TRƯƠNG ĐAI HOC SƯ PHAM KY THUÂT TP-HCMTRƯƠNG ĐAI HOC SƯ PHAM KY THUÂT TP-HCMLƠP CAO HOC-2LƠP CAO HOC-2006 006

NGANH THIÊT BI MANG VA NHA MAY ĐIÊN NGANH THIÊT BI MANG VA NHA MAY ĐIÊN

BBÁO CÁO MÔN HỌC :ÁO CÁO MÔN HỌC :

CAD TRONG KỸ THUẬT ĐIỆNCAD TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỀ TÀI:ĐỀ TÀI:

MÔ HIÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ MÔ HIÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PIDĐỘNG VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

GVHD: TS. TRƯƠNG VIỆT ANHGVHD: TS. TRƯƠNG VIỆT ANHHVTH: HOHVTH: HOÀNG XUÂN GIANGÀNG XUÂN GIANG

22 22

TỔNG QUANTỔNG QUANBáo cáo này chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp Báo cáo này chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp

mô hình hoá một hệ thống điều khiển tự động mô hình hoá một hệ thống điều khiển tự động bao gồm :bao gồm :

Hàm truyền và phương trình trạng thái Hàm truyền và phương trình trạng thái của hệ thốngcủa hệ thống

Đáp ứng vòng hở và đáp ứng vòng kín của Đáp ứng vòng hở và đáp ứng vòng kín của hệ thốnghệ thống

Xây dựng bộ điều khiển PIDXây dựng bộ điều khiển PID Chỉnh định thông số của bộ điều khiển và Chỉnh định thông số của bộ điều khiển và

khảo sát đáp ứng của hệ thống khảo sát đáp ứng của hệ thống

MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TIÊU MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TIÊU BIỂUBIỂU

HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNGTHÁI CỦA HỆ THỐNG

Trong điều khiển tự động người ta thường biểu Trong điều khiển tự động người ta thường biểu diễn một hệ thống vật lí bằng hàm truyền diễn một hệ thống vật lí bằng hàm truyền (transfer function) hay phương trình trạng thái (transfer function) hay phương trình trạng thái (state space equation) của nó(đối với hệ phi (state space equation) của nó(đối với hệ phi tuyến, để đạt điều này, người ta phải dùng tuyến, để đạt điều này, người ta phải dùng phương pháp tuyến tính hóa từng đoạn).phương pháp tuyến tính hóa từng đoạn).

Giả sử có hệ thống điều khiển tốc độ motor DC Giả sử có hệ thống điều khiển tốc độ motor DC như hình sau:như hình sau:

HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)

Trong đó: Trong đó:

HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)

Phương trình vi phân mô tả hệ thống như sau:Phương trình vi phân mô tả hệ thống như sau:

Hàm truyềnHàm truyền: biến đổi Laplace 2 vế của phương : biến đổi Laplace 2 vế của phương trình trên ta đượctrình trên ta được

=>=>

HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)CỦA HỆ THỐNG(tt) Phương trình trạng thái: Dạng tổng quátPhương trình trạng thái: Dạng tổng quát

Với X là véctơ trạng thái, U là véctơ tín hiệu vào và Với X là véctơ trạng thái, U là véctơ tín hiệu vào và Y là véctơ tín hiệu raY là véctơ tín hiệu ra

HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)THÁI CỦA HỆ THỐNG(tt)

Biến trạng thái và phương trình trạng thái: từ Biến trạng thái và phương trình trạng thái: từ phương trình vi phân mô tả hệ thống nếu đặt phương trình vi phân mô tả hệ thống nếu đặt

ta có :ta có :

BỘ ĐIỀU KHIỂN PIDBỘ ĐIỀU KHIỂN PIDĐịnh nghĩa:Định nghĩa:

Bộ điều khiển PID (A proportional integral Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) lderivative controller) là bộ điều khiển sử dụng à bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợphợp

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt) SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PIDSƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt) Trong đó hàm truyền của khâu PID là: Trong đó hàm truyền của khâu PID là:

Với: Với:

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)Việc hiệu chỉnh 3 thông số KViệc hiệu chỉnh 3 thông số KPP, K, KI, I, KKD D sẽ làm tăng sẽ làm tăng

chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3 chất lượng điều khiển. Ảnh hưởng của 3 thông số này lên hệ thống như sau:thông số này lên hệ thống như sau:

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt) bộ điều khiển tỉ lệ P:bộ điều khiển tỉ lệ P:

Đáp ứng vòng kín của bộ tỉ lệ như sauĐáp ứng vòng kín của bộ tỉ lệ như sau

22 1515

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt) bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ:bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ:

22 1616

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt) Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID:Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID:

Một phương pháp cổ điển nhưng đơn giản và Một phương pháp cổ điển nhưng đơn giản và hiệu quả để chỉnh định 3 thông số Khiệu quả để chỉnh định 3 thông số KPP, K, KII, K, KD D

của bộ điều khiển PID là phương pháp Ziegler của bộ điều khiển PID là phương pháp Ziegler Nichols thủ tục chỉnh định như sau:Nichols thủ tục chỉnh định như sau:

1. Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều 1. Chỉ điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển tỉ lệ Kkhiển tỉ lệ KP P (đặt K(đặt KII=K=KD =D =0)0)

2. Tăng K2. Tăng KP P đến giá tri Kđến giá tri KC C mà ở đó hệ mà ở đó hệ thống bắt đầu bất ổn (bắt đầu xuất hiện sự thống bắt đầu bất ổn (bắt đầu xuất hiện sự dao động - điểm cực của hàm truyền kín nằm dao động - điểm cực của hàm truyền kín nằm trên trục ảo jtrên trục ảo jωω x xác định tần số ωác định tần số ωc c của dao của dao động vừa đạtđộng vừa đạt

22 1717

BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt)BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(tt) Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID(tt):Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID(tt):

từ 2 giá trịtừ 2 giá trị K KC C vvàà ω ωc c vừa đạt cvừa đạt các thông số Kác thông số KPP, K, KII, ,

KKD D được xác định như bảng sau:được xác định như bảng sau:

3. Tinh chỉnh lại 3 thông số này để đạt được 3. Tinh chỉnh lại 3 thông số này để đạt được đáp ứng như mong muốnđáp ứng như mong muốn

22 1818

KẾT LUẬN:KẾT LUẬN: PID là một trong những lí thuyết cổ điển và cu PID là một trong những lí thuyết cổ điển và cu

nhất dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vân nhất dùng cho điều khiển tuy nhiên nó vân được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay

Động cơ khi quay với một tốc độ xác định thì Động cơ khi quay với một tốc độ xác định thì rõ ràng khi quay nó có hiện tượng giật. PID có rõ ràng khi quay nó có hiện tượng giật. PID có thể làm tốt hơn việc đóthể làm tốt hơn việc đó