báo cáo: hệ thống quạt gió cánh phẳng, hệ đại học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN LIÊN MÔN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG QUẠT GIĨ CÁNH PHẲNG Nhóm: FAILURE Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN HOÀNG MAI Sinh viên thực : TRẦN PHƯỚC NGUYÊN PHẠM MINH NHẬT NGUYỄN KHÁNH LUẬT ĐỖ NHẬT MINH LÊ PHƯỚC LỢI BÙI ĐẮC LỘC Lớp : 19TDHCLC3 Năm học : 2020 - 2021 LỜI CẢM ƠN  Trong suốt trình thực Đồ án PBL1 , gặp phải nhiều khó khăn giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô bạn nên Đồ án hoàn thành tiến độ, với đề tài: “thiết kế điều khiển hệ thống quạt gió cánh phẳng.” Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Mai, Trần Thị Minh Dung, Trương Thị Bích Thanh, Thầy Nguyễn Khánh Quang, tận tình hướng dẫn, bảo kinh nghiệm, kiến thức quý báu Cũng tất thành viên lớp 19TDHCLC3 có ý kiến đóng góp, bổ sung, phê bình, động viên khích lệ giúp em hồn thiện đề tài Mặc dù nhóm thực cố gắng để thực đồ án, kiến thức cịn hạn chế nên q trình thực khó tránh khỏi sai sót Nhóm thực mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy bạn sinh viên Sau nhóm thực xin chúc Thầy cô sức khoẻ, thành công tiếp tục đào tạo sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước Chúc bạn sức khỏe, học tập thật tốt để không phụ công lao Thầy Cô giảng dạy Nhóm thực xin chân thành cảm ơn Trân trọng Mục lục Mở đầu Tính cần thiết đề tài Ngày nay, yêu cầu thực tế sản xuất công nghệ đại lĩnh vực khác nhau, cần có hệ thống điều khiển thay đổi cấu trúc thơng số để đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng quy định Dựa tảng phát triển cao kỹ thuật điện, điện tử, tin học máy tính, lý thuyết điều khiển thích ứng đời nhằm đáp ứng yêu cầu Nội dung điều khiển thích ứng là: tạo hệ thống điều khiển mà cấu trúc tham số thay đổi theo thay đổi tham số đối tượng điều khiển, cho đảm bảo chất lượng hệ thống bảo đảm theo tiêu chí định sẵn Mục tiêu Mục tiêu cụ thể sau:  Nhận dạng hệ thống quạt gió cánh phẳng thông qua nhận dạng thực nghiệm theo phương pháp hồi quy trung bình trượt nhằm xác định mơ hình hệ thống mơ hình nhiễu tác động  Xác định mơ hình mẫu  Thiết kế điều khiển thích nghi cấu hiệu chỉnh  Cài đặt điều khiển cấu chỉnh định Matlab simulink điều khiển thực  So sánh kết phương pháp điều khiển áp dụng với phương pháp có  Đánh giá nhận xét Phương pháp nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết nhận dạng thực nghiệm, tiến hành nhận dạng thực tế hệ thống quạt gió cánh phẳng  Nghiên cứu lý thuyết điều khiển thích nghi, lựa chọn phương pháp điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu với cấu hiệu chỉnh thơng số thích nghi Chương 1: Tổng quan đề tài Đặt vấn đề Hệ thống quạt gió cánh phẳng hệ thống khí động học, hệ thống có tính phi tuyến mạnh nhạy cảm với ảnh hưởng nhiễu Do đó, hệ htoongs quạt gió cánh phănt mục tiêu tố để nghiên cứu phương pháp điều khiển tự đọng từ đơn giản đến phức tạp Mơ hình động lực học sơ đồ khối a) Mơ hình động lực học : Trong đó:  Góc Ψ: góc cánh phẳng trục thẳng đứng  Mg : trọng lượng cánh phẳng (kể đối trọng)  C : trọng tâm hệ  P: Áp suất tác động lên cánh phẳng  Các khoảng cách IM, IP, L1, L2 xác định hình vẽ b) Sơ đồ khối Nguyên lý hoạt động Khi ta đặt giá trị góc đặt máy tính, từ điều khiển tín hiệu điều khiển đưa tới đối tượng QGCP : mạch điều khiển điều chỉnh điện áp đặt vào động quạt gió (điều chỉnh tốc độ quạt) làm cánh phẳng đạt góc đặt cho trước Góc quay phẳng xác định thông qua mpu6050, Như vậy, ta tính góc nghiêng bảng so với phương thẳng đứng Chương 2: Nghiên cứu thiết kế mơ hình Phần khí a Giá đỡ mơ hình, trụ giá đỡ động - Đây vật liệu gỗ ép tương đối chắn nên đảm bảo yêu cầu cho việc cắt gọt để làm giá đỡ phần trụ cho mơ hình + Giá đỡ mơ hình: kích thước 39.5 x 24.5 x 2(cm) + trụ thẳng : kích thước 25 x 5.8 x 0.9(cm) + Giá đỡ động : kích thước x x 2(cm) b Trục ngang: - Kích thước: L=30cm, D=0.3cm - Với chất liệu làm nhôm nên cứng cáp đảm bảo trì ổn định lắp đặt cánh phẳng vào c Cánh phẳng: - Với chất liệu làm từ giấy cứng đảm bảo độ bền bỉ cho cánh phẳng - Kích thước 23 x 16 x 0.3 (cm) d Thanh sắt chữ L: - sắt chữ L có tác dụng giúp ta cố định trụ mơ hình - Kích thước : 3x3 cm e Ổ bi - Ổ bi giúp cho việc chuyển động hệ thống cánh phẳng dễ dàng - Kích thước : d =0.3cm f Cánh quạt: b Phần điện a Cảm biến đo góc GY-521 6DOF IMU MPU6050 - Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 sử dụng để đo thơng số: trục Góc quay (Gyro), trục gia tốc hướng (Accelerometer) - Thông số kĩ thuật:  Điện áp sử dụng: 3~5VDC  Điện áp giao tiếp: 3~5VDC  Chuẩn giao tiếp: I2C  Giá trị Gyroscopes khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec  Giá trị Acceleration khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g  Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động máy chất lượng tốt b IC 555: - Thông số kĩ thuật: Với nguồn điện áp đầu vào nằm dải từ – 18V Dòng điện tiêu thụ: – 15mA Công suất tiêu thụ lớn (Pmax): 600mW Điện áp logic đầu mức cao (mức 1): 0.5 – 15V Điện áp logic đầu mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V Nhận xét: Kp tăng  exl giảm:  Thời gian xác lập giảm chưa vọt lố  Thời gian xác lập tăng có vọt lố Kp lớn (Kp5):hệ thống ổn định Kp lớn (Kp1): sai số tĩnh e(t) lớn KHÂU I  Nếu sai lệch e(t) chưa ) thơng qua thành phần Ui(t), PID cịn tạo tín hiệu điều chỉnh ( vai trị cùa khâu tích phân Ti) Ảnh hưởng ki đến đáp ứng hệ thống\ hệ thống vọt lố Ảnh hưởng ki đến đáp ứng hệ thống\ hệ thống có vọt lố KHÂU D  Nếu thay đổi sai lệch e(t) lớn thơng qua thành phần Ud(t), phản ứng thích hợp u(t) nhanh (vai trị khâu vi phân Td) Ảnh hưởng kd đến đáp ứng hệ thống Nhận xét: Khi Kd lớn  de(t)/dt giảm  tốc độ thay đổi sai số giảm Nên hệ thống không bị vọt lố  hệ thống ổn định  Từ tính chất ta thay đổi hệ số Kp,KI,KD để hệ thống đạt chất lượng mong muốn tính tốn thiết bị cho điều khiển PID lập mô hình hồn chỉnh Bộ PID hồn chỉnh Các phương pháp thiết kế