Hướng dẫn mở file motor_speed_ctrl.mdl trong matlab năm 2024
|
Calling Simulink from MATLAB and generating a single executable would be tough if not impossible. The issue being SIM is not a supported command for MATLAB Coder. Show However, you could generate an EXE or DLL for the simulink model and call it like you would from a c program using the coder.ceval functions in the MATLAB code. Realistically the route I would take would be generate an EXE for the model and run the MATLAB code in MATLAB, or deploy it using I have .MDL file to be opened but I cannot do it on Simulink. Is there a way to do it? Please help me. Answers (1)
Change the extension of the file to slx, save it and then try to open. See AlsoCategoriesCommunity Treasure HuntFind the treasures in MATLAB Central and discover how the community can help you! Start Hunting! An Error Occurred Unable to complete the action because of changes made to the page. Reload the page to see its updated state. Uploaded byCon Trai Thần Chết 0% found this document useful (1 vote) 157 views 96 pages Cơ sở điều khiển tự động Original TitleBáo-cáo-đktđ Copyright© © All Rights Reserved Available FormatsDOCX, PDF, TXT or read online from Scribd Share this documentDid you find this document useful?Is this content inappropriate?0% found this document useful (1 vote) 157 views96 pages Báo Cáo ĐKTĐUploaded byCon Trai Thần Chết Cơ sở điều khiển tự động O código que escrevi funcionou bem no meu matlab 2008b, urlwrite vai buscar o ficheiro e guarda-o no disco, open_system abre o modelo no simulink. Direct link to this comment
Funcionou... Obrigado :) Já agora, se me puderes ajudar... Eu vou realizar um estudo sobre energia solar fotovoltaica e aconselharam-me a usar o pacote de SimPowerSystems. Mas não dá para adquiri-lo de forma grátis pois não? Direct link to this comment
É da responsabilidade da escola/empresa onde estudas/trabalhas a disponibilização dos meios para realizares esse estudo, pede aos responsáveis a aquisição do software e argumenta que não vai servir apenas para o teu estudo mas também para mais estudos futuros. Boa sorte TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÔN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG PTN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GVHD: PGS.TS Lê Quang Thuần Nhóm: TND2 TỔ: 03 Họ và tên sinh viên: Tạ Đình Kiên - 1711847 Nguyễn Thành Huy - 1711541 TP.HCM, THÁNG 5 NĂM 2019 Contents BÀI CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM( Sv: Tạ Đình Kiên) .................................................................................. 1 BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG...................................................................... 1 4.1 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 1:..................................................................................... 1 4.2 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 2: ................................................................................ 3 BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ ......................................................................................... 5 4.1 Điều khiển tốc độ mô hình động cơ DC ............................................................................................ 5 4.2. Điều khiển vi ̣trí mô hiǹ h động cơ DC: ............................................................................................ 6 BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG CÓ TRỄ............................................................................................ 8 IV. Chuẩn bị trước thí nghiệm: ............................................................................................................... 8 4.1. Khảo sát mô hình lò nhiệt và tìm các thông số của lò nhiệt: ............................................................ 8 4.2. Điều khiển PID theo phương pháp Ziegler – Nichols: ..................................................................... 9 BÀI 5: ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP BIẾN TRẠNG THÁI ........................................................................... 12 4.1. Xây dựng mô hình hệ xe – lò xo: ................................................................................................... 12 4.2. Điều khiển hồi tiếp biến trạng thái hệ xe – lò xo: .......................................................................... 15 BÀI CHUẨN BI ̣THÍ NGHIỆM( Sv: Nguyễn Thành Huy) ......................................................................... 20 BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG.................................................................... 20 4.1 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 1:................................................................................... 20 4.2 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 2:................................................................................... 21 BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ ....................................................................................... 23 4.1 Điều khiển tốc độ mô hình động cơ DC: ......................................................................................... 23 4.2. Điều khiển vi ̣trí mô hiǹ h động cơ DC: .......................................................................................... 23 BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG CÓ TRỄ.......................................................................................... 24 4.2. Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp Ziegler – Nichols ............................................................ 25 BÀI 5: ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TRẠNG THÁI ..................................................................................... 27 4.1. Xây dựng mô hình hệ xe - lò xo ..................................................................................................... 27 4.2.Điều khiển hồi tiếp biến trạng thái hệ xe - lò xo: ............................................................................ 29 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ............................................................................................................................ 34 BÀI 0: PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................................... 34 PHẦN A: ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ........... 34 III.THÍ NGHIỆM: ................................................................................................................................. 35 III.1.Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống: ................................................................................. 35 III.2.Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode:.......................................................................................... 36 III.3.Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Nyquist: ..................................................................................... 40 III.4.Khảo sát hệ thống dung phương pháp QĐNS: .............................................................................. 42 III.5.Đánh giá chất lượng của hệ thống: ................................................................................................ 43 PHẦN B: ỨNG DỤNG SIMULINK MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ...... 45 III. THÍ NGHIỆM ................................................................................................................................. 46 III.1 Khảo sát mô hiǹ h hê ̣ thố ng điề u khiể n nhiê ̣t đô ̣: ........................................................................... 46 III.1.a Khảo sát hê ̣ hở, nhâ ̣n da ̣ng hê ̣ thố ng thei mô hiǹ h Ziegler – Nichols: ....................................... 46 III.1.b Khảo sát mô hiǹ h điề u khiể n nhiê ̣t đô ̣ ON – OFF ...................................................................... 47 2. Khảo sát mô hiǹ h điề u khiể n tố c đô ̣, vi ̣trí đô ̣ng cơ DC: ................................................................... 50 BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG.................................................................... 53 V. THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM: ........................................................................................................... 62 5.1. Đáp ứng tầ n số của tố c độ động cơ DC .......................................................................................... 