bÀi thỰc tẬp chuyÊn ĐỀ sỐ - vnuuet.vnu.edu.vn/~tantd/chuyende/bai9_ pid.doc · web...

67

BÀI 9

§iÒu khiÓn tù ®éng ®éng c¬ DC theo luËt PID

bµi 2§iÒu khiÓn tù ®éng ®éng c¬ DC

theo luËt PID

A. C¬ së lý thuyÕt1. HÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng2. C¸c kh©u ®iÒu khiÓn ®éng häc ®iÓn h×nh3. §iÒu khiÓn PID

B. PhÇn thùc nghiÖm1. Thùc hµnh m« pháng ®iÒu khiÓn m«t¬ DC theo luËt PID2. Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn PID b»ng m¹ch ®iÖn tö3. Ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn PID qua hÖ thèng sè ghÐp nèi m¸y tÝnh

C. Tµi liÖu tham kh¶o

68

Bµi thùc tËp chuyªn ®Ò§iÒu khiÓn tù ®éng ®éng c¬ DC theo luËt PID

1. Môc ®Ých: T×m hiÓu nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tù ®éng theo luËt PID

(tû lÖ, tÝch ph©n, vi ph©n). Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ho¹t ®éng vµ ®o ®¹c c¸c th«ng sè cña 2 hÖ ®iÒu khiÓn m¹ch ®iÖn tö PID vµ hÖ ®iÒu khiÓn tèc ®é m«-t¬ ghÐp nèi m¸y tÝnh. Tõ ®ã rót ra nh÷ng kÕt luËn so s¸nh vµ ®¸nh gi¸.

2. Dông cô thùc nghiÖm:- M«-t¬ 1 chiÒu DC cã cã bé gi¶m tèc (gear), cã g¾n

bé lËp m· quang ph¸t xung tû lÖ víi tèc ®é quay cña trôc m«-t¬.

- B¶ng m¹ch ®iÖn tö thùc nghiÖm ®iÒu khiÓn PID b»ng c¸c bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT)..

- Bé ®Çu cuèi ghÐp nèi m¸y tÝnh dïng vi m¹ch ®Þnh thêi PIT-8254 dïng cho thùc nghiÖm ®iÒu khiÓn tèc ®é m«-t¬ b»ng ch¬ng tr×nh phÇn mÒm.

- 01 m¸y ph¸t xung vu«ng møc l«gic TTL cã thÓ biÕn ®æi ®é réng xung.

- 01 m¸y hiÖn sãng 2 kªnh.- 01 Card vµo/ra sè 8 bit PPI-8255A/ PIT-8254 c¾m vµo

khe c¾m PCI.- M¸y tÝnh víi ch¬ng tr×nh MATLAB, LABVIEW.

A. C¥ Së Lý THUYÕT1. HÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng

HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®îc x©y dùng tõ 3 bé phËn chñ yÕu:

69

- ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn C (controller).- §èi tîng ®iÒu khiÓn O (Object).- ThiÕt bÞ ®o lêng M (Measuring device).§©y lµ mét hÖ thèng cã ph¶n håi (liªn hÖ ngîc) víi s¬ ®å

nh h×nh 1.

H×nh 1. S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù déng

Çc tÝn hiÖu t¸c ®éng trong hÖ thèng gåm: x: tÝn hiÖu vµo (t¹o ®iÓm ®Æt), y: tÝn hiÖu ra, u: tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¸c ®éng lªn ®èi tîng O, z: tÝn hiÖu ph¶n håi , e: ®é lÖch cÇn ®iÒu chØnh.

2. Çc kh©u ®iÒu khiÓn ®éng häc ®iÓn h×nhMét hÖ thèng ®iÒu khiÓn gåm cã çc phÇn tö nèi víi

nhau theo çc ph¬ng thøc chung nh nèi tiÕp, song song vµ kiÓu håi tiÕp. TÝnh chÊt cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é toµn hÖ thèng phô thuéc tÝnh chÊt ®éng häc cña çc phÇn tö hîp thµnh. Trong hÖ thèng, sè lîng çc phÇn tö cã thÓ nhiÒu vµ ®a d¹ng vÒ b¶n chÊt vËt lý, nhng sè lîng çc ph¬ng tr×nh m« t¶ ®éng häc çc kh©u tèi gi¶n lµ cã h¹n. Çc phÇn tö thùc lµm viÖc ë ph¹m vi tÇn sè nhÊt ®Þnh. Cßn viÖc m« t¶ ®éng häc çc kh©u ®iÓn h×nh ®îc thùc hiÖn cho mäi tÇn sè, tõ = 0 ®Õn . Mét kh©u ®iÒu khiÓn cã s¬ ®å tæng qu¸t nh h×nh 2, trong ®ã x(t) lµ lîng vµo, y(t) lµ lîng ra. ¶nh Laplace t¬ng øng lµ X(s) vµ Y(s) víi hµm truyÒn W(s).

H×nh 2. Kh©u ®iÒu khiÓn

2.1. Kh©u khuÕch ®¹i tû lÖ70

C O

M

x e

z

y(t)u

Wx(t) y(t)

X(s) Y(s)

Lµ kh©u mµ ë mçi thêi ®iÓm, lîng ra tû lÖ víi lîng vµo theo ph¬ng tr×nh:

kxy (1)

Hµm truyÒn ®¹t cã d¹ng: kX(s)Y(s)W(s)

(2)§Æc tÝnh biªn pha W(j) = k lµ mét ®iÓm trªn trôc hoµnh

(h×nh 3.a). §Æc tÝnh l«-ga-rit biªn ®é - tÇn sè lµ mét ®êng n»m ngang (h×nh 3.b):

L() = 20 lgA() = 20 lgk §Æc tÝnh l«-ga-rit pha - tÇn sè chÝnh lµ trôc hoµnh:

0)()()(

PQarctg

(a) (b)

H×nh 3. §Æc tÝnh biªn pha (a) vµ ®Æc tÝnh l«-ga-rit cña kh©u tû lÖ

2.2. Kh©u qu¸n tÝnh.Kh©u qu¸n tÝnh ®îc m« t¶ b»ng ph¬ng tr×nh:

kxydtdyT

(3)víi T lµ h»ng sè thêi gian, k lµ hÖ sè khuÕch ®¹i.

Hµm truyÒn ®¹t cã d¹ng: Ts1

k W(s)

(4)

71

L() = 20 lg k

j Q()

kA P()0

L()

() = 0

-()

§Æc tÝnh tÇn sè biªn pha ®îc x¸c ®Þnh nh sau víi s = j:

2222 11111

1

TkTj

Tk

)Tj)(Tj()Tj(k

Tjk)i(W

2222

1

T

k)(Q)(P)(A

)T(arctg)(P)(Qarctg)(

§©y lµ ph¬ng tr×nh ®êng trßn cã b¸n kÝnh k/2 vµ t©m trªn trôc thùc c¸ch gèc to¹ ®é mét lîng k/2 nh h×nh 4.

