CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
5.2. Thiết kế bộ điều khiển PID cho chế độ tải trọng thay đổi
Trong quá trình hoạt động của thiết bị tự hành, với nhiệm vụ nâng và di chuyển kệ hàng với khối lượng dao động từ 0 – 50kg, bài tốn đặt ra đĩ là đáp ứng của 2 động cơ trong trường hợp tải trọng thay đổi. Để giải quyết bài tốn trên, giải thuật PID được sử dụng kết hợp với cảm biến Loadcell để xác định khối lượng của kệ hàng, ứng với mỗi chế độ tải trọng nhất định, sẽ cĩ một bộ số PID thích hợp được lựa chọn từ thực nghiệm, nhằm luơn đảm bảo đáp ứng của động cơ nằm trong khoảng yêu cầu.
Khối lượng tải xác định từ
Loadcell
y(t)
Hình 5. 3: Mơ hình tổng quát hệ thống điều khiển Yêu cầu thiết kế bộ điều khiển PID: Yêu cầu thiết kế bộ điều khiển PID:
- Thời gian đáp ứng 0.1s.
- Độ vọt lố 20%
5.2.1. Bộ điều khiển PID chế độ khơng tải
Lựa chọn hệ số PID
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Tiến hành khảo sát tốc độ động cơ và điện áp cấp vơ ở chế độ khơng tải, sử dụng Driver DCS3T cho kết quả như sau:
Hình 5. 4: Đáp ứng 2 động cơ ở chế độ khơng tải Từ kết quả khảo sát cho thấy: Từ kết quả khảo sát cho thấy:
- Quan hệ giữa tốc độ động cơ và xung PWM là tuyến tính với cả 2 động cơ
- Hệ số gĩc của đường đáp ứng 2 động cơ được xấp xỉ là 3.18
Tiến hành khảo sát đáp ứng của động cơ trái ở chế độ khơng tải, PWM =55%
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ BỘ ĐIỀU KHIỂN Hệ thống cĩ dạng bậc nhất:
Hình 5. 6: Độ thị đường cong đáp ứng của hệ bậc nhất Từ đồ thị, hàm truyền động cơ trái: Từ đồ thị, hàm truyền động cơ trái:
𝐺(𝑠) =
3.18
0,23𝑠 + 1 Sử dụng PID Tuner của Matlab để tìm bộ PID:
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Tiến hành hiệu chỉnh các hệ số qua thực nghiệm, ta tìm được các hệ số: KP = 0.29, KI = 5.36, KD = 0.00153
Đáp ứng của động cơ trái:
- Settling time: Ts= 0.071s
- Overshoot: M = 12.7%
Tiến hành tương tự cho động cơ phải, hàm truyền tìm được:
𝐺(𝑠) = 0,15𝑠+ 1 3.18
Tiến hành hiệu chỉnh các hệ số qua thực nghiệm, ta tìm được các hệ số: KP = 0.14, KI = 6.21, KD = 0.00235
Đáp ứng của động cơ trái:
- Settling time: Ts= 0,098s
- Overshoot: M = 15,7%
5.2.2. Bộ điều khiển PID ở chế độ cĩ tải.
Tiến hành khảo sát đáp ứng của 2 động cơ ở chế độ cĩ tải 10kg:
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ BỘ ĐIỀU KHIỂN Từ kết quả khảo sát cho thấy:
- Quan hệ giữa tốc độ động cơ và xung PWM là tuyến tính với cả 2 động cơ
- Hệ số gĩc của đường đáp ứng 2 động cơ được xấp xỉ là 2.01
Tiến hành tương tự các bước thiết kế ở chế độ khơng tải, xác định được hàm truyền của 2 động cơ và đáp ứng bộ điều khiển như sau:
❖ Động cơ trái:
𝐺(𝑠) = 0,32𝑠+ 1 2,01
Tiến hành hiệu chỉnh các hệ số qua thực nghiệm, ta tìm được các hệ số: KP = 0.23, KI = 9.16, KD = 0.000156
Hình 5. 9: Đáp ứng hệ động cơ trái ở PWM 55% Đáp ứng của động cơ trái:
- Settling time: Ts= 0,052s
- Overshoot: M = 13.8%
❖ Động cơ phải:
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Tiến hành hiệu chỉnh các hệ số qua thực nghiệm, ta tìm được các hệ số: KP = 0.13, KI = 7.68, KD = 0.00125
Hình 5. 10: Đáp ứng hệ động cơ phải PWM 55% Đáp ứng của động cơ phải:
- Settling time: Ts= 0,0018s
- Overshoot: M = 10.6%
Quá trình được tiếp tục ở các chế độ tải từ 1 – 50 kg, các bộ hệ số PID được trình bày ở Phụ lục A.