62 5.2. Đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC ............................................................................................ 63 5.3. Khảo sát đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC ...................................................................................... 63 BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ ....................................................................................... 68 V. THỰC HIỆN THÍ NGHIÊM: 5.1. Điều khiển tốc độ động cơ DC .................................................. 68 5.2. Điều khiển vi trí động cơ DC ......................................................................................................... 70 BÀI THÍ NGHIỆM 4 ................................................................................................................................ 73 ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG CÓ TRỄ...................................................................................................... 73 V. THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM. ........................................................................................................... 77 5.1 Thông số lò nhiê ̣t ............................................................................................................................. 77 5.2. Điề u khiẻn PID theo phương pháp Ziegler – Nichols .................................................................... 78 BÀI THÍ NGHIỆM 5 ................................................................................................................................ 81 ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP BIẾN TRẠNG THÁI ....................................................................................... 81 V. Thực hiê ̣n thí nghiê ̣m ........................................................................................................................ 88 5.1. Tim ̀ thông số của hệ xe –lò xo ....................................................................................................... 88 5.2 Điề u khiể n vi tri ̣ ́ xe 2 ....................................................................................................................... 91 5.3. Điề u khiể n vi ̣trí xe 1 ...................................................................................................................... 92 BÀI CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM Họ và tên sinh viên: Tạ Đình Kiên MSSV: 1711847 BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG 4.1 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 1: Để thực hiện tốt thí nghiệm trên lớp, sinh viên cần chuẩn bị trước phần lý thuyết và thực hiện mô phỏng trên máy tính. Giả sử mô hình động cơ có hàm truyền như ở công thức (5) với: K số thứ tự nhóm, 10 Yêu cầu là thực hiện các bước sau để nhận dạng các tham số K và này: a) Tạo file mô hình simulink như ở Hình 7 b) Cài đặt biên độ sóng sine bằng 10, tần số 0.01 rad/s. c) Chạy mô phỏng. d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định tỉ số biên độ giữa tín hiệu ngõ ra và tín hiệu đặt Ac/Ar , xác định độ trễ pha giữa hai tín hiệu bằng cách đo thời gian t e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 1. Lưu ý: biên độ tín hiệu phải được tính bằng cách chia khoảng cách giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho 2 vì giá trị trung bình 0 có thể không xác định chính xác trên scope f) Lăp lại bước b) đến e) với các tần số còn lại như trong Bảng 1, biên độ vẫn giữ nguyên bằng 10. Hàm G(s)= 3 10 s 1 1 Lần chạy Tần số (rad/s) Ac/Ar Ac/Ar(dB) ∆t (s) Φ (độ) 1 0.01 3 9.54 -11.87 -13.25 2 0.025 2.9 9.24 -9.29 -13.38 3 0.05 2.7 8.62 -7.91 -22.7 4 0.075 2.39 7.56 -9.18 -39.2 5 0.1 2.12 6.53 -7.58 -42.9 6 0.25 1.1 0.83 -4.41 -63.1 7 0.5 0.58 -4.73 -2.772 -79.98 8 0.75 0.39 -8.18 -1.848 -79.62 9 1 0.3 -10.46 -1.491 -85.09 Biểu đồ Bode 2 4.2 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 2: - Lặp lại các bước mô phỏng như ở mục 4.1. nhưng thêm vào mô hình động cơ DC một khâu tích phân lý tưởng như Hình 12, ghi kết quả vào Bảng 2 và vẽ đáp ứng tần số vào Hình 13. Lưu ý: vì giá trị biên độ của vị trí động cơ không đối xứng qua giá trị 0 nên để tính độ lệch pha giữa 2 tín hiệu ta phải dựa vào giá trị đinh của 2 tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. Hàm G(s)= 3 s (10 s 1) Lần chạy Tần số (rad/s) Ac/Ar Ac/Ar(dB) ∆t (s) Φ (độ) 1 0.01 300 49.54 -169.85 -96.99 2 0.025 118.55 41.48 -74.51 -107.3 3 0.05 56.5 35.04 -41.228 -126.98 4 0.075 35.95 31.11 -27.87 -122 5 0.1 25.68 28.19 -22.56 -127.5 6 0.25 3.7 11.364 -10.535 -151.7 7 0.5 3.55 11 -5.848 -163.64 8 0.75 2.265 7.1 -3.878 -163.63 9 1 1.645 4.323 -3.125 -180 3 Biểu đồ bode: 4 BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ 4.1 Điều khiển tốc độ mô hình động cơ DC: Giả sử mô hình động cơ có hàm truyền: G( s) Y (s) K R( s ) s 1 với: K số thứ tự nhóm, 0.3 Xây dựng bộ điều khiển PID rời rạc với các yêu cầu sau: a) Tạo file mô phỏng như ở Hình 1, trong đó bộ điều khiển PID số như ở Hình 2. b) Cài đặt tốc độ đặt (Set point) = 800, và KP = 1, KI = KD = 0, thời gian lấy mẫu T s 0.005 . Chú ý: Khi thay đổ i thời gian lấ y mẫu ta phải thay đổi T trong khối “Discrete PID controller” và thời gian lấ y mẫu của toàn hệ thống (vào menu Simulation -> Configuration) c) Chạy mô phỏng d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định độ vọt lố, thời gian quá độ và sai số xác lập e) Lặp lại bước b) tới d) với các tham số (KP = 1, KI = 10, KD = 0). 5 Nhận xét kết quả mô phỏng trong 2 trường hợp khi không có khâu tích phân (KI = 0) và có khâu tích phân (KI = 10) **TH1: KP = 1, KI = KD = 0 POT =0 Thời gian quá độ: 0s Sai số xác lập =1 **TH2: KP = 1, KI = 10, KD = 0 POT= 0.275 Thời gian quá độ: 600ms Sai số xác lập= 1 ***Nhận xét: có sự tăng độ vọt lố và thời gian xác lập khi ta thay đổi Ki 4.2. Điều khiển vi tri ̣ ́ mô hin ̀ h động cơ DC: Xây dựng bộ điều khiển PID rời rạc với các yêu cầu sau: a) Tạo file mô phỏng như ở Hình 3, trong đó bộ điều khiển PID số như ở Hình 2. b) Cài đặt vị trí đặt (Set point) = 100, và KP = 5, KI = 1, KD = 0, thời gian lấy mẫu T s 0.005 . Chú ý: Khi thay đổ i thời gian lấy mẫu ta phải thay đổ i T trong khối “Discrete PID controller” và thời gian lấ y mẫu của toàn hệ thống (vào menu Simulation -> Configuration) c) Chạy mô phỏng d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định độ vọt lố, thời gian quá độ và sai số xác lập e) Lặp lại bước b) tới d) với các tham số (KP = 5, KI = 1, KD = 1). Nhận xét kết quả mô phỏng trong 2 trường hợp khi không có khâu vi phân (KD = 0) và có khâu vi phân (KD = 1) 6 **TH1: POT=0.55 Thời gian quá độ:8.45s Sai số xác lập=0.167 **TH2: POT=0.51 Thời gian quá độ:8.45s Sai số xác lập=0.13 ***Nhận xét: Khi thay đổi Kd thì độ vọt lố giảm, thời gian xác lập giảm 7 BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG CÓ TRỄ IV. Chuẩn bị trước thí nghiệm: 4.1. Khảo sát mô hình lò nhiệt và tìm các thông số của lò nhiệt: a) Tạo file mô hình simulink như ở hình 6 b) Cài đặt giá trị điện áp cung cấp U = 0.3. Chỉnh thời gian lấy mẫu T = 0.1s và thời gian mô phỏng 700s. c) Chạy mô phỏng d) mở Scope để xem đáp ứng ngõ ra. Vẽ lại đáp ứng ngõ ra theo biến y đã lưu vào Workspace, e) Xác định điểm uốn I và kẻ tiếp tuyến qua điểm I để tìm K, T1, T2, - Kết quả chạy mô phỏng trong Scope: Từ đồ thị: 8 - K = 30 T1 = 14s T2 = 156s 4.2. Điều khiển PID theo phương pháp Ziegler – Nichols: 𝑇 156 Bộ điều khiển P: 𝐾𝑃 = 𝑇 2𝐾 = 14𝑥30 = 13/35 ,KI = KD = 0 1 - Đáp ứng của bộ điều khiển P: Bộ điều khiển PI: 𝐾𝑃 = 0,9𝑇2 𝑇1 𝐾 \= 117/350 1 𝐾𝐼 = 3,3𝑇 = 5/231 1 𝐾𝐷 = 0 9 - Đáp ứng của bộ điều khiển PI: Bộ điều khiển PID: 𝐾𝑃 = - 1,2𝑇2 𝑇1 𝐾 \= 78/175 1 𝐾𝐼 = 2𝑇 = 1/28 1 𝐾𝐷 = 0,5𝑇1 = 7 Đáp ứng của bộ điều khiển PID: Độ vọt lố, thời gian quá độ và sai số xác lập của các hệ thống: POT tqđ exl **Nhận xét: - P 63.04% 215.3s 7.32 PI 𝑟ấ𝑡 𝑙ớ𝑛 𝑟ấ𝑡 𝑙ớ𝑛 𝑛ℎỏ PD 19.1% 175.1s 0 Đối với bộ điều khiển P: + Độ vọt lố POT cao + Thời gian quá độ tqđ cao + Sai số xác lập exl cao 10 - Đối với bộ điều khiển PI: + Giảm sai số xác lập exl + Tăng độ vọt lố POT + Tăng thời gian quá độ tqđ - Đối với bộ điều khiển PD: + Giảm độ vọt lố POT + Giảm thời gian quá độ tqđ + Không cải thiện sai số xác lập exl Bộ điều khiển PID là tốt nhất. Vì vừa giảm sai số xác lập exl, giảm độ vọt lố POT và giảm thời gian quá độ tqđ 11 BÀI 5: ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP BIẾN TRẠNG THÁI 4.1. Xây dựng mô hình hệ xe – lò xo: Để thực hiện tốt thí nghiê ̣m trên lớp, sinh viên cầ n chuẩn bi ̣trước phầ n lý thuyế t và thực hiê ̣n mô phỏng trên máy tính. Xây dựng mô hình Simulink để khảo sát đáp ứng ngõ ra của hê ̣ xe – lò xo như ở Hiǹ h 6. Trong đó, khố i “Mass-Spring Damper” chứa mô hiǹ h hê ̣ xe – lò xo được xây dựng từ phương trình vi phân (1) và mô tả như ở Hiǹ h 7 với bảng thông số :
