Các tham số của đối tƣợng 3.1 trong các trƣờng hợp cụ thể đƣợc xác định là tốt nhất theo các giải tải trọng, tốc độ các chuyên gia tàu thủy thí nghiệm xác định nhƣ trong bảng 1.2 tham số hàm truyền của tàu thủy 6000T kỹ sƣ A.Puctoskin.
(s)=
Trong luận văn nay bộ điều khiển cho mô hình ở chế đô chuẩn đƣợc thực hiện bằng bộ điều khiển PID
3.2.1Các phương pháp xác định tham số bộ điều khiển PID.
Phƣơng pháp Ziegler-Nichols là pháp thực nghiệm để xác định tham số bộ điều khiển P, PI, hoặc PID bằng cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối tƣợng điều khiển. Tùy theo
đặc điểm của từng đối tƣợng, Ziegler và Nichols đƣa ra hai phƣơng pháp lựa chọn tham số của bộ điều khiển: Phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất: Phƣơng pháp này áp dụng cho các đối tƣợng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm bấc có dạng chữ S .
Hình 3.2 Mổ tả phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất
Thông số của các bộ điều khiển đƣợc chọn theo bảng sau:
Phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai: Phƣơng pháp này áp dụng cho đối tƣợng có khâu tích phân lý tƣởng . Đáp ứng quá độ của hệ hở của đối tƣợng tăng đến vô cùng. Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện nhƣ sau:
Hình 3. 3 Xác định hằng số khuếch đại tới hạn
- Thay bộ điều khiển PID trong hệ kín bằng bộ khuếch đại (hình 2.4).
- Tăng hệ số khuếch đại tới giá trị tới hạn kth để hệ kín ở chế độ biên giới ổn định, tức là h(t) có dạng dao động điều hòa.
- Xác định chu kỳ Tth của dao động.
Hình 3.3 Đáp ứng quá độ của hệ kín k = kth
37
Phương pháp Chien-Hrones-Reswick:
Phƣơng pháp này cũng áp dụng cho các đối tƣợng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S (hình 3.4) nhƣng có thêm điều kiện:
> 3
Hình 3.4 Đáp ứng nấc của hệ thích hợp cho phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick
Phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick đƣa ra bốn cách xác định tham số bộ điều khiển cho bốn yêu cầu chất lƣợng khác nhau:
- Yêu cầu tối ƣu theo nhiễu và hệ kín không có độ quá điều chỉnh:
38
- Yêu cầu tối ƣu theo nhiễu và hệ kín có độ quá điều chỉnh ∆h không vƣợt quá 20% so với = lim
Phương pháp tối ưu modul
Phƣơng pháp tối ƣu modul là phƣơng pháp lựa chọn tham số bộ điều khiển PID cho đối tƣợng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dạng hình chữ S . Xét một hệ thống điều khiển kín nhƣ trên hình 3.5. Bộ điều khiển R(s) điều khiển cho đối tƣợng
S(s).
39
Hình 3.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín
Phƣơng pháp tối ƣu modul đƣợc áp dụng để chọn tham số bộ điều khiển PID điều khiển các đối tƣợng S(s) có bản chất quán tính. Đối với đối tƣợng điều khiển là khâu quán tính bậc nhất:
Đối với đối tƣợng điều khiển là khâu quán tính bậc nhất:
(3.17)
Bộ điều khiển đƣợc chọn là khâu tích phân
R(s) =
Hàm truyền đạt của hệ kín:
(3.19)
Trƣờng hợp đối tƣợng điều khiển có dạng:
với T1, T2, …, Tn rất nhỏ, dùng phƣơng pháp tổng các hằng số thời gian nhỏ để chuyển mô hình về dạng xấp xỉ khâu quán tính bậc nhất. Bộ điều khiển tối ƣu modul sẽ là khâu tích phân với tham số:
40
(3.20)
Đối với đối tƣợng điều là khâu quán tính bậc hai:
(3.21)
Bộ điều khiển tối ƣu modul sẽ là bộ điều khiển PI có các tham số:
(3.22)
Đối với đối tƣợng khiển là khâu quán tính bậc ba:
(3.23)
Bộ điều khiển tối ƣu modul là bộ điều khiển PID:
(3.24)
Với các tham số:
Trƣờng hợp đối tƣợng điều khiển có dạng:
với T3, T4, …, Tn rất nhỏ so với T1 và T2, dùng phƣơng pháp tổng các hằng số thời gian nhỏ để chuyển mô hình về dạng xấp xỉ:
41
Bộ điều khiển tối ƣu modul sẽ là bộ điều khiển PID có các tham số:
Phương pháp tối ưu đối xứng:
Hàm truyền đạt của đối tƣợng:
(3.25)
Bộ điều khiển tối ƣu đối xứng sẽ là bộ điều khiển PI:
(3.26)
Bộ PI này có các tham số xác định nhƣ sau :
- Xác đinh a từ độ quá điều chỉnh ∆h cần có của hệ kín theo:
(3.27)
42
Hoặc a tự chọn với a>1 từ yêu cầu chất lƣợng đề ra. Giá trị a đƣợc chọn càng lớn, độ quá điều chỉnh càng nhỏ. Nếu a ≤ 1, hệ kín sẽ không ổn định.
Điều khiển đối tượng tích phân – quán tính bậc hai Mô hình hàm truyền:
S(s) =
Bộ điều khiển PID có hàm truyền đạt
R(s) = (1 + Trong đó +=,=,
Bộ điều khiển đƣợc hiệu chỉnh nhƣ sau:
) = (3.30)
1
b) Xác định 4>a> từ độ quá điều chỉnh cần có để hệ kín giao động, hoặc chọn a>1 từ yêu cầu chất lƣợng đề ra. Giá trị a càng lớn độ quá điều chỉnh càng nhỏ. Để hệ kín không giao động chọn a>>4.
c) Tính =(3.31) Từ 3.33 ta có = + (3.32) = (3.33) = (3.34) 43