ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC

51 465 2 Gửi tin nhắn cho tranthuhien120990
tranthuhien120990

tranthuhien120990

Tải lên: 2,096 tài liệu

  • Loading...
1/51 trang
Tải xuống 8,000₫

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 27/04/2013, 09:31

ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC http://www.ebook.edu.vn 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong giảng dạy, có rất nhiều phương pháp để điều khiển tốc độ động cơ DC nhưng thuật toán PID tỏ ra hiệu quả nhất, thường được dùng minh họa cho các ví dụ thiết kế hệ thống trong môn học điều khiển tự động. Luật điều khiển PID là mộ t thuật toán điều khiển dễ và đơn giản ở các khía cạnh: lý thuyết đơn giản, dễ chế tạo, dễ áp dụng, dễ sử dụng . mà vẫn đạt hiệu quả là đáp ứng được việc điều khiển một quá trình nào đó ở giá trị mong muốn nên được dùng nhiều trong công nghiệp như điều khiển nhiệt độ, áp suất, lưu lượng v.v . Con lắ c ngược được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật và có thể sử dụng thuật toán PID để điều khiển hệ thống này. Vì vậy nhóm chọn đề tài nghiên cứu là “ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC”. Mô hình con lắc ngược có hai mô hình chính là Rotary và Liner, trong đề tài này nhóm điều khiển mô hình Liner. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Bộ điều khiển PID hiện nay có hai loại: analog và digital. Các bộ đi ều khiển PID có trên thị trường của các hãng lớn thường được đóng gói thành sản phẩm hoàn chỉnh, khi lắp đặt vào hệ thống không cần phải làm gì thêm ngoài việc thiết lập các thông số hoạt động. Công trình nghiên cứu về thiết kế bộ điều chỉnh PID số trong các tài liệu nghiên cứu ở nước ngoài chủ yếu là thiết kế hoàn chỉnh một module điều khiển duy nhất từ thành phầ n xử lý tín hiệu, xử lý và tính toán trung tâm, công suất v.v . Bên cạnh đó, phần mềm (chương trình điều khiển) trên máy tính chủ yếu vẫn là giao diện kiểu Terminal. http://www.ebook.edu.vn 2 Trong nước cũng có nhiều đề tài nghiên cứu và ứng dụng bộ điều khiển PID, nhưng phổ biến vẫn là dạng PID analog, bộ điều khiển PID số vẫn còn ít và chưa thật hoàn chỉnh. http://www.ebook.edu.vn 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lý thuyết điều khiển tự động. 2.1.Khái niệm: a.Điều khiển. Là quá trình thu tập thông tin, xử lí thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống thõa yêu cầu đặt ra. Điều khiển tự động là quá trình điều khiển không có sự can thiệp của con người. b.Hệ thống điều khiển. Gồm ba thành phần c ơ bản: Bộ điều khiển, Đối tượng điều khiển, Thiết bị đo. Như hình sau : Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết bị đo Bộ so e(t) u(t) z(t) y(ht) y(t)r(t) Thiết bị điều khiển Hình 2.1: cấu trúc cơ bản của hệ thống diều khiển. http://www.ebook.edu.vn 4 Trong đó : • r(t): tín hiệu vào. • e(t) : tín hiệu sai lệch. • u(t) : tín hiệu điều khiển. • z(t): tín hiệu nhiễu. • y(t) : tín hiệu ra. • y ht (t) : tín hiệu hồi tiếp c. Bộ điều khiển. Dùng tín hiệu sai lệch e để tạo tín hiệu điều khiển u. Thuật toán để xác định u(t) gọi là thuật toán điều khiển. Bộ điều khiển liên tục có thể thực hiện bằng cơ cấu cơ khí, thiết bị khí nén, mạch điện RLC, mạch khuyếch đại thuật toán. Bộ điều khi ển số thực chất là các chương trình phần mềm chạy trên vi xử lí hay máy tính. d. Các nguyên tắc điều khiển. ¾ Nguyên tắc giữ ổn định. Giữ tín hiệu ra bằng tín hiệu vào. Có ba nguyên tắc điều khiển giữ ổn định. http://www.ebook.edu.vn 5 ¾ Điều khiển bù nhiễu. Đối tượng điều khiển u(t) z(t) y(t)r(t) Bộ điều khiển Hình 2.2: sơ đồ diều khiển bù nhiễu. Hệ thống lường trước nhiễu để tính toán, bù trừ sai số trước khi nhiễu ảnh hưởng đến đối tượng. Vì không thể lường hết các nhiễu nên điều khiển bù nhiễu chất lượng không cao. ¾ Điều khiển san bằng sai lệch. Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết bị đo e(t) u(t) z(t) y(t)r(t) Hình 2.3: Sơ đồ điều khiển cân bằng sai lệch. http://www.ebook.edu.vn 6 Tín hiệu ra y(t) được đo và phản hồi về so sánh với tín hiệu vào r(t). Bộ điều khiển sử dụng độ sai lệch vào-ra để tính toán tín hiệu điều khiển u(t). Nguyên tắc này có thể triệt tiêu các nhiễu không biết trước và không đo được. Tuy nhiên, nó điều khiển sau khi nhiễu đã thực sự ảnh hưởng đến đối tượng. ¾ Điều khiển phối hợp. Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết bị đo e(t) u(t) z(t) y(t)r(t) Hình 2.4: sơ đồ điều khiển phối hợp. ¾ Nguyên tắc điều khiển theo chương trình. Tín hiệu ra thay đổi theo một hàm thời gian định trước. http://www.ebook.edu.vn 7 ¾ Nguyên tắc điều khiển thích nghi. Đối tượng điều khiển u(t) z(t) y(t)r(t) Bộ điều khiển Chỉnh định Hình 2.5: sơ đồ điều khiển thích nghi Khi cần điều khiển các đối tượng phức tạp, có thông số dễ bị thay đổi, hoặc nhiều đối tượng đồng thời mà phải đảm bảo cho một tín hiệu có giá trị cực trị, hay một chỉ tiêu tối ưu nào đó. 2.2.Bộ điều chỉnh PID liên tục. a.Sơ đồ khối: e G(s) y Kp Ki/s K D .s Bộ PID r Hình 2.6: sơ đồ khối bộ điều khiển PID liên tục http://www.ebook.edu.vn 8 b. Phương trình vi phân: Hình 2.7: đường đặc tính động học bộ PID Trong đó: • KP : hệ số khuyếch đại. • KI : tốc độ tích phân. • KD: hằng số thời gian vi phân. • TI: thời gian hiệu chỉnh. • TD:thời gian tác động sớm. http://www.ebook.edu.vn 9 c.Kí hiệu PID: Hình 2.8: kí hiệu bộ PID d.Hàm truyền : 2 dpi d Ks Ks K Ki G(s) Kp K s ss ++ =++ = e.Đặc tính quá độ : Hình 2.9: biểu đồ đặc tính quá độ của bộ PID Khi không có thành phần I,D ta được bộ điều khiển P. Tương tự ta có bộ điều khiển PI, PD. http://www.ebook.edu.vn 10 f. So sánh các khâu hiệu chỉnh PI, PD, PID. Hình 2.10: đáp ứng quá độ hệ thống ¾ Nhận xét : • Khâu PI tốc độ đáp ứng nhanh, giảm thời gian quá độ nhưng độ vọt lố tăng. • Khâu PD giảm độ vọt lố, không ảnh hưởng sai số và giảm dao động. • Khâu PID với thông số thích hợp có thể hiệu chỉnh để hệ thống ổn định với sai s ố xác lập bằng 0, độ vọt lố và thời gian quá độ đạt yêu cầu mong muốn. [...]... khiển hệ thống này. Vì vậy nhóm chọn đề tài nghiên cứu là ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC”. Mô hình con lắc ngược có hai mô hình chính là Rotary và Liner, trong đề tài này nhóm điều khiển mô hình Liner. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Bộ điều khiển PID hiện nay có hai loại: analog và digital. Các bộ điều khiển PID có trên thị trường của các hãng lớn thường được đóng... thuyết điều khiển tự động. 2.1.Khái niệm: a .Điều khiển. Là quá trình thu tập thông tin, xử lí thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống thõa yêu cầu đặt ra. Điều khiển tự động là quá trình điều khiển không có sự can thiệp của con người. b.Hệ thống điều khiển. Gồm ba thành phần cơ bản: Bộ điều khiển, Đối tượng điều khiển, Thiết bị đo. Như hình sau : Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết... thuật toán điều khiển dễ và đơn giản ở các khía cạnh: lý thuyết đơn giản, dễ chế tạo, dễ áp dụng, dễ sử dụng mà vẫn đạt hiệu quả là đáp ứng được việc điều khiển một quá trình nào đó ở giá trị mong muốn nên được dùng nhiều trong công nghiệp như điều khiển nhiệt độ, áp suất, lưu lượng v.v Con lắc ngược