- Force = 20: 13 - Force = 30: - Force = 40: 14 - Force = 50: Lần chạy 1 2 3 4 5 Force (N) 10 20 30 40 50 x1 (mm) 10 20 30 40 50 x2 (mm) 20 40 60 80 100 Bảng 1. Khoảng cách di chuyển theo lực tác động **Nhận xét: Khi tăng lực tác động lên một khoảng n, khoảng cách di chuyển của xe 1 tăng lên n (mm), khoảng cách di chuyển của xe 2 tăng lên 2n (mm) x1 và x2 biến đổi tuyến tính theo lực F 4.2. Điều khiển hồi tiếp biến trạng thái hệ xe – lò xo: 15
Kf = [0 0 0.1 0]. Cài đặt giá trị cho xe 2 là 30mm. 16 - Với Kf = [0 0 1 0]: - Với Kf = [0 0 10 0]: - Với Kf = [0 0 10 0.1]: 17 Với Kf = [0 0 10 0.3]: - Với Kf = [0 0 10 0.5]: Lần chạy 1 2 3 4 5 6 Kf [0 0 0.1 0] [0 0 1 0] [0 0 10 0] [0 0 10 0.1] [0 0 10 0.3] [0 0 10 0.5] Độ vọt lố Sai số xác lập 45,54% 24.7 43,1% 10 85,72% 1.5 4.05% 1.43 0.779% 1.43 0.198% 1.425 Bảng 2. Bảng giá trị Kf T/g xác lập 0.7 0.66 0.79 0.05 0.0798 0.213 **Nhận xét: - Khi tăng Kf3, giữ Kf4 = 0: + Độ vọt lố và thời gian xác lập giảm dần cho đến khi Kf3 = 10, độ vọt lố có sự tăng mạnh và thời gian xác lập tăng lên. + Sai số xác lập tỷ lệ nghịch với Kf3 - Khi giữ Kf3 = 10, thay đổi Kf4: + Độ vọt lố giảm dần, sai số xác lập hầu như không đổi, gần với giá trị 1,5 ứng với Kf3 = 10 và Kf4 = 0. + Thời gian xác lập tăng 18 Độ vọt lố và thời gian xác lập của hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào Kf4, còn sai số xác lập phụ thuộc chủ yếu vào Kf3. 19 CHUẨN BI ̣ THÍ NGHIỆM Sinh viên: Nguyễn Thành Huy MSSV: 1711541 BÀ I 1: KHẢ O SÁ T ĐẠ C TÍNH ĐỌ NG HỌ C HỆ THÓ NG 4.1 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 1: 3 Hàm G(s)= 10 s 1 Lần chạy Tần số (rad/s) Ac/Ar Ac/Ar(dB) ∆t (s) Φ (độ) 1 0.01 3 9.54 -11.87 -13.25 2 0.025 2.9 9.24 -9.29 -13.38 3 0.05 2.7 8.62 -7.91 -22.7 4 0.075 2.39 7.56 -9.18 -39.2 5 0.1 2.12 6.53 -7.58 -42.9 6 0.25 1.1 0.83 -4.41 -63.1 7 0.5 0.58 -4.73 -2.772 -79.98 8 0.75 0.39 -8.18 -1.848 -79.62 9 1 0.3 -10.46 -1.491 -85.09 20 Biểu đồ Bode 4.2 Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 2: 3 Hàm G(s)= s (10 s 1) 21 Lần chạy Tần số (rad/s) Ac/Ar Ac/Ar(dB) ∆t (s) Φ (độ) 1 0.01 300 49.54 -169.85 -96.99 2 0.025 118.55 41.48 -74.51 -107.3 3 0.05 56.5 35.04 -41.228 -126.98 4 0.075 35.95 31.11 -27.87 -122 5 0.1 25.68 28.19 -22.56 -127.5 6 0.25 3.7 11.364 -10.535 -151.7 7 0.5 3.55 11 -5.848 -163.64 8 0.75 2.265 7.1 -3.878 -163.63 9 1 1.645 4.323 -3.125 -180 Biểu đồ bode: 22 BÀ I 3: KHẢ O SÁ T BỌ ĐIỀ U KHIỂ N PID SÓ 4.1 Điều khiển tốc độ mô hình động cơ DC: TH1: KP = 1, KI = KD = 0 POT =0 Thời gian quá độ: 0s Sai số xác lập =1 TH2: KP = 1, KI = 10, KD = 0 POT= 0.275 Thời gian quá độ: 600ms Sai số xác lập= 1 ***Nhận xét: có sự thay đổi khi ta thay đổi Ki 4.2. Điều khiển vi tri ̣ ́ mô hin ̀ h động cơ DC: TH1: POT=0.6 Thời gian quá độ:8.45s Sai số xác lập=0.167 TH2: POT=0.6 Thời gian quá độ:8.45s Sai số xác lập=0.167 ***Nhận xét: không có sự thay đổi khi ta thay đổi Kd 23 BÀ I 4: ĐIỀ U KHIỂ N ĐÓ I TƯỢNG CÓ TRỄ 4.1. Khảo sát mô hinh lò nhiệt và tìm các thông số của lò nhiệt Đáp ứng ngõ ra Câu e: Tìm K, T1, T2? Theo đồ thị ta thấy được các giá trị ước lượng gần đúng K=100; T1=20s; T2=180s 24 4.2. Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp Ziegler – Nichols * Điều khiển P POT=35.5%; exl=9.54; tS=184s *Điều khiển PI POT=64%; exl≈0; 𝑡𝑠 =203.4s *Điều khiển PID 25 POT=44.7%; exl=0; tqđ=188.3s d/ Kết luâ ̣n: Dùng bộ điều khiể n PID là tốt nhất vì nhiệt độ lò tăng nhanh nhất dẫn đến thời hằng nhỏ hơn. Từ đó ta dễ điều khiể n nhiệt độ lò nhiệt hơn. Thứ hai, BĐK PID có exl=0, đáp ứng ngõ ra có thể điều khiể n chính xác đến nhiệt độ mong muốn. 26 BÀ I 5: ĐIỀ U KHIỂ N HÒ I TIẾ P TRẠ NG THÁ I 4.1. Xây dựng mô hình hệ xe - lò xo: *Mô phỏng trên Matlab-Simulink: 27 TH1: Force=10(N) TH2: Force= 20(N) Tương tự với TH3: Force= 30(N) TH4: Force= 40(N) 28 TH5: Force= 50(N) Ta lập được bảng sau: Nhận xét: Sau khi chạy mô phỏng và lập bảng, ta kết luận khoảng cách di chuyển của 2 xe 1 và xe 2 tăng dần khi lực tác dụng càng lớn. 4.2.Điều khiển hồi tiếp biến trạng thái hệ xe - lò xo: 29 TH1: 𝐾𝑓0; 0; 0.1; 0 TH2:𝐾𝑓=[0;0;1;0] 30 TH3: 𝐾𝑓=[0;0;10;0] TH4: 𝐾𝑓=[0;0;10;0.1] 31 TH5:𝐾𝑓=[0;0;10;0.3] TH6: 𝐾𝑓=[0;0;10;0.5] 32
Nhận xét: Hệ số hồi tiếp của vị trí càng lớn thì độ vọt lố càng lớn, hệ thống càng lâu ổn định, sai số càng nhỏ. Hệ số hồi tiếp vận tốc càng lớn thì độ vọt lố càng nhỏ, sai số không thay đổi nhiều, thời gian xác lập ngắn đi thấy rõ 33 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Nhóm: TND2 Tổ: 3 Họ và tên sinh viên: Tạ Đình Kiên – 1711847 Nguyễn Thành Huy – 1711541 BÀI 0: PHỤ LỤC 1 PHẦN A: ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG I. MUÏC ÑÍCH : Matlab laø moät trong nhöõng phaàn meàm thoâng duïng nhaát duøng ñeå phaân tích, thieát keá vaø moâ phoûng caùc heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng. Trong baøi thí nghieäm naøy, sinh vieân söû duïng caùc leänh cuûa Matlab ñeå phaân tích heä thoáng nhö xeùt tính oån ñònh cuûa heä thoáng, ñaëc tính quaù ñoä, sai soá xaùc laäp… II. CHUAÅN BÒ : Ñeå thöïc hieän caùc yeâu caàu trong baøi thí nghieäm naøy, sinh vieân caàn phaûi chuaån bò kyõ tröôùc caùc leänh cô baûn cuûa Matlab. Khi khôûi ñoäng chöông trình Matlab 6.5, cöûa soå Command Window xuaát hieän vôùi daáu nhaéc leänh ‚>>‛. Ñeå thöïc hieän caùc leänh, sinh vieân seõ goõ leänh töø baøn phím theo sau daáu nhaéc naøy. Sinh vieân caàn tham khaûo phaàn phuï luïc ôû chöông 2 (trang 85) trong saùch Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng (taùc giaû Nguyeãn Thò Phöông Haø – Huyønh Thaùi Hoaøng) ñeå hieåu roõ caùc leänh cô baûn veà nhaân chia ña thöùc, bieåu dieãn haøm truyeàn heä thoáng vaø keát noái caùc khoái trong heä thoáng. Ngoaøi ra, ñeå phaân tích ñaëc tính cuûa heä thoáng, sinh vieân caàn phaûi hieåu kyõ caùc leänh sau: bode(G) : veõ bieåu ñoà Bode bieân ñoä vaø pha cuûa heä thoáng coù haøm truyeàn G nyquist(G) : veõ bieåu ñoà Nyquist heä thoáng coù haøm truyeàn G rlocus(G) : veõ QÑNS heä thoáng hoài tieáp aâm ñôn vò coù haøm truyeàn voøng hôû G step(G) : veõ ñaùp öùng naác cuûa heä thoáng coù haøm truyeàn G 34 hold on : giöõ hình veõ hieän taïi trong cöûa soå Figure. Leänh naøy höõu ích khi ta caàn veõ nhieàu bieåu ñoà trong cuøng moät cöûa soå Figure. Sau khi veõ xong bieåu ñoà thöù nhaát, ta goõ leänh hold on ñeå giöõ laïi hình veõ sau ñoù veõ tieáp caùc bieåu ñoà khaùc. Caùc bieåu ñoà luùc sau seõ veõ ñeø leân bieåu ñoà thöù nhaát trong cuøng moät cöûa soå Figure naøy. Neáu khoâng muoán giöõ hình nöõa, ta goõ leänh hold off. grid on : keû löôùi treân cöûa soå Figure. Neáu khoâng muoán keû löôùi, ta goõ leänh grid off. plot(X,Y) : veõ ñoà thò vector Y theo vector X Ví duï : Veõ ñoà thò y = x2 vôùi x = -10 ÷10 >> X = -10:0.1:10; >> Y = X.*X; >> plot(X,Y); % tao vector X tu -10 ÷ 10 voi khoang cach 0.1 % tinh y = x*x % ve do thi y = x*x subplot(m,n,p) : chia Figure thaønh (mxn) cöûa soå con vaø thao taùc treân cöûa soå con thöù p. Ví duï : Chia Figure thaønh 2 cöûa soå con, sau ñoù veõ Y leân cöûa soå thöù 1 vaø Z leân cöûa soå thöù 2 >> subplot(2,1,1), subplot(Y); % ve Y len cua so thu 1 >> subplot(2,1,2), subplot(Z); % ve Z len cua so thu 2 Chuù yù: sinh vieân neân tham khaûo phaàn Help cuûa Matlab ñeå naém roõ chöùc naêng vaø cuù phaùp cuûa moät baèng caùch goõ vaøo doøng leänh : help III.THÍ NGHIỆM: III.1.Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống: 35 Höôùng daãn: Böôùc ñaàu tieân nhaäp haøm truyeàn cho caùc khoái G1, G2… duøng leänh tf. Sau ñoù, tuyø theo caáu truùc caùc khoái maéc noái tieáp, song song hay hoài tieáp maø ta goõ caùc leänh series, parallel hay feedback töông öùng ñeå thöïc hieän vieäc keát noái caùc khoái vôùi nhau. Trong baùo caùo, chæ roõ trình töï vieäc thöïc hieän caùc leänh naøy. Ví duï : >> G1 = tf([1 1],conv([1 3],[1 5])) >> G2 = tf([1 0],[1 2 8]) >> G3 = tf(1,[1 0]) >> H1 = tf([1 2],1) >> G13 = parallel(G1,G3) >>Gk=feedback (G2,H1) >>G=G13*Gk III.2.Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode: Muïc ñích: Töø bieåu ñoà Bode cuûa heä hôû G(s), ta tìm ñöôïc taàn soá caét bieân, ñoä döï tröõ pha, taàn soá caét pha, ñoä döï tröõ bieân cuûa heä thoáng hôû. Döïa vaøo keát quaû tìm ñöôïc ñeå xeùt tính oån ñònh cuûa heä thoáng hoài tieáp aâm ñôn vò vôùi haøm truyeàn voøng hôû laø G(s).
