ứng dụng bộ điều khiển pin - mờ điều khiển thiết bị nâng - hạ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - MỜ
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NÂNG - HẠ




Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số: 60.52.6023.04.3898
Học Viên: BÙI TUẤN NGỌC
Ngƣời HD Khoa học: TS. NGUYỄN VĂN VỲ

THÁI NGUYÊN - 2011


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
i











ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - MỜ ĐIỀU
KHIỂN THIẾT BỊ NÂNG - HẠ


Ngành: 


Ng





 



n V 


 KHOA T SAU 






ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ii

LỜI CAM ĐOAN



“Tài liệu tham khảo”.



Bùi Tuấn Ngọc



















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
iii

LỜI NÓI ĐẦU




          







       “Ứng dụng bộ điều
khiển PID - Mờ điều khiển thiết bị nâng - hạ”. 
sau:
Chƣơng I: Tổng quan về bộ điều khiển PID
Chƣơng II: Bộ điều khiển mờ
Chƣơng III: Thiết kế PID - Mờ điều khiển máy nâng - hạ







- 

- 






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
iv

MỤC LỤC
L ii
L iii
M iv
 vi
D viii
D ix
M 1
.  2
1.1.  3
 3
 3
 4
 6
 6
 6
 7
 8
 10
 PID 12
- Nichols 14
 Hrones  Reswick 17

 19
 21
 33
 1 34
.  36
2.1.  37
2.2.  38
2.2.1.  38
 40
 40
 41
 41
 42

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
v

 43
 47
 51
 51
 54
 57
 60
 60
 2 60
.  PID -   MÁY NÂNG   62
-  63
-  64
 65

 71
 73
 73
 PID 74
 74
 76
 79
 84
 87
3. - M 93
 93
 101
 103
3.5. Mô  104
 104
 106
 3 111
 111
 113
 114
 115

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÍ HIỆU

STT
Kí hiệu

Diễn giải
1


2


3
 

4
e
xl


5

max


6
t
qd


7
n

8
K


9
T
I


10
T
d


11
L

12
T

13


14
e(t)

15
u(t)

16


17


- 
18
R
I


19
R



20
T
f


21
T
vo


22
T



23
T
u


24
T
i


25
R
u


26
Mc

27
T




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
vii

28
L



29

K

30
J
Mômen quán tính
31
CL


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT
Kí hiệu
Diễn giải
1


2


3


4


5

 cho HCKD

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT
Ký hiệu
Diễn giải
1
Hình 1.1

2
Hình 1.2
 sai 
3
Hình 1.3

4

Hình 1.4

5
Hình 1.5

6
Hình 1.6

7
Hình 1.7

8
Hình 1.8

9
Hình 1.9

10
Hình 1.10

11
Hình 1.11
Xác 
12
Hình 1.12

13
Hình 1.13
 Hrones  Reswick
14

Hình 1.14

15
Hình 1.15

16
Hình 1.16

17
Hình 1.17

18
Hình 2.1

19
Hình 2.2

20
Hình 2.3
Hàm liên thu
21
Hình 2.4

22
Hình 2.5
 
23
Hình 2.6

24

Hình 2.7
 trung bình
25
Hình 2.8

26
Hình 2.9
-
27
Hình 2.10

28
Hình 2.11

29
Hình 2.12


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
x

30
Hình 2.13

31
Hình 2.14

32
Hình 2.15


33
Hình 3.1
- 
34
Hình 3.2
- 
35
Hình 3.3

36
Hình 3.4
 
37
Hình 3.5

38
Hình 3.6

39
Hình 3.7

40
Hình 3.8

41
Hình 3.9
T

42
Hình 3.10


43
Hình 3.11

44
Hình 3.12

45
Hình 3.13

46
Hình 3.14

47
Hình 3.15

48
Hình 3.16

49
Hình 3.17
S 
PID
50
Hình 3.18
S 
51
Hình 3.19
 
52

Hình 3.20
 

53
Hình 3.21
 

Hình3.22


Hình 3.23

xung

Hình 3.24
 

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
xi

54
Hình 3.25
- M
55
Hình 3.26

56
Hình 3.27

57

Hình 3.28

58
Hình 3.29

59
Hình 3.30
Xác o ERROR
60
Hình 3.31
Xác /dt
61
Hình3.32
Xác 
62
Hình 3.33
Xác 
63
Hình 3.34
Xác 
64
Hình 3.35
 dùng PID
65
Hình 3.36

66
Hình 3.37

67

Hình 3.38

68
Hình 3.39

69
Hình 3.40
S i

70
Hình 3.41

71
Hình 3.42

72
Hình 3.43

 
73
Hình 3.44


74
Hình 3.45

75
Hình 3.46

76

Hình 3.47

77
Hình 3.48


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1

MỞ ĐẦU






       



     


