Mô hình hệ thống điều khiển tự động và xây dựng bộ điều khiển PIC

Mô hình hệ thống điều khiển tự động và xây dựng bộ điều khiển PIC

TRUONG ĐẠI HOC SU’ PHAM KY THUAT TP-HCM

LỚP CAO b)6 SE LÙD NGNH THIET BJ MẠNG Ở NH MY ĐIỆN

CAD PRONG KY PFOA BIEN

Đ TÀI:

MO FINFPFE FFONG E)JSU ⁄<£lIŠ) |7

DONG VAVAY DUNG 80 DIEU MFIIEN PID

GVrID: TS TRUONG VIET ANE

HYTE HOANG “UAN GIANG

“ TONG QUAN

Bao cao nay chung ta sé tìm hiếu phương pháp

mo hinh hoa mot he thong diéu khien tw dong

bao gom :

" Hàm truyền và phương trình trạng thái của

he thong

" Đáp ứng vòng hở và đáp ứng vòng Kín của

he thong

= Xay dung bo dieu khién PID

* Chinh định thông số của bộ điệu khiến và

Khao Sat dap tng cua he thong

" MO HINA HE THONG ĐIEU KHIEN TIEU

BIEU

Ham truyén, Tín hiệu đặt PT trạng thái Đáp ứng

Bộ

7 Diéu khién -

= HAM TRUYEN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG

THA! CUA HE THONG

Trong điều khiến tự động người ta thường biểu

diễn một hệ thông vật lí băng hàm truyền

(transfer function) hay phwong trinh trang that

(state space equation) ctia no(doi voi hé phi

tuyến, đề đạt điều này, người ta phải dùng

phương pháp tuyến tính hóa từng đoạn)

%* Giả SỬ CÓ HỆ thÓng điều khién toc do motor DC

nữ ñình: sau:

= HAM TIXUYEN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG

THAI CUA HE THONG (tt)

Trong do:

J = 0.01 kgm?/s* la moment quan tinh cua rotor

b =0.1 Nms hé so ma sat

K=K.=K:=0.01 Nm/Amp cac hang s6 stic dién động

R=1ohm điện trở

L=0.5H điện cảm

I: dòng điện chạy trong cuộn dây của motor

V: điện áp trên hai đầu cuộn dây motor - ngõ vào Ô: vị trí trục - ngõ ra

= HAM TI<UYEN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG

THAI CUA HE THONG (tt)

= Phuong trinh vi phan mo ta hệ thông như sau:

= Ham truyen: bien doi Laplace 2 ve ctla phương

thinh tren ta dwovc

s(Js + b)O(s) = KI(s)

(Ls + R)I(s) = V —-KsO(s)

K V_ (Ls+R)(s+b)+K”

=> (Ls +R)(1s+b)+K” ko =KV hay & =

= HAM TRUYEN VA PHUONG TRÌNH TRẠNG THÁI

CUA HE THONG(tt}

= Phuong trinh trạng thái: Dạng tổng quát

X= AX+BU Y=CX+DU

Vo X la vecto’ trang thal, U la vecto tin hieu vao va

Y la vecto’ tin hieu ra

= HAM TRUYEN VA PHU'ONG TRINA TRANG

THA! CUA HE THONG (tt)

Ý Biên trạng thái và phương trình trạng thái: từ

phương trinh vị phân mo ta he thong nêu đất

taco:

b K

X,) =-—X,+—x,+0V

J Jo

E R |

X, =-—X,-—x,+—V

Y= x,+0x2+0V

" BO DIEU KHIEN PID

Dinh nghia:

Bo diéu khién PID (A proportional integral

derivative controller) la bo điều khiến sử dụng

ky thuat dieu khiến theo vịng lặp cĩ hồi tiếp

được sử dụng rộng rãi trong các hệ thong

điều khiến tự động Một bộ điều khién PID co găng hiệu chính sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra

4q đ1gØ và sau đĩ đừa fa mot mot tin hieu

điều khiến đề điều chính quá trình cho phù

J| 949

= BO DIEU KHIEN PID(tt}

"= SO DO KHOI CUA BO DIEU KHIEN PID

I K,| a4:

0

= BO DIEU KHIEN PID(tt}

= Trong do ham truyền của khâu PID là:

+K,s=

E;s+

VỚI:

Kp là độ lợi của khâu tỉ lệ (Proportional gaIn)

Ky la do loi cua khau tich phan (Integral gain)

Kp là độ loi khau vi phan (Derivative gain)

= BO DIEU KHIEN PID(tt}

Việc hiệu chỉnh 3 thong so Ke, Kí Ko sẽ làm tang chất lượng điều khiến Anh hướng của 3

thong so nay lén he thong như sau:

thay 08

" BO DIEU! KHIEN PID(tt)

Step Response

Overshoot

S-S error

015 02 025 03 Time (sec)

= BO DIEU KHIEN PID(ft)

a eloyrel (elu <eyicianith ey a

reference signal

\Kp=1 Ki=1 Kd=1

= BO DIEU KHIEN PID(tt}

=" bo dieu khiến ví tích phân tỉ lệ:

K

(J*LE2+((1*R#(L*b)}e+((b*R}<^2)

DC motor

PID

Step PID Controller

" 6B) ĐIEU KHIEN EIÐ)(I0)

"“ Liễu chỉnh thông số của Bộ điều khiến PID:

Một phương pháp có điền nhưng đơn gián và hiệu quả đề chỉnh dinh 3 thong so Ke, Ki, Ko

ctla bo diéu khién PID la phương pháp Ziegler

Nichols thu tuc chinh định như sau:

J: Chỉ: điều khiến hệ thông bằng bộ điều khiên tí lệ Ke (đặt Ki=Ko -0)

PAK Ine Xela eM TEMA CN eM Tate pat dau bat on (bat dau xuat hien str dao

động - điểm cực của JI>I1))IUWJ20I 511 0=,

tren tr 4Ø j0) XáG định tan SO We cua dao

dong vwa dat

2 16

" BO DIEU! KHIEN PID(tt)

= Hiéu chinh thong so ctia Bộ điều khién PID(tt):

từ 2 Gia tri Ke Va we va dat Cac thong so Ker, Ki,

Kp được xác định như bàng sau:

va

Se tỉ lê) 045Kc_ |0.191Kpm, ——

PID (vi tích phân tỉ lệ) 0.318Kpm, | 0.785Kp/m,

PID với một ít vọt lổ 0.33 Kc 0.318Kpø.‹ | 2.07Kp/ø‹

3 Tinh CHÍNH lại ở thong) so nay dé dat duoc

dap Ung nhl) mong MUON

17

“ KET LUẬN:

= PID là một trong những lí thuyết có điền và cũ nhất dùng cho điều khiên tuy nhiên nó vận

được ng dung rong rai cho đến ngay: nay

= Dong co’ khi quay voi một tốc độ xác định thì

(Oo rang Khi quay no co hién tượng giát PFll9 co

thé lam tot hon viéc do