khoaûng thôøi gian t = 0 vieát baùo caùo. ÷10s ñeå minh hoïa keát luaän ôû caâu c. Löu hình veõ ñaùp öùng naøy ñeå
% nhap tu so cua G(s) % nhap mau so cua G(s) % nhap ham truyen G(s) % ve bieu do Bode cua G(s) trong khoang (0.1,100) % ke luoi Khi caàn xaùc ñònh ñieåm naøo treân bieåu ñoà Bode ta chæ vieäc nhaáp chuoät vaøo vò trí ñoù. Luùc ñoù, giaù trò bieân ñoä hay goùc pha seõ hieån thò ra nhö hình veõ: Ñeå veõ ñaùp öùng naác cuûa heä thoáng kín trong khoaûng thôøi gian (0, T) ta nhaäp leänh step(Gk,T), trong ñoù Gk laø haøm truyeàn voøng kín. Vì haøm truyeàn G(s) ôû treân laø haøm truyeàn voøng hôû neân tröôùc tieân ta phaûi tính haøm truyeàn voøng kín baèng leänh Gk = feedback(G,1) sau ñoù môùi nhaäp leänh step(Gk,T). Tieán haønh löu hình veõ gioáng nhö ôû cöûa soå cuûa bieåu ñoà Bode. - Với K=10: 37 - Tần số cắt biên ωc=0.455 Tần số cắt pha ω-π=4.65 Độ dự trữ biên GM = 24.8 Độ dự trữ pha φM=103 Hệ thống ổn định vì GM>0 và φM>0 - Với K=400: 38 - Tần số cắt biên ωc=6.73 Tần số cắt pha ω-π=4.65 Độ dự trữ biên GM = -7.27 Độ dự trữ pha φM=-23.4 Hệ thống không ổn định vì GM Real-Time Workshop -> Build Model (hoă ̣c nhấn chuô ̣t trái vào biểu tươ ̣ng Incremental Build) để biên dịch mô hình. • Sau khi mô hình biên dịch thành công, vào menu Simulation -> Connect To Target (hoă ̣c nhấn chuô ̣t trái vào biểu tươ ̣ng Connect To Target) để kế t nố i mô hình Simulink tới phầ n cứng. • Vào menu Simulation -> Run (hoă ̣c biểu tươ ̣ng Run) để tiế n hành chạy mô hình. 60 61
Trong phầ n thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đáp ứng tầ n số cho mô hình bậc nhất động cơ DC với ngõ vào là điện áp, ngõ ra là tố c đô ̣ đô ̣ng cơ. Các bước thí nghiệm: a) Mở file motor_speed_response.mdl b) Cài đặt biên đô ̣ sóng sine bằng 7.2, tầ n số 0.4 rad/s. c) Biên dịch chương trình và chạy (xem hướng dẫn ở mục 3.2) d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định tỉ số biên đô ̣ giữa tín hiệu ngõ ra và tín hiệu đă ̣t / A A c r , xác định đô ̣ trễ pha giữa hai tiń hiệu bằng cách đo thời gian t. Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nế u không máy tính sẽ bị treo. Hình 13. Vẽ đáp ứng tần số của hệ thống bậc 2 Bộ môn Điề u khiể n Tự động – Khoa ĐiệnĐiện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM 12/14 e) Ghi lại các kế t quả vào Bảng 3. Lưu ý: biên độ tín hiệu phải được tính bằng cách chia khoảng cách giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho 2 vì giá trị trung bình 0 có thể không xác định chính xác trên scope f) Lă ̣p lại bước d) và e) với các tần số còn lại như trong Bảng 3, biên đô ̣ vẫn giữ nguyên bằng 7.2. Lần chạy Tần số (rad/s) Ac/Ar Ac/Ar (dB) ∆t (s) φ (độ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10 -1.59 -1.97 -2.36 -2.73 -4.65 -7.78 -10.29 -14.6 -16.16 -0.568 -0.553 -0.544 -0.523 -0.436 -0.322 -0.265 -0.259 -0.258 -13.01 -19.01 -24.93 -29.76 -49.96 -73.91 -91.1 -118.71 -168.3 0.83 0.796 0.762 0.73 0.586 0.409 0.27 0.186 0.156 62 10 20 0.05 -25.24 -0.133 -236.5 5.2. Đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC Trong phần thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đáp ứng tần số cho mô hình bậc hai động cơ DC với ngõ vào là điện áp, ngõ ra là vị trí động cơ. Mở file motor_pos_response.mdl. Lặp lại các bước thí nghiệm như trong 5.1 và ghi lại kết quả vào Bảng 4. Lưu ý: vì giá trị biên độ của vị trí động cơ không đối xứng qua giá trị 0 nên để tính độ lệch pha giữa 2 tín hiệu ta phải dựa vào giá trị đỉnh của 2 tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. Ta có thể chỉnh khối Gain SCALE (bình thường bằng 1) trong mô hình simulink để việc so sánh 2 đỉnh tín hiệu dễ dàng hơn. Nhưng khi thay đổi SCALE thì sau khi tính tỉ số biên độ phải nhớ chia cho SCALE vì ta thay đổi hệ số này chỉ để quan sát đồ thị trên Scope cho dễ dàng hơn. Lần chạy Tần số (rad/s) Ac/Ar Ac/Ar (dB) ∆t (s) φ (độ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10 20 21.6 17.5 15.11 17.88 14.33 10.048 5.483 -3.223 -20.51 -34.18 -4.54 -3.197 -2.98 -3.205 -2.46 -1.87 -1.32 -0.78 -0.291 -0.153 -104.06 -109.9 -170.74 -183.64 -140.94 -107.14 -75.63 -44.69 -166.73 -175.32 12.1 7.5 5.695 7.835 5.21 3.18 1.88 0.69 0.09 0.019 5.3. Khảo sát đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC Trong phần thí nghiệm này ta sẽ xác định đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC, từ đó xác định độ lợi và thời hằng (thời gian tại đó đáp ứng hệ thống bằng 63% giá trị xác lập). Các bước thí nghiệm: a) Mở file motor_step_response.mdl b) Thay ngõ vào bằng khối Step với giá trị đặt (final value) 7.2. c) Biên dịch chương trình va chạy d) Mở Scope để xem đáp ứng, xác định thời hằng và độ lợi DC. Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nếu không máy tính sẽ bị 63 treo. e) Lặp lại các bước b) đến d) cho các giá trị còn lại ở Bảng 5. Tốc độ xác lập (Vòng/phút) 6.17 K τ 1 Điện áp động cơ (V) 7.2 0.85 0.65 2 9.6 850 0.88 0.64 3 12 1081 0.9 0.665 4 14.4 1311 0.91 0.664 5 16.8 1547 0.92 0.663 0.892 0.6564 Lần chạy Giá trị trung bình Báo cáo thí nghiệm 1. Từ bảng số liệu ở Bảng 3 và Bảng 4, vẽ biểu đồ đáp ứng tần số tìm được (Bode biên độ và Bode pha) trong 2 trường hợp, xác định độ lợi DC và hằng số thời gian của hệ thống trong 2 trường hợp 5.1 và 5.2 ? 64 Biểu đồ Bode bảng 5.1 - Độ lợi DC = 18dB - Hằng số thời gian = 0.523 65 Biểu đồ Bode bảng 5.2 - Độ lợi DC = 40dB - Hằng số thời gian = 0.285 66 2. Độ dốc (dB/dec) trong biểu đồ biên độ xấp xỉ bằng bao nhiêu? Nó có phù hợp với độ dốc của hệ thống bậc nhất đối với trường hợp 5.1 và hệ thống bậc hai đối với trường hợp 5.2 hay không? - Độ dốc đối với trường hợp 5.1 xấp xỉ bằng -20dB. - Độ dốc đối với trường hợp 5.2 xấp xỉ bằng -40dB. ** Phù hợp với độ dốc của hệ thống bậc nhất đối với trường hợp 5.1 và hệ thống bậc hai đối với trường hợp 5.2 3. Từ biểu đồ pha ở trường hợp 5.1, hãy xác định tần số tại đó đáp ứng hệ thống trễ pha so với tín hiệu đặt một góc 450? Giải thích về mối liên hệ của tần số này với hằng số thời gian của hệ thống? - tần số tại đó đáp ứng hệ thống trễ pha so với tín hiệu đặt một góc 450 : f ≈12 ** Tần số này bằng với hằng số thời gian của hệ thống 4. Dự đoán về độ lợi của hệ thống khi tín hiệu đặt có tần số rất cao? Độ trễ pha đối với tần số này? - Độ lợi của hệ thống sẽ tiến về 0 (càng giảm) - Độ trễ pha sẽ tiến về ∞ (càng tăng) 5. So sánh hằng số thời gian và độ lợi DC trong 2 trường hợp 5.1 và 5.3 ? - Ở trường hợp 5.3 độ lợi bé hơn và hằng số thời gian lớn hơn ở trường hợp 5.1 67 BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ I. MỤC ĐÍ CH Trong bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ khảo sát ảnh hưởng của các thông số trong bộ điều khiển PID số lên chất lượng hệ thống (độ vọt lố, thời gian quá độ, sai số xác lập) trong hai trường hợp điều khiển vận tốc và điều khiển vị trí động cơ DC. Ngoài ra, bài thí nghiệm còn khảo sát ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống. Mục tiêu sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này: Biết cách xây dựng, mô phỏng mô hình điều khiển vận tốc và vị trí động cơ DC dùng bộ PID số. Đánh giá được ảnh hưởng của các hệ số trong bộ điều khiển PID và thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống. II. SƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Bộ điều khiển PID số Sinh viên tham khảo giáo trình “Lý thuyết điều khiển tự động” để hiểu rõ hơn về bộ điều khiển PID. Trong bài thí nghiệm này ta sẽ khảo sát bộ điều khiển PID số như sau: 2.2. Đặc trưng của các bộ điều khiển P, I, D Điều khiển tỉ lệ (KP) có ảnh hưởng làm giảm thời gian lên và sẽ làm giảm nhưng không loại bỏ sai số xác lập. Điều khiển tích phân (KI) sẽ loại bỏ sai số xác lập nhưng có thể làm đáp ứng quá độ xấu đi. Điều khiển vi phân (KD) có tác dụng làm tăng sự ổn định của hệ thống, giảm vọt lố và cải thiện đáp ứng quá độ. Ảnh hưởng của mỗi bộ điều khiển KP, KI và KD lên hệ thống vòng kín được tóm tắt ở bảng bên dưới (Bảng 1). Bảng 1: Ảnh hưởng của mỗi bộ điều khiển KP, KI và KD Đáp ứng Thời gian Thời gian Sai số Vọt lố vòng kín Lên xác lập xác lập Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm Ki Giảm Tăng Tăng Loại bỏ Kd Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ Chú ý rằng các mối liên hệ này không chính xác hoàn toàn bởi vì KP, KI và KD phụ thuộc vào nhau. Vì vậy, bảng này chỉ dùng tham khảo khi xác định các tham số KP, KI và KD.
