Bản Dịch Coupled Tanks - Workbook (Student).Pdf

Thử nghiệm xe tăng kết hợp cho người dùng MATLAB /Simulink Các giải pháp giáo dục của Quanser được cung cấp bởi Tài liệu khóa học phù hợp với *ABET Inc , là tổ chức kiểm định được công nhận cho các ch[.]

Thử nghiệm xe tăng kết hợp cho người dùng MATLAB /Simulink

Các giải pháp giáo dục của Quanser được cung cấp bởi:

Tài liệu khóa học phù hợp với:

quyến rũ Động viên Tốt nghiệp.

SÁCH HƯỚNG DẪN

Phát triển bởi: Jacob Apkarian, Ph.D., Quanser Hervé Lacheray, MASC., Quanser Amin Abdossalami, MASC., Quanser

Quanser, Inc xin cảm ơn những người đóng góp sau đây:

Tiến sĩ KJ Åström, Đại học Lund, Lund, Thụy Điển vì những đóng góp to lớn của ông đối với nội dung chương trình giảng dạy.

Để biết thêm thông tin về các giải pháp mà Quanser Inc cung cấp, vui lòng truy cập trang web tại:

http://www.quanser.com

© 2013 Quanser Inc., Bảo lưu mọi quyền.

Tiến sĩ Hakan Gurocak, Đại học bang Washington Vancouver, Hoa Kỳ, vì sự giúp đỡ của ông trong việc đưa vào đánh giá kết quả tích hợp, và

In tại Markham, Ontario.

SỰ NHÌN NHẬN

NỘI DUNG

Giới thiệu

Yêu cầu hệ thống 5.1 Tổng quan về tệp 5.2 Thiết lập cho

mô phỏng điều khiển xe tăng 1 5.3 Thiết lập cho mô phỏng điều khiển xe tăng 2 5.4 Thiết lập cho điều khiển xe tăng thực hiện 1 5.5 Thiết lập cho điều khiển cấp xe tăng thực hiện 2

cảnh 4.2 Câu hỏi trước phòng thí nghiệm 4.3 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 4.4 Kết quả

1

30

30

31 32

Báo cáo phòng thí nghiệm 6.1 Mẫu báo cáo kiểm soát cấp độ xe tăng 1 6.2 Mẫu báo cáo kiểm soát cấp độ xe tăng 2 6.3 Lời khuyên cho định dạng báo cáo

Kiểm soát mức bể 1 3.1 Bối cảnh 3.2 Câu hỏi trước phòng thí nghiệm 3.3 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 3.4 Kết quả

19

19

21

22 25

1 GIỚI THIỆU

Trong cấu hình số 2, thách thức là kiểm soát mực nước trong bể dưới cùng, tức là bể số 2, từ dòng nước chảy ra từ bể trên cùng Cấu hình #2

là một ví dụ về hệ thống kết hợp trạng thái

điều kiện tiên quyết

Trong quá trình thử nghiệm này, bạn sẽ làm quen với thiết kế và điều chỉnh vị trí cột của bộ điều khiển mực nước dựa trên cơ sở Tỷ lệ cộng-Tích phân-cộng-Feedforward Trong phòng thí nghiệm hiện tại, hệ thống Coupled-Tank được sử dụng trong hai cấu hình khác nhau, đó là cấu hình #1 và cấu hình #2, như được mô tả trong [5] Trong cấu hình #1, mục tiêu là kiểm soát mực nước trong bể trên cùng, tức là bể #1, sử dụng dòng chảy ra từ máy bơm

Để thực hiện thành công phòng thí nghiệm này, người dùng nên làm quen với những điều sau:

• Cách triển khai từng (các) bộ điều khiển cấu hình và đánh giá hiệu suất thực tế của chúng

Nhà máy Xe tăng ghép nối là một mô-đun "Hai xe tăng" bao gồm một máy bơm với một bồn chứa nước và hai bồn chứa Hai bể được gắn trên tấm phía trước sao cho dòng chảy từ bể thứ nhất (tức là phía trên) có thể chảy qua một lỗ thoát nằm ở đáy bể, vào bể thứ hai (tức là phía dưới) Dòng chảy từ bể thứ hai chảy vào bể chứa nước chính Máy bơm đẩy nước theo phương thẳng đứng tới hai lỗ kết nối nhanh "Out1" và "Out2" Hai biến

hệ thống được đo trực tiếp trên giàn khoan Coupled-Tank bằng cảm biến áp suất và có sẵn để phản hồi Chúng cụ thể là mực nước trong bể 1 và

2 Mô tả chi tiết hơn được cung cấp trong [5] Có thể kể tên một số ứng dụng công nghiệp của các cấu hình Bồn chứa liên kết như vậy trong hệ thống xử lý của các nhà máy hóa dầu, sản xuất giấy và/hoặc xử lý nước

• Cách thiết kế, thông qua việc bố trí cột, bộ điều khiển dựa trên Tỷ lệ-cộng-Tích phân-cộng-Feedforward cho hệ thống Xe tăng ghép nối

để hệ thống này đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế cần thiết cho từng cấu hình

• Cách tuyến tính hóa phương trình chuyển động phi tuyến thu được về điểm hoạt động tĩnh

5 Khái niệm cơ bản về QUARC

truyền các hàm đặc trưng cho hệ thống, trong miền Laplace

4 Khái niệm cơ bản về Simulink

• Làm thế nào để lập mô hình toán học nhà máy Bể ghép nối từ các nguyên tắc đầu tiên để có được hai vòng lặp mở

3 Quen thuộc với việc thiết kế bộ điều khiển PID

chủ đề bao gồm

2 Nguyên tắc cơ bản của hàm truyền, ví dụ, lấy hàm truyền từ một phương trình vi phân

1 Xem các yêu cầu hệ thống trong Phần 5 để biết phần cứng và phần mềm được yêu cầu

2.1.2 Cấu hình #1 Phương trình chuyển động phi tuyến tính (EOM)

2.1.1 Cấu hình #1 Sơ đồ hệ thống

2 MÔ HÌNH

Mục đích của phiên lập mô hình hiện tại là cung cấp cho bạn hàm truyền vòng hở của hệ thống, G1(s), hàm này sẽ được

sử dụng để thiết kế bộ điều khiển mức thích hợp Phương trình Chuyển động thu được, EOM, phải là một hàm của đầu vào

và đầu ra của hệ thống, như đã xác định trước đó

Một sơ đồ của nhà máy Coupled-Tank được trình bày trong Hình 2.1, bên dưới Danh pháp của hệ thống Bể ghép nối được cung cấp trong Phụ lục A Như được minh họa trong Hình 2.1, chiều dương của sự dịch chuyển mức thẳng đứng hướng lên trên, với điểm gốc ở đáy của mỗi bể (tức là tương ứng với một bể trống), như được trình bày trong Hình 3.2

Để lấy được mô hình toán học của hệ thống Bể chứa ghép nối của bạn trong cấu hình số 1, xin lưu ý rằng máy bơm cấp nguồn cho Bể chứa 1 và bể chứa 2 hoàn toàn không được xem xét Do đó, đầu vào của quá trình là điện áp của máy bơm

VP và đầu ra của nó là mực nước trong bể 1, L1, (tức là bể trên cùng)

Hình 2.1: Sơ đồ bể ghép trong Cấu hình #1

2.1 Bối cảnh

sự 2.1.3 Cấu hình #1 Chức năng truyền và tuyến tính hóa EOM

Khi lấy EOM của bể 1, nguyên tắc cân bằng khối lượng có thể được áp dụng cho mực nước trong bể 1, tức là,

Áp dụng phương trình Bernoulli cho các lỗ nhỏ, tốc độ dòng chảy ra từ bể 1, vo1, có thể được biểu thị bằng mối quan

và f(z) được tuyến tính hóa về điểm làm việc

Trong trường hợp mực nước trong bể 1, phạm vi hoạt động tương ứng với độ cao khởi hành nhỏ, L11, và điện áp khởi hành nhỏ, Vp1, từ điểm cân bằng mong muốn (Vp0, L10) Do đó, L1 và Vp có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của hai đại lượng, như hình dưới đây:

Ví dụ: Tuyến tính hóa một hàm hai biến Dưới đây là một

ví dụ về cách tuyến tính hóa một hàm phi tuyến tính hai biến được gọi là f(z) Biến z được xác định

trong đó f biểu thị một chức năng

(2.3)L1

tL11 = f(L11, Vp1)

at1

Để thiết kế và triển khai bộ điều khiển mức tuyến tính cho hệ thống bồn chứa 1, hàm truyền Laplace vòng hở phải được suy

ra Tuy nhiên, theo định nghĩa, một hàm truyền như vậy chỉ có thể biểu diễn động lực học của hệ thống từ một phương trình

vi phân tuyến tính Do đó, EOM phi tuyến tính của bể 1 phải được tuyến tính hóa xung quanh điểm hoạt động tĩnh Theo định nghĩa, trạng thái cân bằng tĩnh tại điểm vận hành danh định (Vp0, L10) được đặc trưng bởi mức Bể 1 ở vị trí không đổi L10

do lưu lượng nước không đổi được tạo ra bởi điện áp bơm không đổi Vp0

L1 = L10 + L11,

z0

Vp = Vp0 + Vp1

2.1.4 Cấu hình #2 Sơ đồ hệ thống

2.1.5 Cấu hình #2, Phương trình chuyển động phi tuyến tính (EOM)

Đối với một hàm, f, của hai biến, L1 và Vp, xấp xỉ bậc nhất cho các biến thể nhỏ tại một điểm (L1, Vp) =

trong đó Kdc1 là độ lợi DC của hàm truyền vòng hở và τ1 là hằng số thời gian.

Từ phương trình chuyển động tuyến tính, hàm truyền vòng hở của hệ thống trong miền Laplace có thể được xác định theo mối quan hệ sau:

Như một nhận xét, rõ ràng là các mô hình tuyến tính hóa, chẳng hạn như chức năng chuyển đổi điện áp sang mức của bể ghép 1, chỉ là các mô hình gần đúng Do đó, chúng nên được xử lý như vậy và được sử dụng một cách thận trọng thích hợp, nghĩa là trong phạm vi và/hoặc điều kiện hoạt động hợp lệ Tuy nhiên, đối với phạm vi của phòng thí nghiệm này, Công thức 2.5 được giả định có giá trị đối với điện áp máy bơm và mực nước bể 1 trong toàn bộ phạm vi hoạt động, tương ứng là Vp_peak và L1_max

Một sơ đồ của nhà máy Coupled-Tank được trình bày trong Hình 2.2, bên dưới Danh mục của hệ thống Bể ghép nối được cung cấp trong Phụ lục A Như được minh họa trong Hình 2.2, chiều dương của sự dịch chuyển mức thẳng đứng hướng lên trên, với điểm gốc ở đáy của mỗi bể (tức là tương ứng với một bể rỗng), như được trình bày trong Hình 2.2

(2.6)Chức năng chuyển

L2

= f(L2, L1) t

L1 Vp

G1(s) = τ1s + 1

Do đó, bạn nên thể hiện EOM kết quả theo định dạng sau:

Đối với bể 1, các phương trình tương tự như các phương trình được giải thích trong Phần 2.1.2 và Phần 2.1.3 sẽ được áp dụng Tuy nhiên, phương trình chuyển động mực nước (EOM) trong bể 2 vẫn cần phải được suy ra Đầu vào của quy trình bể 2 là mực nước, L1, trong bể 1 (tạo ra dòng chảy ra của bể cấp liệu 2) và biến đầu ra của nó

là mực nước, L2, trong bể 2 (tức là đáy bể) Mục đích của phần lập mô hình hiện tại là hướng dẫn bạn về hàm truyền vòng hở của hệ thống, G2(s), hàm này sẽ được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển mức thích hợp EOM thu được phải là một hàm của đầu vào và đầu ra của hệ thống, như đã xác định trước đó.

f (L10, Vp0) ) (Vp Vp0)

Chức năng truyền vòng hở mong muốn cho hệ thống bồn 1 của Xe tăng được ghép nối là như sau:

Phần này giải thích mô hình toán học của hệ thống Bồn chứa ghép đôi của bạn trong cấu hình #2, như được mô tả trong Tài liệu tham khảo [1] Xin lưu ý rằng trong cấu hình #2, máy bơm cấp vào bể 1, từ đó bơm cấp vào bể 2

Lưu lượng thể tích vào bể 2 bằng lưu lượng thể tích chảy ra từ bể 1, nghĩa là:

Khi dẫn xuất bể #2 EOM, nguyên lý cân bằng khối lượng có thể được áp dụng cho mực nước trong bể 2 như sau

vo2 = √ 2gL2

trong đó At2 là diện tích của bể 2 Fi2 và Fo2 lần lượt là tốc độ dòng chảy vào và tốc độ dòng chảy ra

= Fi2 Fo2 t

trong đó f biểu thị một chức năng

Áp dụng phương trình Bernoulli cho các lỗ nhỏ, tốc độ dòng chảy ra từ bể 2, vo2, có thể được biểu thị bằng mối quan hệ sau:

Để thiết kế và triển khai bộ điều khiển mức tuyến tính cho hệ thống bồn chứa 2, hàm truyền vòng hở Laplace phải được suy ra Tuy nhiên, theo định nghĩa, một hàm truyền như vậy chỉ có thể biểu diễn động lực học của hệ thống từ một phương trình vi phân tuyến tính Do đó, EOM phi tuyến tính của xe tăng 2 phải được tuyến tính hóa xung quanh điểm hoạt động tĩnh

Hình 2.2: Sơ đồ bể ghép trong cấu hình #1

L2at2

Fi2 = Fo1

sự 2.1.6 Cấu hình #2 Chức năng truyền và tuyến tính hóa EOM

trong đó Kdc2 là độ lợi DC của hàm truyền vòng hở và τ2 là hằng số thời gian.

trong đó f biểu thị một chức năng

Trong trường hợp mực nước trong bể 2, phạm vi hoạt động tương ứng với độ cao xuất phát nhỏ, L11 và L21, từ điểm cân bằng mong muốn (L10, L20) Do đó, L2 và L1 có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của hai đại lượng, như hình dưới đây:

EOM tuyến tính hóa thu được phải là một hàm của các độ lệch nhỏ của hệ thống về điểm cân bằng của nó (L20, L10) Do đó, bạn nên biểu thị EOM tuyến tính kết quả theo định dạng sau:

Từ phương trình chuyển động tuyến tính, hàm truyền vòng hở của hệ thống trong miền Laplace có thể được xác định theo mối quan hệ sau:

f (L10, L20) ) + (L1 L10) ( L1

2.2 Câu hỏi trước phòng thí nghiệm

xác định động lực học của xe tăng 2 EOM của hệ thống xe tăng 2 có tuyến tính không?

4 Xác định từ phương trình chuyển động tuyến tính thu được trước đó, hàm truyền đạt vòng hở của hệ thống trong miền Laplace như được xác định trong phương trình 2.5 và phương trình 2.6 Biểu thị hàm truyền vòng hở Độ lợi DC, Kdc1 và hằng số thời gian, τ1, dưới dạng các hàm của L10 và các tham số hệ thống Thứ tự và loại của hệ thống là gì? Nó có ổn định không? Đánh giá Kdc1 và τ1 theo thông số kỹ thuật của hệ thống được đưa ra trong Sổ tay hướng dẫn sử dụng bồn ghép nối ([5]) và các yêu cầu thiết kế mong muốn trong Phần 3.1.1

1 Sử dụng các ký hiệu và quy ước được mô tả trong Hình 2 rút ra đặc tính của Phương trình chuyển động (EOM)

5 Sử dụng các ký hiệu và quy ước được mô tả trong Hình 2.2, suy ra ký tự Phương trình Chuyển động (EOM)

8 Xác định từ phương trình chuyển động tuyến tính thu được trước đó, hàm truyền vòng hở của hệ thống trong miền Laplace, như được định nghĩa trong Phương trình 2.10 và Phương trình 2.11 Biểu thị hàm truyền vòng hở Độ lợi DC, Kdc2 và hằng

số thời gian, τ2, dưới dạng các hàm của L10, L20 và các tham số hệ thống Thứ tự và loại của hệ thống là gì? Nó có ổn định không? Đánh giá Kdc2 và τ2 theo các thông số kỹ thuật của hệ thống được đưa ra trong Hướng dẫn sử dụng Bồn ghép nối ([5]) và các yêu cầu thiết kế mong muốn trong Phần 4.1.1

Trả lời các câu hỏi sau:

Theo định nghĩa, trạng thái cân bằng tĩnh tại điểm vận hành danh nghĩa (Vp0, L10) được đặc trưng bởi nước trong bể 1

