đồ án lí thuyết điều khiện tự động

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Giảng viên hướng dẫn

: Th.S LÊ THỊ VÂN ANH

Sinh viên thực hiện

: ĐẶNG NGỌC TUYẾT

Ngành

: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành

: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

Lớp

: Đ7.CNTĐ1

Khoá

: 2012-2017

Hà Nội, tháng 11 năm 2014

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 1


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 1: XÂY ĐỰNG HÀM TRUYỀN ĐẠT CỦA HỆ THỐNG
I . Giới thiệu
1 . Hàm truyền đạt
2. Phần mềm MATLAB và SIMULINK trong lý thuyết điều khiển tự động
II. Cách xác định hàm truyền đạt
1. Cơ sở xây đựng hàm truyền đạt
2. Các dạng hàm quá độ
3. Xác đinh hàm truyền đạt
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
I.Khái niệm
II.Các hàm đặc tính.
1.Đặc tính theo thời gian
2.Đặc tính tần số.
III. Khảo sát động học của động cơ sử dụng MATLAB
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN P, PI, PID
I. Giới thiệu chung
II. Tổng hợp bộ điều khiển P,PI, PID cho vòng điều chỉnh 3 vị trí không tải
III. Mô phỏng động cơ với 3 luật điều khiển trong trường hợp tải không đổi và đặt vào động cơ

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 2


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay, Tự Động Hóa có mặt ngày càng
nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Trong công nghiệp, Tự Động Hóa
làm tăng năng xuất, chất lượng sản phẩm với thời gian ngắn nhất mà lại tốn ít nhân công. Trong đời
sống, nó làm cho cuộc sống của con người tiện nghi hơn.
Để các dây truyền Tự Động Hóa hoạt động ổn định, hiều quả, chúng ta cần xác định các thông số,
các chỉ tiêu chất lượng, thiết kế cấu trúc hệ thống một cách tối ưu và đặc biệt phải thiết kê bộ điều
khiển giúp cho hệ thống hoạt động ổn định và chính xác.
Dựa trên những phương pháp hiện đại của lí thuyết điều khiển tự động. Đồ án này của em sẽ nêu
ra các cách nhận dạng đối tượng, xác định hàm truyền đạt của đối tượng từ đáp ứng đầu ra cho trước và
từ đó khảo sát động học của động cơ.Tổng hợp bộ điều khiển P, PI, PID cho vòng điều chỉnh vị trí
đồng thời mô phỏng hệ thống với 3 quy luật điều khiển trên trong trường hợp tải không đổi và đặt vào
động cơ sau khi khởi động được 4(s).
Trong quá trình thực hiện đồ án em cũng đã nhận được nhiều sự giúp đỡ thầy cô và các bạn trong
lớp đã có nhưng góp ý cho đồ án của em hoàn thiện hơn.
Mặc dù rất cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong nhận được nhiều hơn nữa sự đóng góp, bổ xung ý kiến của thầy cô và các bạn để cho đồ án này
ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn cô giáo Lê Thị Vân Anh, người đã giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án
này.
Em xin trân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 3

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Số thứ tự: 56
Yêu cầu:
Cho động cơ điện một chiều biết rằng khi cấp ở đầu vào một điện áp 100 (V) thì đáp ứng tốc độ (rad/s)
thu được có dạng sau:

1. Xác định hàm truyền đạt giữa điện áp phần ứng và góc quay của động cơ.
2. Từ hàm truyền thu được khảo sát động học của động cơ sử dụng MATLAB.
3. Tổng hợp bộ điều khiển P, PI, PID cho vòng điều chỉnh vị trí và mô phỏng trên SIMULINK
4. Mô phỏng hệ thống với 3 luật điều khiển trên trong trường hợp tải không đổi và đặt vào động cơ sau
khi khởi động được 4(s).