H×nh 4. §Æc trng biªn pha cña kh©u qu¸n tÝnh

T¹i tÇn sè T/1 th×

kTA22)/1( /4- 1 )/1( arctgT

§Æc tÝnh tÇn sè l«-ga-rit lµ:2

2)(1lg20lg20

)(1lg20)(lg20)( Tk

TkAL

Trong ph¹m vi tÇn sè T/1 hay 122 T ta cã:klg)(L 20

72

jQ()

P()

=1/T

()A

k/2=- =0=

i

Víi T/1 cã: Tlgklg)(L 2020

§©y lµ ph¬ng tr×nh ®êng th¼ng ®i qua 2 ®iÓm sau:

10lg20lg20lg20)10(lg20lg20)1(

TkLTkL

VËy dbLL 20)10()1(

Do vËy, trong ph¹m vi biÕn ®æi tÇn sè 10 lÇn (1 dec), ®Æc tÝnh biªn ®é l«-ga-rit thay ®æi 20 db vµ ®é nghiªng lµ – 20 db/decade.

§Æc tÝnh pha tiÖm cËn víi trôc hoµnh khi 0 vµ víi ®-êng th¼ng 2/ khi . T¹i tÇn sè g·y T/1 , ®Æc tÝnh pha ®i qua ®iÓm 4/ .

§Æc tÝnh biªn ®é vµ pha l«-ga-rit cho trªn h×nh 5.

H×nh 5. §Æc tÝnh biªn ®é vµ pha thang l«-ga-rit cña kh©u qu¸n tÝnh

2.3. Kh©u tÝch ph©nKh©u tÝch ph©n cã mèi quan hÖ gi÷a lîng ra vµ lîng vµo

nh sau:

73

()

L()

3 db-20db/dec

20 lgk

-/4

-/2

1/T

1/T

t

ydt)t(xky0

0

(5)víi k lµ hÖ sè tû lÖ vµ y0 lµ ®iÒu kiÖn ®Çu. Do vËy hµm truyÒn ®¹t cña kh©u tÝch ph©n lý tëng cã d¹ng:

skW(s) (6)

Vµ ®Æc tÝnh biªn-pha lµ: 2

ekk-j)W(j

§Æc tÝnh nµy cã d¹ng nh h×nh 6, trong ®ã biªn ®é L() = 20 lgk ë tÇn sè = 1, hay khi = k th× L() = 0.

H×nh 6. §Æc tÝnh biªn pha - tÇn sè cña kh©u tÝch ph©n

2.4. Kh©u vi ph©nKh©u vi ph©n lý tëng ®îc m« t¶ bëi ph¬ng tr×nh:

dtdxky

(7)Hµm truyÒn cã d¹ng: ksW(s)

(8)§Æc tÝnh biªn pha ®îc cho trªn h×nh 7.: jk)W(j

74

()

L()

-20db/dec

20 lgk

-/2

1

()

L()

+ 20db/dec

20 lgk

+/2

1

H×nh 7. §Æc tÝnh biªn pha - tÇn sè cña kh©u vi ph©n

3. §iÒu khiÓn PID §iÒu khiÓn tû lÖ-tÝch ph©n-vi ph©n PID (Propotional-

Integral-Derivative) ®îc sö dông rÊt réng r·i trong thùc tÕ nh trong ®iÒu khiÓn robot, tay m¸y, ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, tèc ®é ®éng c¬, ¸p suÊt, v.v... Ph¬ng tr×nh m« t¶ bé ®iÒu khiÓn PID víi lîng vµo e(t) vµ lîng ra u(t) nh sau:

dt

)t(deKdt)t(eK)t(eK)t(u DIP (9)

Víi KP, KI, KD t¬ng øng lµ c¸c hÖ sè tû lÖ, hÖ sè tÝch ph©n, hÖ sè vi ph©n.

¶nh Laplace cña nã lµ:

sKs

KK)s(W D

IPPID

(10)§iÒu khiÓn tû lÖ P víi hÖ sè KP cã t¸c dông lµm gi¶m thêi

gian ®¸p øng qu¸ ®é cña hÖ thèng vµ gi¶m ®é lÖch tÜnh (so víi ®iÓm ®Æt) nhng kh«ng thÓ lo¹i trõ.

§iÒu khiÓn tÝch ph©n I víi hÖ sè KI cho phÐp lo¹i trõ ®é lÖch tÜnh, nhng l¹i lµm cho ®¸p øng qu¸ ®é xÊu ®i khi t¨ng qu¸ KI.

75

§iÒu khiÓn vi ph©n D víi hÖ sè KD lµm t¨ng tÝnh æn ®Þnh cña hÖ thèng, gi¶m hiÖu øng qu¸ ®iÒu chØnh (overshoot) vµ c¶i thiÖn ®¸p øng qu¸ ®é.

ë ®©y ta xÐt lo¹i ®iÒu khiÓn PID theo cÊu h×nh ®¬n gi¶n vµ còng lµ phæ biÕn nhÊt lµ ®iÒu khiÓn bï trõ nèi tiÕp ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 8, trong ®ã bé ®iÒu khiÓn PID (c¬ cÊu trong h×nh chÊm chÊm) ®îc ®Æt nèi tiÕp víi ®èi tîng cÇn ®iÒu khiÓn O.

H×nh 8. S¬ ®å bé ®iÒu khiÓn PID

Tuú thuéc vµo hµm truyÒn ®¹t cña ®èi tîng cÇn ®iÒu khiÓn WO mµ ta cã çc hµm truyÒn ®¹t cña toµn bé hÖ kÝn kh¸c nhau. ThÝ dô, nÕu hÖ chØ dïng ®iÒu khiÓn PI vµ hµm truyÒn ®¹t ®èi tîng lµ WO = 1/(s+1), sÏ tÝnh ®îc hµm truyÒn ®¹t cña hÖ kÝn nµy nh sau:

1PP2

1P

TKs)K1(s)Ts(K

R(s)Y(s)W(s)

víi P

I

KK

T 1

Tuú thuéc vµo çch chän çc hÖ sè KP, KI vµ KD mµ ta sÏ nhËn ®îc çc qu¸ tr×nh kh¸c nhau (cã dao ®éng, kh«ng dao ®éng, qu¸ ®iÒu chØnh, thêi gian qu¸ ®é dµi, ng¾n, v.v...).

B. PHÇN THùC NGHIÖM76

KP

WOR(s)

+KI/s

KDs

-

++

+

E(s) U(s) Y(s)

WPID

Yªu cÇu:Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é vµ ®iÒu khiÓn

vÞ trÝ quay cña m«-t¬ mét chiÒu DC b»ng luËt PID. 3 thùc nghiÖm sau cÇn ®îc thùc hiÖn:

- Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh m« pháng ®iÒu khiÓn PID b»ng thùc nghiÖm ¶o Simlab ®îc cµi ®Æt s½n trong phÇn mÒm MATLAB.

- Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn PID qua m¹ch ®iÖn tö t¬ng tù ®îc l¾p trªn c¸c bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n.

- Kh¶o s¸t ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn DC theo luËt PID qua hÖ thèng sè ghÐp nèi m¸y tÝnh b»ng phÇn mÒm LABVIEW.

1. Thùc hµnh m« pháng viÖc ®iÒu khiÓn m«-t¬ DC theo luËt PID

1.1. §¸p øng cña m«-t¬ mét chiÒuC¸c th«ng sè cña mét m«-t¬ mét chiÒu DC c¶m øng gåm:- Ra = §iÖn trë cuén d©y c¶m øng [ohm]- La = §iÖn c¶m cuén d©y [Henrry]- va = ThÕ ®Æt trªn cuén d©y [V]- vb = Søc ®iÖn ®éng tù c¶m ph¶n håi ngîc [V]- = Gãc quay trôc m«-t¬ [radian]- T = Lùc xo¾n [N.m]- JL = M«men qu¸n tÝnh cña t¶i [kg. m2]- TL = NhiÔu do lùc xo¾n t¸c dông lªn t¶i [N.m]- Jm = m«men qu¸n tÝnh cña trôc quay [kg.m2]- J = M«men t¬ng ®¬ng cña qu¸n tÝnh m«-t¬ vµ t¶i t¸c

®éng lªn trôc m«-t¬: J = JL/n2 + Jm. [kg.m2]

- n = Tû sè truyÒn b¸nh r¨ng- B = hÖ sè nhít ma s¸t t¬ng ®¬ng cña m«-t¬ vµ t¶i t¸c

®éng lªn trôc quay [N.m /rad/sec)]

77

- Kb = H»ng sè søc ®iÖn ®éng ph¶n håi ngîc [V/rad/s]- Kt = HÖ sè khuÕch ®¹i cña c¶m biÕn tèc ®é

(tachometer)- Km = H»ng sè m«-t¬ [N.m/A]Nh vËy, m«-t¬ mét chiÒu dïng cuén d©y c¶m øng tù nã

®· lµ mét hÖ ®iÒu khiÓn cã ph¶n håi, trong ®ã søc ®iÖn ®éng ph¶n håi ngîc (back-emf voltage) tû lÖ víi tèc ®é cña m«-t¬. S¬ ®å khèi cña m«-t¬ cã thÓ ®îc tr×nh bµy nh h×nh 9, trong ®ã ®· bao gåm c¶ t¸c dông cña t¶i ngo¹i coi nh lùc xo¾n nhiÔu TL. Va(s) lµ lîng vµo (thÕ ®Æt) vµ (s) lµ lîng ra (tèc ®é trôc quay m«-t¬).

H×nh 9. S¬ ®å mét m«-t¬ DC cã cuén c¶m øng

Tû sè La/Ra ®îc gäi lµ h»ng sè ®iÖn- thêi gian cña m«-t¬ vµ ®îc ký hiÖu lµ e. V× t»ng La rÊt nhá nªn cã thÓ bá qua e. Tõ ®ã cã thÓ tÝnh ®îc tèc ®é cña trôc m«-t¬ nh sau:

)s(T

JRBRKKs

RLBJs

RL

J/RLs1

)s(V

JRBRKKs

RLBJs

RL

JRK

)s(

L

ma

abm

a

am

2

a

a

ma

a

a

ma

abm

a

am

2

a

a

ma

m

78

aa

mRsL

K BJ s

1tK

bK

Va(s)

Vb(s)

+-

E(s)

T(s)

+-

TL(s)(s) Vout(s)

Hay: )s(T1s

J )s(V1sT

K)s( L

m

m

m

am

eff

(11)Víi )KKBR/(KK bmameff lµ h»ng sè khuÕch ®¹i

®iÖn cña m«-t¬

)KKB/(RJR bmamam lµ h»ng sè c¬ cña m«-t¬.

NÕu kÕt hîp qu¸n tÝnh t¶i vµ tû sè b¸nh r¨ng gi¶m tèc th× cã thÓ thay thÕ Jm trong c¸c c«ng thøc b»ng J.

Ta cã thÓ viÕt 0)s(V0)s(T aL

)s()s()s( (12)

§Ó tÝnh ®¸p øng (t), cho TL = 0 (kh«ng cã can nhiÔu vµ B = 0) vµ thÕ Va(t) = A, nh vËy Va(s) = A/s; ta cã:

m/t

be1

KA)t(

(13)Trong trêng hîp nµy lu ý r»ng h»ng sè c¬ m ph¶n ¸nh kh¶

n¨ng cña m«-t¬ khi th¾ng ®é qu¸n tÝnh Jm nhanh bao nhiªu ®Ó ®¹t tíi tr¹ng th¸i x¸c lËp víi tèc ®é kh«ng ®æi ë thÕ Va. Tõ ®¼ng thøc trªn tÝnh ®îc gi¸ trÞ cuèi cïng cña tèc ®é lµ

bK/A)t( . Khi m t¨ng lªn dÉn tíi t¨ng thêi gian ®¹t tíi tr¹ng th¸i x¸c lËp.

NÕu ta t¸c ®éng mét t¶i cã ®é xo¾n kh«ng ®æi D lªn hÖ, thÝ dô TL = D/s, th× ®¼ng thøc trªn sÏ trë thµnh:

m/t

m

a

be1

KDRA

K1)t(

79

§¼ng thøc nµy chøng tá r»ng can nhiÔu TL t¸c ®éng tíi tèc ®é x¸c lËp cña m«-t¬. Tèc ®é cuèi cïng ®ã lµ:

m

a

bfinal K

DRAK1

(14)1.2. §iÒu khiÓn tèc ®é m«-t¬: ®¸p øng vßng kÝn

(close loop)Khi ®Æt t¶i lªn m«-t¬, tèc ®é cña m«-t¬ sÏ phô thuéc

m¹nh vµo gi¸ trÞ lùc xo¾n TL. Do vËy, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn tù ®éng tèc ®é æn ®Þnh cho m«-t¬, cÇn ph¶i sö dông mét bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi nh kiÓu ®iÒu khiÓn tû lÖ tr×nh bµy trªn h×nh 10.

Bé ®iÒu khiÓn bao gåm mét c¶m biÕn tèc ®é m«-t¬, mét bé khuÕch ®¹i víi hÖ sè khuÕch ®¹i K vµ s¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 11.

