Báo cáo thí nghiệm lý thuyết điều khiển nâng cao bài 2

Kh ảo sát đáp của hệ thống Trong thí nghiệm này, sinh viên khảo sát 2 yếu tố: • Khảo sát mối liên hệ giữa điện áp và tốc độ quạt K1 phương trình 1 • Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quạt t

27

BÀI THÍ NGHI ỆM 2 ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT VÀ TẤM PHẲNG

5.1 Kh ảo sát đáp của hệ thống

Trong thí nghiệm này, sinh viên khảo sát 2 yếu tố:

• Khảo sát mối liên hệ giữa điện áp và tốc độ quạt K1 phương trình (1)

• Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quạt tới góc nghiêng của tấm phẳng Từ

mô hình lý thuyết của hệ thống mục 3.1, trong phạm vi góc khảo sát

nhỏ ta có thể xem liên hệ giữa góc nghiêng và tốc độ quạt theo công

thức sau:

 = k02 Trình tự thí nghiệm

a Mở file fan_plate_gain.mdl

b Đặt điện áp điều khiển ngõ vào là 2V

c Biên dịch chương trình và chạy (xem hướng dẫn ở mục 2.2)

d Mở Scope, ghi nhận kết quả tốc độ quạt và góc nghiêng trạng thái xác

lập Ghi kết quả vào các Bảng tương ứng

e Lặp lại các bước b đến d với các điện áp còn lại như trong Bảng 22 và bảng 3

5.1.1 Trường hợp 1:

Đặt quạt vị trí 1 như hình 2 thay đổi điện áp từ thấp đến cao, xác định góc nghiêng của tấm phẳng, ghi giá trị vào Bảng 2 2

Chú ý: Góc nghiêng c ủa tấm phẳng được xác định ở vị trí xác lập

Bảng 2: Liên hệ giữa tốc quạt và góc nghiêng của tấm phẳng trường hợp

29 8V

30 12V

31 16V

32

Dựa vào Bảng 2 sinh viên vẽ các đồ thị của K1 và k0 theo điện áp đầu vào Nhận xét

33

Đồ thị của K1 theo áp ngõ vào thay tăng dần đến một giá trị xác định sẽ không tăng nữa và giữ ở một mức cố định đó

Đồ thị của k0 theo điện áp đầu vào tăng dần đến khi giá trị điện áp đầu vào

là 8V thì bắt đầu giảm dần khi càng tăng các giá trị điện áp lên cao hơn

35 8V

36 12V

37 16V

38

Dựa vào Bảng 3 sinh viên vẽ các đồ thị của K1 và k0 theo điện áp đầu vào Nhận xét

39

Đồ thị của K1 theo áp ngõ vào thay tăng dần đến một giá trị xác định sẽ không tăng nữa và giữ ở một mức cố định đó

Đồ thị của k0 theo điện áp đầu vào tăng dần đến khi giá trị điện áp đầu vào

là 8V thì bắt đầu giảm dần khi càng tăng các giá trị điện áp lên cao hơn

40

5.2 Thiết kế bộ điều khiển PID dù phươg pháp Ziegler-Nichols

Trong thí nghiệm này, sinh viên sẽ khảo sát:

• Ứng dụng phương pháp Ziegler-Nichols vòng kín để thiết kế bộ PID

điều khiển góc nghiêng của tấm phẳng tại góc làm việc θ = 100

• Khảo sát ảnh hư ng của các thông số PID lên chất lượng điều khiển

• Khảo sát tính phi tuyến của hệ thống các góc làm việc khác nhau

Tìm thông số tới hạn và thiết kế bộ điều khiển PID

e Biên dịch chương trình và chạy (xem hướng dẫn mục 2.2)

f Mở Scope, kiểm tra đáp ứng góc nghiêng của tấm phẳng

g Lặp lại bước c và bước e cho đến khi hệ dao động

h Lưu lại đồ thị xác định Kgh và Tu

i Tính toán các thông số PID theo Bảng 1 và điền kết quả vào bảng 4

j Nhập lại thông số bộ PID vừa tính toán được

k Biên dịch chương trình chạy và lưu kết quả điều khiển Vẽ đáp ứng ngõ ra

l Đặt quạt vị trí 2 (hình 3) Lặp lại các bước từ c đến k

Thí nghi ệm này không tìm được chính xác giá trị Kgh mà tại đó hệ thống dao động điều hòa Trong trường hợp này K gh là ngưỡng mà hệ thống