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 4


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
CHƯƠNG 1: XÂY ĐỰNG HÀM TRUYỀN ĐẠT CỦA HỆ THỐNG
I . Giới thiệu
1 . Hàm truyền đạt
Hàm truyền đạt của hệ thống là tỷ số của tín hiệu ra với tín hiệu vào của hệ thống đó. Biểu diễn theo
biến đổi laplace với điều kiện đầu vào bằng 0.
Dạng tổng quát của hàm truyền đạt:
111Equation Chapter (Next) Section 1212Equation Chapter (Next) Section 1
B(s )
=
A( s )

m

b s +b s
a s +a s
0

1

n

0

1

m−1
n −1

W(s)=

+ L + b m−1s + b m
+ L + a n −1s + a n

Trong đó:
- Thông thường m- Khi: B(s)=0 ta có điểm zero
- Khi: A(s)=0 ta có điểm cực, các nghiệm này sẽ quyết định trực tiếp tới tính chất của hệ (A(s)=0 goi
là phương trình đặc trưng của hệ thống).
2. Phần mềm MATLAB và SIMULINK trong lý thuyết điều khiển tự động
MATLAB là sản phẩm phần mềm của công ty MatWorks. Ưu điểm nổi bật của MATLAB là khả
năng tính toán và biểu diễn kĩ thuật đồ họa một cách nhanh chóng, đa dạng và chính xác cao.MATLAB
có rất nhiều chương trình con hỗ trợ giải ma trận, số phức, hệ phương trình tuyến tính cũng như phi
tuyến.MATLAB cho phép sử lí và biểu diễn đồ họa với nhiều dạng đồ thị thích hợp, giuos người sử

dụng có thể trình bày tính toán mottj các trực quan và thuyết phục hơn
SIMULINK được tích hợp vào MATLAB như một công cụ để mô phỏng hệ thống.trong
SIMULINK hệ thống không được miêu tả dưới dạng các dòng lệnh như kiểu truyền thống mà ở dưới
dạng sơ đồ khối.Với dạng sơ đồ khối này, ta có thể quan sát được các đáp ứng thời gian của hệ thống
với nhiều tín hiệu khác nhau như: tín hiệu bậc thang, tín hiệu hình sin, xung chữ nhật, tín hiệu ngẫu
nhiên…bằng cách thực hiện mô phỏng. SIMULINK hoàn toàn tương thích với MATLAB nhưng nó là
một giao diện đồ họa. Vì vậy tất cả các hàm trong MATLAB đều có thể truy cập từ SIMULINK ,
ngay cả các hàm do người sự dụng tạo ra. Ngược lại, kết quả tìm được trên SIMULINK đều có thể sử
dụng và khai thác trong môi trường MATLAB.
II. Cách xác định hàm truyền đạt
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 5


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
1. Cơ sở xây đựng hàm truyền đạt
Trên cơ sở hàm quá độ của đối tượng có thể xác định gần đúng hàm truyền đạt của nó
Trong đó: Hàm quá độ h(t) là hàm mô tả tín hiệu đầu ra theo thời gian khi tác động đầu vào là 1(t).

2. Các dạng hàm quá độ
a. Khâu dao động bậc 2 không có trễ
Step Response
100

Hàm truyền có dạng

90
80
70

Amplitude

60
50
40
30
20
10
0
0

10

20

30

40

50

60

250

300

70

Time (sec)

b. Khâu dao động bậc 2 có trễ

Step Response
60

Hàm truyền có dạng:
50

K
e −τ s
T s + 2ε Ts + 1
2 2

40

Amplitude

W( s) =

30

20

10
Step Response
40

0

35 0

50

100

150

200

350

Time (sec)
30

Hàm truyền có dạng:
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 6

25
Amplitude

c. Khâu quán tính bậc 1 không trễ

20

15

10

5

0
0

100

200

300

400

500

Time (sec)

600

700

800

900


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
W ( s) =

K
Ts + 1

d. Khâu quán tính bậc 1 có trễ

Step Response
40

Hàm truyền có dạng:

35

K −τ s
W( s ) =
e
Ts + 1

30

Amplitude

25

20

15

10

5

0

0

100

200

300

400

500

600

700

350

400

800

900

Time (sec)

e. Khâu quán tính bậc 2 không trễ

S te p R e s p o n s e
80

Hàm truyền có dạng

K

60

( T1s + 1) ( T2 s + 1)

50

A m p litu d e

W( s ) =

70

40

30

20

10
Step Response
80

0

0

50

100

150

200

70

250

300

450

500

Tim e (s e c )