được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật và có thể sử dụng thuật toán PID để điều khiển hệ thống... khối. r(t)e(t) PID số ZOH G(s)e(k)Tu(k)y(t) Hình 2.11: sơ đồ khối bộ PID rời rạc b.Phương trình vi phân PID liên tục. Rời rạc hóa phương trình vi phân bộ điều chỉnh PID liên tục, thu được bộ điều chỉnh PID số như sau: http://www.ebook.edu.vn 41CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ BỘ PID CHO CON LẮC NGƯỢC 5.1.Thiết kế bộ PID số: Thông số KP, KI ,KD của phương trình PID số thường đươc... bộ PID số từ đồ thị hàm quá độ của đối tượng có dạng chữ S sau: http://www.ebook.edu.vn 1CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong giảng dạy, có rất nhiều phương pháp để điều khiển tốc độ động cơ DC nhưng thuật toán PID tỏ ra hiệu quả nhất, thường được dùng minh họa cho các ví dụ thiết kế hệ thống trong môn học điều khiển tự động. Luật điều khiển PID là một thuật toán điều. .. Tuy nhiên, nó điều khiển sau khi nhiu ó thc s nh hng n i tng. ắ Điều khiển phối hợp. Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết bị đoe(t) u(t)z(t)y(t)r(t) Hình 2.4: sơ đồ iu khin phi hp. ắ Nguyờn tc iu khin theo chương trình. Tín hiệu ra thay đổi theo một hàm thời gian định trước. http://www.ebook.edu.vn 32CodeVision hỗ trợ chương trình nạp trực tiếp cho vi điều khiển AVR theo... định chu kì tới hạn của dao động http://www.ebook.edu.vn 495.3. Chương trình điều khiển CON LĂC NGƯỢC vi điều khiển: http://www.ebook.edu.vn 27 Hình 4.2. Cấu trúc của Vi điều khiển AVR http://www.ebook.edu.vn 21f. Thiết bị mã hóa tăng dần: Hình 3.10: Thiết bị mã hóa tăng dần trong Encoder Là loại thiết bị mã hóa có dãy xung ra phù hợp với góc của trục quay.... toán các thông số bộ điều khiển Từ đó suy ra: Hệ số tích phân: PINKK=T http://www.ebook.edu.vn 45 Hình 5.2 : Xác định chế độ khuếch đại tới hạn Xác định thông số của bộ điều khiển theo bảng sau: Bộ điều khiển KP KI KD P 0.5 KPcrit – – PI 0.45 KPcrit 0.83Tcrit – PID 0.6 KPcrit 0.5 Tcrit 0.125Tcrit Bảng 2: Thông số bộ điều khiển theo thực nghiệm... toán thiết kế. Trong trường hợp mô hình toán học của đối tượng không xác định được. Các thông số của bộ điều khiển xác định theo phương pháp thực nghiệm. Các phương pháp điều khiển PID số: 5.1.1Phương pháp Ziegler-Nichols: Zieger – Nichols đưa ra phương pháp xác định thông số tối ưu của bộ PID hoặc từ đáp ứng quá độ của đối tượng (phương pháp Zieger-Nichols thứ nhất) hoặc từ đáp ứng quá độ của... ngoài việc thiết lập các thông số hoạt động. Công trình nghiên cứu về thiết kế bộ điều chỉnh PID số trong các tài liệu nghiên cứu ở nước ngoài chủ yếu là thiết kế hoàn chỉnh một module điều khiển duy nhất từ thành phần xử lý tín hiệu, xử lý và tính toán trung tâm, công suất v.v Bên cạnh đó, phần mềm (chương trình điều khiển) trên máy tính chủ yếu vẫn là giao diện kiểu Terminal. http://www.ebook.edu.vn . toán PID để điều khiển hệ thống này. Vì vậy nhóm chọn đề tài nghiên cứu là “ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC”. Mô hình con lắc. http://www.ebook.edu.vn 2 Trong nước cũng có nhiều đề tài nghiên cứu và ứng dụng bộ điều khiển PID, nhưng phổ biến vẫn là dạng PID analog, bộ điều khiển PID số vẫn
- Xem thêm -

Xem thêm: ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC, ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC, ỨNG DỤNG PID TRONG ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC

Bình luận về tài liệu ung-dung-pid-trong-dieu-khien-con-lac-nguoc

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập
× Nạp tiền Giỏ hàng Đã
xem
RFD TOP