CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
4.5 Kết hợp các phương pháp khác nhau vào bộ tạo dạng đầu vào
Như đã trình bày ở trên, cầu trục con lắc đơi có hai tần sốdao động. Vì vậy, để giảm dao động ta đã đưa ra cấu trúc điều khiển gồm hai bộ tạo dạng để triệt tiêu hai tần sốdao động này. Hai bộ tạo dạng ta đang sử dụng là cùng loại (cùng ETM4 hay cùng ZVD). Sẽ ra sao nếu ta kết hợp hai loại shaper khác nhau để giảm dao động cho cầu trục. Ở mục này, ta sẽ kết hợp bộ tạo dạng ZVDD với ETM4 để so sánh với bộ tạo dạng gồm hai bộ ETM4. Các trường hợp mô phỏng thực hiện giống mục 4.4.
45
4.5.1 Trường hợp một: Tải trọng 5kg
Đáp ứng vị trí:
Hình 4.22 Đáp ứng vị trí
Có thể thấy, đáp ứng vị trí của xe cầu bám tốt giá trị đặt, không xuất hiện độquá điều chỉnh. Đáp ứng vị trí khi sử dụng bộđiều khiển ZVDD+ETM4 chậm hơn ETM4+ZVDD. Thời gian đáp ứng của bộđiều khiển ZVDD+ETM4 là 10.78s, bộđiều khiển ETM4+ZVDD là 10.02s và bộđiều khiển ETM4+ETM4 là 9.92s. Đáp ứng vị trí khi sử dụng bộđiều khiển ETM4+ZVDD và ETM4+ETM4 là gần như giống nhau. Điều này cho ta biết, việc lựa chọn bộ tạo dạng thứ nhất có ảnh hưởng trực tiếp đến đáp ứng vị trí của xe cầu.
46 Đáp ứng góc dao động:
Hình 4.23 Đáp ứng góc dao động
Khi áp dụng các bộ điều khiển, các góc dao động đều được giảm xuống nhanh chóng. Từ hình 4.23, ta có thể thấy được bộđiều khiển ETM4+ETM4 và bộ điều khiển ETM4+ZVDD giảm dao động nhanh hơnnhưng lại có biên độdao động lớn hơn bộ điều khiển ZVDD+ETM4. Đáp ứng góc dao động khi áp dụng hai bộ điều khiển ETM4+ETM4 và ETM4+ZVDD khá tương đồng. Cũng giống đáp ứng vị trí, việc lựa chọn bộ tạo dạng thứ nhất ảnh hưởng trực tiếp đến đáp ứng góc dao động.
47 Đáp ứng tín hiệu điều khiển:
Hình 4.24 Đáp ứng tín hiệu điều khiển
4.5.2 Trường hợp hai: Giảm khối lượng tải trọng xuống 2kg và giữ
nguyên thông số của bộ điều khiển
Đáp ứng vị trí:
48
Tuy giảm tải trọng nhưng đáp ứng vị trí vẫn bám giá trị đặt và khơng xuất hiện độquá điều chỉnh. Bộđiều khiển làm việc tốt, bền vững trước sai số mơ hình.
Đáp ứng góc dao động:
Hình 4.26 Đáp ứng góc dao động
Khi giảm tải trọng từ 5kg xuống 2kg, đáp ứng góc dao động khi sử dụng bộ điều khiển ZVDD+ETM4 tuy có giảm vềbiên độnhưng vẫn dao động. Trong khi đó, bộ điều khiển ETM4+ZVDD và ETM4+ETM4 giảm dao động tốt hơn. Với trường hợp này, ta thấy phương pháp ETM4 bền vững hơn so với phương pháp ZVDD.
49 Đáp ứng tín hiệu điều khiển:
Hình 4.27 Đáp ứng tín hiệu điều khiển
4.5.3 Trường hợp ba: Tăng khối lượng tải trọng lên 10kg và giữ
nguyên thông số của bộ điều khiển
Đáp ứng vị trí:
50
Tuy tăng tải trọng nhưng đáp ứng vị trí vẫn bám tốt giá trịđặt, không xuất hiện độquá điều chỉnh. Các bộđiều khiển bền vững trước sai số mơ hình.
