mạch R-C; R-L, cầu mềm (cầu động), biến áp vi phân Tổ hợp bốn loại phản hồi tạo ra: Phản hồi âm cứng, dương mềm, âm mềm, dương cứng tuỳ theo trường hợp thực tế với yêu cầu cụ thể II.Những nguyên tắc điều khiển 1.Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch: Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển x(t) thành lập dựa sai lệch lượng thực tế so với yêu cầu (đặt đầu vào) x(t) = f[y(t) - u(t)] = f[e(t)] Sơ đồ cấu trúc sau: 2.Nguyên tắc điều khiển theo nhiễu loạn (bù nhiễu): Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển x(t) thành lập dựa đo tín hiệu nhiễu tạo hàm điều khiển để khử nhiễu đầu x(t) = f[f(t)] Những hệ thống xây dựng theo nguyên tắc hệ thống hở (khơng có phản hồi ) Sơ đồ cấu trúc sau: Trong đó: TB thiết bị để đo nhiễu TB thiết bị để tạo tín hiệu điều khiển x(t) Điều khiển hỗn hợp (theo sai lệch bù nhiễu): Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển x(t) thành lập dựa vào tổng hợp hai phương pháp x(t) = f[e(t),f(t)] Sơ đồ cấu trúc tổng quát sau: III.Phân loại hệ thống tự động: Hệ thống điều khiển tự động đa dạng, tuỳ thuộc vào quan điểm phân loại mà ta có cách phân loại khác Phân loại theo nhiệm vụ: - Hệ điều khiển giữ ổn định: hệ lượng vào giá trị đặt trước (chủ đạo) lượng biến đổi xung quanh giá trị u cầu với sai lệch Ví dụ hệ điều khiển tự động giữ ổn định điện áp đầu máy phát; hệ tự động giữ ổn định nhiệt độ lò; hệ tự động giữ ổn định tốc độ trục động Để tạo hệ điều khiển ta phải dùng phản hồi âm để giữ ổn định đại lượng vật lý ta dùng phản hồi đại lượng - Hệ điều khiển theo chương trình: hệ thống lượng vào biến đổi theo quy luật lượng biến đổi theo qui luật Qui luật vào gọi chương trình điều khiển, qui luật theo không gian thời gian, liên tục rời rạc theo thới gian Hiện qui luật tạo nên phần mềm điều khiển - Hệ điều khiển tuỳ động: lượng biến đổi theo qui luật lượng vào lượng vào hàm không gian thời gian hồn tồn khơng biết trước, để tạo hệ phải gồm hai phần: + Hệ điều khiển theo chương trình + Thiết bị đo đại lượng vật lý thực tế gia công tạo chương trình điều khiển đầu vào Ví dụ: hệ điều khiển theo hướng rađa, hệ điều khiển xe tự hành Phân loại theo phương pháp tác động: - Hệ điều khiển trực tiếp: hệ có thiết bị đo lường cấu điều khiển, với ưu điểm đơn giản nhược điểm sai số điều khiển lớn nên phù hợp với thiết bị gia đình bàn là, nồi cơm điện, tủ lạnh - Hệ điều khiển không trực tiếp: hệ thiết bị đo lường cấu điều khiển có khâu khuyếch đại trung gian (khuyếch đại sai lệch) có ưu điểm độ xác cao nên thường hệ điều khiển dùng công nghiệp Phân loại theo nguyên tắc tác động: - Hệ điều khiển liên tục: hệ mà tín hiệu xử lý hệ tín hiệu liên tục theo thời gian, thiết bị sử dụng hệ thiết bị tương tự tính tốn theo hệ thập phân - Hệ điều khiển rời rạc ( hệ điều khiển xung -số): hệ cần có tín hiệu hệ hàm rời rạc theo thời gian Thiết bị sử dụng hệ có thiết bị số tính tốn theo hệ nhị phân - Hệ điều khiển Rơle: hệ mà tồn phần tử làm việc theo đặc tính rơle Theo mơ tả tốn học: - Hệ tuyến tính: hệ q trình làm việc thơng số phần tử khơng thay đổi hệ thống có phần tử mơ tả phương trình vi phân tuyến tính Đặc trưng hệ tuyến tính chịu tác động nguyên lý xếp chồng - Hệ phi tuyến: hệ trình làm việc cần thơng số biến đổi có phần tử hệ phi tuyến Hệ phi tuyến không chịu tác động nguyên lý xếp chồng Phân loại theo mạch vòng: - Hệ thống hở ( khơng có phản hồi) - Hệ thống có mạch vòng - Hệ thống có nhiều mạch vòng Theo khả thích nghi: - Hệ khơng tự động thích nghi: mơi trƣờng thay đổi tác động vào hệ thống đặc tính hệ khơng thay đổi - Hệ tự động thích nghi: tự chỉnh định biến đổi bên ảnh hưởng đến hệ thống tự chọn chế độ thích ứng Theo khả nhận tin tức: - Hệ tiền định: hệ thống mà lượng tác động vào hệ biết trước - Hệ không tiền định (hệ ngẫu nhiên) : thông tin lượng tác động vào hệ thống hoàn toàn ngẫu nhiên Theo sai lệch: - Hệ vô sai tĩnh : hệ kết thúc trình điều khiển e(t) = - Hệ hữu sai: hệ kết thúc trình điều khiển e(t) # Theo dạng tiêu thụ nượng: hệ điều khiển điện, cơ, khí nén, thuỷ lực IV.Nhiệm vụ mơn học: Mơn học LTĐKTĐ phải giải hai tốn kỹ thuật Bài tốn phân tích hệ thống: Áp dụng cho hệ điều khiển có ta phải phân tích, xác định tiêu hệ như: - Hệ có làm việc hay khơng (có ổn định hay không) - Chất lượng hệ chế độ độ chế độ xác lập - Thông số đại lượng điều khiển cho phép phạm vi Bài toán tổng hợp hệ thống (thiết kế hệ thống): Áp dụng cho hệ điều khiển chưa có thiết kế Xuất phát từ yêu cầu công nghệ (đơn đặt hàng) ta thành lập hệ thống đáp ứng thực qua bước: - Khảo sát tìm hiểu cơng nghệ, từ có tiêu điều khiển cần - Từ tiêu cần xây dựng nên toán điều khiển - Từ toán điều khiển xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống - Thiết kế sơ đồ nguyên lý cho khối hệ hệ thống - Tính chọn thơng số cho thiết bị hệ - Quay toán để kiểm tra, chưa ta hiệu chỉnh kiểm tra đảm bảo u cầu cơng nghệ tốn thiết kế kết thúc - Lắp thử kiểm nghiệm thực tế 10 Điều kiện pha Các quy tắc vẽ quỹ đạo nghiệm số : - Quy tắc : Số nhánh quỹ đạo nghiệm số với số bậc phương trình đặc tính số cực G0 ( s ) , tức có n nhánh - Quy tắc : Khi K  nhánh quỹ đạo nghiệm số xuất phát từ cực G0 ( s ) Khi K tiến đến � m nhánh quỹ đạo nghiệm số tiến đến m zero G0 ( s ) , n  m nhánh lại tiến đến � theo tiệm cận xác định quy tắc - Quy tắc : Quỹ đạo nghiệm số đối xứng qua trục thực - Quy tắc : Một điểm trục thực thuộc quỹ đạo nghiệm số tổng số cực zero G0 ( s ) bên phải số lẻ - Quy tắc : Góc tạo đường tiệm cận quỹ đạo nghiệm số với trục thực xác định (2l  1)  (l  0, �1, �2, ) nm - Quy tắc : Giao điểm