BÁO cáo môn học lý THUYẾT điều KHIỂN 2 đề tài THIẾT kế bộ điều KHIỂN CHO hệ THỐNG GIẢM xóc của XE THEO PHƯƠNG NGANG

111Equation Chapter Section TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN Đề tài: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG GIẢM XÓC CỦA XE THEO PHƯƠNG NGANG Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Chính Sinh viên thực hiện: Nhóm TP Hồ Chí Minh, 2021 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHĨM Nhóm 4.1: Trần Đình Cung Phạm Anh Kiệt Nguyễn Tấn Lập Nguyễn Văn Phương Nguyễn Thanh Quy Lê Sỹ Thức Nhóm 4.2: Đoàn Văn Định Lại Nhất Nguyên Lê Sỹ Thao Nguyễn Bá Thông Lưu Quang Trường NHẬN XÉT GIẢNG VIÊN MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH MỤC LỤC BẢNG MỤC LỤC MƠ HÌNH MỤC LỤC SƠ ĐỒ CHƯƠNG HỆ THỐNG GIẢM XÓC CỦA XE THEO PHƯƠNG NGANG 1.1.MƠ HÌNH TỐN 1.1.1 Giới thiệu mơ hình hệ thống 1.1.2 Phương trình vi phân hệ thống 1.1.3 Hàm truyền hệ thống 1.1.4 Phương trình trạng thái hệ thống 1.2.KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG HỞ BẰ 1 1.3.KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG KÍN BẰ 1 CHƯƠNG KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG 2.1.TIÊU CHUẨN ỔN ĐỊNH ĐẠI SỐ: TIÊU CH 2.2.TIÊU CHUẨN ỔN ĐỊNH ĐẠI SỐ: TIÊU CH CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PD, PI, PID CHO HỆ THỐNG 3.1.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PD 3.1.1 Lựa chọn chất lượng đáp ứng hệ thống 3.1.2 Xác định thông số P, D 3.1.3 Đáp ứng hệ thống sau hiệu chỉnh: 3.2.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 3.2.1 Lựa chọn chất lượng đáp ứng hệ thống 3.2.2 Xác định thông số P, I 3.2.3 Đáp ứng hệ thống sau hiệu chỉnh 3.3.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 3.3.1 Lựa chọn chất lượng đáp ứng hệ thống 3.3.2 Xác định thông số P, I, D 3.3.3 Đáp ứng hệ thống sau hiệu chỉnh CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐẶT CỰC, BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI 4.1.THÀNH LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG 4.2.KIỂM TRA TÍNH ĐIỀU KHIỂN VÀ QUAN 4.2.1 Kiểm tra tính điều khiển 4.2.2 Kiểm tra tính quan sát 4.3.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÀNG PHƯƠN 4.3.1 Khái quát hệ thống điều khiển phương pháp đặt cực 4.3.2 Lựa chọn chất lượng đáp ứng mong muốn 4.3.3 Xác định cực vịng kín mong muốn 4.3.4 Xác định ma trận K 4.3.5 Kiểm tra chất lượng hệ thống 4.3.6 Điều ch 4.4.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN QUAN SÁT TR 4.4.1 Lựa chọn chất lượng đáp ứng mong muốn 4.4.2 Xác định cực vịng kín mong muốn 4.4.3 Xác định ma trận Ke 4.4.4 Kiểm tra chất lượng hệ thống 4.4.5 Điều ch 4.5.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG CỦA CÁC BỘ Đ CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ FUZZY 5.1.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PD MỜ 5.1.1 Xây dựng điều khiển mờ 5.1.2 Xây dựng mô Matlab-Simulink 5.2.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ 5.2.1 Xây dựng điều khiển mờ 5.2.2 Xây dựng mô Matlab-Simulink 5.3.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ: 5.3.1 Lựa chọn chất lượng đáp ứng hệ thống 5.3.2 Xây dựng điều khiển mờ 51 5.3.3 Xây dựng mô Matlab-Simulink 56 5.4 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG CỦA CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iii MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình hệ thống giảm xóc xe theo phương ngang Hình 1.2 Phân tích lực hệ thống Hình 1.3 Đáp ứng hệ thống hở dùng Matlab Hình 1.4 Đáp ứng hệ thống hở theo hệ phương trình trạng thái Hình 1.5 Đáp ứng hệ thống hở dùng hàm truyền Hình 1.6 Đáp ứng hệ thống kín dùng