60

g. Khâu quán tính bậc 2 có trễ

Amplitude

50

40

30

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 7

20

10

0

0

100

200

300
Time (sec)

400

500

600


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
Hàm truyền có dạng:

W( s ) =

K

( T1s + 1) ( T2 s + 1)

e −τ s

Chú ý: Hàm quá độ của khâu quán tính bậc 1 và khâu quán tính bậc 2 rất giống nhau

3. Xác đinh hàm truyền đạt
Trong thực tế các tín hiệu đầu vào thường là các hàm chuẩn.
Ta tiến hành đo đạc sẽ vẽ được đáp ứng đầu ra ,thường ta sẽ thấy các đáp ứng đầu ra thường là các
hàm quán tính bậc nhất, hàm quán tính bậc 2, khâu quán tính bậc 2…
Dựa vào đồ thị đáp ứng đầu ra mà đề bài cho ta nhận định hàm truyền đạt sẽ có dạng gần giống
khâu quán tính bậc hai có trễ.

W( s) =

K

( T1s + 1) ( T2 s + 1)

e −τ s

Trong thực tế: ta thưởng dùng phương pháp sấp sỉ hàm quá độ này thành hàm truyền là khâu quán tính bậc 1
có trễ. ( vì T1 << T2 nên coi T1 =0)

W( s) =

K −τ s
e
Ts + 1

Bỏ qua hàm trễ , trước tiên ta xét hàm quán tính bậc 1
W1(s)=

Ta có sơ đồ khối tổng quát
u(t)

Đặt đầu vào u(t) có hàm chuẩn là khâu khuyếch đại u(t)=a.1(t)
Khi đó đầu ra sẽ được tính:
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 8

y(t)


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

Ta laplace ngược hàm ta được :

Khi thì sẽ đạt giá trị xác lập xl=
Khi thì

Từ đồ thị đề bài cho, ta lấy các điểm với a= 100 gióng xang đường đặc tính ta tìm được:
Hàm truyền đạt khi bỏ khâu trể là
W1(s)=
Mặt khác : dựa vào đồ thị đầu bài cho ta xác định được tham số trễ của khâu trễ là
Suy ra: Hàm truyền đạt của phần ứng với tốc độ của động cơ điện 1 chiều là
W(s) =

Thật vậy : Với u(t)=100(v) hàm W(s) = vừa tìm được ta khảo sát hàm truyền trên SIMULINK
Mô hình mô phỏng trên SIMULINK của đáp ứng điện áp với tốc độ quay:

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 9


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

Ta cài đặt thong số cho các khối trong SIMULINK
•
•

Đặt góc quay của động cơ là 100 (rad/s2 ) trong khối Step
Cài đặt hàm trễ bằng khối Transpot Delay
Time Delay : 0,9
Đồ thị thu được đầu ra hàm Scope:

Ta thấy đồ thị thu được có dạng gần giống với đồ thị đầu bài cho, nên có thể kết luận được phương
pháp lấy sấp sỉ và bỏ qua hàm trễ để khảo sát đồ thị là tương đối chính xác và hiệu quả.
Hàm truyền đạt của điện áp phần ứng với tốc độ quay của động cơ điện 1 chiều là
W(s) =
Suy ra: Hàm truyền của điện áp phần ứng với góc quay của động cơ là:
W’(s) = .
=>
W’(s) =

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 10


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
I. Khái niệm
Đặc tính động học của hệ thống mô tả sự thay đổi tín hiệu đầu ra của hệ thống theo thời gian khi có
tác động của đầu vào .
Để khảo sát tính động học của hệ thống thì tín hiệu vào thường được lựa chọn là tín hiệu cơ bản như
xung đizắc ,hàm bậc thang đơn vị ,hàm điều hòa .Tùy theo dạng của tín hiệu vào thử mà đặc tính động
học là đặc tính thời gian hay đặc tính tần số
II. Các hàm đặc tính.
1. Đặc tính theo thời gian
a. Hàm quá độ
Hàm quá độ h(t) là hàm mô tả tín hiệu đầu ra theo thời gian khi tác động đầu vào là hàm bậc thang
đơn vị 1(t)

