zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Tự động hoá

Bộ điều khiển PID thích nghi điều khiển động cơ điện một chiều

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Báo xấu

20
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Bộ điều khiển PID thích nghi điều khiển động cơ điện một chiều đề xuất bộ điều khiển cho hệ truyền động điện để đạt được chất lượng điều chỉnh cao, mức chi phí thấp và hiệu quả đạt được là cao, đáp ứng các yêu cầu tự động hóa truyền động điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bộ điều khiển PID thích nghi điều khiển động cơ điện một chiều

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Bộ điều khiển PID thích nghi điều khiển động cơ điện một chiều Adaptive PID controller to control DC motor Lê Ngọc Hòa1*, Vũ Hồng Phong1, Phạm Văn Tài1, Nguyễn Đình Hùng2 *Email: lengochoadhsd@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ 1 Trường Cao đẳng Cộng đồng Hà Nội 2 Ngày nhận bài: 27/5/2022 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 16/12/2022 Ngày chấp nhận đăng: 03/01/2023 Tóm tắt Động cơ điện một chiều đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp và dân dụng. Để thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác cao trong dây chuyền sản xuất, đòi hỏi bộ điều khiển thích nghi, linh hoạt với đối tượng điều khiển. Đối với các phương pháp điều khiển kinh điển, do cấu trúc đơn giản và bền vững nên các bộ điều khiển PID (tỷ lệ, tích phân, đạo hàm) được dùng phổ biến trong các hệ điều khiển. Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào các tham số KP, KI, KD của bộ điều khiển PID. Nhưng các hệ số của bộ điều khiển PID chỉ được tính toán cho một chế độ làm việc cụ thể của hệ thống, do đó cần nghiên cứu, tìm ra các phương pháp điều khiển cụ thể cho từng đối tượng. Bài báo này đề xuất bộ điều khiển cho hệ truyền động điện để đạt được chất lượng điều chỉnh cao, mức chi phí thấp và hiệu quả đạt được là cao, đáp ứng các yêu cầu tự động hoá truyền động điện. Do đó việc nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều dựa trên các lý thuyết điều khiển hiện đại là cần thiết. Từ khóa: Bộ điều khiển PID thích nghi; điều khiển; MRAS. Abstract DC motors are important in industry and life. To perform tasks with high precision in the production line requires an adaptive controller that is flexible with the control object. For classical control methods, due to the simple and stable structure, PID controllers (Proportional, Integral, Derivative) are commonly used in control systems. The quality of the system depends on the parameters KP, KI, KD of the PID controller. But the coefficients of the PID controller are only calculated for a specific working mode of the system, so it is necessary to research and find out specific control methods for each object. This paper proposed controller for electric powertrains to achieve high tuning quality, low cost and high efficiency, to meet the requirements of electric drive automation. Therefore, it is necessary to study and build speed controllers for DC motors based on modern control theories. Keywords: Adaptive PID controller; control; control theory. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ tốc độ cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta thường sử dụng động cơ điện một chiều. Hiện nay, động cơ điện một chiều vẫn được dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động điện chất Đối với các hệ thống truyền động điện một chiều có lượng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường sử dụng động W đến hàng MW. Đây là loại động cơ đa dạng và linh cơ điện một chiều kích từ độc lập. Trong phạm vi bài hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc và hãm báo này, nghiên cứu khả năng điều chỉnh tốc độ động với tải trọng nặng. Động cơ điện một chiều