Các bước thí nghiệm: a) Mở file motor_speed_ctrl.mdl b) Cài đặt tốc độ đặt (Set point) = 800 v/p, và KP = 0.02, KI = KD = 0, thời gian lấy mẫu T s 0.005 . Chú ý: Khi thay đổi thời gian lấ y mẫu ta phải thay đổi T trong khối “Discrete PID controller” và thời gian lấ y mẫu của toàn hệ thống (vào menu Simulation -> Configuration) c) Biên dịch chương trình và chạy d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định độ vọt lố, thời gian quá độ và sai số xác lập. Chú ý: Phải mở Scope trước khi cha ̣y mô hình hoă ̣c chạy xong mới đươ ̣c mở Scope, nế u không máy tiń h sẽ bi ̣treo. e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 2 f) Lặp lại bước d) tới e) với các tham số KP còn lại như trong Bảng 2. Kp 0.02 0.05 0.1 0.5 1 Thời gian lên (s) 0.395 0.385 0.4 0.43 0.44 Thời gian xác lập (s) 0.625 0.29 0.325 0.35 0.36 Độ vọt lố (%) 0 0 1.14 1.8 2.5 Sai số xác lập (v/p) 293.5 147.5 80 14.4 5.8
0.02 0.035 0.05 0.075 0.1 Thời gian lên (s) 2.095 0.93 0.585 0.45 0.45 Thời gian xác lập (s) 1.225 0.635 0.445 0.36 0.355 Độ vọt lố (%) 0 0.58 4.2 11.82 20 Sai số xác lập (v/p) 0 0 0 0 0
0.005 0.01 0.02 0.03 0.05 Thời gian lên (s) 0.45 0.34 0.34 0.36 0.36 Thời gian xác lập (s) 0.355 0.46 0.38 0.41 0.42 69 Độ vọt lố (%) 20 21 23.6 24.89 29.14 Sai số xác lập (v/p) 0 0 0 0 0 5.2. Điều khiển vi trí động cơ DC Trong phần thí nghiệm này ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của các thông số KP, KI, KD trong bộ điều khiển PID, và thời gian lấy mẫu lên chất lượng của đáp ứng vị trí động cơ. Các bước thí nghiệm: Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM 5 / 7 a) Mở file motor_pos_ctrl.mdl b) Cài đặt vị trí đặt (Set point) = 10000 , và KP = 0.005, KI = KD = 0, thời gian lấy mẫu T s 0.005 . Chú ý: Khi thay đổ i thời gian lấ y mẫu ta phải thay đổ i T trong khối “Discrete PID controller” và thời gian lấ y mẫu của toàn hệ thống (vào menu Simulation -> Configuration) c) Biên dịch chương trình và chạy d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định độ vọt lố, thời gian quá độ và sai số xác lập. Chú ý: Phải mở Scope trước khi cha ̣y mô hình hoă ̣c chạy xong mới đươ ̣c mở Scope, nếu không máy tiń h sẽ bi ̣treo. e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 5 f) Lặp lại bước d) tới e) với các tham số KP còn lại như trong Bảng 5. a. Khảo sát ảnh hưởng của tham số KP Kp 0.005 0.05 0.1 0.2 0.5 Thời gian lên (s) 3.23 3.08 2.93 2.87 2.815 Thời gian xác lập (s) 4.05 4.2 4.37 4.5 4.705 Độ vọt lố (%) 0 0.43 38.7 41.2 50 Sai số xác lập (độ) 105 0 0 0 0 70
0.002 0.005 0.008 0.01 0.02 Thời gian lên (s) 1.25 1.32 1.23 1.22 1.30 Thời gian xác lập (s) 1.55 1.6 1.62 1.7 1.83 Độ vọt lố (%) 40.2 43.3 49.5 52.7 60.2 Sai số xác lập (độ) 12 0 0 0 0
0.0005 0.0008 0.001 0.002 0.005 Thời gian lên (s) 1.42 1.3 1.25 1.35 1.31 Thời gian xác lập (s) 4.8 4.2 3 2.7 2.2 Độ vọt lố (%) 57.5 51.7 48.4 28.2 17.8 Sai số xác lập (độ) 0 0 0 0 0
0.005 0.01 0.03 0.05 0.1 Thời gian lên (s) 0.93 1.02 0.87 1.14 0.88 Thời gian xác lập (s) 14 15.2 13 11.2 18.4 Độ vọt lố (%) 25.3 30.6 38.5 49.3 60.72 Sai số xác lập (độ) 0 0 0 0 0 71 Báo cáo thí nghiệm 1. Dựa vào các kết quả thí nghiệm ở mục 5.1, nhận xét ảnh hưởng của các tham số KP, KI,KD, và thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ. Đáp ứng vòng kín Thời gian lên Vọt lố Thời gian xác lập Sai số xác lập KP Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm KI Giảm Tăng Tăng Loại bỏ KD Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ T Thay đổi nhỏ Tăng Tăng Loại bỏ 2. Dựa vào các kết quả thí nghiệm ở mục 5.2, nhận xét ảnh hưởng của các tham số KP, KI,KD, và thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống điều khiển vị trí động cơ. Đáp ứng vòng kín Thời gian lên Vọt lố Thời gian xác lập Sai số xác lập KP Giảm Tăng Tăng Giảm KI Thay đổi nhỏ Tăng Tăng Giảm KD Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Loại bỏ T Thay đổi nhỏ Tăng Thay đổi nhỏ Loại bỏ 72 BÀ I THÍ NGHIỆ M 4 ĐIỀ U KHIỂ N ĐÓ I TƯỢNG CÓ TRỄ I MỤC ĐÍ CH Trong bài thí nghiê ̣m này sinh viên sẽ khảo sát đố i tươ ̣ng trễ là lò nhiê ̣t và xây dựng bô ̣ điề u khiển PID theo phương pháp Ziegler – Nichols cho đố i tượng lò nhiê ̣t. Bộ điề u khiể n nhiê ̣t đô ̣ rấ t phổ biế n và đươ ̣c áp du ̣ng rô ̣ng raĩ trong công nghiê ̣p. Viê ̣c điề u khiển chin ́ h xác nhiê ̣t đô ̣ với đô ̣ vọt lố nhỏ và sai số xác lâ ̣p nhỏ là cầ n thiế t và quyế t đinh ̣ tới châst lươ ̣ng sản phẩ m cầ n gia nhiê ̣t. Dựa vào các kế t quả thu thâ ̣p đươ ̣c từ đáp ứng thời giang, sinh viên sẽ tìm đươ ̣c mô hin ̀ h của lò nhiệt như: hê ̣ số khuyếch đa ̣i, thời gian trễ, thời hằ ng của lò nhiê ̣t. Sauk hi tìm đươ ̣c mô hình lò nhiệt, sinh viên sẽ xây dựng bô ̣ điều khiể n PID theo phương pháp Ziegler – Nichols để điề u khiể n nhiê ̣t đô ̣. Mu ̣c tiêu sau khi hoàn thành bài thí nghiêm ̣ này: + Biét cách xây dựng và mô phỏng mô hình điều khiể n hê ̣ thố ng có trễ là lò nhiê ̣t +Nhận da ̣ng đươ ̣c mô hiǹ h lò nhiê ̣t từ đáp ứng thời giang để thiế t kế bô ̣ điề u khiể n PID theo phương pháp Ziegler – Nichols II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Mô tả toán ho ̣c đối tươ ̣ng lò nhiệt Lò nhiê ̣t có đầ u vào là điê ̣n áp xoay chiề u 220VAC cung cấ p cho dây điê ̣n trở và ngõ ra là nhiê ̣t đô ̣ bên trong lò. Đề thành lập hàm truyề n lò nhiê ̣t ta phải khảo sát phương trình vi phân mô tả các quan hệ nhiê ̣t đô ̣ – năng lươ ̣ng. Đây là mô ̣t bài toán phức ta ̣p nế u muố n mô tả chiń h xác hàm truyề n phi tuyế n của hê ̣ thống. Đă ̣c trưng quan trọng của đố i tươ ̣ng lò nhiê ̣t là khâu quán tin ́ h nhiê ̣t. Nhiệt