Matlab Hình 1.7 Độ vọt lố hệ thống vịng kìn Hình 1.8 Thời gian ổn định hệ thống vịng kín Hình 1.9 Thời gian lên hệ thống vịng kín Hình 1.10 Đáp ứng hệ thống kín chưa có điều khiển Hình 3.1 Các thơng số điều khiển PD 13 Hình 3.2 Đáp ứng ngõ điều khiển PD trước thực nghiệm 14 Hình 3.3 Đáp ứng ngõ điều khiển PD tối ưu 15 Hình 3.4 Các thông số điều khiển PI 17 Hình 3.5 Đáp ứng ngõ điều khiển PI 18 Hình 3.6 Đáp ứng ngõ điều khiển PID 21 Hình 4.1 Đáp ứng hệ thống vói điều khiển đặt cực 29 Hình 4.2 Đáp ứng hệ thống vói điều khiển đặt cực sau hiệu chỉnh 30 Hình 4.3 Đáp ứng hệ thống vói điều khiển quan sát trạng thái 33 Hình 4.4 Đáp ứng hệ thống vói điều khiển quan sát trạng thái sau hiệu chỉnh 35 Hình 5.1 Cấu trúc điều khiển mờ 36 Hình 5.2 Mờ hóa đầu vào E 37 Hình 5.3 Mờ hóa đầu vào DE 37 Hình 5.4 Mờ hóa đầu U 38 Hình 5.5 Xây dựng luật điều khiển cho toán 39 Hình 5.6 Đặc tính vào điều khiển mờ 39 Hình 5.7 Chọn thiết bị hợp thành cho toán 40 Hình 5.8 Chọn phương pháp giải mờ cho toán 40 Hình 5.9 Đáp ứng ngõ hệ thống sử dụng điều khiển PD mờ chưa hiệu chỉnh hệ số K 41 Hình 5.10 Đáp ứng ngõ hệ thống sử dụng điều khiển PD mờ hồn chỉnh 42 Hình 5.11 Cấu trúc điều khiển mờ 43 iv Hình 5.12 Mờ hóa đầu vào E 44 Hình 5.13 Mờ hóa đầu vào DE 44 Hình 5.14 Mờ hóa đầu DU 45 Hình 5.15 Xây dựng luật điều khiển cho toán 46 Hình 5.16 Đặc tính vào điều khiển mờ 47 Hình 5.17 Chọn thiết bị hợp thành cho tốn 47 Hình 5.18 Chọn phương pháp giải mờ cho toán 48 Hình 5.19 Đáp ứng ngõ hệ thống sử dụng điều khiển PI mờ chưa hiệu chỉnh hệ số K 49 Hình 5.20 Đáp ứng ngõ hệ thống sử dụng điều khiển PI mờ hồn chỉnh 50 Hình 5.21 Cấu trúc điều khiển mờ 51 Hình 5.22 Mờ hóa đầu vào E 52 Hình 5.23 Mờ hóa đầu vào DE 53 Hình 5.24 Mờ hóa đầu DU 53 Hình 5.25 Xây dựng luật điều khiển cho toán 54 Hình 5.26 Đặc tính vào điều khiển mờ 55 Hình 5.27 Chọn thiết bị hợp thành cho toán 55 Hình 5.28 Chọn phương pháp giải mờ cho toán 56 Hình 5.29 Chỉnh định hệ số K 57 Hình 5.30 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ 58 Hình 5.31 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ 58 Hình 5.32 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ 59 Hình 5.33 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ 60 Hình 5.34 Đáp ứng hệ thống với điều khiển thứ với đầu vào thay đổi liên tục .61 Hình 5.35 Biểu diễn hệ thống PI mờ cho toán sau hiệu chỉnh hệ số K 61 MỤC LỤC BẢNG Bảng 3.1 Bảng thực nghiệm điều chỉnh hệ số K BĐK PI 14 Bảng 3.2 Bảng thực nghiệm điều chỉnh hệ số K BĐK PD .18 Bảng 3.3 Bảng thực nghiệm điều khiển PID 22 Bảng 4.1 Bảng so sánh chât lượng điều khiển kinh điển 35 Bảng 5.1 Bảng luật điều khiển điều khiển PD mờ 38 Bảng 5.2 Bảng thực nghiệm giá trị hệ số K điều khiển PD mờ 41 Bảng 5.3 Bảng luật điều khiển điều khiển PI mờ .45 Bảng 5.4 Bảng thực nghiệm giá trị hệ số K điều khiển PI mờ 49 v Bảng 5.5 Bảng luật điều khiển điều khiển PI mờ .53 Bảng 5.6 Bảng thực nghiệm giá trị hệ số K điều khiển PID mờ 57 Bảng 5.7 Bảng so sánh chât lượng điều khiển kinh điển 62 MỤC LỤC MƠ HÌNH Mơ hình 1.1 Mơ hình Simulink khảo sát đáp ứng hệ thống hở theo hệ phương trình trạng thái Mơ hình 1.2 Mơ hình Simulink khảo sát đáp ứng hệ thống hở dùng hàm truyền Mơ hình 1.3 Mơ hình Simulink hệ thống kín chưa có điều khiển Mơ hình 3.1 Mơ hình Simulink hệ thống kín có khơng có điều khiển PD 13 Mơ hình 3.2 Mơ hình Simulink hệ thống kín có điều khiển PI 17 Mơ hình 3.3 Mơ hình simulink hệ kín có điều khiển PID 21 Mơ hình 4.1 Mơ hình Simulink hàm hệ hệ thống theo PTTT 24 Mơ hình 4.2 Mơ hình Simulink hệ thống có điều khiển đặt cực 28 Mơ hình 4.3 Mơ hình Simulink hệ thống có điều khiển đặt cực sau hiệu