Theo thiết kế của 2 bộ điều khiển P và PI chưa đáp ứng được yêu cầu. Như vậy cần phải thêm bộ điều khiển vi phân (D) để làm giảm độ vọt lố. Tăng các giá trị Kd
sao cho hệ thống không vọt lố và ổn định.
Thiết kế bộ điều khiển tích phân tỉ lệ PD trên Simulink và đặt các thông số KD=0
Tính toán thông số cho bộ điều khiển PD 0,6. 0,6.6 3,6 0 0,125.3 0,375 0,375.6 2,25 p gh p i i i D D D P K K K Kp T K Ki T K T K K
Hình 4.18. Sơ đồ mô phỏng hệ thống có bộ điều khiển PD
Kết quả mô phỏng:
Đánh giá:
Hệ thống với bộ điều khiển PD với Kp = 3,6, Ki = 0 và Kd =2,25. Theo tính toán
công thức ta thấy hệ thống tương đối ổn định, vẫn có chút dao động của quả bóng quanh vị trí cân bằng nhưng chưa đáp ứng được thời gian xác lâp.
Nhận xét hệ thống:
Thời gian xác lập lâu 10s
Hệ thống không có độ vọt lố
Sai số xác lập lớn
Vì vậy ta cần phải giảm Kp và giảm Kd để giảm độ vọt lố và tăng thời gian xác lập.
Khảo sát thêm với các giá trị Kp=2.5, Kd=0.95
Hình 4.21. So sánh ngõ ra PD trước hiệu chỉnh và sau khi hiệu chỉnh
Đánh giá:
Dựa vào các kết quả mô phỏng cho thấy các thông số của bộ điều khiển PD từ mô phỏng có thể làm ổn định được hệ thống trên. Áp dụng thông số PD ta chọn trong mô phỏng cho mô hình thực tế và tinh chỉnh cho hệ thống ổn định hơn.
Nhận xét:
Với sự tinh chỉnh giá trị Kp, Kd ta đã làm giảm được độ vọt lố và giảm thời gian xác lập.
4.3.5. Thiết kế bộ điều khiển PID
Tính toán thông số cho bộ điều khiển PD 0,6. 0,6.6 3,6 6 0,5.3 1,5 4 1,5 0,125.3 0,375 0,375.6 2,25 p gh p i i i D D D P K K K Kp T K Ki T K T K K
Sơ đồ khối mô phỏng: Với Kp = 3,6, Ki = 4, Kd = 2,25.
Hình 4.22. Sơ đồ mô phỏng hệ thống có bộ điều khiển PID
Kết quả mô phỏng:
Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển PID sử dụng bộ PID Controler trong Matlab.
Hình 4.8. Sơ đồ mô phỏng hệ thống có bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID tích hợp 3 bộ điều khiển: tỉ lệ, tích phân và vi phân. Có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng, giảm độ vọt lố nếu các thông số được lựa chọn thích hợp.
Hình 4.24. Hiệu chỉnh khối PID Tuner
Chúng ta thay đổi các thông số Kp, Kd, Ki trên PID Tuner.
Các thông số
Ki = 0,25
Kd = 0,65
Đánh giá hệ thống điều khiển PID:
Hình 4.26. So sánh hệ thống trước và sau khi hiệu chỉnh thông số PID
Dựa vào các kết quả mô phỏng cho thấy các thông số của bộ điều khiển PID từ mô phỏng có thể làm ổn định được hệ thống trên. Áp dụng thông số PID ta chọn trong mô phỏng cho mô hình thực tế và tinh chỉnh cho hệ thống ổn định hơn.
Có độ vọt lố do ta có thêm thông số KI
Thời gian đáp ứng nhanh khoảng 2.4s
Sai số xác lâp nhỏ
Với việc sử dụng bộ điều khiể PID Controler và các thông số Kp, Kd, Ki thích hợp thì hệ thống ổn định.