điều khiển khác - Nichole – zigler Thiết kế dùng phương pháp nichole – zigler - Giả sử hệ thống mong muốn tìm pid Chương 5: mô thực nghiệm mô matlab simulink Mô hiểu giả lập điều kiện, tình thơng qua số phần mềm với mục đích dự đốn, thiết kế hệ thống thêm phần trực quan, xác Mơ tả hệ thống matlab Mô ta mạch ptoreus Code arduino Thiết lập hàm truyền Thiết lập điều khiển PID Nhận xét: Ta thấy đáp ứng đầu (góc cánh phẳng) bám giá trị góc đặt, thời gian độ từ 4(s) - 5(s) nên chất lượng điều khiển PID tương đối tốt với góc đặt nhỏ 15° Đối với góc đặt khác hệ thống hoạt động tương đối ổn định Hình minh hoạ cho góc đặt khác(50,200,500) mơ tả hệ thống có nhiễu ngẫu nhiên Nhận xét: Ta thấy hệ thống sau chịu tác động nhiễu hệ có khả trở trạng thái xác lập: góc cánh phẳng bám giá trị góc đặt Như hệ có khả khử nhiễu tương đối tốt Sơ đồ mơ tồn hệ thống Code cho mpu6050 arduino chạy thử hệ thống sửa lỗi - bước làm mạch in: + vẽ mạch thiế kế mạch proteus + qua giao diện PCB layout để bố trí lịnh kiện dây mơ hình thật + in mạch ủi mạch in lên bảng mạck đồng + ngâm vs hỗn hợp bột sắt để lộ đường dây + khoan lặp đặt linh kiện +phủ lớp nhựa thông để tránh bị ăn mòn lâu dài điểu khiến số hoàn toàn điều khiển số hoàn toàn dùng arduino Chương 6: Kết luận  Đây hệ có tính phi tuyến mạnh nhạy tác động nhiễu, toán đặt phải xây dựng điều khiển thỏa mãn tiêu chất lượng; thỏa mãn tính thích nghi tham số thay đổi bền vững với nhiễu  Nhận dạng hệ thống điều khiển bước quan trọng để thực trình thiết kế điều khiển cho đối tượng, sau nhận dạng hệ thống ta tìm mơ hình toán học hệ thống QGCP biểu diễn hàm truyền Công cụ nhận dạng System Identification Toolbox phần mềm Matlab giúp ta tiến hành nhận dạng hệ thống QGCP cách dễ dàng, trực quan nhanh chóng sai lầm trải nghiệm  Tính tốn sai, khơng hiểu rõ đặc tính linh kiện dẫn đến việc hư hại nhiều linh kiện như: điện trở, biến trở, opamp,  Ban đầu chọn nguyên liệu làm cánh phẳng nặng khiến quạt thổi không bay lên kiến thức đạt  Học cách sử dụng phần mềm như: matlab simulink, proteus, arduino,  Các kĩ làm việc nhóm như: lắng nghe người khác, có trách nhiệm với cơng việc mình, tơn trọng giúp đỡ lẫn nhau, cách thuyết phục, trình bày, tổ chức phân công công việc, quản lý thời gian,  Vận dụng kiến thức mơn: điều khiển tuyến tính, mạch số, mạch điện tử, lí thuyết mạch,…  Tăng khả phân tích giải vấn đề HẾT - ... Tổng quan đề tài Đặt vấn đề Hệ thống quạt gió cánh phẳng hệ thống khí động học, hệ thống có tính phi tuyến mạnh nhạy cảm với ảnh hưởng nhiễu Do đó, hệ htoongs quạt gió cánh phănt mục tiêu tố để... đến đáp ứng hệ thống Nhận xét: Khi Kd lớn  de(t)/dt giảm  tốc độ thay đổi sai số giảm Nên hệ thống không bị vọt lố  hệ thống ổn định  Từ tính chất ta thay đổi hệ số Kp,KI,KD để hệ thống đạt... chỉnh ( vai trị cùa khâu tích phân Ti) Ảnh hưởng ki đến đáp ứng hệ thống hệ thống khơng có vọt lố Ảnh hưởng ki đến đáp ứng hệ thống hệ thống có vọt lố KHÂU D  Nếu thay đổi sai lệch e(t) lớn thơng