H×nh 10. §iÒu khiÓn ph¶n håi m«-t¬ mét chiÒu cã m¾c t¶i JL

80

aRsaLmK BsJ

1tK

bK

Va(s)

Vb(s)

+- T(s)

+- TL(s)

(s) Vout(s)K

Vin(s)+

-

tK

E(s)

Hộp bánh răng giảm tốc

JL

Jm

Phản hồi

Cảm biếnTachometer

vin(t) va(t)Bộ

khuếch đạiMô-tơ+

-

H×nh 11. S¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn tèc ®é m«-t¬ mét chiÒu cã m¾c t¶i

Khi coi lîng vµo ®îc biÕn ®æi tõ thÕ Vin ra tèc ®é in; gi¶ sö dïng c¶m biÕn tèc ®é lµ tachometer cã hÖ sè khuÕch ®¹i Kt; gi¶ sö La = 0 vµ cho mét bíc nh¶y lîng vµo in = A/s còng nh gi¸ trÞ lùc xo¾n TL = D/s; ta cã thÓ tÝnh ®îc tèc ®é cuèi cïng cña m«-t¬ lµ:

KKKBRKKRaD

KKKBRKKKAKK

mtabmmtabm

tmfinal

(15)NÕu K th× final A.

1.3. §iÒu khiÓn vÞ trÝ cña trôc quay m«-t¬§¸p øng vÞ trÝ trong trêng hîp ®iÒu khiÓn vßng hë cã thÓ

nhËn ®îc b»ng viÖc tÝch ph©n ®¸p øng tèc ®é. Do vËy, tõ h×nh 9, ta cã (s) = (s)/s. Do vËy hµm truyÒn vßng hë lµ:

)KKBRs)JRBL(sJL(sK

)s(V)s(

bmamaa2

ma

m

a

Víi La nhá ®¸p øng thêi gian trong trêng hîp nµy lµ:

m/t

mb

me1KA)t(

§¼ng thøc nµy chøng tá trôc m«-t¬ sÏ quay víi tèc ®é kh«ng ®æi mµ kh«ng dõng l¹i. §Ó ®iÒu khiÓn trôc m«-t¬ quay ®Õn mét vÞ trÝ nµo ®ã th× dõng, ph¶i dïng mét bé khuÕch ®¹i, thÝ dô bé khuÕch ®¹i tû lÖ K m¾c xen vµo hÖ thèng. S¬ ®å khèi cña hÖ ®iÒu khiÓn cho trªn h×nh 12. HÖ bao gåm mét c¶m biÕn ®o gãc (thÝ dô bé lËp m· quang). §Ó ®¬n gi¶n, thÕ vµo cã thÓ chuyÓn thµnh vÞ trÝ vµo in(s) nh»m cho lîng vµo vµ lîng ra cã cïng ®¬n vÞ.

81

Hinh 12. S¬ ®å khèi cña hÖ ®iÒu khiÓn vÞ trÝ trôc quay m«-t¬

Hµm truyÒn vßng kÝn trong trêng hîp nµy b»ng:

a

sm

a

mb2me

a

sm

in

m

RKKKs

RKKBsJ1s

RKKK

)s()s(

(16)Khi La nhá, ta cã:

ma

sm

ma

bma2

a

sm

in

m

JRKKKs

JRKKBRs

JRKKK

)s()s(

(17)

1.4. Thùc nghiÖm ¶o ®iÒu khiÓn tèc ®é vµ vÞ trÝ trôc quay m«-t¬

1.4.1. Giíi thiÖu ch¬ng tr×nh SIMLab: Ch¬ng tr×nh SIMLab lµ phÇn mÒm m« pháng ®· ®îc cµi

®Æt s½n trong MATLAB, cho phÐp thùc hiÖn c¸c nghiªn cøu vÒ ®iÒu khiÓn m«-t¬ mét chiÒu. H·y thùc hiÖn c¸c bíc sau ®Ó ch¹y ch¬ng tr×nh:

1. Ch¹y ch¬ng tr×nh MATLAB, bÊm ®óp vµo h×nh tîng MATLAB 7.0 trªn desktop cña m¸y tÝnh.

82

aRsaLmK BsJ

1

s1

bK

Va(s)

Vb(s)

+-

T(s) (s)K

Vin(s)

+-

sK

E(s)

2. Trong cöa sæ Command Window, chuyÓn ®Õn th môc Simlab vµ ch¹y phÇn mÒm b»ng çc c©u lÖnh:

cd C:\acsys2002\simlab simlab

3. Giao diÖn SIMLab cho ta çc phÝm nhÊn (button) nh¶y vµo çc ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é (Experiment #1: Speed Control) vµ ®iÒu khiÓn vÞ trÝ trôc quay (Experiment #2: Position Control). NhÊn vµo phÝm t¬ng øng cÇn thiÕt.

Trong trêng hîp ®iÒu khiÓn tèc ®é ta sÏ cã giao diÖn nh sau:

83

NhÊn vµo phÝm Enter Model Parameter cho phÐp nh¶y vµo ch¬ng tr×nh Simulink m« pháng ®iÒu khiÓn tèc ®é m«t¬.

Vµo cöa sæ Simulation, chän Configuration Parameter cho phÐp chän thêi gian thùc nghiÖm (khëi ph¸t START TIME, kÕt thóc STOP TIME, v.v...).

NhÊn ®óp vµo çc h×nh tîng DC Motor (Speed Output) cho phÐp nh¶y vµo b¶ng chän çc th«ng sè cña m«-t¬.

NhÊn ®óp vµo h×nh tîng PID cho phÐp nh¶y vµo b¶ng chän çc hÖ sè tû lÖ Kp, KI vµ KD.

Vµo cöa sæ Simulation, nhÊn START (hay bÊm phÝm bµn phÝm Control - T) cho phÐp khëi ph¸t thùc nghiÖm m« pháng. 84

NhÊn vµo phÝm Plot Speed Response sÏ cho ta ®å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña tèc ®é m«-t¬ theo thêi gian víi c¸c th«ng sè ®îc chän. ThÝ dô h×nh díi ®©y lµ kÕt qu¶ cña

viÖc chän Kp = 1, KI = 125; KD = 0.

Trong trêng hîp ®iÒu khiÓn vÞ trÝ, ta sÏ cã giao diÖn nh sau:

85

Hai chøc n¨ng Enter Model Parameters vµ Plot Position Response gièng nh ®iÒu khiÓn tèc ®é. Cßn nÕu nhÊn phÝm Animate Position Response sÏ cho phÐp hiÖn ¶nh ho¹t h×nh m« pháng chuyÓn ®éng cña cÇn g¾n víi trôc xoay m«-t¬ ®Õn mét gãc x¸c ®Þnh.

1.4.2. Yªu cÇu thùc nghiÖm: - Vµo ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é, ®Æt tèc ®é cÇn

thiÕt, ®Æt thêi gian quan s¸t.- Gi÷ nguyªn çc th«ng sè cña m«-t¬, thay ®æi çc hÖ

sè KP, KI vµ KD. Quan s¸t kÕt qu¶ ®¸p øng qu¸ ®é cña çc tr-êng hîp. VÏ ®å thÞ phô thuéc thêi gian tiÕn ®Õn tr¹ng th¸i x¸c lËp cña tèc ®é vµ ghi nhËn xÐt.