độ lò sẽ tăng lên từ từ khi đươ ̣c cung cấ p năng lượng. Nhiê ̣t đô ̣ lò tăng càng châ ̣m thì chứng tỏ thời hằ ng của lò nhiê ̣t càng lớn. Hàm truyề n đố i tươ ̣ng lò nhiê ̣t mô tả gầ n đúng như sau: trong đó: K: hê ̣ số khuyế ch đa ̣ T1: thời gian trễ 73 T2: thời hằ ng của lò nhiê ̣t U(f): điê ̣n áp cung cấp cho lò nhiệt (đơn vi:̣ V) Y(t): nhiê ̣t độ lò (đơn vi:̣ 0C) Để áp dụng cho hệ tuyế n tính. Khai triê ̣ Taylor phương trình (1) ta đươ ̣c hàm truyề n của lò nhiê ̣t như sau: 2.2. Tim ̀ thông số của lò nhiệt bằ ng thực nghiêm Trong phầ n này, chúng ta sẽ áp du ̣ng phương pháp Ziegler – Nichols để tìm thông số của lò nhiê ̣t. Khi cung cấ p điê ̣n áp U cho lò nhiệt thì nhiê ̣t đô ̣ y(t) trong lò tăng lên theo thời gian và đa ̣t giá trị xác lâ ̣p yxl như mô tả ở Hiǹ h 1. Ta ̣i điể m uố n I của đờng cong y(t, tiêó tuyế n đi qua I sẽ cắ t đường y(0) và đường yl̃ . Giá tri ̣ K, T1 và T2 ở (2) đựic xác định như mô tả ở Hin ̀ h 1 và K đươ ̣c tính theo công thức sau: K= 𝑦𝑙−𝑦(0) (3) 𝑈 Trong đó y(0) là nhiê ̣t đô ̣ ban đầu của lò nhiê ̣t khi không cung cấ p điê ̣n áp( y(0) cũng chính là nhiê ̣t đô ̣ môi trường) Hiǹ h 1: Đáp ứng nhiê ̣t đô ̣ ngõ ra y(t), khi cung cấ p điện áp U 2.3. Điề u khiể n nhiêṭ độ theo phương pháp Ziegler – Nichols Sơ đồ bô ̣ điề u khiể n PID cho lò nhiê ̣t đươ ̣c mô tả như Hiǹ h 2. Trong đó, hàm truyề n bô ̣ điề u khiể n PID(s) với các thông số thoe Ziegler – Nichols như sau: PID(s) = Kp(1 + 1 𝑇𝑠 +Tds) (4) 74
Điề u khiể n P: Kp = T2/(T1K), Ti = ∞, Td = 0 Điề u khiể n PI: Kp = 0.9T2/(T1K), Ti = 3.3 T1, Td = 0 Điều khiể n PID: Kp = 1.2t2/(T1K), Ti = 2T1, Td = 05T1 Hin ̀ h 2. Cấu trúc bô ̣ điề u khiể n PID III. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Phầ n cứng Sơ đồ khố i phầ n cứng đươ ̣c mô tả như ở Hình 3. Trong đó, bo ma ̣ch PC104CARD là phầ n cứng trung tâm trong bài thí nghiệm. Bo ma ̣ch PC104CARD xây dựng trên nề n tảng FPGA của Altera có khả năng giao tiế p với máy tiń h thông qua phầ n mề m Matlab/ Simulink/ Real-time Windows Target với các tính năng sau: Điêu rô ̣ng xung (PWM): 4 kênh đô ̣ phân giải 0.1% (~10 bit). ADC: 4 kênh 12bit đo ̣c giá tri ̣điện áp từ cảm biế n nhiê ̣t đô ̣. Giao tiế p với máy tính thông qua cổ ng máy in theo chuẩ n EPP Lò nhiệt sử du ̣ng trong bài thí nghiệm có điê ̣n áp mức 220VAC/1000W, cảm biế n nhiê ̣t đô ̣ loại K. Bô ̣ hiể n thi ̣nhiệt đô ̣ của Autonics mã hiê ̣u TZN4W – A4S có chức nhăng đo ̣c nhiê ̣t đô ̣ từ cảm biế n nhiê ̣t dô ̣ và chuyển sang giá tri ̣điê ̣n áp. Sơ đồ mô tả phầ n cứng hệ thố ng như ở Hình 3. Trong đó: Điện áp cấp cho lò nhiê ̣t sau khi qua SSR (Solid-Stale Relay) sẽ bằ ng Tpwm *220/1000(VAC), trong đó Tpwm là giá trị điề u rô ̣ng xung cho lò nhiê ̣t 2s. Nhiệt độ của lò nhiê ̣t tầ m từ (0 – 200▫C) tương ứng với dòng điê ̣n( 4 – 200mA) hay tương ứng với điện áp đo ̣c vào kênh ADC1 là (0.4 – 2VDC). Chu kỳ điề u khiể n và câ ̣p nhật giá tri ̣nhiê ̣t đô ̣ là T = 1s. Hiǹ h 3. Sơ đồ phầ n cứng bài thí nghiê ̣m 75 3.2 Phầ n mề m Phầ n mề m sử du ̣ng trong các bài thí nghiê ̣m này là bô ̣ phầ n mề m Matlab/ Simulink/ Real-time Window Target. Công cụ Real-time Windows Target cho phép mô hiǹ h Simulink có khả năng kế t nố i với phần cứng bên ngoài và cha ̣y theo thời gian thực. Để biên dich ̣ và chạy mô hình Simulink liên kế t với các phầ n cứng sinh viên phải thực hiê ̣n trin ̀ h ự các bước sau: Ta ̣i hoă ̣c mơ mô ̣t file Simulink như ở Hình 4 Vào menu Simulation -> Configuration, chọn mục Solver để cài đă ̣t các thông số về thời gian mô phỏng (Simulation time) và phương pháp mô phỏng (Solver Options) như ở Hình 5. Vào menu Tool -> Real-time Workshop -> Builld Model (hoă ̣c nhấ n chuô ̣t trái vào biểu tươ ̣ng Incremental Build) để biên dich mô hình. Sauk hi mô hình biên dịch thành công, vào menu Simulation -> Connect To Target (hoặc nhán chuột trái vào biể u tượng Connect to Target) để kế t nố i mô hiǹ h Simulink tới phầ n cứng. Vào menu Simulation -> Rung (hoă ̣c biể u tươ ̣ng Run) để tiế n hành cha ̣y mô hình. Hình 4. Mô hình Simulink kế t nố i phầ n cứng 76 Hùnh 5. Cài đă ̣t các thông số mô phỏng
Các bước thí nghiêm: ̣ a) b) c) d) Mở file temp_response.mdl Cài đă ̣t giá tri ̣điện áp U = 220*0.25 (V). Cài đă ̣t thời gian ha ̣y 1600s. Biên dich ̣ và cha ̣y chương triǹ h. Chạy file temp_plot.m để vẽ đáp ứng ngõ ra. Dựa vào đồ thi ̣xác đinh ̣ điể m uốn I và vẽ tiế p tuyế n qua I. Tìm K, T1 và T2 và điề n vào Bảng 1. Ta có đồ thị và xác đinh ̣ điểm uố n dựa vào hình sau: 77 K 2.25 T1(s) 80.8 T2(s) 581.2 Bảng 1. Giá tri ̣K, T1, T2 5.2. Điều khiẻn PID theo phương pháp Ziegler – Nichols Dựa vào các giá tri ̣K, T1, T2 viế t hàm truyề n của bô ̣ điề u khiể n PID và bảng 2: Bảng 2: Hàm truyê ̣n bộ điề u khiể n PID Bô ̣ điề u khiể n PID(s) = Kp + P PI PID ( 𝐾𝑝 ) 𝑇𝑖 𝑠 + (𝐾𝑝𝑇𝑑 )𝑠 3.2 + 0 + 0 0.011 2.944 + +0 3.84 + 0.0237 𝑠 𝑠 + 155.34𝑆 Các bước thí nghiê ̣m: a) Mở file temp_pid_ctrl,mdl 78
