Hình 3.13: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ
Luật điều khiển thường được chọn trên cơ sở đã xác định được mô hình toán học của đối tượng phải phù hợp với đối tượng cũng như thỏa mãn yêu cầu của bài toán thiết kế.
Phương trình toán học: ( ) ( ) p ( ) I ( ) D de t U t K e t K e t dt K dt (3.5) Ảnh Laplace: ( ) I P C d K G s K K s s (3.6)
59
Hình 3.14: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID
Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của bộ điều khiển PID. Định nghĩa rằng u(t) là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng của giải thuật PID là:
0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) e p I d de t u t MV t K e t K e t dt K dt (3.7)
Trong đó các thông số điều chỉnh là:
Độ lợi tỉ lệ, Kp: giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù khâu tỉ lệ càng lớn. Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dấn đến quá trình mất ổn định và dao động.
Độ lợi tích phân, Ki: giá trị càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng nhanh. Đổi lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn định.
Độ lợi vi phân, Kd: giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số.
Có một số phương pháp để chọn thông số PID như là:
1.Trước tiên bạn cài đặt hệ số P trước. từ nhỏ tới lớn đến khi nào đạt được độ cứng cần thiết của hệ thống.
60
2.Thứ 2 cài đặt tới hệ số I. Từ nhỏ tới lớn, quan sát đáp ứng của hệ thống khi các thông số thay đổi. Khi nào đạt được khi thôi
3.Cuối cùng chỉnh tới thông số D. Khi hệ số I tăng thì đáp ứng của hệ thống nhanh nhưng rễ mất ổn định, bị dao động. Bạn cũng tăng từ từ hệ số D lên.
Nhóm sử dụng phương pháp thực nghiệm trên Arduino và động cơ để chọn thông số PID:
– Đưa các giá trị Ki = Kd đồng thời quy chúng về giá trị = 0. Sau đó; ta hiệu chỉnh giá trị Kp tăng dần đến khi nào hệ thống dao động tuần hoàn ổn định thì ngưng.
– Hiệu chuẩn time tích phân tương ứng với chu kỳ dao động tuần hoàn. – Kiểm soát lại giá trị Kp vừa khớp với yêu cầu bài toán. Trong qua trình
hiệu chỉnh; nếu xảy ra hiện tượng thay đổi do dao động đột biến thì ta hiệu chuẩn thêm giá trị Kd.
Mạch điều khiển động cơ dùng cầu H
Mạch cầu H là nguyên lý khá phổ biến trong điều khiển đông cơ. Cấu trúc mạch cầu H là một giải pháp đơn giản có thể tạo ra điện áp lưỡng cực từ nguồn đơn cực.
Hình vẽ trên mô tả một mạch cầu H đơn giản dùng bốn tranzito. Bằng cách đóng mở các cặp tranzito khác nhau (Q1-Q3) hoặc (Q2-Q4), có thể có điện áp lưỡng cực qua tải từ một nguồn cấp đơn cực. Trong nhiều ứng dụng, các cặp tranzito trong cầu H có thể được điều khiển trực tiếp bởi đầu ra của một thiết bị số (TTL hoặc CMOS).
61
Nhóm thực hiên điều khiển động cơ qua ROS với gói “teleop_twist_keyboard” trên bàn phím máy tính.
Hình 3.16: Điều khiển động cơ bằng bàn phím kết hợp Rviz
Thuật toán được lập trình điều khiển trên Arduino Uno R3. Tham khảo phần code chi tiết tại phụ lục 1.
Sơ đồ hệ thống điều khiển robot tham khảo tại bản vẽ 4.
62