Qua đường cong quá độ người ta xác định được 4 chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của hệ thống trong
quá trình quá độ :
1. Thời gian tăng (Tr rise time) :được xác định tại thời điểm hàm h(t) đạt từ 10% đến 90% giá

trị xác lập.Nó đặc trưng cho khả năng cường kích của hệ thống.
2. Thời gian trễ (Td delay time) :được xác định tại thời điểm hệ đạt 50% giá trị xác lập.
3. Thời gian quá độ (Ts settling time) :là thời điểm hệ đạt trạng thái xác lập.
4. Quá điều chỉnh ( : overshoot) : được xác định bằng tỉ lệ phần trăm của giá trị hàm h(t) đạt

lớn nhất so với giá trị xác lập.

b. Hàm trọng lượng g(t)
Mô tả sự thay đổi đầu ra là hàm g(t)khi tín hiệu đầu vào là xung đizắc

2. Đặc tính tần số.
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 11

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
Mô tả sự thay đổi của tỷ số biên độ tín hiệu ra và tín hiệu vào ,sự thay đổi góc pha giữa tín hiệu ra
và tín hiệu vào theo tác động tần số thay đổi

W ( jω )
Hàm truyền tần số là
Thay s=jω vào hàm truyền đạt

•

Đặc tính biên độ tần số A(ω)

•

Đặc tính pha tần số

•
•

Đặc tính nyquist là mô tả đường đặc tính W(jω)
Đường đặc tính đồ thị bode là đường đặc tính tần biên pha trên tham logarit

III. Khảo sát động học của động cơ sử dụng MATLAB.
Ta sử dụng các câu lệnh trong MATLAB khảo sát động học của động cơ với hàm
W’(s) = vừa tìm được:
>> num=[0.67]
num =
0.67
>> den=[0.9 1 0]

den =
0.9000

1.0000

0

>> sys=tf(num,den,'inputdelay',0.9)
Transfer function:
0.67
exp(-0.9*s) * ----------0.9 s^2 + s
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 12


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
>> step(sys) ( lệnh vẽ hàm quá độ)

>>impulse(sys)(lệnh vẽ hàm trọng lượng)

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 13


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
>> ffplot(sys) (lệnh vẽ đặc tính tần biên pha)

>> nyquist(sys) (lệnh vẽ biểu đồ nyquist)

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 14

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
>> bode(sys) (lệnh vẽ biểu đồ bode)

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 15


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN P, PI, PID
I. Giới thiệu chung
1. Quy luật P
Tín hiệu điều khiển trong quy luật được điều khiển theo công thức:

w( p ) = K P
Trong đó Kp là hệ số khuếch đại của quy luật.
Theo tính chất của khâu khuếch đại (hay khâu tỷ lệ) ta thấy tín hiệu ra của khâu luôn luôn trùng pha
với tín hiệu vào. Điều này nói lên ưu điểm của khâu khuếch đại là có độ tác động nhanh. Vì vậy, trong
công nghiệp, quy luật tỉ lệ làm việc ổn định với mọi đối tượng. Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản của khâu
tỉ lệ là khi sử dụng với các đối tượng tĩnh, hệ thống điều khiển luôn tồn tại sai lệch tĩnh. Để giảm giá trị
sai lệch tĩnh thì phải tăng hệ số khuếch đại nhưng khi đó, tính dao động của hệ thống sẽ tăng lên và có
thể làm hệ thống mất ổn định.
2. Quy luật PID
Để hệ thống vừa có tác động nhanh, vừa triệt tiêu được sai lệch dư, người ta kết hợp quyluật tỉ lệ với
quy luật tích phân để tạo ra quy luật tỉ lệ - tích phân.
Hàm truyền có dạng :

Trong đó: Kp là hệ số khuếch đại
TI = KP/ KI là hằng số thời gian tích phân
Tín hiệu ra chậm pha hơn tín hiệu vào một góc nằm trong khoảng –π/2 đến 0 phụ thuộc vào các tha
số Kp TI và tần số của tín hiệu vào. Như vậy tốc độ tác động của quy luật tỉ lệ tích phân PI chậm hơn
quy luật tỉ lệ P và nhanh hơn quy luật tích phân I (tín hiệu ra chậ pha hơn tín hiệu vào một góc –π/2).

