BÁO cáo THÍ NGHIỆM cơ sở điều KHIỂN tự ĐỘNG

Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tốc độ động cơ DC theo thời gian với điện áp đầu vào khác nhau Lầnchạy động cơ VĐiện áp Tốc độ xác lập vòng/phút K... Theo lý thuyết thì độ dốc hệ thống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GVHD: Lê Quang Thuần

Nhóm:

Sinh viên:

TPHCM, tháng 8 năm 2020

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 1 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 2 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 4 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 6 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 8 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 10 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 20 (rad/s)

3 Khảo sát đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC :

Bảng 5 Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tốc độ động cơ DC theo thời gian với

điện áp đầu vào khác nhau

Lầnchạy động cơ (V)Điện áp Tốc độ xác lập (vòng/phút) K

Giá trị trung bình 0.894 0.482 ● Hình ảnh mô phỏng tại lần chạy 1

● Hình ảnh mô phỏng tại lần chạy 5

II.Báo cáo, nhận xét kết quả 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 ?

- Đồ thị Bode biên độ trong trường hợp 5.1

- Đồ thị Bode pha trong trường hợp 5.1

- Đồ thị Bode biên độ trong trường hợp 5.2

- Đồ thị Bode pha trong trường hợp 5.2

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?

- Trường hợp 5.1:

Độ dốc trong biểu đồ biên độ xấp xỉ -22dB/dec Theo lý thuyết thì độ dốc

hệ thống bậc nhất là -20dB/dec nên có thể xem độ dốc trong thí nghiệm phù hợp với lý thuyết Còn giá trị 20log(Ac/Ar) trước tần số gãy thay đổi không nhiều

- Trường hợp 5.2:

Độ dốc trước tần số gãy ωn=2 rad/s xấp xỉ 22dB/dec và sau tần số cắt là 38.5 dB/dec Theo lý thuyết thì độ dốc khâu tích phân lý tưởng tại tần số gãy ω=1 rad/s là -20dB/dec còn sau ωn = 2 là -40dB/dec nên có thể xem độ dốc trong thí nghiệm phù hợp với lý thuyết

-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 45 o ? Giải thích về mối liên hệ của tần số này với hằng số thời gian của hệ thống?

Từ biểu đồ bode pha ở trường hợp 1, ta thấy tại = 1.3 thì tín hiệu ra trễ pha

45o so với tín hiệu vào

Theo lý thuyết thì tại tần số gãy ω = 2 chính là giá trị hằng số thời gian của

hệ thống và tín hiệu ra trễ pha 45o so với tín hiệu vào Nhưng trên đồ thị Bode pha thì ta xác định được vị trí trễ pha 45o lại là 1.3 rad/s, điều này có thể do sai

số lúc làm thí nghiệm và sai số của thiết bị

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?

Theo lý thuyết, đối với hệ thống bậc nhất thì độ lợi |G(jω)| và góc pha G(jω) có thể biểu diễn theo ω như sau:

và Nên khi hàm truyền hệ thống không đổi, tăng tần số tín hiệu đặt vào lên rất cao thì độ lợi hệ thống sẽ tiến về 0 và độ trễ pha tiến dần về -90o

5. So sánh hằng số thời gian và độ lợi DC trong 2 trường hợp 5.1 và 5.3 ?

- Khi so sánh hai trường hợp 5.1 và 5.3 ta nhận thấy rằng giá trị hằng số thời gian đo đạc được từ hai trường hợp gần như bằng nhau Có chênh lệch nhưng không đáng kể

- Về độ lợi DC thì ta cũng ghi nhận được giá trị K ở trường hợp 5.3 khác với ở trường hợp 5.1 khi 2 giá trị chênh lệch khá lớn Tại vì để xác định chính xác được độ lợi K thì cần đo ở giá trị ω nhỏ để giảm sai số

BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ

Ngày thực hiện thí nghiệm:22/4/2021

I.Kết quả thí nghiệm:

4 Điều khiển tốc độ động cơ DC:

a. Khảo sát ảnh hưởng của tham số P K

B ảng 1 Khảo sát ảnh hưởng của tham số 𝐾𝑃(𝐾𝐼 = 0, 𝐾𝐷 = 0)