đi từ ổn định sang không ổn định

Giá tr ị Kp0 Ki0 Kd0 và Kp1 Ki1 Kd1 tính được ở bảng 4 được sử dụng cho các thí nghi ệm ở mục 5.2.2 và 5.3

41

Vị trí 1 0.8845 0.7 0.5307 1.5163 0.0464

42 Xác định Kgh khi quạt ở vị trí 1

43 Xác định Kgh khi quạt ở vị trí 2

c Cho Kd = Kd0, Ki = Ki0 Thay đổi Kp = Kp0/2, Kp=2Kp0

d So sánh và đánh giá kết quả điều khiển khi thay đổi Kp Nhận xét

e Vẽ đáp ứng của hệ thống trong cả 3 trường hợp Kp = Kp0/2, Kp=Kp0,

Kp=2Kp0 trên cùng một đồ thị

Giá trị Kp càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù

khâu tỉ lệ càng lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và dao động

c Cho Kp = Kp0, Kd = Kd0 Thay đổi Ki = Ki0/2, Ki=2Ki0

d So sánh và đánh giá kết quả điều khiển khi thay đổi Kp Nhận xét

e Vẽ đáp ứng của hệ thống trong cả 3 trường hợp Ki = Ki0/2, Ki=Ki0, Ki=2Ki0

trên cùng một đồ thị

Độ lợi tích phân Ki: giá trị càng lớn kéo theo sai số xác lập càng giảm

Đổi lại là độ vọt lố càng lớn, hệ thống càng kém ổn định

c Cho Kp = Kp0, Ki = Ki0 Thay đổi Kd = Kd0/2, Kd=2Kd0

d So sánh và đánh giá kết quả điều khiển khi thay đổi Kp Nhận xét

e Vẽ đáp ứng của hệ thống trong cả 3 trường hợp Kd = Kd0/2, Kd=Kd0,

Kp=2Kd0 trên cùng một đồ thị

Độ lợi vi phân Kd: giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm

chậm đáp ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định

c Thay đổi góc đặt ở các giá trị θ=5o, θ=10o, θ=15o

d So sánh và đánh giá kết quả điều khiển khi thay đổi θ Nhận xét

e Vẽ đáp ứng của hệ thống trong cả 3 trường hợp θ=5o, θ=10o, θ=15o trên

cùng một đồ thị

Góc đặt càng tăng, thời gian xác lập càng dài, vọt lố càng tăng, sai số xác

lập tăng, hệ thống ngày càng kém ổn định

48

Báo cáo thí nghiệm

1 Vị trí quạt ảnh hưởng như thế nào đến giá trị k0 ở thí nghiệm mục 5.1?

Vị trí quạt không ảnh hưởng nhiều tới giá trị k0

2 Vị trí quạt ảnh hưởng như thế nào đến giá trị Kgh và Tu ở thí nghiệm mục 5.2.1?

Khi quạt ở vị trí càng xa tấm phẳng, thì Kgh nhỏ hơn so với khi quạt ở gần tấm phẳng Giá trị của Tu cũng nhỏ hơn khi quạt ở vị trí xa tấm phẳng

3 Ảnh hưởng của các thông số Kp, Ki, Kd đến chất lượng điều khiển của hệ thống ở thí nghiệm mục 5.2.2

Giá trị Kp càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù khâu tỉ

lệ càng lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định