- T×m gi¸ trÞ çc hÖ sè PID sao cho hÖ tiÕn tíi tr¹ng th¸i x¸c lËp mét çch tèi u (tiÕn tíi tèc ®é x¸c lËp ®ñ nhanh, kh«ng x¶y ra dao ®éng, kh«ng x¶y ra qu¸ ngìng, kh«ng cßn sai lÖch tÜnh). Cho nhËn xÐt.

- Thùc hiÖn çc bíc kÓ trªn cho viÖc ®iÒu khiÓn vÞ trÝ quay trôc víi gãc 160.

2. Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn PID b»ng m¹ch ®iÖn tö

2.1. T×m hiÓu nguyªn t¾c ho¹t ®éng87

CÇn tay m¸y

Trôc m«-t¬

Bé thùc nghiÖm nghiªn cøu luËt ®iÒu khiÓn PID ®îc l¾p s½n trong mét m«-®un thùc nghiÖm “PID-Electronic Circuit Control”. S¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch cho trong h×nh 13. Trong ®ã:

- M¹ch so s¸nh thÕ ®Æt (Vref) víi thÕ ph¶n håi vÒ tõ ®èi tîng Vsens ®îc ®iÒu khiÓn gåm 2 khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) U1A vµ U1B.

- M¹ch PID bao gåm 3 K§TT thùc hiÖn çc chøc n¨ng P, I vµ D lµ U2A, U2B vµ U3A. K§TT U3B cã chøc n¨ng lµ bé tæng.

- 2 K§TT U5A vµ U5B lµ ®èi tîng vËt lý . §Æc tÝnh tÇn sè cña nã t¬ng ®¬ng víi mét bé läc tÇn thÊp bËc 1 hoÆc bËc 2.

- K§TT U4A lµ mét bé ®Öm giao tiÕp m¹ch víi mét c¬ cÊu chÊp hµnh nµo ®ã.

2.2. Thùc nghiÖm: ThiÕt bÞ thùc nghiÖm:

- Bé thùc nghiÖm “PID-Electronic Circuit Control”.- M¸y ph¸t sãng chøc n¨ng FC-36, M¸y hiÖn sãng 2

kªnh. NhiÖm vô: ®o ®Æc kh¶o s¸t çc ®¸p øng tÇn sè

cña çc m¹ch trong bé thùc nghiÖm, tõ ®ã ®iÒu chØnh vµ t×m ra çc hÖ sè ®iÒu khiÓn mong muèn.

2.2.1. Kh¶o s¸t m¹ch hÖ thèng vËt lý:§Æt vÞ trÝ çc c«ng t¾c theo nh b¶ng sau:C«ng t¾c Tr¹ng th¸i C«ng t¾c Tr¹ng th¸i

S1 OFF S5 RS2 OFF S6 L hoÆc RS3 OFF S7 LS4 L S8 R

Dïng tÝn hiÖu h×nh sin víi tÇn sè biÕn ®æi tõ gÇn mét chiÒu DC ®Õn 1 MHz ®Ó ®o ®¸p tuyÕn tÇn sè cña hÖ vËt lý víi mét bé läc (S6 = R) vµ hai bé läc (S6 = L) vµ víi çc h»ng sè thêi gian kh¸c nhau (®iÒu chØnh b»ng çc biÕn trë 88

R18 vµ R20). Lèi ra m¸y ph¸t (OUTPUT/50 ) vµ kªnh 1 m¸y hiÖn sãng nèi víi lèi vµo EXTERNAL, kªnh 2 m¸y hiÖn sãng nèi víi lèi ra Vsens.

89

1 2 3 4

A

B

C

D

4321

D

C

B

A Title

Number RevisionSize

A4

Date: 29-Nov-2002 Sheet of File: C:\Documenti\trinhcd\pids\Pids.Ddb Drawn By:

3

21

84

U01A

TL082

5

67

U01B

TL082

3

21

84

U02A

TL082

5

67

U02B

TL082

3

21

84

U03A

TL082

5

67

U03B

TL082

3

21

84

U04A

TL082

3

21

84

U05A

TL082

5

67

U05B

TL082

R1

10K

R210K

R310K

R4

10K

R6

10K

R8

100K

R12 100K

R9

1K

R11

330

S1

S2

S3

S6

S7

R14

10K

R14

10K

R13

1K

R17

100

Vref

C2

1nF

R15

10K

R16

10K

D

External

S4

S5

R21

1K

R19

1K

R20

100K

R18100K

R7

100K

C1

10nF

R10 1M

C3

10pF

C410nF

C510nF

1M 1M

S8

L R

L

L L

L

R

R

R R

Vsens

PID

Actuator

Physical system

H×nh 13. S¬ ®å m¹ch ®iÖn tö ®iÒu khiÓn PID90

2.2.2. Kh¶o s¸t ®iÒu khiÓn tû lÖ§Æt vÞ trÝ çc c«ng t¾c theo nh b¶ng sau:

C«ng t¾c Tr¹ng th¸i C«ng t¾c Tr¹ng th¸iS1 ON S5 LS2 OFF S6 L hoÆc RS3 OFF S7 RS4 L S8 R

Dïng tÝn hiÖu h×nh vu«ng cã tÇn sè 500 Hz, biªn ®é 100 mV, nèi víi lèi vµo Vref. Dïng kªnh 1 vµ 2 cña m¸y hiÖn sãng ®Ó quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu trªn Vref vµ lèi ra Vsens.

§iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i cña U2A b»ng biÕn trë R7 (KP) cho tíi khi cã ®¸p øng tèt ë lèi ra (quan s¸t sên lªn cña çc xung). Dïng çc gi¸ trÞ linh kiÖn trªn s¬ ®å vµ gi¸ trÞ R7, x¸c ®Þnh gi¸ trÞ KP (chÝnh b»ng hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch K§TT)..

Thay ®æi tÇn sè tÝn hiÖu, gi¶i thÝch ®iÒu quan s¸t ®îc.2.2.3. Kh¶o s¸t ®iÒu khiÓn tÝch ph©n§Æt vÞ trÝ çc c«ng t¾c theo nh b¶ng sau:

C«ng t¾c Tr¹ng th¸i C«ng t¾c Tr¹ng th¸iS1 OFF S5 LS2 ON S6 L hoÆc RS3 OFF S7 RS4 L S8 R

M¾c m¸y ph¸t vµ m¸y hiÖn sãng nh trêng hîp trªn. §iÒu chØnh R8 (quyÕt ®Þnh h»ng sè thêi gian tÝch ph©n) cho tíi khi phï hîp gi÷a Vref vµ Vsens. LÆp l¹i thùc nghiÖm víi çc ®¸p øng tÇn sè hÖ vËt lý kh¸c nhau (h»ng sè thêi gian cña 2 m¹ch läc 1 vµ 2 kh¸c nhau víi çc gi¸ trÞ R18 vµ R20 kh¸c nhau), kh¶o s¸t sù phô thuéc cña I vµo 1 vµ 2.

