thiết kế bộ điều khiển pid bộ môn lý thuyết điều khiển tự động 2

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.24 MB, 27 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNGKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ</b>

<b>BÁO CÁO TIỂU LUẬN MƠN LÝTHUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2</b>

<b>NHĨM 11</b>

<b>KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA</b>

<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNGKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ</b>

<b>THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID</b>

<b>BỘ MÔN:</b>

<b>LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2NHĨM 11</b>

<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>4. RỜI RẠC HÓA HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG...8</b>

<b>5. PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG RỜI RẠC...9</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>7. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NHẰM ỔN ĐỊNH VÀ NÂNG</b>

<b>CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG...13</b>

<small>7.1 THIẾTKẾBỘĐIỀUKHIỂNPID:...13</small>

<small>7.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH SAUKHI HIỆU CHỈNH LÀ...13</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<small>Hình 0.1 Điều khiển tự động trong cơng nghiệp...1</small>

<small>Hình 1.1 Mơ hình hóa hệ thống...2</small>

<small>Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống...2</small>

<small>Hình 9.1 Kết quả sử dụng MATLAB mơ phỏng hệ thống liên tục...18</small>

<small>Hình 9.2 Kết quả sử dụng MATLAB mơ phỏng hệ thống rời rạc...19</small>

<small>Hình 9.3 Sử dụng MATLAB mô phỏng hệ thống sau khi thiết kế bộ điều khiển...19</small>

<small>Hình 9.4 Sử dụng Simulink mơ phỏng hệ thống liên tục...21</small>

<small>Hình 9.5 Kết quả Simulink mơ phỏng hệ thống liên tục...21</small>

<small>Hình 9.6 Sử dụng Simulink mơ phỏng hệ thống rời rạc...22</small>

<small>Hình 9.7 Kết quả Simulink mơ phỏng hệ thống rời rạc...22</small>

<small>Hình 9.8 Sử dụng Simulink mơ phỏng hệ thống rời rạc sau khi thiết kế bộ điều khiển....23</small>

<small>Hình 9.9 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc sau khi thiết kế bộ điều khiển...23</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Lý thuyết và kỹ thuật điều khiển tự động các q trình sản xuất, các qui trình cơng nghệ, các đối tượng trong cơng nghiệp, quốc phịng, y tế …. Trong những năm gần đây đã có những bước nhảy vọt nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính và cơng nghệ thơng tin. Lý thuyết điều khiển tự động kinh điển không hề thay đổi giá trị của mình, mà ngược lại, có ý nghĩa đặc thù riêng. Nếu như trước đây, đối tượng khảo sát của điều khiển tự động về cơ bản là các hệ tuyến tính tiền định, điều khiển tập trung, thì hiện nay là các hệ thống phân tán có giao tiếp với nhau liên kết thành mạng.

<small>Hình 0.1 Điều khiển tự động trong công nghiệp</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>1. TÌM HIỂU MƠ HÌNH HỆ THỐNG1.1 Mơ hình hóa hệ thống</b>

- Mơ hình của hệ thống là mơ hình vịng kín hồi tiếp âm đơn vị.

- T là chu kỳ lấy mẫu, chu kỳ lấy mẫu ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn địnhvà chất lượng của hệ thống rời rạc. T càng lớn thì hệ thống càng dao

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

động, độ vọt lố càng cao , thời gian quá độ lớn . Đến một giá trị giới hạn nhất định nào đó thì hệ thống trở nên mất ổn định.Chu kỳ lấy mẫu càng nhỏ thì hệ thống càng ổn định và có thể xem như là liên tục theo thời gian . Để hệ thống vẫn bám sát yêu cầu thiết kế như hệ thống liên

- D(z) là bộ điều khiển.

- ZOH là khâu giữ dữ liệu, dùng để làm khâu chuyển tín hiệu rời rạc theo thời gian thành tín hiệu liên tục theo thời gian

- H(s) là bộ hồi tiếp tín hiệu.

- Yêu cầu thiết kế bộ điều khiển PID kiểu hồi tiếp trạng thái.- Hệ thống điều khiển rời rạc có những ưu điểm:

● Làm việc ít tốn năng lượng, có tính kinh tế

● Có thể điều khiển nhiều kênh đồng thời chống nhiễu tốt ● Có nhiều tính chất giống như hệ liên tục

● Mơ hình tốn là hồi tiếp trạng thái

- Hệ thống điều khiển rời rạc có những nhược điểm:

● Trong hệ thống rời rạc biên độ của tín hiệu chỉ xuất hiện rời rạc cách đều nhau bằng thời gian lấy mẫu tín hiệu. Vì có thời gian trễ nhất định do lấy mẫu nên việc ổn định hệ thống trở nên phức tạp hơn sơ với liên tục. Do đó địi hỏi những kỹ thuật phân tích và thiết kế đặc biệt