tiệm cận với trục thực điểm A có toạ độ xác định OA  n m i 1 i 1 �pi  �zi nm Trong : pi zi cực zero G0 ( s ) - Quy tắc : Điểm tách nhập ( có ) quỹ đạo nghiệm số nằm trục thực nghiệm cảu phương trình : dK 0 ds - Quy tắc : Giao điểm quỹ đạo nghiệm số với trục ảo xác định hai cách sau : + Áp dụng tiêu chuẩn Routh-Hurwitz + Thay s  j vào phương trình đặc tính, cân phàn thực phần ảo tìm giao điểm với trục ảo giá trị K - Quy tắc : Góc xuất phát quỹ đạo nghiệm số cực phức pi xác định m n i 1 i 1  j  180o  �arg (p j  z j )  �arg(p j  pi ) j� 22 - Quy tắc 10 : Tổng nghiệm số K thay đổi từ đến � - Quy tắc 11 : Hệ số khuyếch đại dọc theo quỹ đạo nghiệm số xác định từ điều kiện biên độ K N (s) 1 D( s ) Từ quỹ đạo nghiệm số ta thấy quỹ đạo nghiệm số hệ thống nằm bên trái trục ảo, hệ thống ổn định Điểm cực (Pole) điểm khơng (Zero) Cho hệ thống điều khiển tự động có hàm truyền đạt mô tả sau : G (s)  C ( s ) b0 s m  b1s m 1   bm 1s  bn B ( s )   R( s ) a0 s n  a1s n 1   an 1s  an A( s ) Nghiệm cực ( Pole ) nghiệm phương trình A( s )  Phương trình có n nghiệm, hệ thống có n nghiệm cực pi ( Pole ) với i  1, 2, , n Zero nghiệm phương trình B( s )  Phương trình có m nghiệm ( m  n ) nên z hệ thống có m nghiệm zero j với j  1, 2, , m Ứng dụng * Áp dụng tiêu chuẩn Routh Xét tính ổn định hệ thống mà ta xác định Hệ thống có phương trình đặc trưng : A(s) = =0 Bảng Routh p2 199.12 P1 8.1 po 1-*0=1 Vì tất phẩn tử cột bảng Routh dương nên tất nghiệm phương trình đặc tính nằm bên trái mặt phẳng phức, hệ thống ổn định * Áp dụng tiêu chuẩn ổn định Hurwitz Xét tính ổn định hệ thống mà ta xác định Hệ thống có phương trình đặc trưng : A(s) = =0 Ta có ma trận Hurwitz : = 23 Các định thức : ==8.1 = -Ta thấy tất định thức chứa đường chéo ma trận Hurwitz dương nên hệ thống ổn định * Kết luận: Hệ thống hở ổn định * Xét điểm cực điểm không hệ thống: +Hệ thống có điểm cực + Hệ thống khơng có điểm không 24 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG PID I CÁC QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH CHUẨN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Quy luật tỉ lệ P Tín hiệu điều khiển quy luật tỉ lệ hình thành theo công thức : U d ( t )  K m e (t ) Trong : K m : hệ số khuyếch đại quy luật Theo tính chất khâu khuyếchđại ta thấy tín hiệu khâu ln ln trùng pha với tín hiệu vào Điều nói lên ưu điểm máy tỉ lệ tốcđộ tácđộng nhanh, cơng nghiệp quy luật tỉ lệ làm việcổnđịnh với tất cácđối tượng Tuy nhiên quy luật tỉ lệ có nhượcđiểm sử dụng với cácđối tượng tĩnh hệ thốngđiều chỉnh luôn tồn sai lệch tĩnh sử dụng hệ thốngđiều chỉnh chương trình Để giảm sai lệch tĩnh phải tăng hệ số khuyếchđại, tăng hệ số khuyếchđại tính dao động hệ thống tăng lên có thểđưa hệ thống tới mấtổnđịnh Quy luật tỉ lệ tích phân PI Để vừa tácđộng