chỉnh 30 Mơ hình 4.4 Mơ hình Simulink hệ thống có điều khiển quan sát trạng thái 33 Mơ hình 4.5 Mơ hình Simulink hệ thống có điều khiển quan sát trạng thái sau hiệu chỉnh 34 Mô hình 5.1 Biểu diễn hệ thống PD mờ cho toán chưa hiệu chỉnh hệ số K .40 Mơ hình 5.2 Cấu trúc bên hệ thống subsystem 41 Mơ hình 5.3 Biểu diễn hệ thống PD mờ cho toán sau hiệu chỉnh hệ số K 42 Mơ hình 5.4 Biểu diễn hệ thống PI mờ cho toán chưa hiệu chỉnh hệ số K 48 Mơ hình 5.5 Cấu trúc bên hệ thống subsystem 48 Mơ hình 5.6 Biểu diễn hệ thống PI mờ cho toán sau hiệu chỉnh hệ số K 50 Mơ hình 5.7 Biểu diễn hệ thống PID mờ cho toán chưa hiệu chỉnh hệ số K 56 Mơ hình 5.8 Cấu trúc bên hệ thống subsystem 56 Mơ hình 5.9 Mơ hình bên khối BĐK mờ PI 57 Mơ hình 5.10 Mơ hình bên khối BĐK mờ PD 57 MỤC LỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1 Sơ đồ khối hệ thống có thêm khâu hiệu chỉnh Gc(s) .11 Sơ đồ 4.1 Sơ đồ sử mô tả hệ thống dung phương pháp đặt cưc 25 Sơ đồ 4.2 Sơ đồ hệ thống đặt khâu tỉ lệ E để hệ thống đạt chất lượng với giá trị K .29 Sơ đồ 4.3 Sơ đồ hệ thống đặt khâu tỉ lệ E để hệ thống đạt chất lượng với giá trị Ke 34 Sơ đồ 5.1 Bộ điều khiển PD mờ 36 Sơ đồ 5.2 Bộ điều khiển PI mờ dùng hệ qui tắc Mamdani 43 vi Sơ đồ 5.3 Sơ đồ khối PID mờ 51 vii Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.42 Mờ hóa đầu vào E Xác định hàm liên thuộc cho biến ngơn ngữ DE: Hình 5.43 Mờ hóa đầu vào DE Xác định hàm liên thuộc cho biến ngơn ngữ DU: Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 52 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.44 Mờ hóa đầu DU Bước 3: Xây dựng luật điều khiển (mệnh đề hợp thành) Bảng 5.9 Bảng luật điều khiển điều khiển PI mờ DU NB NM NS E ZE PS PM PB Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 53 Đồ án mơn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.45 Xây dựng luật điều khiển cho tốn Hình 5.46 Đặc tính vào điều khiển mờ Bước 4: Chọn thiết bị hợp thành Chọn thiết bị hợp thành MAX-MIN Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 54 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.47 Chọn thiết bị hợp thành cho toán Bước 5: Chọn nguyên lý giải mờ Chọn nguyên lý giải mờ điểm trọng tâm Hình 5.48 Chọn phương pháp giải mờ cho tốn 5.3.3 Xây dựng mơ Matlab-Simulink Mơ hình 5.18 Biểu diễn hệ thống PID mờ cho toán chưa hiệu chỉnh hệ số K Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 55 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Mơ hình 5.19 Cấu trúc bên hệ thống subsystem Mơ hình 5.20 Mơ hình bên khối BĐK mờ PI Mơ hình 5.21 Mơ hình bên khối BĐK mờ PD Tiến hành hiệu chỉnh hệ số chuẩn hóa K1, K2, K3, K4, KU1, KU2 để hệ thống đạt chất lượng mong muốn: Bảng 5.10 Bảng thực nghiệm giá trị hệ số K điều khiển PID mờ ST T Tiến hành thực thay hệ số K phần Properties: Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 K1 1 56 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.49 Chỉnh định hệ số K Sau chỉnh định hệ số ta thu sau: Với hệ số hiệu chỉnh thứ ta thu đáp ứng hệ thống Hình 5.50 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ Quan sát đáp ứng hệ thống ta thấy với giá trị đặt hệ thống chưa hiệu chỉnh sai số xác lập chưa thỏa mãn với hệ thống sai số lúc 50% Khi thêm vào hệ số hiệu chỉnh PID ta thấy ngõ sau hiệu chỉnh chưa đáp ứng hệ thống giá trị sai số xác lập khoảng 37% Vì hệ thống chưa đạt giá trị mong muốn nên ta tiếp tục hiệu chỉnh thông số K thứ Khi hiệu chỉnh thông số thứ ta thu đáp ứng hệ thống sau: Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 57 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.51 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ Quan sát