BÀI tập lớn CHUYÊN đề 1 đề tài hệ nâng vật trong từ trường

HCMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÀI TẬP LỚN CHUYÊN ĐỀ 1 Đề tài: Hệ nâng vật trong từ trường Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Chính Nhóm thực hiện: 01 Thành viên báo cáo: TP... CHƯƠNG 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN CHUYÊN ĐỀ 1

Đề tài: Hệ nâng vật trong từ trường

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Chính

Nhóm thực hiện: 01

Thành viên báo cáo:

TP Hồ Chí Minh, tháng 10/2021

1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ NÂNG VẬT TRONG TỪ

TRƯỜNG 3

1.1: Tìm mô hình toán của hệ nâng vật trong từ trường: 3

1.2: Vẽ đáp ứng ngõ ra của hệ thống: 6

1.3 Phương trình trạng thái của hệ thống: 7

1.4 Xét tính điều khiển được: 8

1.5 Xét tính quan sát được: 9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU LQR 10

2.1 Thiết kế bộ điều khiển LQR: 10

2.2 Tính toán thông số: 10

2.3 Xây dựng mô hình simulink: 12

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY 15

3.1: Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy: 15

3.2: Thiết kế bộ điều khiển PID mờ: 20

2

CHƯƠNG 1:MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ NÂNG VẬT TRONG TỪ

TRƯỜNG.

1.1: Tìm mô hình toán của hệ nâng vật trong từ trường:

Hình 1.1 Mô tả hệ nâng vật trong từ trường

_ Trong mô hình nâng vật trong từ trường ,điện áp u chính là ngõ vào của đối tượng, được thay đổi để kiểm soát lực điện từ Fe dùng để nâng hạ viên bi Suy ra h(m) khoảnh cách giữaviên bi so với nam châm điện là ngõ ra của đối tượng

Áp dụng định luật 2 Newton ta có :

Trong đó :F= ma

a :là gia tốc của viên bi ( m / s2 )

Mà gia tốc là đạo hàm của vận tốc a = dv

_Vì nhiễu từ trường , ta có cái thông số :

4

_Tuyến tính hóa cho hàm:

5

1.3 Phương trình trạng thái của hệ thống:

7

1.4 Xét tính điều khiển được:

Ma trận điều khiển được:

Rank(M)=2 nên hệ thống điều khiển được

8

Vì rank(N)=2 nên hệ thống quan sát được.

9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU LQR.

2.1 Thiết kế bộ điều khiển LQR:

Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển LQR

Vậy ta có luật điều khiển:

Hình 2.5 Ngõ ra đáp ứng của hệ thống

Nhận xét: ta thấy ngõ ra có độ vọt lố nhỏ , không có sai số xác lập,thời gian quá độ 0.6sSuy ra hệ thống ổn định

14

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY

3.1: Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy:

Ta có

Tín hiệu vào là u(t):điện áp

Tín hiệu ra là y(t):vị trí viên bi

Bước 1: Xác định biến vào, ra của đối tượng.

+ Vi phân sai lệch DE[-150; 150]

15

• Biến ra: Vị trí viên bi U[-1; 1]

Bước 2: Xác định các hệ số chuẩn hóa biến vào, ra về miền giá trị [0;1] hoặc [-1;1]

Biến vào: E[-1;1], DE[-1;1]

Biến ra: U[-1;1]

Bước 3: Mờ hóa các biến vào, ra bằng cách xây dựng các luật hợp thành và các giá trị

ngôn ngữ cho các biến vào, ra đó

• Xác định hàm liên thuộc cho biến ngôn ngữ E:

17

• Xác định hàm liên thuộc cho biến ngôn ngữ U:

Bước 4: Xây dựng hệ quy tắc mờ cho các biến vào và ra

Bước 5: Chọn phương pháp suy diễn và thiết bị hợp thành

Thiết kế bộ điều khiển mờ trên Simulink:

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng mờ trên simulink

Ngõ ra của hệ thống :

19

Hình 3.2 Ngõ ra đáp ứng của hệ thống

Nhận xét : hệ thống không có độ vọt lố,hầu như không có sai số xác lập,thời gian quá

độ nhanh <7s

Suy ra hệ thống ổn định

3.2: Thiết kế bộ điều khiển PID mờ:

Hình 3.3 Sơ đồ điều khiển PID mờ trên Simulink

20

Ngõ ra của hệ thống sau khi điều khiển PID mờ:

KẾT LUẬN

Bảng so sánh:

PID mờ

Suy ra:

Ta chọn bộ PID mờ vì:

Thời gian xác lập nhanh nhất

Sai số xác lập hầu như không có

Không xuất hiện vọt lố

Hệ thống ổn định

Kết luận:

Vậy thiết kế bộ điều khiển PID mờ cho hệ thống là tối ưu nhất

22