Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo thí nghiệm Lý thuyết điều khiển tự động: Xác định thông số bộ điều khiển PID
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Xác định thông số bộ điều khiển PID CBGD: Trần Thụy Uyên Phương Sinh viên: Trương Đăng Khoa Lớp 119110B MSSV: 11911009 Tp HCM, Ngày 23 tháng 11 năm 2013 I. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ BỘ ĐK CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC 1. Điều khiển vận tốc Hàm truyền đạt của động cơ DC với tín hiệu ra vận tốc : SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 a. Xác định K, T, T t +Tạo file vt.mdl với nội dung sau : +Tạo file mvt.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5*10^(-3); J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('vt',[0,2],[],[]) figure(1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 2 0 450]); grid on; title('DIEU KHIEN VAN TOC'); Ta vẽ được đồ thị như hình sau, vẽ tiếp tuyến để xác định T, T t : K = 400 T = 0.046 T t = 0.001 P a g e 2 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30.3 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 DIEU KHIEN VAN TOC b. Xác định thông số bộ điều khiển b.1. Bộ điều khiển P (K I = K D = 0) K P = = 0.115 b.2. Bộ điều khiển PI (K D = 0) K P = = 0.1035 T N = = 0.0033 K I = = 31.05 b.3. Bộ điều khiển PID K P = = 0.138 T N = 2T t = 0,002 T V = 0.5T t = 0.0005 K I = = 69 K D = K P T V = 0.000069 c. Vẽ đồ thị tương ứng với bộ điều khiển: Chỉnh nội dung file vt.mdl như sau: Chỉnh thông số K P , K I , K D tương ứng 3 bộ điều khiển: P a g e 3 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Chạy file mvt.m ứng với 3 bộ số liệu ta được 3 đồ thị: 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN P P a g e 4 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 5 10 15 20 25 30 35 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PI 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 2. Điều khiển vị trí Hàm truyền đạt của động cơ DC khi ngõ ra là góc quay : a. Xác định K pcrit , T crit P a g e 5 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Hàm truyền đạt của hệ kín : Gk(S) = Phương trình đặc trưng của hệ kín : 1 + .G(S) = 0 1 + = 0 = 0 Bảng Routh LJ = 1.66 x 10 -7 RB + = 3.63 x 10 -3 LB + RJ = 1.27 x 10 -4 60.2 x 10 -3 0 60.2 x 10 -3 Theo tiêu chuẩn Routh, để hệ thống ổn định thì: Chọn = 46.14 Tạo file gq.mdl với nội dung: Chỉnh thông số K P = = 46.14; K I = 0; K D = 0 Tạo file mgq.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5*10^(-3); P a g e 6 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('gq',[0,0.3],[],[]) figure(1); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 0.3 0 50]); grid on; title('DIEU KHIEN GOC QUAY'); Ta được đồ thị: 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.3 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 5050 DIEU KHIEN GOC QUAY Tcrit Đo được T crit = 0.042 b. Xác định thông số bộ điều khiển b.1. Bộ điều khiển P (K I = K D = 0) K P = 0.5 = 23.07 b.2. Bộ điều khiển PI (K D = 0) K P = 0.45 = 20.763 T N = 0.83T crit = 0.035 K I = = 593.2 b.3. Bộ điều khiển PID K P = 0.6 = 27.684 T N = 0.5T crit = 0.021 T V = 0.125T crit = 0,00525 K I = = 1318.29 K D = K P .T V = 0,145 c. Vẽ đồ thị tương ứng với bộ điều khiển: Chỉnh thông số K P , K I , K D tương ứng 3 bộ điều khiển, chạy file mvt.m ứng với 3 bộ số liệu ta được 3 đồ thị: P a g e 7 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN P 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PI P a g e 8 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID II. KHẢO SÁT MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ, VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PID 1. Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC a. K I = K D = 0; StopTime = 10s K P 0.138 0.5 1 2 POT 0% 0.6% 8.67% 20.38 exl 7.3 2.6 1.4 0.7 txl 0.08s 0.025s 0.02s 0.018 Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp: P a g e 9 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID P a g e 10 | 24 [...]... PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 P a g e 15 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nhận xét: P a g e 16 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 - Sai số xác lập exl luôn bằng 0 - Tăng KD thì độ vọt lố dần về 0 - Thời gian xác. .. KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 9 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 10 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID x 10 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Nhận xét: P a g e 21 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 - Sai số xác lập exl luôn bằng 0 - Tăng KI thời gian quá độ txl và độ vọt lố POT nhất định, KI quá lớn sẽ làm hệ thống mất ổn định c KP = KI = 2 KD 0.145 0.5... 30 25 20 15 10 5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 2.5 3 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 0.5 1 1.5 2 P a g e 18 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Nhận xét: - Khi tăng hệ số KP thì sai số xác lập exl bằng 0, thời gian quá độ txl tăng, tăng tính dao động của đáp ứng (tức...SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P a g e 11 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Nhận xét: - Khi tăng hệ số KP thì sai số xác lập exl sẽ giảm, thời gian quá độ txl giảm nhưng lại làm tăng tính dao động của đáp ứng... KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P a g e 22 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 10 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Nhận xét: P a g e 23 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 - Sai số xác lập exl luôn bằng 0 - Tăng... đáng kể 2 Khảo sát mô hình điều khiển vị trí động cơ DC a KI = KD = 0; StopTime = 3s KP 10 23.07 30 50 POT 58.75% 80% 86.79% _ exl 0 0 0 _ txl 0.5s 1s 1.35s _ Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp: DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 P a g e 17 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 45 40 35 30 25 20 15 10... VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P a g e 12 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P a g e 13 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 35 30 25 20 15 10... 6 7 8 9 10 Nhận xét: - Sai số xác lập exl luôn bằng 0 - Tăng KI thời gian quá độ txl sẽ tăng, lúc sau giảm nhưng làm tăng mạnh độ vọt lố POT c KP = KI = 2 KD 0.000069 0.0001 0.001 0.01 POT 15.42% 15% 1.875% 0.025% exl 0 0 0 0 txl 4.5s 4.6s 4s 5s Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp: P a g e 14 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN VAN TOC - BO DIEU KHIEN PID 35 30 25 20 15 10 5 0... điểm nào đó khi KP quá lớn làm hệ thống không ổn định b KP = 2; KD = 0 KI 1 10 50 70 POT 22.5% 41.04% 97.29% _ exl 0 0 0 _ txl 4.5s 1s 8s _ Các đồ thị tương ứng với 4 trường hợp: P a g e 19 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DIEU KHIEN GOC QUAY - BO DIEU KHIEN PID 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9... 6 7 8 Nhận xét: P a g e 23 | 24 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 - Sai số xác lập exl luôn bằng 0 - Tăng KD thời gian quá độ txl và độ vọt lố POT tăng Đến một thời điểm nhất định, KD quá lớn sẽ làm hệ thống mất ổn định P a g e 24 | 24 . HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Xác định thông số bộ điều khiển PID CBGD: Trần Thụy Uyên Phương Sinh viên: Trương Đăng Khoa Lớp. TOC b. Xác định thông số bộ điều khiển b.1. Bộ điều khiển P (K I = K D = 0) K P = = 0.115 b.2. Bộ điều khiển PI (K D = 0) K P = = 0.1035 T N = = 0.0033 K I = = 31.05 b.3. Bộ điều khiển PID K P . KHIEN GOC QUAY Tcrit Đo được T crit = 0.042 b. Xác định thông số bộ điều khiển b.1. Bộ điều khiển P (K I = K D = 0) K P = 0.5 = 23.07 b.2. Bộ điều khiển PI (K D = 0) K P = 0.45 = 20.763 T N