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

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NHẰM ỔN ĐỊNH VÀ NÂNGCAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG...137.1 THIẾTKẾBỘĐIỀUKHIỂNPID:...137.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH SAUKHI HIỆU CHỈNH LÀ...13... Nếu như tr

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNGKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN LÝTHUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2

NHÓM 11

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNGKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

BỘ MÔN:

LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2NHÓM 11

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

4 RỜI RẠC HÓA HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG 8

5 PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG RỜI RẠC 9

7 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NHẰM ỔN ĐỊNH VÀ NÂNG

CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG 13

7.1 THIẾTKẾBỘĐIỀUKHIỂNPID: 13

7.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH SAUKHI HIỆU CHỈNH LÀ 13

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 0.1 Điều khiển tự động trong công nghiệp 1

Hình 1.1 Mô hình hóa hệ thống 2

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống 2

Hình 9.1 Kết quả sử dụng MATLAB mô phỏng hệ thống liên tục 18

Hình 9.2 Kết quả sử dụng MATLAB mô phỏng hệ thống rời rạc 19

Hình 9.3 Sử dụng MATLAB mô phỏng hệ thống sau khi thiết kế bộ điều khiển 19

Hình 9.4 Sử dụng Simulink mô phỏng hệ thống liên tục 21

Hình 9.5 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống liên tục 21

Hình 9.6 Sử dụng Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc 22

Hình 9.7 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc 22

Hình 9.8 Sử dụng Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc sau khi thiết kế bộ điều khiển 23

Hình 9.9 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc sau khi thiết kế bộ điều khiển 23

Lời nói đầu

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

Hình 0.1 Điều khiển tự động trong công nghiệp

1 TÌM HIỂU MÔ HÌNH HỆ THỐNG1.1 Mô hình hóa hệ thống

- Mô hình của hệ thống là mô hình vòng kín hồi tiếp âm đơn vị.

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

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

tục ta chọn T=0.1s

- D(z) là bộ điều khiển.

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

- H(s) là bộ hồi tiếp tín hiệu.

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

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

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

● Mô hình toán là hồi tiếp trạng thái

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

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

3 PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG3.1 Phương trình đặc tính:

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

3.2 Đánh giá chất lượng hệ thống:

a Độ vọt lố:

b Thời gian tăng (10-90%):

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

e Hệ số vị trí:f Sai số xác lập:

MÔ PHỎNG MATLABCode MATLAB:

Clcclear all

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

b = 300k = 200

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

step(G2)

4 RỜI RẠC HÓA HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG

Chu kỳ lấy mẫu: T=0,1

=

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

1.1Phương trình đặc tính:

Hệ ổn định

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

6.2 Đánh giá chất lượng hệ thống

a Độ vọt lố:

b Thời gian tăng (10-90%):

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

e Hệ số vị trí:

f Sai số xác lập:

MÔ PHỎNG MATLABCode MATLAB:

clcclear all

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

b = 300k = 200

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

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

7 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NHẰM ỔN ĐỊNH VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG

7.1 Thiết kế bộ điều khiển PID:

7.2 Phương trình đặc tính sau khi hiệu chỉnh là:

Thay T=0.1s

Trong đó :

Phương trình đặc trưng mong muốn:

Đồng nhất (1) và (2):

Hàm truyền mới là :

MÔ PHỎNG BẰNG MATLABCode MATLAB:

kp = 1.15ki=0.95kd=0.045

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

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

8 Đánh giá chất lượng hệ thống

Chất lượng hệ thống

Độ vọt lốPOT (%)

Thời gian xáclập

Tính ổn địnhTrước khi có bộ

điều khiểnSau khi có bộ điều

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

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

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

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

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

Code MATLAB:

clcclear all

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

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

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

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

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

9.2 Kết quả mô phỏng sử dụng Simulink:

Hình 9.7 Sử dụng Simulink mô phỏng hệ thống liên tục

Hình 9.8 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống liên tục

Hình 9.9 Sử dụng Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc

Hình 9.10 Kết quả Simulink mô phỏng hệ thống rời rạc

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

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