Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
giá trị độ ẩm được adruino đọc và truyền về máy tính xử lý
Typology: Lab Reports
1 / 43
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Giảng viên hướng dẫn: TH.S Nguyễn Thị Chính Sinh viên thực hiện: Tô Thành Long Bạch Nguyễn Hoàng Minh Đỗ Trần Gia Nam Lê Nhựt Tâm Thành phố Hồ Chí Minh, 4/ 2023
Trong đó: L 1 là độ tự cảm của cuộn dây khi không có vật thể bay lên L 0 là đọ tự cảm bổ sung do sự có mặt của nó đóng góp X 0 là khe hở không khí khi vật thể bay lên ở trạng thái cân bằng Điện cảm được đặc trưng bởi hình thức và cấu trúc của nam châm điện, và có thể được xác định bằng thực nghiệm như trong hình dưới đây và đạo hàm của độ tự cảm đối với vị trí được cho bởi hệ thức sau: Mối quan hệ giữa độ tự cảm và khoảng cách Kết hợp với (2) ta được: (5) Trong đó:
C là hằng số có thể xác định bằng thực nghiệm. Áp dụng định luật II Newton của chuyển động bỏ qua tác dụng của bất kì lực cản nào, phương trình chính của hệ thống có thu được như sau: (7) Thế (5) vào (7) ta được: (8) Trong đó g là gia tốc trọng trường. Để thiết kế bộ điều khiển tuyến tính, lực điện từ phi tuyến tính trong phương trình (5) được tuyến tính hóa quanh điểm cân bằng x 0 (9) Hay (10) Trong đó: (11), (12) Trong đó: i 0 và x 0 là các giá trị cân bằng δi và δx là các giá trị gia tăng giá trị của các biến hiện tại và vị trí tương ứng. Trong phần tích phân sau đây, i và x chỉ đại diện cho giá trị thay đổi ( δi và δx ) từ các giá trị cân bằng của dòng điện và vị trí tương ứng chứ không phải giá trị tuyệt đối của chúng. Từ hình 1, ở trạng thái cân bằng, lực từ tác dụng lên vât thể bay lên bằng lực hấp dẫn. Bằng cách xác định f^ 0 là lực để cân bằng trọng lượng của vật tại trạng thái cân bằng. (13) Bỏ qua các số hạng bậc cao hơn trong Phương trình (9) và Phương trình (10), lực gia tăng (kiểm soát) cần thiết để duy trì trạng thái cân bằng f (x, i, t) là: (14)
Kết hợp các phép biến đổi Laplace của các phương trình trên, hàm truyền tổng thể giữa điện áp của nam châm điện là đầu vào và điện áp cảm biến là đầu ra được xác định là: (21) Thông số vật lí của hệ thống Kí hiệu Giá trị Yo 0. m 0. C 0. R 56 L 0. I 0 0, Thay giá trị từ bảng trên ta có hàm truyền là: 1.2. Từ hàm truyền được xác định dùng Matlap vẽ QĐNS của hệ kín có phản hồi đơn vị. Dựa vào QĐNS, tìm K để hệ thống ổn định, chỉ rỏ giá trị này trên QĐNS Tính toán và vẽ quỹ đạo nghiệm số Hàm truyền kín của hệ thống:
Với ta có PTĐT là: Biểu diễn trên Matlab: Biểu diễn trên Matlab: Nhận xét: Theo quỹ đạo nghiệm số ta thấy có nghiệm P=0 tiến tới phần dương của trục hoành nên hệ thống đang không ổn định Tìm k để hệ thống ổn định Phương trình đặc trưng của hệ thống: Bảng Routh 1 -343. 1400 0
Xét tiêu chuẩn Bode của hệ thống trên Matlab Ta nhập hàm magrin để tìm độ dự trữ biên và độ dự trữ pha trên Matlab Ta thấy: Hệ thống không ổn định Xét tính độ ổn định của hàm truyền bằng Matlab Xét ngõ ra hàm truyền hở của hệ thống Hàm truyền hệ thống Xét ngõ ra của hàm truyền hở bằng Simulink
1.4. Thiết kế BĐK mờ, PID cho biết kết quả trước khi thiết kế, sau khi thiết kế và kết quả đạt được tốt nhất sau khi hiệu chỉnh. 1.4.1. Bộ điều khiển PID Giải thuật tính toán PID hay còn gọi là bộ điều khiển ba khâu, bao gồm: Proportional (tỉ lệ), Integral (tích phân) và Derivative (đạo hàm). Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của ba tác độn này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển. Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại. Cấu trúc của bộ điều khiển PID Hình 4. 1. Sơ đồ khối của hệ kín có bộ điều khiển PID Biểu thức giải thuật PID là: Phương pháp điều chỉnh Ziegler - Nichols: Trong phương pháp này, đầu tiên Ki và Kd được đặt bằng 0. Kp sẽ được tăng đến một giá trị tới hạn Kc, ở đó đầu ra của hệ thống bắt đầu dao động. Kc và chu kỳ dao động Tgh sẽ được sử dụng để đặt các tham số còn lại như sau: Phương pháp Ziegler - Nichols Phương pháp Ziegler-Nichols là phương pháp thực nghiệm để xác định tham số của bộ điều khiển, bằng cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển. Tùy