ở mức vị trí không đổi L10 do tốc độ dòng vào không đổi do Vp0 tạo ra Biểu thị điện áp cân bằng tĩnh Vp0 dưới dạng một hàm của mức cân bằng mong muốn của hệ thống L10 và hằng số lưu lượng bơm Kp Sử dụng các thông số kỹ thuật của hệ thống được đưa ra trong Sổ tay hướng dẫn sử dụng két ghép nối ([5]) và các yêu cầu thiết kế mong muốn trong Phần 3.1.1, đánh giá Vp0 theo tham số

2 Điện áp máy bơm danh định Vp0 cho cặp máy bơm-bể chứa 1 có thể được xác định ở trạng thái cân bằng tĩnh của hệ thống

Fo1 = Ao1vo1

(2.13)Fo2 = Ao2vo2

(2.12)Gợi ý: Tốc độ dòng chảy ra từ bể 1, Fo1, có thể được biểu thị bằng:

Gợi ý: Tốc độ chảy ra từ bể 2, Fo2, có thể được biểu thị bằng:

động học của bể 1 EOM của hệ thống bể 1 có tuyến tính không?

3 Tuyến tính hóa EOM của mực nước bể 1 được tìm thấy trong Câu hỏi số 1 về điểm vận hành tĩnh (Vp0, L10)

6 Mực nước danh nghĩa L10 cho cặp tank1-tank2 có thể được xác định ở trạng thái cân bằng tĩnh của hệ thống Theo định nghĩa, trạng thái cân bằng tĩnh tại điểm vận hành danh nghĩa (L10, L20) được đặc trưng bởi nước trong bể 2 ở mức vị trí không đổi L20 do tốc độ dòng chảy không đổi được tạo ra từ bể trên cùng bởi L10 Biểu thị mức cân bằng tĩnh L10 dưới dạng một hàm của mức cân bằng mong muốn của hệ thống L20 và các tham số của hệ thống Sử dụng các thông số kỹ thuật của hệ thống được đưa ra trong Sổ tay hướng dẫn sử dụng két ghép nối ([5]) và các yêu cầu thiết kế mong muốn trong Phần 4.1.1, đánh giá L10

7 Tuyến tính hóa EOM của mực nước bể 2 trong Câu hỏi số 5 về điểm vận hành tĩnh (L10, L20)

3.1 Bối cảnh

4 Không có sai số ổn định: ess = 0 cm

Như có thể thấy trong Hình 3.1, hành động chạy tiếp là cần thiết vì hệ thống điều khiển PI được thiết kế để bù cho các biến thể nhỏ (còn gọi là nhiễu) từ điểm vận hành tuyến tính hóa ( Vp0, L10) Nói cách khác, trong khi hành động nạp tiến

bù cho lượng nước rút (do trọng lực) qua lỗ thoát nước ở đáy bể 1, thì bộ điều khiển PI sẽ bù cho các nhiễu loạn động.Và

Trong cấu hình số 1, một bộ điều khiển được thiết kế để điều chỉnh mực nước (hoặc chiều cao) của bể số 1 bằng cách sử dụng điện áp máy bơm Việc kiểm soát dựa trên sơ đồ Proportional-Integral-Feedforward (PI-FF) Với điểm đặt mức sóng vuông ±1 cm (về điểm vận hành), mức trong bể 1 phải đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất thiết kế sau:

Hình 3.1: Vòng điều khiển PI-plus-Feedforward mức nước của bể 1

1 Mực nước hoạt động trong bể 1 là 15 cm: L10 = 15 cm

(3.2)

Đối với sai số trạng thái ổn định bằng 0, mực nước của bể 1 được điều khiển bằng sơ đồ vòng kín Tỷ lệ cộng với Tích phân (PI) với việc bổ sung tác động nạp thuận, như minh họa trong Hình 3.1, bên dưới, tác động nạp thuận điện áp là đặc trưng bởi:

2 Phần trăm vượt quá nhỏ hơn 10%: P O1 ≤ 11 %

3 Thời gian xử lý 2% nhỏ hơn 5 giây: ts_1 ≤ 5,0 s

Thời gian cao điểm và Overshoot

Đầu ra của hệ thống này có thể được viết là:

(3.6)

+ 2ζ ωn s + ω2trong đó Kp là mức tăng tỷ lệ và Ki là mức tăng tích phân

S

(3.3)

C(s) P(s)

Y (s)

trong đó ωn là tần số tự nhiên và ζ là hệ số tắt dần Đây được gọi là hàm truyền bậc hai tiêu chuẩn Các đặc tính đáp ứng của

nó phụ thuộc vào các giá trị của ωn và ζ

Sơ đồ khối thể hiện trong Hình 3.2 là một hệ thống phản hồi thống nhất chung với bộ bù, nghĩa là bộ điều khiển C(s) và hàm truyền đại diện cho nhà máy, P(s) Đầu ra đo được, Y(s), được cho là để theo dõi tín hiệu tham chiếu R(s) và việc theo dõi phải phù hợp với các thông số kỹ thuật mong muốn nhất định

=

2ω _

Xem xét một hệ thống bậc hai như trong phương trình 3.5 chịu đầu vào bước được cho bởi

Hình 3.2: Hệ thống phản hồi thống nhất

Mối quan hệ đầu vào-đầu ra trong miền thời gian cho bộ điều khiển tích phân tỷ lệ (PI) là

Hàm truyền vòng hở G1(s) tính đến động lực học của vòng mực nước bể 1, như được đặc trưng bởi phương trình 2.5 Tuy nhiên, do

sự hiện diện của vòng lặp feedforward, G1(s) cũng có thể được viết như sau:

Y (s) = C(s) P(s) (R(s) Y (s))

(3.4)

=

với biên độ bước là R0 = 1,5 Phản hồi của hệ thống đối với đầu vào này được thể hiện trong Hình 3.3, trong đó dấu vết màu đỏ

là phản hồi (đầu ra), y(t), và dấu vết màu xanh lam là bước đầu vào r(t)

3.1.3 Phản hồi bậc hai

N

R0

N

Trong hệ thống bậc hai, lượng vọt lố chỉ phụ thuộc vào tham số tỷ lệ giảm chấn và nó có thể được tính bằng phương trình

π

100 (ymax R0)

(3.10)

Đây được gọi là thời gian cao điểm của hệ thống

Giá trị lớn nhất của đáp ứng được biểu thị bằng biến ymax và nó xảy ra tại thời điểm tmax Đối với một phản ứng tương tự như Hình 3.3, phần trăm vượt quá được tìm thấy bằng cách sử dụng

Thời gian cực đại phụ thuộc vào cả tỷ lệ giảm xóc và tần số tự nhiên của hệ thống và nó có thể được suy ra là

Nói chung, tỷ lệ giảm chấn ảnh hưởng đến hình dạng của phản hồi trong khi tần số tự nhiên ảnh hưởng đến tốc độ của phản hồi

Hình 3.3: Đáp ứng bước thứ hai tiêu chuẩn

3.2 Câu hỏi trước phòng thí nghiệm

Gợi ý #2: Phương trình đặc tính chuẩn hóa của hệ thống phải là một hàm của độ lợi bộ điều khiển mức PI, Kp_1 và Ki_1, và các tham số của hệ thống, Kdc_1 và τ1

2 giây

4 Xác định các giá trị số cho Kp_1 và Ki_1 để hệ thống bồn chứa 1 đáp ứng các thông số kỹ thuật mong muốn của vòng kín, như đã nêu trước đó

Gợi ý #1: Độ lợi của đường truyền tiếp Kf f_1 không ảnh hưởng đến phương trình đặc tính của hệ thống Do đó, hành động chuyển tiếp có thể được bỏ qua cho mục đích xác định mẫu số của hàm truyền vòng kín Giảm sơ đồ khối có thể được thực hiện

1 Phân tích bể 1 hệ thống tuần hoàn mực nước tại điểm cân bằng tĩnh (Vp0, L10) và xác định,

Xác định Kp_1 và Ki1 là hàm của các tham số ωn1, ζ1, Kdc_1 và τ1 bằng Công thức 3.5

n12

3.3 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

QUAN TRỌNG: Trước khi bạn có thể tiến hành các mô phỏng này, bạn cần đảm bảo rằng các tệp phòng thí nghiệm được định cấu hình theo thiết lập của bạn Nếu chúng chưa được cấu hình, thì bạn cần chuyển sang Phần 5 để cấu hình các tệp lab trước