nhanh, vừa triệt tiêu sai lệch dư người ta kết hợp quy luật tỉ lệ với quy luật tích phân để tạo nên quy luật tỉ lệ tích phân Tín hiệuđiều khiểnđược xácđịnh cơng thức : U d (t )  K1e(t )  K � e(t )dt  K m (e(t )  � e(t )dt ) Ti Trong : K m  K1 : hệ số khuyếchđại K Ti  K : số thời gian tích phân Tín hiệu chậm pha tín hiệu vào góc nằm khoảng   đến phụ thuộc vào tham số K m , Ti tần số tín hiệu vào Như tốcđộ tácđộng quy luật tỉ lệ tích phân PI chậm quy luật tỉ lệ P nhanh quy luật tích phân I ( tín hiệu chậm pha tín hiệu vào góc   ) Trong thực tế quy luật tỉ lệ tích phân PI sử dụng rộng rãi vàđápứngđược chất lượng hầu hết quy trình cơng nghệ Tuy nhiên có thành phân tích phân nên tơc độ tácđộng cuả quy luật tỉ lệ tích phân PI bị chậmđi, nếuđối tượng có nhiễu tácđộng liên tục màđòi hỏiđộ xácđiều chỉnh cao quy luật tỉ lệ tích phân PI khơng đápứngđược Quy luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân PID Để tăng tốc tácđộng quy luật tỉ lệ tích phân PI người ta ghép thêm thành phần vi phân nhậnđược quy luật tỉ lệ vi tích phân PID Tácđộngđiều chỉnhđược tính tốn theo cơng thức : U d (t )  K1e(t )  K � e(t )dt  K de(t ) de(t )  K m (e(t )  � e(t )dt  Td ) dt Ti dt Trong : K m  K1 : hệ số khuyếchđại 25 K1 K : số thời gian tích phân K Td  K1 : số thời gian vi phân Ti  Tín hiệu lệch pha so với tín hiệu vào góc nằm khoảng   đến  phụ thuộc vào tham số K m , Ti , Td tần số tín hiệu vào Nghĩa tốcđộ tácđộng quy luật tỉ lệ vi tích phân PID nhanh quy luật tỉ lệ P Do nói quy luật tỉ lệ vi tích phân PID hồn hảo Nóđápứngđược yêu cầu chất lượng hầu hết quy trình cơng nghệ Tuy nhiên việc hiệu chỉnh tham số phức tạpđòi hỏi người sử dụng phải có trìnhđộ nhấtđịnh Vì cơng nghiệp quy luật tỉ lệ vi tích phân PID sử dụng nơi cần thiết quy luật tỉ lệ tích phân PI khơng đáp ứngđược u cầu chất lượngđiều chỉnh Bộ điều khiển PID Hình Bộđiều khiển PID Bộđiều khiển PID ( bộđiều khiển tỉ lệ vi tích phân ) chế phản hồi vòngđiều khiển ( điều khiển ) tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thốngđiều khiển công nghiệp bộđiều khiển PID sử dụng phổ biến số bộđiều khiển phản hồi Một bộđiều khiển PID tính tốn giá trị " sai số " hiệu số giá trịđo thông số biếnđổi giá trịđặt mong muốn Bộđiều khiển thực giảm tốiđa sai số cáchđiều giá trịđiều khiển vào Biểu thức giải thuật PID : t u (t )  K P e(t )  K I � e( )d ( )  K D de(t ) dt Giải thuật tính tốn bộđiều khiển PID gồm ba thơng số riêng biệt, đóđơi cònđược gọi làđiều khiển ba khâu : giá trị tỉ lệ, tích phân vàđạo hàm Giá trị tỉ lệ P phụ thuộc vào sai số tại, giá trị tích phân I phụ thuộc vào tích luỹ sai số khứ giá trị vi phân D dựđoán sai số tương lai dựa vào tốcđộ thay đổi Bằng cách điều chỉnh ba số giải thuật bộđiều khiển PID thìđápứng bộđiều khiển có thểđược mơ tả dạngđộ nhạy