2.2.4. Kh¶o s¸t ®iÒu khiÓn tû lÖ - tÝch ph©n§Æt vÞ trÝ çc c«ng t¾c theo nh b¶ng sau:

C«ng t¾c Tr¹ng th¸i C«ng t¾c Tr¹ng th¸iS1 ON S5 LS2 ON S6 L hoÆc RS3 OFF S7 RS4 L S8 R

M¾c m¸y ph¸t vµ m¸y hiÖn sãng nh trêng hîp trªn. §iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i (K7) vµ h»ng sè thêi gian I (R8) ®Ó x¸c ®Þnh çc hÖ sè tû lÖ KP vµ KI = 1/I cho trêng hîp tèi u.

Thay ®æi tÇn sè tÝn hiÖu, gi¶i thÝch ®iÒu quan s¸t ®îc.2.2.5. Kh¶o s¸t ®iÒu khiÓn PID§Æt vÞ trÝ çc c«ng t¾c theo nh b¶ng sau:

C«ng t¾c Tr¹ng th¸i C«ng t¾c Tr¹ng th¸iS1 ON S5 L

92

S2 ON S6 L hoÆc RS3 ON S7 RS4 L S8 R

M¾c m¸y ph¸t vµ m¸y hiÖn sãng nh trêng hîp trªn. §iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i (K7) vµ h»ng sè thêi gian I (R8) tèi u nh kÕt qu¶ trªn. §iÒu chØnh h»ng sè thêi gian cña bé khuÕch ®¹i vi ph©n U3A b»ng biÕn trë R12 (KD) ®Ó cã ®¸p øng tèt nhÊt ë lèi ra Vsens. X¸c ®Þnh çc hÖ sè KP, KI vµ KD víi 2 vÞ trÝ kh¸c nhau cña S6.

So s¸nh ®iÒu khiÓn PID vµ PI.

3. §iÒu khiÓn PID tèc ®é cña m«-t¬ mét chiÒu qua ch¬ng tr×nh phÇn mÒm ghÐp nèi m¸y tÝnh

3.1. HÖ thèng ghÐp nèi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn m«-t¬HÖ thèng ®iÒu khiÓn tèc ®é m«-t¬ theo luËt PID cßn cã thÓ ®îc ph¸t

triÓn trªn c¬ së kü thuËt ghÐp nèi m¸y tÝnh víi çc cæng vµo/ra sè vµ çc bé ®Þnh thêi (timer) chÝnh x¸c. S¬ ®å phÇn cøng cña hÖ thèng ®îc chØ ra trªn h×nh 14. M«-®un phÇn mÒm ®iÒu khiÓn dïng bé ®Õm C2 cña chip PIT-8254 ®Ó t¹o ra chuçi xung TTL, cã tÇn sè cì 2,3 kHz ®iÒu chÕ ®é réng xung WPM (Width Pulse Modulation) ®a tíi lèi vµo m¹ch cÇu H cÊp ®iÖn quay m«-t¬. Tèc ®é m«-t¬ thay ®æi do ®é réng xung biÕn ®æi. Bé lËp m· quang (Encoder) g¾n víi trôc quay m«-t¬ xuÊt ra 500 xung / 1 vßng quay. TÝn hiÖu nµy ®îc cÊp tíi lèi vµo CLK1 cña bé ®Õm C1 chip PIT-8254. M«-®un ®o tÇn sè qua bé ®Õm nµy cÊp gi¸ trÞ tèc ®é quay cña m«-t¬ (vßng/ phót - rpm) ®o ®îc tíi m«-®un so s¸nh víi tèc ®é ®Æt. Sai lÖch lèi ra ®îc cÊp tíi m«-®un PID ®Ó ®iÒu khiÓn trë l¹i ®é réng xung WPM.

H×nh 14. S¬ ®å phÇn cøng ghÐp nèi bé ®iÒu khiÓn PID

VÒ phÇn mÒm, trong trêng hîp nµy m¸y vi tÝnh cïng b¶n m¹ch ghÐp nèi PIT-8254 ®ãng vai trß mét thiÕt bÞ ¶o (virtual instruments) víi çc m«-®un ®îc ph¸t triÓn nh tr×nh bµy trªn h×nh 15.

93

M¹ch cÇu H M«-t¬

C¶m biÕn tèc ®é

(bé lËp m· quang)

PC

Timer8254(C2)

CLK1

OUT0

T¶i

Timer8254(C1)

sãng WPM

chuçi xung tû lÖ víi tèc ®é

§iÒu khiÓn PID

§iÒu chÕ ®é réng xung

M¹ch cÇu H

§o tèc ®é

HiÓn thÞ tèc ®é

Tèc ®é ®Æt

KP KI KD

M«-t¬

C¶m biÕn t¹o xung

(Encoder)

+

-

E

z

x

IN Timer

OUT TimerSo s¸nh

H×nh 15. S¬ ®å çc m«-®un phÇn mÒm ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn PID

§Ó thùc hiÖn s¬ ®å nµy, çc m«-®un phÇn mÒm sau ®· ®îc ph¸t triÓn trªn ng«n ng÷ h×nh tîng LABVIEW ch¹y trong Windows:

1. M«-®un ph¸t vµ biÕn ®æi ®é réng xung: ph¸t ra tõ OUT2 cña bé ®Õm C2 chip PIT-8254 chuçi xung cã biªn ®é kh«ng ®æi (møc logic TTL 0-5 V) nhng cã ®é réng xung biÕn ®æi ®îc ®Ó ®iÒu khiÓn khèi ®iÖn tö c«ng suÊt m¹ch cÇu H.

Sãng vu«ng 1 MHz vµ 2,3 KHz ®îc ®a vµo çc lèi vµo t¬ng øng CLK2 vµ GATE2 cña bé ®Õm C2. Khi b¾t ®Çu ®îc chän chÕ ®é ®Õm 1, lèi ra OUT2 ë møc l«gic “1”. Bé ®Õm ®îc ®Õm khi xuÊt hiÖn sên lªn cña xung cöa G2. Khi ®ã lèi ra OUT2 sÏ nh¶y xuèng møc l«gic 0, bé ®Õm sÏ ®Õm lïi tõ sè ®Õm ®îc n¹p (n) tíi 0. KÕt thóc ®Õm, lèi ra OUT2 sÏ l¹i nh¶y lªn møc “1”. Nh vËy thêi gian (t) t¹o ra ®é rçng xung ë lèi ra OUT2 phô thuéc vµo sè ®Õm ®îc n¹p (n) vµ b»ng chu kú xung nhÞp sãng 1MHz nh©n víi n. V× vËy, ®¹i lîng ngîc l¹i, ®é réng xung ®îc tÝnh nh sau:

®é réng xung = (1 – n/T) 100 %.

