Cấu trúc bộ điều khiển PID cho robot hai bánh tự cân bằng
Bộ PID được sử dụng để điều khiển robot hai bánh tự cân bằng, bao gồm: Bộ PID điều khiển góc nghiêng
Bộ PID điều khiển vị trí Bộ PID điều khiển góc xoay
Hàm truyền đạt bộ điều khiển PID liên tục PID U s G s E s = 1 I P D K s K K s S [3.4]
Bộ điều khiển PID với thông số KP, KI, KD cố định như trên, hệ thống chỉ làm việc tốt trong điều kiện hệ số KP, KI, KD đã được chỉnh định tối ưu và trong quá trình làm việc, các thông số trong mô hình không đổi.
Bảng thông số kỹ thuật mô phỏng:
Chi tiết Giá trị
2 Bánh xe Bán kính 32.5 mm Độ dày 25 mm Khối lượng 50g 4 mặt phẳng Chiều dài 110 mm Chiều rộng 70 mm Độ dày 3 mm Khối lượng 150 g 4 trụ nối Bán kính 5 mm Chiều dài 40 mm Khối lượng 60 g 1 Trục bánh xe Chiều dài 140 mm Khối lượng 200 g
Bảng 8: Thông số kỹ thuật mô phỏng
42
Hình 3-6:Khối mô phỏng bánh xe của robot
43
Hình 3-8: Kết nối bánh xe và khung robot với khối tạo chuyển động
Hình 3-9: Kết nối với bộ điều khiển PID
Chạy kết quả mô phỏng sau khi kết nối các khối lại với nhau
44
3.3.1.1 Lựa chọn bộ thông số PID
Nếu các tham số PID (tỉ lệ, tích phân và vi phân) không được lựa chọn thích hợp, tiến trình cần điều khiển có thể bị mất ổn định, đầu ra bị phân kì và có thể kèm theo dao động, và chỉ bị giới hạn bởi sự bão hoà hoặc nứt gãy cơ khí. Điều chỉnh hệ điều khiển là công việc đặt các thông số tỉ lệ, tích phân và vi phân về các giá trị tối ưu để có đáp ứng đầu ra theo mong muốn .
Chỉnh định thủ công :
Đặt giá trị đầu tiên của Ki và Kd bằng không. Tăng Kp ñến khi hệ thống dao động tuần hoàn. Đặt thời gian tích phân bằng chu kỳ dao động. Điều chỉnh lại giá trị Kp cho phù hợp. Sau đó tăng Kd, cho đến khi vòng điều khiển nhanh có thể chấp nhận được lấy lại được giá trị đặt sau khi bị nhiễu. Tuy nhiên, Kd quá lớn sẽ gây đáp ứng dư và vọt lố. Cuối cùng, tăng Ki đến giá trị phù hợp sao cho đủ thời gian xử lý. Tuy nhiên, Ki quá lớn sẽ gây mất ổn định
Hình 3-11: Giá trị thông số PID
45
Hình 3-12:Tín hiệu vào ra của bộ điều khiển
Nhận xét: Qua quá trình thử sai và thay đổi để tìm được thông số PID phù hợp với hệ thống nhóm đã điều khiển đạt được xe 2 bánh tự cân bằng. Hệ thống ổn định với thời gian trong khoảng ngắn, tuy ban đầu hệ thốn vẫn còn bất ổn nhưng ổn định nhanh, điều khiển được xe tự cân bằng với góc nghiêng bằng 0 độ.