sai số bộđiều khiển, giá trị mà bộđiều khiển vọt lốđiểmđặt giá trị dao động hệ thống 26 Ảnh hưởng tham số K P , K I , K D tiêu chất lượng thể qua bảng sau : Thay đổi tham số Chỉ tiêu chất lượng Tăng K P Tăng K I Tăng K D Thời gian đápứng Giảm Giảmít Giảmít Thời gian quáđộ Thay đổiít Giảm Giảm Độ quáđiều chỉnh Tăng Tăng Giảmít Hệ số tắt dần Thay đổiít Tăng Giảm Sai lệch tĩnh Giảm Triệt tiêu Thay đổiít Tín hiệuđiều khiển Tăng Tăng Tăng Độ dự trữổnđịnh Giảm Giảm Tăng Bền vững với nhiễuđo Giảm Thay đổiít Giảm Bảng Ảnh hưởng thay đổi tham số PID II THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Phương pháp giải tích Đây phương pháp tương đốiđơn giản, dựa vào yêu cầu chất lượng củađầu hệ số vận tốc, cặp nghiệm phức, độ vọt lố hay thời gian quáđộ để xácđịnh thông số bộđiều khiển PID Tuy nhiên phương pháp nàyítđược sử dụng gặp khó khăn việc xây dựng hàm truyền củađối tượng Phương pháp Zeigler-Nichols Đây phương pháp phổ biến nhấtđể chọn thông số cho bộđiều khiển PID thương mại Phương pháp dựa vào thực nghiệmđể thiết kế bộđiều khiển P, PI, PID cách dựa vàođápứng quáđộ củađối tượng điều khiển Zeigler Nichols đãđưa hai cách chọn thông số bộđiều khiển PID tuỳ theo đặcđiểm củađối tượng 27 Cách : Dựa vàođápứng quáđộ hệ áp dụng cho cácđối tượng cóđápứngđối với hiệu vào hàm nấc có dạng chữ S hở, tín hình Hình Đápứng nấc hệ hở có dạng S Khi ta xácđịnh thông số bộđiều khiển P, PI, PID theo bảng sau : Thông số KP TI TD P T2 (T1 K ) � PI 0.9T2 (T1 K ) T1 0.3 PID 1.2T2 (T1 K ) 2T1 0.5T1 BộĐK Cách : Dựa vàođápứng quáđộ hệ kín, áp dụng cho cácđối tượng có khâu tích phân lý tưởng Đápứng quáđộ ( hệ hở ) cácđối tượng có khâu tích phân lý tưởng khơng có dạng hình mà tăng đến vơ Đối với cácđối tượng thuộc loại ta chọn thông số bộđiều khiển PID dựa vào đápứng quáđộ hệ kín hình 10 Tăng dần hệ số khuyếchđại K đến K giá trị giới hạn gh , đóđápứng hệ kínở trạng thái xác lập dao động T ổnđịnh với chu kỳ gh K  K gh Khi thơng số bộđiều khiển P, PI, PIDHình được6.xácđịnh Đápứngnhư nấcsau của: hệ kín Thơng số KP TI TD P 0.5 K gh � PI 0.45K gh BộĐK 28 PID 0.6 K gh 0.5Tgh 0.125Tgh III Thiết kế mô diều khiển PID cho đối tượng thực nghiệm Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Zeigler-Nichols 1.1 Xác đinh Kgh Tgh đối tượng - Mơ hình đối tượng sử dụng điều khiển Kp để tìm Kgh Tgh mô matlab sau : Hình mơ matlab tìm Kgh Tgh Kết đạt sau mô phỏng: Ta thu được: Kgh=0.0118, Tgh=103.44 29 Hình 8: Kết mơ tìm Kgh Tgh 1.2 Thiết kế điều khiển P cho đối tượng -Sử dụng cơng thức tính tốn điều khiển theo Zeigler-Nichols ta tính điều khiển P sau: Kp=Kgh/2=0.0059 - Tiến hành mô đánh giá kết điều khiển với giá trị đặt 20: Hình Mơ điều khiển P - Kết thu : 30 Hình 10: Kết mô điều khiển P - Nhận xét: Bộ điều khiển P làm hệ thống ổn định , mà