Đáp ứng góc dao động:
Hình 4.29 Đáp ứng góc dao động
Khi tăng tải trọng lên 10kg, các bộđiều khiển vẫn giảm dao động tốt. Động học của đáp ứng góc dao động gần như tương đương với khi tải trọng 5kg. Bộđiều khiển ETM4+ZVDD và ETM4+ETM4 tắt dần nhanh hơn bộ điều khiển ZVDD+ETM4 nhưng lại có biên độdao động lớn hơn.
Đáp ứng tín hiệu điều khiển:
51
4.5.4 Nhận xét
Bảng 4.5 Tổng hợp đáp ứng của các bộ điều khiển
Bộđiều khiển Tải trọng (kg) Đáp ứng góc dao động Đáp ứng vị trí Biên độ dao động lớn nhất 𝜽𝜽𝟏𝟏(o) Biên độ dao động lớn nhất 𝜽𝜽𝟐𝟐 (o) Thời gian xác lập (s) Độ quá điều chỉnh (%) ZVDD+ETM4 5 0.94 0.982 10.78 0 ETM4+ZVDD 1.08 1.102 10.02 0 ETM4+ETM4 1.121 1.165 9.92 0 ZVDD+ETM4 2 0.941 1.028 10.74 0 ETM4+ZVDD 1.084 1.127 9.96 0 ETM4+ETM4 1.127 1.226 9.84 0 ZVDD+ETM4 10 0.953 0.968 10.8 0 ETM4+ZVDD 1.067 1.086 10.04 0 ETM4+ETM4 1.102 1.143 9.9 0
Qua các trường hợp mô phỏng, ta thấy được ảnh hưởng của việc chọn bộ tạo dạng đến đáp ứng vị trí. Đáp ứng vị trí phụ thuộc phần lớn vào bộ tạo dạng thứ nhất, qua các hình 4.22, 4.25, 4.28, có thể thấy được bộETM4+ZVDD có đáp ứng vị trí gần như tương đồng với bộ ETM4+ETM4. Trong khi đó bộ ZVDD+ETM4 có đáp ứng vị trí chậm hơn hai bộ tạo dạng cịn lại. Ngồi ra, bộ tạo dạng thứ nhất cũng quyết định phần lớn tới đáp ứng góc dao động. Hai bộ tạo dạng có bộ tạo dạng thứ nhất là bộ ETM4 (ETM4+ETM4 và ETM4+ZVDD) có đáp ứng góc dao động gần tương tự nhau, có đáp ứng nhanh và bền vững hơn bộ ZVDD+ETM4. Tuy nhiên, biên độ góc dao động lớn nhất và tín hiệu điều khiển của bộ ZVDD+ETM4 tốt hơn hai bộ còn lại.
4.6 Kết luận
Qua kết quả mơ phỏng, ta có thể rút ra được một số kết luận như sau. Bộ điều khiểnđược thiết kế trong luận văn đáp ứng được yêu cầu điều khiểncủa đối tượng cầu trục con lắc đơi: điều khiển vị trí và dập dao động tải trọng. Bộ điều khiển ADRC có ưu điểm chống nhiễu tốt, tín hiệu điều khiển nhỏ nếu áp dụng trong thực tiễn để điều khiển cầu trục sẽ rất thuận lợi trong việc lựa chọn cơ cấu chấp hành.
Phương pháp ETMn có cùng thời gian đáp ứng như phương pháp ZVD nhưng tạo dạng nhiều hơn, làm giảm biên độ góc dao động lớn nhất, bền vững trước các sai số mơ hình hơn khi ta thử thay đổi khối lượng tải trọng. Có thể thấy rõ được tiềm năng to lớn của bộ điều khiển ETM4+ADRC trong khả năng dễ dàng triển khai trong thực tế, không cần đến các cảm biến đo góc dao động. Tuy nhiên, do Input shaping nói chung và ETMn nói riêng thuộc lớp điều khiển tiền định nên
52
khơng có khả năng loại bỏ được nhiễu, vấn đề này sẽ được xem xét khắc phục trong tương lai.
53
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 5.1 Kết luận