Sơ đồ s_tanks_1 Simulink trên Hình 3.4 được sử dụng để thực hiện các bài tập mô phỏng điều khiển cấp bể 1 trong phòng thí nghiệm này

• Điều chỉnh thông qua vị trí cực của bộ điều khiển PI-plus-feedforward cho mực nước thực tế trong bể 1 của

Hình 3.4: Mô hình Simulink dùng để mô phỏng điều khiển PI-FF trên hệ thống Coupled Tanks ở cấu hình #1

Thiết lập thử nghiệm

3 Đặt khối khuếch đại Biên độ (cm) thành 1 để tạo sóng vuông đi trong khoảng ±1 cm

• Loại tín hiệu = hình vuông • Biên độ

= 1 • Tần số = 0,02 Hz

• Chạy mô phỏng của hệ thống đồng thời, tại mỗi khoảng thời gian lấy mẫu, để so sánh phản hồi ở mức độ thực tế và mô phỏng

2 Để tạo tham chiếu bước, hãy chuyển đến khối Trình tạo tín hiệu và đặt nó thành như sau:

thông số kỹ thuật thiết kế

Ki_1 và Kff_1

• Chạy bộ điều khiển mức PI-plus-feedforward thu được và so sánh phản hồi thực tế với bộ điều khiển

1 Nhập độ lợi kiểm soát độ lợi tỷ lệ, tích phân và feedforward được tìm thấy trong Phần 3.2 trong Matlab dưới dạng Kp_1,

• Triển khai vòng điều khiển PI-plus-feedforward cho cấp độ 1 của xe tăng được ghép nối thực tế

Thực hiện theo quy trình này:

Hệ thống Coupled-Tank

3.3.1 Mục tiêu

3.3.2 Mô phỏng điều khiển cấp độ xe tăng 1

3.3.3 Triển khai Kiểm soát Cấp độ Xe tăng 1

6 Bắt đầu mô phỏng Theo mặc định, mô phỏng chạy trong 60 giây Các phạm vi sẽ hiển thị các phản hồi tương tự như Hình 3.5 Lưu ý rằng trong phạm vi Bể 1 (cm) , vạch màu vàng là mức mong muốn trong khi vạch màu tím là mức mô phỏng

Lưu dữ liệu: Sau mỗi lần chạy mô phỏng, mỗi phạm vi sẽ tự động lưu phản hồi của chúng vào một biến trong không gian làm việc Matlab Phạm vi Vp (V) lưu phản hồi của nó vào biến có tên data_Vp và phạm vi Tank 1 (cm) lưu dữ liệu của nó vào biến data_L1

Gợi ý: Sử dụng các con trỏ biểu đồ trong tab Đo để thực hiện các phép đo

Tiếng ồn đo lường như vậy chủ yếu được tạo ra bởi môi trường của cảm biến bao gồm dòng chảy rối và bọt khí lưu thông Mặc dù tạo ra độ trễ ngắn trong tín hiệu, nhưng bộ lọc thông thấp cho phép bộ điều khiển đạt được mức tăng cao hơn trong hệ thống vòng kín và do đó mang lại hiệu suất cao hơn Ngoài ra, với vai trò giám sát an toàn, bộ điều khiển sẽ dừng nếu mực nước trong

bể 1 hoặc bể 2 vượt quá 27 cm

• Biến data_L1 có cấu trúc như sau: data_L1(:,1) là vector thời gian, data_L1(:,2) là tập hợp

Thiết lập thử nghiệm

Sơ đồ q_tanks_1 Simulink trong Hình 3.6 được sử dụng để thực hiện các bài tập điều khiển mức bể 1 trong phòng thí nghiệm này

Hệ thống con Bình chứa được ghép nối chứa các khối QUARC giao tiếp với máy bơm và cảm biến áp suất của hệ thống Bình chứa được ghép nối

4 Mở điện áp máy bơm Vp(V) và mức phản ứng của bình 1 trong phạm vi bình 1(cm)

điểm và data_L1(:,3) là mức mô phỏng • Đối với biến data_Vp , data_Vp(:,1) là thời gian và data_Vp(:,2) là điện áp bơm mô phỏng