không triệt tiêu sai lệch tĩnh, không tiến tới giá trị đặt , dao động lớn Đã thử giải pháp tăng giảm Kp kết tương tự => Bộ điều khiển P không phù hợp để điều khiển hệ thống 1.3 Thiết kế điều khiển PI cho đối tượng -Sử dụng cơng thức tính tốn điều khiển theo Zeigler-Nichols ta tính điều khiển PI sau: Kp=0.45* Kgh=0.0053 Ki= Kp*1/ Ti= 0.00006 - Tiến hành mô đánh giá kết điều khiển với giá trị đặt 20: Hình 11:Mơ điều khiển PI - Kết thu : 31 Hình 12 kết mơ điều khiển PI - Nhận xét : + Bộ điều khiển PI làm cho hệ thống ổn định , bám giá trị đặt + Thời gian xác lập châm (0-90%) 800 giây + Hệ thống khơng có độ q điều chỉnh => Tinh chỉnh lại tham số Kp, Ki để hệ đạt chất lượng tốt , - Kết mơ với tham số Kp=0.0057,Ki=0.00028 Hình 13 Kết mô điều khiển PI với Kp=0.0057,Ki=0.00028 - Nhận xét : + Thời gian xác lập : T5% = 239,7(s) + Thời gian độ : T= 84,3(s) + Độ điều chỉnh Δh=11.29% => Chất lượng cải thiện , nhiên thời gian xác lập chậm , độ điều chỉnh Hơi cao , thời gian giao động lớn 1.4 Thiết kế điều khiển PID cho đối tượng -Sử dụng công thức tính tốn điều khiển theo Zeigler-Nichols ta tính điều khiển PI sau: Kp=0.6* Kgh=0.0071 Ki= Kp*1/ Ti= 0.000137 32 Kd= Kp*Td=0.0882 - Tiến hành mô đánh giá kết điều khiển với giá trị đặt 20: Hình 14 Mơ điều khiển PID -Kết thu được: Hình 15 Kết mô điều khiển PID - Nhận xét: + hệ thống tồn dao động + Thời gian độ lâu => tinh chỉnh lại tham số Kp, Ki, Kd để hệ đạt chất lượng tốt -Kết thu với tham số Kp= 0.0024, Ki=0.00027, Kd=0.03 33 Hình 16 Kết mơ điều khiển PID với Kp= 0.024, Ki=0.00027, Kd=0.03 -Nhận xét: + Hệ thống ổn định + Độ điều chỉnh : Δh=2.43% + Thời gian xác lập : T5%= 106,2 (s) + Thời gian độ : T=101.3 (s) + Hệ thống khơng có dao động chất lượng tốt 1.5 Kết luận: - Qua phần ta thấy điều khiển PID đem lại kết tốt so với điều khiển khác Bộ tham số tốt diều khiển PID : Kp= 0.024, Ki=0.00027, Kd=0.03 Mang lại cho hệ thống đạt chất lượng tốt: + Độ điều chỉnh : Δh=2.43% + Thời gian xác lập : T5%= 106,2 (s) + Thời gian độ : T=101.3 (s) + Hệ thống khơng có dao động 34 35 36 ... hạn nên viết khơng thể tránh khỏi có lỗi sai sót Em xin hồn tồn chịu trách nhiệm lỗi hy vọng bạn thầy góp ý sửa chữa để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ... xây dựng nên toán điều khiển - Từ toán điều khiển xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống - Thiết kế sơ đồ nguyên lý cho khối hệ hệ thống - Tính chọn thơng số cho thiết bị hệ - Quay toán để kiểm tra,... diễn đặc tính tần số cách trực quan, ta dùng đồ thị Có hai dạng đồ thị thường sử dụng biểu đồ Bode biểu đồ Nyquist CÁCH XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐẠT -Từ đồ thi ta thấy đối tượng có dạng hàm truyền

Ngày đăng: 21/06/2020, 08:05

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w