T/g xác lâ ̣p (s) 1100(s) Đô ̣ vo ̣t lố (%) 12.25% Sai số xác lập ( 0C) 6.37 Ta có đồ thi Bô ̣ ̣ điề u khiể n P như sau: Báo cáo thí nghiêm: ̣ 1. Từ bảng số liệu ở Bảng 1, viế t hàm truyề n của lò nhiê ̣t theo (1) G(s) = 2.25∗ 𝑒 −80.8𝑠 581.2∗𝑆+1 79 2. Dựa vào kế t quả thí nghiê ̣m ở Mu ̣c 5.2. Nhâ ̣n xét chấ t lươ ̣ng của hế thố ng (đô ̣ vo ̣t lố t, thời gian quá đô ̣, sai số xác lâ ̣p) cho bô ̣ điề u khiển P, PID. Bô ̣ điề u khiể n nào là tốt nhấ t? Ta ̣i sao? Với bô ̣ điề u khiể n P ta có thể thấ y sai số xác lâ ̣p nhỏ nhưng thời gia xác lâ ̣p và đô ̣ vo ̣t lố lớn. Với bô ̣ điề u khiể n PID, sai số xác lâ ̣p bi ̣loa ̣i bỏ nhờ khâu tích phân, đô ̣ vo ̣t lố và thời gian xác lâ ̣p lớn. => Bộ điều khiển PID sẽ tố t hơn vì nó có khâu vi phân làm giảm đáng kể sai số xác lâ ̣p à tăng tố c đô ̣ đáp ứng và giảm đô ̣ vọt lố số thích hơ ̣p yêu cầ u của người thiế t kế . 80 BÀ I THÍ NGHIỆ M 5 ĐIỀ U KHIỂ N HÒ I TIẾ P BIẾ N TRẠ NG THÁ I I. MỤC ĐÍ CH Hệ thố ng xe – lò xo bao gồ m 2 xe và 2 lò xo liên kết nố i tiế p nhau. Trong bài thí nghiê ̣m này sinh viên sẽ xây dựng phương trình biế n tra ̣ng thái mô tả hê ̣ thố ng xe – lò xo. Sau đó sẽ xây dựng bô ̣ điề u khiển hồ i tiếp biế n tra ̣ng thái để điề u khiển vi ̣trí của xe 1 hoă ̣c vi ̣trí của xe 2 theo giá tri ̣đă ̣t mong muố n. Dựa vào các kế t quả thu thập được từ đáp ứng thời gian, sinh viên sẽ tim ̀ được các thông số của mô hin ̀ h xe – lò xo như: đô ̣ cứng của lò xo, hê ̣ số ma sát. Sau khi tìm được các thông số này, sinh viên sẽ xây dựng được phương trình biế n tra ̣ng thái mô tả hê ̣ thố ng xe – lò xo. Ngoài ra, bài thí nghiệm còn giúp sinh viên hiể u rõ ảnh hưởng của bô ̣ điều khiể n hồ i tiế p biế n tra ̣ng thái lên chấ t lượng hê ̣ thố ng điề u khiể n. Mục tiêu sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này: Biế t cách xây dựng và mô phỏng mô hiǹ h điề u khiể n hê ̣ thố ng xe – lò xo dùng phương pháp điề u khiển hồ i tiế p biế n trạng thái. Biế t cách thu thập dữ liê ̣u và nhận da ̣ng mô hin ̀ h đố i tượng xe – lò xo. Đánh giá được chấ t lượng điề u khiể n dùng phương pháp điề u khiể n hồ i tiế p biế n tra ̣ng thái. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Mô tả toán học hệ xe – lò xo Mô hình hê ̣ xe – lò xo được mô tả như ở Hiǹ h 1. Hê ̣ thố ng bao gồ m 2 xe với tro ̣ng lượng m1, m2 liên kế t với 2 lò xo có đô ̣ cứng k1, k2. Lực F tác đô ̣ng vào xe m2 để điề u khiể n vị trí xe 2 đế n vi ̣trí x2 mong muố n hoă ̣c điều khiể n vị trí xe 1 đế n vi ̣trí x1 mong muố n. 81 Phương trình vi phân mô tả hê ̣ thố ng như sau: trong đó b1 là hê ̣ số ma sát của xe 1 và b2 là hê ̣ số ma sát của xe 2. Trong mô hiǹ h thí nghiê ̣m hệ xe – lò xo, lực tác đô ̣ng F được cung cấ p bởi đô ̣ng cơ ĐC. Nế u bỏ qua phầ n cảm ứng ta có thể xấ p xỉ lực tác đô ̣ng F tỉ lê ̣ thuận với điê ̣n áp cung cấ p: F = Ku (2) trong đó, là điê ̣n áp cung cấ p cho động cơ ĐC, K là hê ̣ số tỉ lê ̣. Phương trình biế n tra ̣ng thái mô tả hê ̣ thố ng (1) được viế t la ̣i: 2.2. Tim ̀ thông số của hệ xe – lò xo bằ ng thực nghiệm Trong phầ n này, chúng ta sẽ xây dựng công thức tìm các thông số chưa biế t củahê ̣ xe – lò xo: đô ̣ cứng k1, k2 của lò xo; hê ̣ số ma sát b1, b2 của xe; và hê ̣ số tỉ lê ̣ K . 2.2.1. Xây dựng công thức tìm k1 , b1 Go ̣i T là chu kỳ lấ y mẫu tiń hiê ̣u, đa ̣o hàm bậc 1 và đa ̣o hàm bậc 2 của tin ́ hiê ̣u 82 x(t) ta ̣i thời điể m kT được tính như sau: Giả sử đô ̣ cứng của 2 lò xo là giố ng nhau và có giá tri ̣k1 = k2 = k12, phương triǹ h thứ nhấ t của (1) đươ ̣c viế t la ̣i: Nế u khố i lươ ̣ng xe m1 biế t trước thì phương trin ̀ h (6) còn 2 ẩ n cầ n tìm là k12 và b1. Ta ̣i mỗi thời điểm lấ y mẫu kT ta sẽ có 1 phương triǹ h (6), thu nhâ ̣p N mẫu dữ liê ̣u ta có (N-2) phương trình như sau: Ф. Ɵ = ƛ Trong đó Giải phương trình (7) ta tìm đươc k12 và b1: 83 2.2.2. Xây dựng công thức tìm K, b2 Khai triể n tương tự như ở Mu ̣c 2.2.1, phương trình thứ 2 của (1) được viế t la ̣i như sau: Nế u khố i lượng xe 2 m biế t trước và độ cứng lò xo 12 k đã tìm được ở (8) thì phương trin ̀ h (9) còn 2 ẩ n cần tìm là K và 2 b . Tại mỗi thời điể m lấy mẫu kT ta sẽ có 1 phương trình (9), thu thập N mẫu dữ liê ̣u ta có (N - 2) phương trình như sau: Ф. Ɵ = ƛ (10) Trong đó Giải phương trình (10) ta tìm đươ ̣c K và b2: 2.3. Điề u khiển hồ i tiế p biế n trạng thái 84 Hình 2. Cấ u trúcc bô ̣ điều khiể n hồi tiế p biế n tra ̣ng thái Sơ đồ bô ̣ điề u khiể n hồi tiế p biế n tra ̣ng thái được mô tả như ở Hin ̀ h 2. Đố i với hệ xe – lò xo chúng ta sẽ điề u khiể n hồ i tiế p 4 tín hiê ̣u tra ̣ng thái: vi ̣trí xe 1, vận tố c xe 1, vi ̣trí xe 2, vận tố c xe 2. Hê ̣ số hồi tiế p cho 4 trạng thái là: Kf = [Kf1 Kf2 Kf3 Kf4] (12) 85 III. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 3.1. Phần cứng Sơ đồ khố i phầ n cứng được mô tả như ở Hiǹ h 3. Trong đó, bo ma ̣ch PC104CARD là phầ n cứng trung tâm trong bài thí nghiê ̣m. Bo ma ̣ch PC104CARD xây dựng trên nề n tảng FPGA của Altera có khả năng giao tiế p với máy tính thông qua phầ n mềm Matlab/ Simulink/ Real-time Windows Target với các tiń h năng sau: • Điề u rô ̣ng xung (PWM): 4 kênh đô ̣ phân giải 0.1% (~ 10bit). • Encoder: 4 kênh encoder x4. • Giao tiế p với máy tính thông qua cổ ng máy in theo chuẩ n EPP. Đô ̣ng cơ DC sử du ̣ng trong bài thí nghiê ̣m có điê ̣n áp đinh ̣ mức 24VDC và encoder gắ n trên xe có đô ̣ phân giải 2048 xung/vòng. Tín hiê ̣u điề u rô ̣ng xung Pulse và hướng Dir sẽ điều khiể n đô ̣ng cơ cha ̣y với tố c đô ̣ và chiề u quay mong muố n: • Điê ̣n áp cấp cho đô ̣ng cơ sau khi qua Motor Driver sẽ bằ ng Tpwm *24/100 (V), trong đó là giá tri ̣ điề u rô ̣ng xung từ (0 – 1000) tương ứng với độ phân giải 0.1%. • Vi ̣trí (đơn vi:̣ mm) và tố c độ (đơn vi:̣ mm/s) của xe được tính theo phương pháp đo số xung trong mô ̣t chu kỳ lấ y mẫu T = 2ms. 3.2. Phần mề m 86 Phần mềm sử du ̣ng trong các bài thí nghiệm này là bô ̣ phần mề m Matlab/ Simulink/ Real-time Windows Target. Công cụ Real-time Windows Target cho phép mô hin ̀ h Simulink có khả năng kế t nố i với phầ n cứng bên ngoài và cha ̣y theo thời gian thực. Để biên dịch và cha ̣y mô hiǹ h Simulink liên kế t với phần cứng sinh viên phải thực hiện trình tự các bước sau: • Ta ̣o hoă ̣c mở mô ̣t file simulink như ở Hin ̀ h 4. • Vào menu Simulation -> Configuration, cho ̣n mục Solver để cài đă ̣t các thông số về thời gian mô phỏng (Simulation time) và phương pháp mô phỏng (Solver Options) như ở Hin ̀ h 5. • Vào menu Tool -> Real-Time Workshop -> Build Model (hoă ̣c nhấ n chuột trái vào biể u tượng Incremental Build) để biên dịch mô hiǹ h. • Sau khi mô hình biên dich ̣ thành công, vào menu Simulation -> Connect To Target (hoă ̣c nhấ n chuô ̣t trái vào biểu tượng Connect To Target) để kế t nối mô hình Simulink tới phầ n cứng. • Vào menu Simulation -> Run (hoă ̣c biể u tượng Run) để tiế n hành chạy mô hin ̀ h. Hin ̀ h 4. Mô hình Simulink kế t nố i phầ n cứng 87 Hình 5. Cài đặt các thông số mô phỏng