ô


mô
-    

- 






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2










Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

1.1. CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN
Hình1.1.
 - 
- 
 - 
Hình 1.1: Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển
U(t) - t- 

y(t) - 

x(t) - T
e(t) - S
Z(t) - T



1.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN
1.2.1. Chỉ tiêu chất lƣợng tĩnh



T

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4

Sai số xác lập: 

lim ( ) lim ( )
xl xl
ts
e e t e E s
 
  
(1.1)

Hình 1.2: Đặc tính thể hiện sai số xác lập
1.2.2. Chỉ tiêu chất lƣợng động

- L
- 
- 
1.2.2.1. Lượng quá điều chỉnh
Lƣợng quá điều chỉnh: Là l


Hình1.3: Đặc tính thể hiện lượng quá điều chỉnh

e
max
e
xl
e
xl
e(t)


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5

L
max
(Percent of Overshoot  


max
max
100%
xl
xl
ee
e




(1.2)
1.2.2.2. Thời gian quá độ

qd




Hình1.4: Đặc tính thể hiện thời gian quá độ
1.2.2.3. Số lần dao động
n y(ty
xl


Hình1.5: Đặc tính của số lần dao động

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6

n 
n3
1.3. CÁC LUẬT ĐIỀU KHIỂN
1.3.1. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ (P)
P 

U = K.e (1.3)


W(s) = K (1.4)
- W(jω) = K

- φ(ω) = 0
 
không.

U 
. 



1.3.2. Quy luật điều chỉnh tích phân (I)


1
I
U edt
T



Ke
du
dt

(1.5)

1
I
T
K



- 
1
()
I
Ws
Ts



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7

- 
2
1 1 1
()
j
W j j e
Tj T T


  

   

- 
1
()A
T





- 
()
2




               
 
2

,
nh 

 e =0.
Nh



1.3.3. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD)


 
 
 
 

12 mD
tt
de t de t
U t K e K K e t T
dd

   


(1.6)
K
m
= K
1


2
1
D
K
T
K


Các tham K
m
và T
D

- h(t) = K

m
[ 1(t) + T
D
.∂(t)]
- W(s) = K
m
(1+T
D
.s)
- W(jω) = K
m
(1+jT
D
.ω) = A(ω).ejφ(ω)

2
D
( ) 1 ( )AT


và φ(ω) = arctgT
D
ω nh φ(ω) <
2



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8

Hình
1.6.
K
m
và T
D
T
D
= 0 thì quy
K
m



  
vi 

 
nhanh.

Hình1.6: Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân
1.3.4. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân (PI)
                 
ph

     
12
1
m
i

U t K e K edt K e t e t dt
T

   



(1.7)
K
m
= K
1


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9


1
2
I
K
T
K





- 

11
( ) (1( ) 1( ) ) (1 )
mm
II
h t K t t dt K t
TT
   


- 
1
( ) (1 )
m
I
W s K
Ts


-  :
1
( ) (1 )
m
I
W j K j
T




- 

2
( ) ( ) 1
m
I
I
K
AT
T




- 
1
()
I
arctg
T




Nh φ(ω) > -

/2




K

m
và T
I
. Khi T
I

K
m


-



               
Hình1.7.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10


Hình1.7: Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân


K
m
, T
I






1.3.5. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID)


1 2 3
0
( ) 1 ( )
( ) ( ) ( ) [ ( ) ( ) ]
t
mD
I
de t de t
U t K e t K e t dt K K e t e t dt T
dt T dt
     

(1.8)
K
m
= K
1


1
2
I
K
T

K



3
1
D
K
T
K



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11

- 
1
( ) (1( ) ( ))
mD
I
h t K t t T t
T
   

- 
1
W( ) (1( ) )
mD
I

s K t T s
Ts
  

- 
1
W( ) (1( ) ( ))
mD
I
j K t j T
T


  

- 
2 2 2
( ) ( ) ( 1)
m
I D I
I
K
A T T T
T
  

  

- 
1

( ) ( )
D
I
arctg T
T
  



Nh 

/20 < φ(ω) <

/2
Hình1.8.


0
1
ID
TT




K
m
, T
I
, T

D


- Khi T
D
= 0 và T
I

- Khi T
D

- Khi T
I







Hình1.8: Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12



0
1
ID

TT




K
m
, T
I
, T
D


- Khi T
D
= 0 và T
I

- Khi T
D

- Khi T
I



T
I
, T
D

.

       
                g



1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ PID

Hình1.9a 
(D). Ng
tính cách khác nhau:
- 
- 
phân).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13

- 


Hình1.9: Hệ thống với bộ điều khiển PID

Hình1.9b
             
e(t

- e(tu
p

(t
K
p
).
- e(t) chu
I
(t
T
I
).
-        e(t       
u
D
(tu(t
nh vào ra:

0
1 ( )
( ) [ ( ) ( ) ]
t
pD
I
de t
u t K e t e t dt T
T dt
  

(1.9)
e(tu(tK
p


T
I
T
D



1
( ) (1 )
pD
I
R s K T s
Ts
  
(1.10)