§o¹n ch¬ng tr×nh sau trong ng«n ng÷ C cho kÕt qu¶ ph¸t sãng WPM víi ®é réng xung phô thuéc sè ®Õm ®îc n¹p (thÝ dô, so_dem = 200) nh sau:

# include <stdio.h># include <dos.h># include “PCI.h” // th viÖn çc file ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ card PIT-8254

// ®Þa chØ c¬ së card lµ B800h // thanh ghi ®iÒu khiÓn: B80B

// C0: B808, C1: B809, C2: B80A void main() {

94

C2CLK21MHz

G22,3 kHz

OUT2

TOUT

2 t

G2

unsigned so_dem;outportb (0xB80B, 0xB2); // 1011 0010 khëi ®éng C1,

mode 1so_dem = 200; // “so_dem” lµ sè ®Õm ban

®Çu outportb (0xB80A, so_dem & 0xFF); // n¹p byte thÊp sè ®Õm

outportb (0xB80A, so_dem >>8); // n¹p byte cao }

2. M«-®un ®o tèc ®é m«-t¬: cã nhiÖm vô ®Õm c¸c xung tõ c¶m biÕn (encoder) ®îc ®a tíi cæng vµo CLK1 cña chip PIT-8254, tÝnh ra gi¸ trÞ tèc ®é tøc thêi cña m«-t¬ ®Ó cÊp tíi m«-®un so s¸nh vµ m«-®un hiÓn thÞ tèc ®é. Sö dông 2 bé ®Õm C0 vµ C1 cïng m¸y ph¸t 1MHz cho bé ®o nµy nh h×nh sau:

T¹o xung cöa cho bé ®Õm C1 lµ sãng 1MHz ®îc chia 50.000 lÇn qua bé ®Õm C0 ®Ó cã c¸c cöa cã ®é dµi 0,025 s. TÇn sè chuçi xung cÇn ®o sÏ b»ng sè xung ®Õm ®îc qua cöa nµy chia cho 0,025. V× mét ®Üa lËp m· (encoder) xuÊt ra 500 xung/1 vßng quay, nªn tèc ®é vßng quay trong mét phót (rpm) b»ng tÇn sè nµy chia cho 500 vµ nh©n víi 60.

§o¹n ch¬ng tr×nh sau t¬ng øng trong ng«n ng÷ C cho ta kÕt qu¶ ®o tÇn sè sãng b»ng 2 bé ®Õm C1 vµ C0 cña chip PIT-8254:

outportb (0xB80B, 0x36); // 0011 0110 khëi ®éng C0, mode 3

outportb (0xB808, 50000 &0xFF); // n¹p byte thÊp sè ®Õm 50.000

outportb (0xB80A, 50000 >>8); // n¹p byte cao

outportb (0xB80B, 0x70); // 0111 0000 khëi ®éng C1, mode 0

do

95

C0CLK01MHz

G0+5V OUT0

C1CLK1Sãng tõ

EncodercÇn ®o tÇn sè G1

{outportb (0xB80B, 0xE2); // 1110 0010 Chèt tr¹ng th¸i C0 } while (inportb (0xB808) >>7 = 0; // ®îi ®Õn khi G1 = OUT0 b»ng 1, cöa

G1 më

do {outportb (0xB80B, 0xE2); // 1110 0010 Chèt tr¹ng th¸i C0 } while (inportb (0xB808) >>7 = 1; // ®îi ®Õn khi G1 = OUT0 b»ng 0, cöa

G1 ®ãng outportb (0xB809, FFFF & 0xFF); // n¹p byte thÊp sè ®Õm 65.535 cho

C1 outportb (0xB809, FFFF >>8); // n¹p byte cao


G1 më


G1 ®ãng

byte_thap = inportb (0xB809); // ®äc byte thÊp sè ®Õm cña C1byte_cao = inportb (0xB809); // ®äc byte cao

Sè_xung = 65535 – (byte_cao * 256 + byte_thap); // sè xung qua C1 Tan_so = So_xung / 0.025; Toc_do_motor = Tan_so x 60 / 500;

3. M«-®un ®å ho¹ hiÓn thÞ tèc ®é: hiÓn thÞ sù phô thuéc thêi gian cña tèc ®é tøc thêi m«-t¬ lªn mµn h×nh thiÕt bÞ ¶o.

4. M«-®un so s¸nh: cã nhiÖm vô nhËp tèc ®é ®Æt vµ so s¸nh víi tèc ®é tøc thêi ®Ó cho ra lîng sai lÖch E cÊp tíi m«-®un PID.

5. M«-®un PID: thùc hiÖn thuËt to¸n ®iÒu khiÓn PID víi 3 hÖ sè KP, KI

vµ KD cã thÓ nhËp vµo tõ c¸c phÝm ®iÒu chØnh ¶o trªn mÆt m¸y ¶o. Gäi: gi¸ trÞ sai lÖch gi¸ trÞ ®Æt – gi¸ trÞ tèc ®é ®o ®îc error_0 gi¸ trÞ sai lÖch t¹i thêi ®iÓm lÊy mÉu sè liÖu lÇn tríc.

96

error_1 gi¸ trÞ sai lÖch t¹i thêi ®iÓm lÊy mÉu sè liÖu hiÖn t¹i. Theo ®Þnh nghÜa 3 lo¹i ®iÒu khiÓn sè, ta cã:

- Víi ®iÒu khiÓn tû lÖ P, lèi ra cña m«-®un b»ng:KP error_1

- Víi ®iÒu khiÓn tÝch ph©n, lèi ra cña m«-®un b»ng:KI (error_1 + tæng çc error tríc ®ã)

- Víi ®iÒu khiÓn vi ph©n, lèi ra cña m«-®un b»ng:KD (error_1 – error_0)

3.2. Thùc nghiÖm3.2.1. M¾c m¹ch hÖ thèng thùc nghiÖm

M¾c m¹ch nh s¬ ®å h×nh 16. Lu ý r»ng 2 lèi ra m¹ch cÇu H tíi m«-t¬ kh«ng ®îc nèi ®Êt. Çc d©y ®Êt cßn l¹i ®îc nèi víi nhau. Nguån nu«i bé lËp m· quang ph¶i ®îc nèi chÝnh x¸c lµ +5V.

H×nh 16. M¾c hÖ thèng thùc nghiÖm ®iÒu khiÓn m«-t¬

3.2.2. Çc bíc thùc nghiÖm1. Ch¹y ch¬ng tr×nh LABIEW. BÊm ®óp vµo h×nh tîng Laview

trªn m¸y tÝnh.

97

I/O TIMER H-BRIDGE

Out

OutIn

In

+5V

MotorEncoder

+5V

t¶i

PC

M¸y hiÖn sãngC1 C2

2. KiÓm tra chøc n¨ng m«-®un ph¸t sãng WPM. Ch¹y ch¬ng tr×nh “Module phat WPM.vi ”:

- Chän chÕ ®é ®Æt ®é réng xung WPM b»ng tay. §Æt çc ®é réng tõ 30% ®Õn trªn 90%. Quan s¸t vµ tÝnh ®é réng xung trªn dao ®éng ký kªnh CH-1. So s¸nh víi kÕt qu¶ ®Æt.