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>3. PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG3.1 Phương trình đặc tính: </b>

1+H(s)G(s) =0

<b>3.2 Đánh giá chất lượng hệ thống:</b>

a. Độ vọt lố:

b. Thời gian tăng (10-90%):

c. Thời gian xác lập (theo tiêu chuẩn 2%):d. Thời gian đỉnh:

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

e. Hệ số vị trí:f. Sai số xác lập:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>MƠ PHỎNG MATLABCode MATLAB:</b>

Clcclear all

%G1=(300s 200)/(400s^2 + 300s +200)m = 400

b = 300k = 200

G1=tf([0 b k],[m b k])G2=feedback(G1,1)figure(1)

step(G2)

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>4. RỜI RẠC HÓA HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG</b>

Chu kỳ lấy mẫu: T=0,1

=

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>5. PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG RỜI RẠC5.1 Hàm truyền hệ thống: </b>

<b>1.1Phương trình đặc tính: </b>

Hệ ổn định

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>6. PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG RỜI RẠC6.1 Phương trình đặc tính :</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>6.2 Đánh giá chất lượng hệ thống</b>

a. Độ vọt lố:

b. Thời gian tăng (10-90%):

c. Thời gian xác lập (theo tiêu chuẩn 2%):d. Thời gian đỉnh:

e. Hệ số vị trí:

f. Sai số xác lập:

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>MÔ PHỎNG MATLABCode MATLAB:</b>

clcclear all

%G1=(300s 200)/(400s^2 + 300s +200)m = 400

b = 300k = 200

G1=tf([0 b k],[m bk])

step(G2)G3=c2d(G1,0.1)G4=feedback(G3,1)pol=pole(G4)figure(2)step(G4)

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>7. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NHẰM ỔN ĐỊNH VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG</b>

<b>7.1 Thiết kế bộ điều khiển PID:</b>

<b>7.2 Phương trình đặc tính sau khi hiệu chỉnh là:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Trong đó :

<b>Phương trình đặc trưng mong muốn:</b>

Đồng nhất (1) và (2):

Hàm truyền mới là :

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>MÔ PHỎNG BẰNG MATLABCode MATLAB: </b>

kp = 1.15ki=0.95kd=0.045

TS = [kp+0.05*ki+10*kd -kp+0.05*ki-20*kd +10*kd]MS = [1 -1 0]

G_pid = tf (TS, MS, 0.1)G_f =series(G_pid, G3)G5=feedback(G_f,1)pol=pole(G5) figure(3)step(G5)

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>8. Đánh giá chất lượng hệ thống</b>

Chất lượng hệ thống

Độ vọt lốPOT (%)

Thời gian xáclập

Tính ổn địnhTrước khi có bộ

điều khiểnSau khi có bộ điều

Kết luận: Sau khi thiết kế bộ điều khiển độ vọt lố giảm, thời gian xác lập tăng, hệ ổn định.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>9. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SỬ DỤNG MATLAB SIMULINK9.1 Kết quả mô phỏng MATLAB:</b>

Hình 9.4 Kết quả sử dụng Mathlab mơ phỏng hệ thống liên tục

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Hình 9.5 Kết quả sử dụng Matlab mơ phỏng hệ thống rời rạc

Hình 9.6 Sử dụng Matblab mô phỏng hệ thống sau khi thiết kế bộ điều khiển

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b><small>Code MATLAB:</small></b>

<small>clcclear all</small>

<small>G1=tf([0 b k],[m b k])G2=feedback(G1,1)figure(1)</small>

<small>step(G2)pol=pole(G2)G3=c2d(G1,0.1)G4=feedback(G3,1)pol=pole(G4)figure(2)step(G4)kp = 1.15ki=0.95kd=0.045</small>

<small>G_pid = tf (TS, MS, 0.1)G_f =series(G_pid, G3)G5=feedback(G_f,1)pol=pole(G5) figure(3)step(G5)</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>9.2 Kết quả mơ phỏng sử dụng Simulink:</b>

Hình 9.7 Sử dụng Simulink mơ phỏng hệ thống liên tục

Hình 9.8 Kết quả Simulink mơ phỏng hệ thống liên tục

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Hình 9.9 Sử dụng Simulink mơ phỏng hệ thống rời rạc

Hình 9.10 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Hình 9.11 Sử dụng Simulink mơ phỏng hệ thống rời rạc sau khi thiết kế bộđiều khiển

Hình 9.12 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc sau khi thiết kế bộđiều khiển

</div>