Trong phầ n này, sinh viên sẽ thu thập tín hiê ̣u đầ u vào và đầ u ra của hê ̣ thố ng và áp du ̣ng công thức ở Mục 2.2 để tìm các thông số chưa biết của hê ̣ xe – lò xo: đô ̣ cứng k1, k2 của lò xo; hê ̣ số ma sát b1, b2 của xe; và hê ̣ số tỉ lê ̣ K . 5.1.1. Tim ̀ k1 , b1 Các bước thí nghiệm: a) Mở file recti_ident.m và chạy để khởi ta ̣o các thông số stop-time và step-size cho phầ n mô phỏng. Sinh viên không cầ n cài đặt la ̣i phần thiế t lập trong SimulinkConfiguration. Lưu ý: Khi chạy file này lầ n đầu tiên chương trình sẽ báo lỗi nhưng vẫn khởi tạo được giá tri ̣ bình thường. 88
k1(N/m) 983.7291 997.0563 997.0563 997.7460 994.7238 996.6479 b1(N.s/m) 4.9298 4.6228 4.6228 4.5945 4.7663 4.68668 5.1.2. Tim ̀ K , b2 Các bước thí nghiệm: a) Mở file recti_ident.m và viết đoa ̣n chương triǹ h để tin ́ h K, b2 theo (9) - (11) . Hướng dẫn: Sinh viên tham khảo đoạn chương trình tính 1k , 1b theo (6) - (8) và dựa vào đó để viế t thêm vào phầ n dưới như sau: % Tim thong so cua he thong: % Do cung k cua lo xo: k1_hat % He so ma sat tren m1: b1_hat a1 = T*T*(2*x1(2:N-1) - x2(2:N-1)); a2 = T*(x1(2:N-1) - x1(1:N-2)); PHI = [a1 a2]; lamda = (2*x1(2:N-1) - x1(1:N-2) - x1(3:N))*m1; theta = inv(PHI'*PHI)*PHI'*lamda; 89 k1_hat = theta(1) b1_hat = theta(2) % Sinh vien tham khao doan code o tren % de tim thong so cua he thong: % He so khuech dai U = K.F: K_hat % He so ma sat tren m2: b2_hat a1 = ... a2 = ... PHI = ... lamda = ... theta = inv(PHI'*PHI)*PHI'*lamda; K_hat = theta(1) b2_hat = theta(2) b) Biên dich ̣ và chạy file recti_response.mdl để thu thập số liệu. c) Cha ̣y la ̣i file recti_ident.m sau khi đã viế t chương trin ̀ h để tìm thông số K, b2. e) Lă ̣p la ̣i bước b) và c) với 5 lầ n cha ̣y và ghi kế t quả vào Bảng 4. Sau đó, tính giá tri ̣trung bình của thông số K, b2. Bảng 4. Giá trị K, b2 Lầ n cha ̣y 1 2 3 4 5 Trung bin ̀ h K 2.1226 2.1272 2.1010 2.1079 2.0854 2.1147 b2 (N.s/m) 20.9988 20.8010 20.5404 20.8455 20.5060 20.28014 Từ cácc giá tri ̣k1, b1, K, b2 tìm đươ ̣c từ hai bảng trên, ta viế t la ̣i phương trình biế n tra ̣ng thái hê ̣ xe – lò xo như sau 90 5.2 Điều khiể n vi tri ̣ ́ xe 2 Các bước thí nghiệm: a) Mở file recti_feedback_ctrl2.mdl. b) Kf = [0 0 0.1 0] . Cài đă ̣t giá tri ̣đă ̣t cho xe 2 là 30mm. c) Biên dich ̣ và cha ̣y chương trình (xem hướng dẫn ở Mu ̣c 2.3). d) Mở scope để xem đáp ứng, xác đinh ̣ đô ̣ vọt lố , thời gian quá đô ̣ và sai số xác lập của vi ̣trí xe 2. Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nế u không máy tính sẽ bi ̣ treo. e) Lă ̣p lại bước b) đế n d) với các giá tri ̣Kf còn còn la ̣i như trong Bảng 5. Nhận xét ảnh hưởng của từng hê ̣ số Kf3 và Kf4 lên chấ t lượng hê ̣ thống. Bảng 5. Bảng giá tri ̣ f Lầ n chạy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Kf [0 0 0.1 0] [0 0 0.5 0] [0 0 1 0] [0 0 5 0] [0 0 10 0] [0 0 10 0.02] [0 0 10 0.05] [0 0 10 0.1] [0 0 10 0.2] Đô ̣ vọt lố 0 0.2603 0.405 0.4958 0.4968 0.4698 0.3306 0.2167 0 Sai số xác lâ ̣p 27.059 10.91 6.17 1.42 0.025 0.05 0.69 0.66 0.26 T/g xác lâ ̣p 1.734 0.24 0.39 0.596 0.632 0.634 0.45 0.436 0.45 91 Nhâ ̣n xét: - Khi tăng đần Kf3 thì thời gian xác lâ ̣p giảm dần, đồ ng thời sai số xác lâ ̣p cũng giảm. Tuy nhiên đô ̣ vo ̣t lố lại tăng lên. Vì lí do trên người trên người thiết kế đưa giá tri ̣Kf4 vào với mu ̣c đić h để đưa đô ̣ vo ̣t lố giảm dầ n. 5.3. Điều khiể n vi tri ̣ ́ xe 1 Các bước thí nghiệm: a) Mở file recti_feedback_ctrl1.mdl. b) Kf = [0.2 0 0 0] . Cài đă ̣t giá tri ̣đă ̣t cho xe 1 là 15mm. c) Biên dich ̣ và chạy chương triǹ h d) Mở scope để xem đáp ứng, xác đinh ̣ đô ̣ vọt lố , thời gian quá đô ̣ và sai số xác lập của vi ̣trí xe 2. Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nế u không máy tính sẽ bi ̣ treo. e) Lă ̣p la ̣i bước b) đế n d) với các giá tri ̣Kf còn còn la ̣i như trong Bảng 6. Nhận xét ảnh hưởng của từng hê ̣ số Kf1 , Kf2 và Kf4 lên chấ t lượng hê ̣ thống. Bảng 6. Bảng giá tri ̣Kf Lầ n chạy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Kf [0.2 0 0 0] [0.5 0 0 0] [1 0 0 0] [1.5 0 0 0] [2 0 0 0] [1 0.001 0 0] [1 0.002 0 0] [1 0.005 0 0] [1 0.008 0 0] [1 0.001 0 0] [1 0 0 0.01] [1 0 0 0.02] [1 0 0 0.05] [1 0 0 0.1] [1 0 0 0.2] Đô ̣ vọt lố 0 0.317 1.5 1.348 1.3156 1.49 1.465 1.349 0.949 0.899 0.7808 0.3622 0 0 0 Sai số xác lâ ̣p 12.9 7.875 6.39 1.437 0.706 4.91 5.416 5.237 3.829 2.71 4.78 5.619 5.543 5.695 3.84 T/g xác lâ ̣p 3.898 0.764 0.688 0.43 0.558 0.68 0.982 1.26 1.588 2.252 0.61 0.368 1.038 1.49 1.878 92 Nhâ ̣n xét: - Khi tăng 𝐾𝑓1 , sai số xác lập giảm nhưng vẫn chưa hoàn tòa bị loại bỏ, thời gian xác lập cũng giảm. Tuy nhiên điều này lại khiến độ vọt lố tăng lên rất cao. - Khi tăng 𝐾𝑓3 , độ vọt lố có xu hướng giảm nhưng không đáng kể, sai số xác lập tăng lên, thời gian xác lập thay đổi ít. - Khi tăng 𝐾𝑓4 , ngõ ra hoàn toàn không có vọt lố, sai số xác lập vẫn còn và thời gian có xu hướng tăng |