- Chän chÕ ®é ®Æt ®é réng xung tù ®éng. Quan s¸t viÖc quÐt ®é réng xung tõ 0 ®Õn 100% vµ ngîc l¹i. NhËn xÐt.

3. Kh¶o s¸t sù phô thuéc tuyÕn tÝnh cña tèc ®é m«t¬ ®o ®-îc vµo ®é réng xung vµ sù phô thuéc t¶i khi ®iÒu khiÓn trùc tiÕp (®iÒu khiÓn vßng hë). Ch¹y ch¬ng trinh “dieu khien truc tiep toc do. vi ”:

- §Æt çc tèc ®é. - Ghi çc gi¸ trÞ ®é réng xung ph¸t ra tõ 30% ®Õn 95% vµ tèc ®é

®o ®îc. Lu ý, do øng víi mét gi¸ trÞ ®Æt, tèc ®é ®o ®îc dao ®éng trong kho¶ng vµi chuc rpm nªn chän mét gi¸ trÞ trung b×nh. VÏ ®å thÞ sù phô thuéc tèc ®é m«t¬ vµo ®é réng xung, nhËn xÐt vÒ tÝnh tuyÕn tÝnh cña sù phô thuéc nµy.

- NhËn xÐt vÒ tèc ®é ®Æt vµ tèc ®é thùc tÕ ®o ®îc. - §Æt tèc ®é ë 3 gi¸ trÞ: 500 rpm, 1000 rpm vµ 2000 rpm. T¨ng dÇn

çc ®Üa t¶i lªn m«t¬, nhËn xÐt tÝnh æn ®Þnh vÒ tèc ®é m«t¬ theo t¶i trong trêng hîp ®iÒu khiÓn trùc tiÕp nµy.

4. Kh¶o s¸t ®iÒu khiÓn PID. Ch¹y ch¬ng tr×nh “Dieu khien PID. vi ”.

Lu ý: khi ®Æt hÖ sè KP, KI hoÆc KD nµo b»ng 0 tøc lµ kh«ng sö dông lo¹i ®iÒu khiÓn ®ã.

- Chän chÕ ®é ®iÒu khiÓn tû lÖ P, (KP 0, KI = 0, KD = 0), víi trêng hîp kh«ng t¶i. T×m gi¸ trÞ KP tèi u sao cho ®é sai lÖch gi÷a tèc ®é quay m«t¬ vµ tèc ®é ®Æt nhá nhÊt cã thÓ vµ hÖ kh«ng bÞ dao ®éng hoÆc ch¹y ra khái vïng ®iÒu khiÓn, mÊt æn ®Þnh. Víi hÖ sè KP tèi u, b¸o ço sù phô thuéc ®é sai lÖch vµo tèc ®é ®Æt, nhËn xÐt kho¶ng ho¹t ®éng thùc sù vµ kho¶ng lÖch cña hÖ còng nh tÝnh æn ®Þnh.

- Thùc hµnh nh trªn víi t¶i tèi ®a (®Õn 4 ®Üa kim lo¹i ®Æt thªm). - Chän chÕ ®é ®iÒu khiÓn tÝch ph©n I, (KP = 0, KI 0, KD = 0), víi

trêng hîp kh«ng t¶i. T×m gi¸ trÞ KI sao cho ®¸p øng víi thay ®æi tèc ®é ®Æt lµ tèi u nhÊt (thêi gian ®¸p øng ng¾n nhÊt cã thÓ vµ kh«ng dao ®éng). §Ó quan s¸t ®¸p øng tiÕn hµnh nh sau:

+ Chän hÖ sè KI (thÝ dô b»ng 0,1)+ §Æt tèc ®é (thÝ dô 500 rpm)+ Ch¹y ch¬ng tr×nh (start), quan s¸t.+ Kh«ng dïng phÝm bÊm tõ tõ mµ ®Æt con trá chuét vµo biÕn ®iÒu

khiÓn tèc ®é ®Æt, gâ trùc tiÕp mét gi¸ trÞ çch xa 500 (thÝ dô 1.500 rpm). NhÊn phÝm ENTER trªn bµn phÝm. §iÒu nµy g©y nªn mét có nh¶y

98

bËc cña tèc ®é ®Æt tõ 500 rpm lªn 1.500 rpm. Quan s¸t tèc ®é m«t¬ ®o ®îc.

- Chän tiÕp chÕ ®é ®iÒu khiÓn tÝch ph©n I, (KP = 0, KI 0, KD = 0), víi trêng hîp cã t¶i- Víi hÖ sè KI tèi u, n©ng dÇn c¸c ®Üa t¶i, quan s¸t sù thay ®æi tèc ®é Ghi sù thay ®æi tèc ®é trong chÕ ®é ®iÒu khiÓn tÝch ph©n khi ®Æt tõ 1 ®Õn 4 ®Üa t¶i. So s¸nh víi trêng hîp ®iÒu khiÓn vßng hë (®iÒu khiÓn trùc tiÕp).

- Chän chÕ ®é ®iÒu khiÓn tû lÖ - tÝch ph©n PI, (KP 0, KI 0, KD = 0). Tèc ®é ®Æt trung b×nh b»ng 1.000 rpm. T×m c¸c gi¸ trÞ KP vµ KI sao cho ®¸p øng lµ tèi u, nhËn xÐt, so s¸nh víi ®iÒu khiÓn tÝch ph©n thuÇn tóy I. Ghi sù thay ®æi tèc ®é trong chÕ ®é ®iÒu khiÓn PI khi kh«ng t¶i vµ cã t¶i (®Æt tõ 1 ®Õn 4 ®Üa t¶i). So s¸nh víi trêng hîp ®iÒu khiÓn vßng hë (®iÒu khiÓn trùc tiÕp).

- Chän chÕ ®é ®iÒu khiÓn vi ph©n D, (KP = 0, KI = 0, KD 0). Thay ®æi hÖ sè KD cho ®Õn khi hÖ bÞ dao ®éng. NhËn xÐt t¸c dông cña ®iÒu khiÓn vi ph©n víi hÖ m«-t¬ DC.

MÆt m¸y ¶o ®iÒu khiÓn trùc tiÕp

99

§IÒU KHIÓN TRùC TIÕP TèC §é B»NG §ÆT §é RéNG XUNG WPM

Do rong xung

Toc do dat

MÆt m¸y ¶o ®iÒu khiÓn kiÓu PID

100

§IÒU KHIÓN TèC §é M¤T¥ THEO LUËT PID

KD

KI

KP

bÀi thỰc tẬp chuyÊn ĐỀ sỐ - vnuuet.vnu.edu.vn/~tantd/chuyende/bai9_ pid.doc · web...

Documents