Thiết kế bộ điều khiển PID trên simulink:
Hình thiết kế bộ điều khiển PID trên simulink
Hình nhập thông số cho bộ điều khiển PID
Hình đáp ứng ngõ ra của hệ thống trước hiệu chỉnh
Nhận xét:
- Thời gian xác lập lâu 10s - Không có độ vọt lố
- Sai số xác lập rất nhỏ.
Hệ thống đã khá ổn định khi điều chỉnh theo bộ điều khiển PID. Vì vậy cần đổi lại các thông số , , để hệ thống tốt hơn.
Hình hiệu chỉnh lại thông số cho bộ điều khiển PID
Hình đáp ứng ngõ ra của hệ thống sau hiệu chỉnh
Hình so sánh đáp ứng ngõ ra của hệ thống trước và sau hiệu chỉnh
Chú thích:
Đường màu vàng: Giá trị đặt (setpoint).
Đường màu xanh: Đáp ứng của hệ thống trước khi hiệu chỉnh. Đường màu đỏ: Đáp ứng của hệ thống sau khi hiệu chỉnh
Nhận xét: Hệ thống đã ổn định hơn và thời gian xác lập đã giảm xuống còn 1,5s
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY, PID MỜ 3.1 Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy
2 2 ( . .s) Y(s) K. (s) ( ) (s) . . T T M s B Y s K M s B s Trong đó:
- Tín hiệu vào: (Momen kéo của động cơ) - Tín hiệu ra: y(s) (Vị trí buồng thang)
Bước 1: Xác định biến vào, ra của đối tượng. Biến vào:
+ Momen của động cơ E[-300;300]
+ Vi phân sai lệch momen DE[-150; 150]
Bước 2: Xác định các hệ số chuẩn hóa biến vào, ra về miền giá trị [0;1] hoặc [-1;1]
Biến vào: E[-1;1], DE[-1;1] Biến ra: U[-1;1]
Bước 3: Mờ hóa các biến vào, ra bằng cách xây dựng các luật hợp thành và các giá trị ngôn ngữ cho các biến vào, ra đó.
Các biến ngôn ngữ: E= {NB; NS; ZE; PS; PB} DE= {NB; NS; ZE; PS; P} U={NB; NS; ZE; PS; PB} Trong đó: NB: âm nhiều NS: âm ít ZE: không PS: dương ít PB: dương nhiều
Xác định hàm liên thuộc cho biến ngôn ngữ U:
Bước 4: Xây dựng hệ quy tắc mờ cho các biến vào và ra
DE E NB NM ZE PM PB NB NB NB NB NM ZE NM NB NB NM ZE PM ZE NB NM ZE PM PB PM NM ZE PM PB PB PB ZE PM PB PB PB
Đặc tính vào ra của bộ điều khiển mờ
Hình bộ điều khiển mờ trên simulink
Hình đáp ứng ngõ ra của hệ thống khi có bộ điều khiển mờ
Nhận xét: Hệ thống đã ổn định nhưng vẫn có sai sô xác lập và thời gian xác lập lâu 20s
3.2 Thiết kế bộ điều khiển PD mờ
Thiết kế bộ điều khiển PD mờ trên simulink:
Nhận xét: Hệ thống ổn định và đáp ứng ngõ ra bám sát với giá trị đặt (SP), độ vọt lố thấp, thời gian xác lập 3s.
3.3 Thiết kế bộ điều khiển PI mờ
Cấu trúc bộ điều khiển PI mờ:
Thiết kế bộ điều khiển PI mờ trên simulink:
Nhận xét: Hệ thống không ổn định.
3.4 Thiết kế bộ điều khiển PID mờ
Cấu trúc bộ điều khiển PID mờ
Thiết kế bộ điều khiển PID mờ trên simulink:
Nhận xét: Hệ thống có độ vọt lố cao, thời gian xác lập 10s.
CHƯƠNG IV: NHẬN XÉT CHUNG 4.1 So sánh các bộ điều khiển P, PI, PD, PID
Trong đó:
- Đường màu tím: giá trị đặt (SP).
- Đường màu vàng: ngõ ra của bộ điều khiển PID. - Đường màu xanh lá: ngõ ra của bộ điều khiển PD.
- Ngõ ra của bộ điều khiển P, PI không thấy được do thời gian xác lập lớn.
xác lập lập hệ thống
P Rất chậm Nhỏ Không có Ổn định
PD Nhanh Nhỏ Không có Ôn định
PI Rất chậm Nhỏ Không có Ổn định
PID
Nhanh Nhỏ Không có Ổn định
Nhận xét: Từ bảng so sánh nhóm chọn bộ điều khiển PID vì: - Thời gian xác lập nhanh.
- Sai số xác lập nhỏ. - Không có độ vọt lố.
- Đáp ứng ngõ ra bám sát với giá đặt.
4.2 So sánh các bộ điều khiển mờ, PI mờ, PD mờ, PID mờ
So sánh đáp ứng ngõ ra của các bộ điều khiển mờ, PI mờ, PD mờ, PID mờ:
Trong đó:
- Đường màu cam: giá trị đặt (SP).
- Đường màu tím: ngõ ra của bộ điều khiển mờ. - Đường màu đỏ: ngõ ra của bộ điều khiển PD mờ. - Đường màu xanh: ngõ ra của bộ điều khiển PI mờ. - Đường màu vàng: ngõ ra của bộ điều khiển PID mờ. Bảng so sánh các bộ điều khiển mờ:
Phương pháp Thời gianxác lập Sai số xáclập Độ vọt lố Tính ổn định củahệ thống
Mờ Lâu Nhỏ Không có Ổn định
PD mờ Nhanh Rất nhỏ Thấp Ôn định
PI mờ Không thểxác định Không thểxác định Cao Không ổn định
Nhận xét: Từ bảng so sánh nhóm chọn bộ điều khiển PD mờ vì: Thời gian xác lập nhanh.
Sai số xác lập rất nhỏ. Độ vọt lố thấp.
4.3 Nhận xét và chọn bộ điều khiển tốt nhất cho hệ thống
Nhận xét: Trong xuyên suốt quá trình làm và phân tích hệ thống và so sánh từng bộ điều khiển với nhau, nhóm nhận thấy bộ điều khiển PID đáp ứng tốt các tiêu chuẩn về ổn định hệ thống:
- Thời gian đáp ứng nhanh - Không có độ vọt lố
- Sai số xác lập nhỏ
- Đáp ứng ngõ ra bám sát giá trị đặt (SP)
Vì vậy nhóm quyết định chọn bộ điều khiển PID cho hệ thống thang máy.