Trong thực tế, quy luật điều khiển PI được sử dụng khá rộng rãi và đáp ứng được chất lượng cho
hầu hết các quá trình công nghệ. Tuy nhiên, do có thành phần tích phân nên độ tác động của quy luật bị
chậm đi. Vì vậy, nếu đối tượng có nhiễu tác động liên tục mà hệ thống điều khiển lại đòi hỏi độ chính
xác cao thì quy luật PI không đáp ứng được.
3. Quy luật PID
Để tăng tốc độ tác động của quy luật PI, trong thành phần của nó người ta ghép thêm thành phần vi
phân và nhận được quy luật điều khiển tỉ lệ vi tích phân. Có thêm thành phần vi phân làm tăng tốc độ
tác động của hệ thống.
Hàm truyền có dạng :

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 16


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
Trong đó: KP là hệ số khuếch đại
TI = KP /KI là hằng số thời gian tích phân
TD = KD KP là hằng số thời gian vi phân
Tín hiệu ra lệch pha so với tín hiệu vào một gốc nằ trong khoảng –π/2 đến π/2 phụ thuoccj vào các
tham số KD , TI, TD và tần số của tín hiệu vào. Nghĩa là về tốc độ tác động thì quy luật tỉ lệ vi tích phân
PID có thể nhanh hơn cả quy luật tỉ lệ P. Do đó có thể nói quy luật tỉ lệ vi tích phân PID là hoàn hảo
nhất. Nó đáp ứng về chất lượng của hầu hết các quy trình công nghệ. Tuy nhiên việc điều chỉnh tha số
có nhiều phức tạp đòi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định. Vì vậy trong công nghiệp quy luật
tỉ lệ vi tích phận chỉ sử dụng ở những nơi cần thiết do quy luật PI không đáp ứng được yêu cầu chất
lượng điều chỉnh.
II. Tổng hợp bộ điều khiển P,PI, PID cho vòng điều chỉnh 3 vị trí không tải
Đối tượng có hàm truyền đạt W’(s) = có chứa khâu tích phân nên ta áp dụng phương pháp Zeigler
Nichols 2 để tìm được bộ điều khiển mong muốn.

Phương pháp này thay bộ điều khiển PID trong hệ kín bằng bộ khếch đại, sau đó tăng K cho đến khi hệ
nằm ở biên giới ổn định tức là hệ kín trở thành khâu dao động điều hòa. Lúc đó ta có Kgh và chu kì dao

động đó là Tgh. Tham số của bộ điều khiển PID chọn theo bảng sau:
Bộ điều khiển

Kp

TI

TD

P

0,5 Kgh

∞

0

PI

0,45 Kgh

1/1,2 Tgh

0

PID

0,6 Kgh

0,5 Tgh

0,125 Tgh

Mô phỏng bộ điều khiển P, PI, PID trện Simulink

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 17


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

Ta cài đặt các thông số cho mô hình bộ điều khiển PID
•
•
•
•
•

Đặt góc quay của động cơ đầu trong khối Step :
Fianl Value : 100
Đặt các giá trị của bộ Gain1 (KI) = Gain2 (KD) = 0
Đặt thông số khai báo hàm trễ bằng khối Transport Delay
Time Delay: 0,9
Khối Saturation là khối bão hòa cài đặt với thông số tùy chọn
Chọn - Upper Limit : 500
- Lower Limit : -500
Chọn giá trị của Gain (Kp) sao cho hàm ra Scop có dạng dao động điều hòa
Lấy Kp = 2,29 cho chạy mô hình mô phỏng trên SIMULINK ta được đầu ra của khối Scop có
dạng:

Suy ra: Tgh= 6,6 (s)

Ta có thông số các bộ điều khiển P, PI, PID :
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 18


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh
Bộ điều khiển

Kp

TI

TD

P

1,145

∞

0

PI

1,0305

5,5

0

PID

1,374

3,3

0,825

Suy ra:
Thật vậy:
•

Bộ điều khiển P:
Kp= 1,145 , KD=KI=0
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,49
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 26
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 54,8