KP 0.02 0.05 0.1 0.5 1Thời gian lên (s) 0.315 0.285 0.37 0.44 0.445Thời gian xác lập (s) 0.685 0.565 0.55 0.60 0.615

Sai số xác lập (v/p) 382.3 184.2 95.3 6.5 0.06

● Hình ảnh mô phỏng

KP = 0.02

KP = 0.05

KP = 0.1

KP = 0.5

KP = 1

b. Khảo sát ảnh hưởng của tham số K I

Bảng 3 Khảo sát ảnh hưởng của tham số K I (K P = 0.02, K D = 0)

Sai số xác lập (v/p)

● Hình ảnh mô phỏng

KI = 0.035

KI = 0.075

c Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu T

Bảng 4 Khảo sát ảnh hưởng của tham số T (K P = 0.02, K I = 0.1, K D = 0)

Sai số xác lập (v/p)

● Hình ảnh mô phỏng

T = 0.005

T = 0.01

T = 0.02

T = 0.03

T = 0.05

2 Điều khiển vị trí động cơ DC:

a. Khảo sát ảnh hưởng của tham số K P

Bảng 5.Khảo sát ảnh hưởng của tham số K P (K I = 0, K D =

KP = 0.005

KP = 0.05

KP = 0.1

KP = 0.2

KP = 0.5

b. Khảo sát ảnh hưởng của tham số K I

Bảng 6 Khảo sát ảnh hưởng của tham số KI (KP = 0.02, KD = 0)

KI = 0,005

KI = 0,008

KI = 0,01

KI = 0,02

c. Khảo sát ảnh hưởng của tham số K D

Bảng 7 Khảo sát ảnh hưởng của tham số KD (KP = 0.02, KI = 0.02)

KD = 0.0008

KD = 0.001

KD = 0.002

KD = 0.005

d. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu T

Bảng 8 Khảo sát ảnh hưởng của tham số T (KP = 0.005, KI = 0.002, KD = 0.0002)

● Hình ảnh mô phỏng

T = 0.005

T = 0.01

T = 0.03

T = 0.05

T = 0.1

II.Báo cáo, nhận xét kết quả thí nghiệm:

1 Dựa vào các kết quả thí nghiệm ở mục 5.1, nhận xét ảnh hưởng của các tham số K P , K I và thời gian lấy mẫu lên chất lượng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ.

- Ảnh hưởng của Kp: thay đổi Kp làm ảnh hưởng sai số xác lập (tăng

- Ảnh hưởng của Kp: thay đổi Kp làm ảnh hưởng sai số xác lập (tăng

→Thay đổi KI sẽ làm giảm sai số xác lập của hệ thống nhưng làm tăng

độ vọt lố dẫn đến làm giảm chất lượng của hệ thống

- Ảnh hượng của K D: thay đổi K Dlàm ảnh hưởng đến độ vọt lố

→Thay đổi K Dsẽ làm giảm độ vọt lố của hệ thống nên làm tăng chấtlượng của hệ thống

- Ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu T: thay đổi thời gian lấy mẫu T làmảnh hướng tới sai số xác lập

→Thay đổi thời gian lấy mẫu T làm tăng sai số xác lập nên làm giảm chất lượng của hệ thống

BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG CÓ TẠO TRỄ

Ngày thực hiện thí nghiệm: 29/4/2021

I Kết quả thí nghiệm :

1 Tìm thông số lò nhiệt :

● Chạy mô phỏng ta có:

Bảng 1.Giá trị K, T1, T2

2 Điều khiển PID theo phương pháp Ziegler-Nichols :

Bảng 2.Hàm truyền bộ điều khiển PID

Bảng 3 Chất lượng hệ thống điều khiển

Bộ điều khiển Thời gian xác

II Báo cáo, nhận xét kết quả thí nghiệm :

1 Từ bảng số liệu ở Bảng 1, viết hàm truyền của lò nhiệt?

- Bộ điều khiển P có độ vọt lố và thời gian xác lập nhỏ hơn so với bộ điềuPID nhưng sai số xác lập lại hơn

- Bộ điều khiển PID là tốt nhất vì ta có thể thay đổi các giá trị để có thể chođáp ứng là tốt nhất