Hình 3.5: Phản hồi điều khiển #1 cấu hình vòng kín được mô phỏng

5 Theo mặc định, nên có anti-windup trên khối Tích hợp (nghĩa là chỉ sử dụng khối Tích hợp mặc định)

8 Đánh giá hiệu quả thực tế của mức đáp ứng và so sánh với yêu cầu thiết kế Đo lường phần trăm vượt quá thực tế của phản hồi và thời gian giải quyết Các thông số kỹ thuật thiết kế có thỏa mãn không? Giải thích Nếu đáp ứng mức của bạn không đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế mong muốn, hãy xem lại các phép tính độ lợi PI-plus-Feedforward của bạn và/hoặc thay đổi các vị trí cực của vòng kín cho đến khi chúng đáp ứng được Phản hồi có đáp ứng các thông số kỹ thuật được đưa

ra trong Phần 3.1.1 không?

7 Tạo một hình Matlab hiển thị phản ứng của Bể mô phỏng 1 và điện áp của máy bơm

Lưu ý rằng bộ lọc thông thấp bậc một với tần số cắt 2,5 Hz được thêm vào tín hiệu đầu ra của cảm biến áp suất cấp 1 của bể Bộ lọc này là cần thiết để làm giảm hàm lượng tiếng ồn tần số cao của phép đo mức

(b) Điện áp máy bơm(a) Bể 1 Cấp

Thực hiện theo quy trình này:

5 Theo mặc định, nên có anti-windup trên khối Tích hợp (nghĩa là chỉ sử dụng khối Tích hợp mặc định)

QUAN TRỌNG: Trước khi bạn có thể tiến hành các thử nghiệm này, bạn cần đảm bảo rằng các tệp phòng thí nghiệm được định cấu hình theo thiết lập của bạn Nếu chúng chưa được cấu hình, thì bạn cần chuyển sang Phần 5 để cấu hình các tệp lab trước

6 Trong sơ đồ Simulink, vào QUARC | Xây dựng

4 Mở điện áp máy bơm Vp(V) và mức phản ứng của bình 1 trong phạm vi bình 1(cm)

Hình 3.6: Mô hình Simulink dùng để chạy điều khiển mức tank 1 trên hệ thống Coupled Tanks

Điền vào Bảng 3.1 các câu trả lời của bạn từ các kết quả trong phòng thí nghiệm kiểm soát của bạn - cả mô phỏng và triển khai

3 Đặt khối khuếch đại Biên độ (cm) thành 1 để tạo sóng vuông đi trong khoảng ±1 cm

Sơ đồ q_tanks_1 Simulink được hiển thị trong Hình 3.6 sẽ được sử dụng để chạy điều khiển mức PI+FF trên hệ thống Xe tăng ghép nối thực tế

• Loại tín hiệu = hình vuông

• Biên độ = 1 • Tần số = 0,06 Hz

2 Để tạo tham chiếu bước, hãy chuyển đến khối Trình tạo tín hiệu và đặt nó thành như sau:

9 Đo lỗi trạng thái ổn định, phần trăm vượt quá và thời gian cao nhất của phản hồi Phản hồi có đáp ứng các thông số kỹ thuật được đưa

ra trong Phần 3.1.1 không? Gợi ý: Sử dụng lệnh Matlabginput để lấy số đo ra khỏi hình

và Kff_1

Lưu dữ liệu: Như trong s_tanks_1.mdl, sau mỗi lần chạy, mỗi phạm vi sẽ tự động lưu phản hồi của chúng vào một biến trong không gian làm việc Matlab

1 Nhập mức tăng điều khiển tỷ lệ, tích phân và chuyển tiếp được tìm thấy trong Phần 3.2 trong Matlabas Kp_1, Ki_1,

8 Tạo một Matlabfigure hiển thị phản ứng Điều khiển Xe tăng 1 đã Triển khai và điện áp bơm đầu vào

7 Nhấp vào QUARC | Bắt đầu chạy bộ điều khiển Máy bơm sẽ bắt đầu chạy và làm đầy bình chứa 1 đến mức vận hành, L10 Sau một thời gian lắng đọng, mực nước trong bể 1 sẽ bắt đầu theo dõi điểm đặt sóng vuông ±1 cm (khoảng mức vận hành L10)

3.4 Kết quả