•

Bộ điều khiển PI
Kp= 1,145 , KD= 0,18736 , KI=0
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,35
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 58,6
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 98,8

•

Bộ điều khiển PID:
Kp= 1,145 , KD= 0,18736 , KI=1,13355
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 0,971

+ Thời gian quá độ (Settling Time): 13,4
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 33,7

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 19


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

Vậy bộ điều khiển P, PI , PID vừa rìm
được có thể đưa vào quá trình sử dụng
 Giả sử:
 Trường hợp 1: giảm giá trị của Kp

Lấy Kgh1 =2 , chu kì Tgh không đổi
Bộ điều khiển
Kp1

TI1

TD1

P

1

∞

0

PI

0,9

5,5

0

PID

1,2

3,3

0,825

Suy ra:
Thật vậy:
•

Bộ điều khiển P:
Kp= 1 , KD=KI=0
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,49
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 26
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 54,8

•

Bộ điều khiển PI
Kp= 1 , KD= 0,16364 , KI=0
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,49

+ Thời gian quá độ (Settling Time): 39,9
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 89,2

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 20


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

•

Bộ điều khiển PID:
Kp= 1 , KD= 0,16364 , KI=0,99
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,14
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 13,4
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 27,4

 Trường hợp 2: tăng giá trị của Kgh

Lấy Kgh2= 2,4 , chu kì Tgh không đổi
Bộ điều khiển
Kp2

TI2

TD2

P

1,2

∞

0

PI

1,08

5,5

0

PID

1,44

3,3

0,825

Suy ra:
•

Bộ điều khiển P:
Kp= 1,2 , KD=KI=0
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,44
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 29,1
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 58,3

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 21

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

•

Bộ điều khiển PI
Kp= 1,2 , KD= 0,19636 , KI=0
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 1,31
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 69,8
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 103

•

Bộ điều khiển PID:
Kp= 1,2 , KD= 0,19636 , KI=1,188
+ Thời gian tăng tốc (Rise Time) : 0,92
+ Thời gian quá độ (Settling Time): 13,3
+ Độ quá điều chỉnh (Overshoot) : 36,5

Ta có bảng so sánh sau:
Tham số
Kp=1
KD=0,16364
KI= 0,99
Kp=1,145
KD=0,18736
KI= 1,1335

Rise

Time
1,66
1,49

P(Kp tăng)
Settling Over
Time
shoot
19,7
44,8
26

54,8

PI( KD tăng)
Rise
Settling Over
Time
Time
shoot
1,49
39,9
89,2

Rise
Time
1,14

PID(KI tăng)
Settling Over

Time
shoot
13,9
27,4

1,35

0,971

13,4

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 22

58,6

98,8

33,7


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

Kp=1,2
1,44
KD=0,19636
KI=1,188
Đánh giá khi Giảm
Kp ,KD, KI
tăng dần

29,1

58,3

1,31

69,8

103

0,92

13,3

36,5

Tăng

Tăng

Giảm

Tăng

Tăng

Giảm

Giảm

Tăng

Vậy tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà ta có thể tăng hoặc giảm giá trị của K p , KD ,KI để hệ thống hoạt
động được tốt nhất.
IV. Mô phỏng động cơ với 3 luật điều khiển trong trường hợp tải không đổi và đặt vào động cơ
sau 80s
Chọn Kgh= 2,29 với các tham số để mô phỏng động cơ:
Ta có mô hình mô phỏng trên SIMULINK:

Ta dùng hàm Step để cài đặt thong số cho tải không đổi :

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 23


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

Khi ta mô phỏng trên SIMULINK với 3 luật điều khiển P,PI ,PID ta có đầu ra Scope:
 Bộ điều khiển P:

 Bộ điều khiển PI:

Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 24


Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Vân Anh

 Bộ điều khiển PID:

Ta thấy : trong cả 3 bộ điều khiển P, PI , PID
+ Trước 80(s) : động cơ dao động tắt dần và đi dần vào trạng thái ổn định.

+ Bắt đầu từ giây 80 (s) :
Sinh viên thực hiện: Đặng Ngọc Tuyết_ Đ7.CNTD1 25