đáp ứng hệ thống ta thấy với giá trị đặt hệ thống chưa hiệu chỉnh sai số xác lập chưa thỏa mãn với hệ thống sai số lúc 50% Khi thêm vào hệ số hiệu chỉnh PID ta thấy ngõ sau hiệu chỉnh đáp ứng hệ thống giá trị sai số xác lập thời gian xác lập 7,2s Vì hệ thống chưa đạt giá trị mong muốn nên ta tiếp tục hiệu chỉnh thông số K thứ Khi hiệu chỉnh thông số thứ ta thu đáp ứng hệ thống sau: Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 58 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.52 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ Quan sát đáp ứng hệ thống ta thấy với giá trị đặt hệ thống chưa hiệu chỉnh sai số xác lập chưa thỏa mãn với hệ thống sai số lúc 50% Khi thêm vào hệ số hiệu chỉnh PID ta thấy ngõ sau hiệu chỉnh đáp ứng hệ thống Không giá trị sai số xác lập giảm thời gian xác lập so với số K thứ xuống 50% (2,5s) Vì muốn hệ thống đạt giá trị mong muốn nên ta tiếp tục hiệu chỉnh thông số K thứ Khi hiệu chỉnh thông số thứ ta thu đáp ứng hệ thống sau: Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 59 Đồ án mơn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.53 Đáp ứng hệ thống với điều khiển PID thứ Quan sát đáp ứng hệ thống ta thấy với giá trị đặt hệ thống chưa hiệu chỉnh sai số xác lập chưa thỏa mãn với hệ thống sai số lúc 50% Khi thêm vào hệ số hiệu chỉnh PID ta thấy ngõ sau hiệu chỉnh đáp ứng hệ thống Không độ vọt lố, giá trị sai số xác lập giảm thời gian xác lập so với số K thứ xuống 0,25s) Khi hiệu chỉnh thông số thứ với nguồn thay đổi liên tục ta thu đáp ứng hệ thống sau: Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 60 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính Hình 5.54 Đáp ứng hệ thống với điều khiển thứ với đầu vào thay đổi liên tục Quan sát đáp ứng hệ thống ta thấy với giá trị đặt hệ thống chưa hiệu chỉnh sai số xác lập chưa thỏa mãn với hệ thống sai số lúc 50% Khi thêm vào hệ số hiệu chỉnh PID ta thấy ngõ sau hiệu chỉnh đáp ứng hệ thống bám theo nguồn thay đổi liên tục Sau trình thực nghiệm, ta thấy giá trị số thứ tự thứ là: K1 5; K2 0,01; K3 5; K4 0,01; KU1 10; KU 10; Ta lấy điều khiển thứ để thiết kế hệ thống Hình 5.55 Biểu diễn hệ thống PI mờ cho toán sau hiệu chỉnh hệ số K Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 61 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính 5.4 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG CỦA CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI Bảng 5.11 Bảng so sánh chât lượng điều khiển kinh điển Bộ ĐK mờ PI PD PID Dựa vào bảng trên, nhóm em rút kết luận phương pháp điều khiển PID mờ tốt BĐK mờ hệ thống giảm xóc lị cho xe theo phương ngang Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 62 Đồ án môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao, Huỳnh Thái Hoàng, Đại học Bách Khoa TPHCM [2] Lý thuyết điều khiển tự động – Huỳnh Thái Hồng [3] FuzzyControlTheory- TranHoaiAn Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 04 63 ... môn học: Lý thuyết điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Chính CHƯƠNG HỆ THỐNG GIẢM XĨC CỦA XE THEO PHƯƠNG NGANG 1.1 MƠ HÌNH TỐN 1.1.1 Giới thiệu mơ hình hệ thống Mơ hình mơ tả hệ thống giảm xóc theo phương. .. hệ thống 4.4.5 Điều ch 4.5.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG CỦA CÁC BỘ Đ CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ FUZZY 5.1.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PD MỜ 5.1.1 Xây dựng điều khiển mờ 5.1 .2. .. Mơ hình hệ thống giảm xóc xe theo phương ngang 1.1 .2 Phương trình vi phân hệ thống Gọi u(t) độ dịch chuyển xe theo phương ngang so với trục đứng u, y(t) độ dịch chuyển vật theo phương ngang so