theo đặc điểm của đối tượng điều khiển mà Ziegler-Nichols đã đưa ra hai phương pháp. Phương pháp Ziegler-Nichols 1 Xác định thông số bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng nấc của hệ hở. phương pháp này áp dụng cho các đối tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S như điều khiển nhiệt độ, … Sau đó dựa vào đáp ứng ngõ ra xác định các thông số T1, T2, K. Từ các thông số vừa tìm được ta thay vào bảng sau để suy ra các hệ số của bộ điều khiển PID tương ứng Bảng 1. thông số PID theo phương pháp Ziegler-Nichols 1. Phương pháp Ziegler-Nichols 2 Hình 4. 2. S ơ đ ồ kh ối h ệ hở Hình 4. 3. Đáp ứng c ủa h ệ hở
Hình 4. 7. Sơ đồ khối vòng kín của hệ bóng thanh trục giữa Hình 4. 8. Đáp ứng vòng kín khi có Kgh=- Nhận xét: Hệ thống không đáp ứng được độ ổn định khi Kgh=-17500 hệ thống không được ổn định, viên bi khi đặt vào hệ thống sẽ bị rớt khỏi lực từ, bởi lực hấp dẫn ở đây lớn hơn lực từ. Nên theo phương pháp Ziegler Nichols 2 ta có công thức như sau: Xét thấy QĐNS đã ổn định khi K < -17500 nên ta sẽ chọn Kgh và Tgh để tìm bộ điều khiển PD, PI, PID.
Ta chọn thông số Kgh= -36000 và Tgh=2s 1.4.2. Thiết kế bộ điều khiển P Thiết kế bộ điều khiển P trên Simulink khi ta chọn được Kgh= - Hình 4. 9 Sơ đồ mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển P Sau khi có Kgh và Tgh ta tính toán thông số cho bộ điều khiển P như sau: Thay các thông số tìm được vào bộ điều khiển P và tiến hành mô phỏng Kết quả mô phỏng: Hình 4. 10. Mô phỏng hệ thống khi có bộ điều khiển P
Khi ta tăng hệ số Kp lên thì hệ thống sẽ dao dộng nhiều quanh vị trí đặt l. Khi ta giảm hệ số Kp xuống dưới 1 thì hệ thống sẽ dao động chậm hơn nhưng vẫn ổn định quanh vị trí đặt. Vì vậy chúng ta không thể chỉ thiết kế bộ điều khiển P để hệ thống ổn định giảm được thời gian xác lập mà chỉ làm cho hệ thống dao động nhiều hơn. 1.4.3. Thiết kế bộ điều khiển PI Thiết kế bộ điều khiển tích phân tỉ lệ PI trên Simulink và đặt các thông số KD= Tính toán thông số cho bộ điều khiển PI: Sơ đồ khối mô phỏng: Với Kp = -17100, Ki = -10301.2048 , Kd = 0. Hình 4. 13. Sơ đồ mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển PI Kết quả mô phỏng:
Hình 4. 14. Hệ thống sau khi hiệu chỉnh PI Đánh giá: Ta nhận thấy với bộ điều khiển PI làm hệ thống luôn dao động vị trí đặt và với độ vọt lố ngày càng cao. Đáp ứng của hệ thống dao động, độ vọt lố cao có nghĩa là quả bóng luôn lăn qua lại vị trí cân bằng và không thể đứng yên tại vị trí cân bằng. Khi ta tăng hệ số Ki càng lớn thì hệ thống sẽ dao dộng nhiều và độ vọt lố ngày càng cao Vậy ta không cần phải đi thiết kế bộ điều khiển PI Hệ thống chưa ổn định, do đó ta cần điều chỉnh thêm cho hệ thống ổn định hơn Với khâu P, hệ thống sẽ giảm sai số xác lập và tăng độ vọt lố. Với khâu I, hệ thống sẽ triệt tiêu sai số xác lập, tăng độ vọt lố và tăng thời gian quá độ. 1.4.4. Thiết kế bộ điều khiển PD Theo thiết kế của 2 bộ điều khiển P và PI chưa đáp ứng được yêu cầu. Như vậy cần phải thêm bộ điều khiển vi phân (D) để làm giảm độ vọt lố. Tăng các giá trị Kd sao cho hệ thống không vọt lố và ổn định. Thiết kế bộ điều khiển tích phân tỉ lệ PD trên Simulink và đặt các thông số KD= Tính toán thông số cho bộ điều khiển PD
