MÔN THỰC HÀNH ĐKTĐ bài THÍ NGHIỆM 2 ỨNG DỤNG SIMULINK mô PHỎ g và ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG hệ THỐNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

UNG TÂM TƯ VẤN & HỖ TRỢ SINH VIỄN

wi

ry

BAO

[J

Ped

INDUSTRIAL

oniversiry OF

HOCHIMINH CITY

MON: THUC HANH DKTD

PHO

r

CAO

Hi NGHIEM 2: UNG DUNG SIMULINK MO
VA DANH GIA CHAT LUQNG HE THONG
hướng dẫn: Hồng Đình Khơi

Nhóm th

hiện: Nhóm 6

Lớp: DH

16D - 420300068704

=

Giảng viỆ

Thành viên

Đặng Hữu Thắng -20085021
Dang Quang Minh-20061821

Nguyễn Đức Phước-20086491
Huỳnh Anh Tú -20091761
th

6 Chi Minh,25 tháng 11 nam 2022

II.1. Khả

eT a0:

HI.1.a. Khảo sát hệ hở, nhận dạng hệ thống theo mơ hình Ziegler-Nichols:

920

10


e

Thi nghiém:
Dùng SIMULINK xây dựng mơ hình hệ thống lị nhiệt vịng hở như sau:

1

——hD
Step

30s+1

Transfer Fon
lo

300

>

>

120s+1

Transfer Fon1

hình khan

sat vũng

[

|

Scope

ho

Step: là tín hiệu hàm nấc thể hiện phần trăm cơng suất cung cấp cho lò nhiệt. Giá
trị của hàm nấc từ 0+1 tương ứng công suất cung cấp 0%+100%
Transfer Fen — Transfer Fen1: mơ hình lị nhiệt tuyến tính hóa.

a. Chỉnh giá trị của hàm nấc bằng 1 để công suất cung cấp cho lò là 100% (Step
time = 0, Initial time = 0, Final time = 1). Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time = 600s.

Mô phỏng và vẽ quá trình quá độ của hệ thống trên.

b. Trên hình vẽ ở câu trên, vẽ tiếp tuyến tại điểm uốn để tính thơng số L và T theo
như hướng dẫn trong Bài thí nghiệm 5. Chỉ rõ các giá trị này trên hình vẽ. So sánh giá

tri L, T vừa tìm được với giá trị của mơ hình lị nhiệt tuyến tính hóa.

BÀI LÀM

ir

1

300

30s +1

120s
+ 1

920

10

C_}


& Scope
ô File

=

Tools

View

Simulation

@-.$@Pbđ

0

x

Help

#-

&-

ằ

[]- # 3-

WDA~vk

Qamaia

3000



hacad

F

TÊnn

ủnn

J

+

z00

150

100

iT}

|<

|

F



/

| Dieen wor

PSST
51

Fi

|

|


0

190

2m

300

T=180
Tl

@h

anhiộộu

so voi Ll

920

10

400

ma

a
80a


HI.1.b. Khảo sát mơ hình điều khiến nhiệt độ ON-OEE:
e

Thí nghiệm:

Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển nhiệt độ ON-OFF như sau:

ie
Step

1

>

Relay

300

—*>

30s+1

Transter Fon

120s+1
Scope

Tranzfer F cn1

Gain

Mo hinh he thong dieu khien nhiet do ON-OFF
Trong đó:
e©_

Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(t) = 100 (nhiét d6 đặt 100oC)

e

Khdi Relay là bộ điều khiển ON-OFE.

© Gid trị độ lợi ở khối Gain = 50 dùng để khuếch đại tín hiệu ngõ ra khối Relay để
quan sát cho rõ. Lưu ý rằng giá trị này không làm thay đổi cấu trúc của hệ thống
mà chỉ hỗ trợ việc quan sát tín hiệu.

a. Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time = 600s dé quan sát được 5 chu kỳ điều

khiển. Khảo sát quá trình quá độ của hệ thống với các giá trị của khâu Relay theo bang
sau:

Vùng trẻ

Ngõ ra cao

( Switch on /off point )

Ngo ra thấp

(Output when on) |

+1/-l
+5/-5
+10 /-10
+20 / -20

1
1
1
1

(công
(công
(cong
(công

suất
suất
suat
suất

100%)
100%)
100%)
100%)

(Output when off)

|_ 0 (công suất 0)
| 0(công suất 0)
| 0(cơng suất 0e)
| 0 (cơng suất 0%)

b. Tính sai số ngõ ra so với tín hiệu đặt và thời gian đóng ngắt ứng với các
trường hợp của khâu Relay ở câu a theo bảng sau:

Vùng

trễ

Ael

-Ae2

+1/-]
+5/-5
+10/-10
+20/-20

920

10

Chu kỳ đó

at (S)

Nhận xét sự ảnh hưởng của vùng trễ đến sai số ngõ ra và chu kỳ đóng ngắt
của khâu Relay (khoảng thời gian ngõ ra khâu Relay thay đổi 1 chu kỳ).
c. Lưu quá trình quá độ của trường hợp vùng trễ (+5 / -5) để viết báo cáo. Trên

hình vẽ chỉ rõ 2 sai số +Ael /-Ae2 quanh giá trị đặt và chu kỳ đóng ngắt.
d. Để sai số của ngõ ra xấp xỉ bằng 0 thì ta thay đổi giá trị vùng trễ bằng bao

nhiêu? Chu kỳ đóng ngắt lúc này thay đối như thế nào? Trong thực tế, ta thực hiện bộ
điều khiển ON-OFE như vậy có được không? Tại sao? Vùng trễ lựa chọn bằng bao
nhiêu là hợp lý. Hãy giải thích sự lựa chọn này.

BÀI LÀM
untiled2

a

Ag]

Bas

=

Lí]

[

—

£

| re

-

Ft | Ị ma

4 Scope
File

9-

Tools

300

=
View

@Ob

Simulation

œ -|

+

†

Tấw+ï

|

O

x

Help

»

-| 6J-| # a-

Ready

Sample based

920

10

T=600 000

(


+5/-5
4 Scope
File

Tools

—
View

Simulation

¡@-|
$9 @ b @|3-

ñ

x

Help

”

-|š]-|
# (Ä-

Ready

Sample based

T=600.000

+10/-10
4) Scope
File

Tools

=
View

Simulation

@ -| $ @ b @|$%-

ñ

x

Help

™

-| [;]-| # tÄ-

Ready

Sample based

+20/-20

920

10

T=600.000


4
File

Scope
Tools

=
View

Simulation

n

x

Help

™

@- $@ b ®|#-|® -|[7I-| # lä-

Raady

Sample based

T=500 000

D.
- Dé sai số của ngõ ra xấp xỉ bằng 0 thì ta thay đổi giá trị vùng trễ bằng 0.0001/0.001.
- Chu kì đóng ngắt theo thời gian.
- Trong thực té, ta KHONG

thuc hién b6 diéu khién ON-OFF.

- Vì tân số đóng ngắt quá lớn, mà sai số ko thể băng 0 tạo điều kiện lý tưởng đc
nên bộ điều khiển ko thê trong tramhj thai ON liên tục.
HII.1.c. Khảo sát mô hình điều khiến nhiệt độ dùng phương pháp

Ziegler-Nichols (điều khiển PID):

920

10


e

Thi nghiém:

Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển nhiệt độ PID như sau:

+
Step

PID

1

>

PID Cantrollet

30s+1
Tranzfer Fcn

Satutation

—*>

300
120z+1
Transfer Fen1

CJ
Scope

elas
Po
Gain

Mo hinh he thong dieu khien nhiet do PID

Trong đó:
e©_ Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(0) = 100( tượng trưng nhiệt độ đặt 100oC)
e Khdau bao hoa Saturation c6 gidi han la upper limit = |, lower limit = 0

e_

(tượng trưng ngõ ra bộ điều khiển có cơng suất cung cấp từ 0% đến 100%).
Bộ điều khiển PID có các thơng số cần tính tốn.

e Transfer Fen - Transfer Fen1: m6 hình lị nhiệt tuyến tính hóa.
a. Tính giá trị các thơng số KP, KI, KD của khâu PID theo phương pháp Ziegler-

Nichols từ thơng số L và T tìm được ở phần HI.1.a.
b. Chạy mô phỏng và lưu đáp ứng của các tín hiệu ở Scopc để viết báo cáo. Có thể

chọn lại Stop time cho phù hợp. Trong hình vẽ phải chú thích rõ tên các tín hiệu.

c. Nhận xét về chất lượng ngõ ra ở 2 phương pháp điều khiển PID và ON-OFE,

BÀI LÀM
A. Tính giá trị các thơng số KP, KI, KD của khâu PID theo phương pháp Ziegler-Nichols
từ thơng sơ L và T tìm được ở phân III.I.a:

PID(s) = K,+ Ara Kos
S

VOL:

s-#=s=().036
*

LK

£

TT
2L

20+300

0.036

2x20

e

=0.0009

920

10


K,=0.5K,L

=0.5*0.036*20=0.36

fa

4

Gi

# | ©

untitled?

ei

a

1
305 +1

-

DO

1205+1

50

B. Chạy mơ phỏng và lưu đáp ứng của các tín hiệu ở Scope để viết báo cáo. Có thể chọn
lại Stop time cho phù hợp. Trong hình vẽ phải chú thích rõ tên các tín hiệu.
| Pal Block Parameters: PID Controller

4

| PID idof (mask) (link)
| This block implements continuous- and discrete-time PID control algorithms and includes advanced features such as antiwindup, external reset, and signal tracking. You can tune the PID gains automatically using the ‘Tune...’ button (requires
_ Simulink Control Design).
Controller:

PID

~

Form:

Time domain:

Parallel

Discrete-time settings

© Continuous-time
© Discrete-time

Sample time (-1 for inherited);

-i

* Compensator formula

Pitiip
=

Main

Initialization

Output Saturation

DataTypes

xy

1+Ww

Ss

State Attributes

Controller parameters
Source:

internal

Proportional (P):
Integral ([):
Derivative (D):

.

0.036

0.0009
0.36

Use filtered derivative

Filter coefficient (N):

1

|

920

10

OK

|

Cancel

Help

Apply


(Pal Block Parameters: PID Controller

x

PID idof (mask) (link)
This block implements continuous- and discrete-time PID control algorithms and includes advanced features such as antiwindup, external reset, and signal tracking, You can tune the PID gains automatically using the ‘Tune...’ button (requires
Simulink Control Design).

Controller:

PID

y

Form:

Time domain:

Parallel

Discrete-time settings

© Continuous-time

a

oe

Sample time (-1 for inherited):

(©) Discrete-time
~ Compensator formula

Piitsp—
8

Main
Initialization
Controller parameters
Source:

Output Saturation

DataTypes

1+

N

State Attributes

internal

Proportional (P):

Integral (I):
Derivative (D):

v
0.036

0.0009
0.36

Filter coefficient (N):

1000

OK

|

Cancel

Help

Apply

10

920

10


C. Nhận xét về chất lượng ngõ ra ở 2 phương pháp điều khiển PID và ON-OFFE.
Nhận xét:kết quả hoàn tồn như ta mong muốn, hệ thống nhanh chóng đạt giá trị đặt. Phương
phap diéu khién ON-OFF thì tín hiệu ra luôn dao động quanh giá trị đặt.

Phương pháp PID cho chất lượng tốt hơn phương phap ON-OFF
HI.2 Khảo sát mơ hình điều khiến tốc độ, vị tri dong co DC:
HII.2.a. Khảo sát mơ hình điều khiến tốc độ động co DC:
se

Thí nghiệm:
Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển PID tốc độ động cơ DC như sau:

11

0

tẠ0

PID
Step

PID Controller

2534

s+312
Transfer Fon

Saturation

—»>

'

Cc)

z+2 14
Transfer Fon1

Scope

Gain

Mo hinh he thong dieu khien PID toc do dong co DC
Trong đó:
e©_
e

Tín hiệu đặt đầu vào hàm nấc u(U = 100 (tượng trưng tốc độ đặt 100).
Khâu bảo hịa Saturation có giới hạn là +30 /-30 (tượng trưng điện áp cung

cấp cho phần ứng động cơ từ —30V đến +30V).
e©

Transfer Fen- Transfer Fenl thể hiện mơ hình tốc độ động cơ DC.

a. Chỉnh thời gian mô phỏng Stop tỉme = 10s. Thực hiện khảo sát hệ thống với bộ điều
khiển P (KI =0, KD = 0) và tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của ngõ
ra theo bang sau:

1

10

20

50

100

POT
e

Nhận xét chất lượng của hệ thống thay đổi như thế nào khi KP thay đối. Giải thích.
b. Thực hiện khảo sát hệ thống với bộ điều khiển PI (KP = 2, KD =0) và tính độ vọt

lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau:

K
POT

0.1

0.5

0.8

1

2

e

Nhận xét chất lượng của hệ thống thay đổi như thế nào khi KI thay đổi. Giải thích. So

sánh chất lượng của bộ điều khiển PI với bộ điều khiển P.
c. Thực hiện khảo sát hệ thống với bộ điều khiển PID (KP = 2, KI = 2) và tính độ vọt
lố, sai số xác lập, thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau:

12

920

10