đáp ứng cơ điện một chiều kích từ độc lập là tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành với các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ mômen điện từ, giá trị của mômen điện từ được tính rộng và đảo chiều nhanh với nhiều đặc tuyến quan hệ như công thức (1). mômen - tốc độ. Trong động cơ điện một chiều, bộ biến đổi điện chính là các mạch chỉnh lưu điều khiển. Chỉnh x2 - x1 a = arctan (1) lưu được dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng y2 - y1 động cơ, ưu điểm cơ bản của động cơ điện một chiều Trong đó: so với các loại động cơ điện khác là khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, các bộ điều chỉnh tốc độ đơn M: Mômen điện từ; giản, dễ chế tạo. Do đó, trong điều kiện bình thường, p’: Số đôi cực của động cơ; đối với các cơ cấu có yêu cầu chất lượng điều chỉnh N: Số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ; a: Số mạch nhánh dây quấn phần ứng; Người phản biện: 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Liễn k = pN/2π.a: Hệ số kết cấu của máy; 2. TS. Phạm Công Tảo Ф: Từ thông. 28 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA 𝐸𝐸 = $%.& . Φ𝜔𝜔 = 𝑘𝑘Φ𝜔𝜔 Sức điện động. Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông không đổi được thể !! .# hiện trên Hình 2. Sơ đồ thu gọn Hình 3. (2) Trong đó: ω: Tốc độ góc của rôto; E: Sức điện động. Mạch kích từ có hai biến dòng điện kích từ ik và từ thông máy Φ là phụ thuộc phi tuyến bởi đường cong Hình 3. Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 𝑈𝑈𝑈𝑈(𝑝𝑝) = 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅(𝑝𝑝) + 𝑁𝑁𝑁𝑁. 𝑃𝑃. Φ(𝑝𝑝) từ hóa của lõi sắt. Ở đặc tính vòng hở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, hệ T-Đ, ta rút ra được kết luận sau: Ưu điểm nổi (3) bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh, không gây ồn và Trong đó: dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc Nk: Số vòng dây cuộn kích từ; thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để Rk: Điện trở cuộn dây kích từ. nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính 𝑀𝑀(𝑝𝑝) − 𝑀𝑀! (𝑝𝑝) = 𝐽𝐽 𝐽𝐽 𝐽𝐽 Phương trình chuyển động của hệ thống. động của hệ thống. (4) 2. CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Trong đó: Bộ điều khiển PID (A Proportional Integral Derivative Controller) có trúc như Hình 4. J: Mômen quán tính. Từ các phương trình trên thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ một chiều (Hình 1). Thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh, trong tính toán ứng dụng thường dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc. Hình 4. Cấu trúc bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID là một giải pháp hiệu quả cho hầu hết nhiều ứng dụng điều khiển công nghiệp và thường là lựa chọn đầu tiên cho việc thiết kế một bộ điều khiển mới. Bộ điều khiển PID kết hợp với mạch vòng phản hồi cơ bản được dùng để thay đổi tín hiệu điều khiển nhằm tác động đến đối tượng. Với những tác động tỷ lệ, tác động tích phân và tác động vi phân nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, bộ điều Hình 1. Sơ đồ cấu trúc của động cơ một chiều khiển này còn tồn tại 2 vấn đề chính sau: Vấn đề thứ 𝐾𝐾[ɸ! + ∆ɸ(𝑝𝑝)]. [𝐼𝐼! + ∆𝐼𝐼(𝑝𝑝)] − [𝑀𝑀" + ∆𝑀𝑀# (𝑝𝑝)] Phương trình chuyển động cơ học: nhất là bộ điều khiển này rất nhạy cảm với nhiễu đo = 𝐽𝐽$ [⍵" + ∆⍵ (𝑝𝑝)] lường. Vấn đề thứ hai là việc thiết lập các hệ số PID cố (5) định chỉ đáp ứng với một hệ thống với tham số ít thay đổi. Vì vậy, với yêu cầu chất lượng đặt ra cao thì bộ Nếu bỏ qua các giá trị vô cùng bé bậc cao ta có thể viết điều khiển này nói chung chưa đáp ứng được. ∆𝑈𝑈! = 𝑅𝑅! ∆𝐼𝐼! (𝑝𝑝). (1 + 𝑝𝑝𝑇𝑇! ) được các phương trình của gia số: 2.1. Phương pháp điều khiển thích nghi 𝐾𝐾. 𝐼𝐼! ∆ɸ(𝑝𝑝) + 𝐾𝐾. ɸ! ∆𝐼𝐼(𝑝𝑝) − ∆" = 𝐽𝐽 𝐽𝐽∆⍵(𝑝𝑝) (6) Điều khiển thích nghi là sự tổng hợp các kỹ thuật nhằm (7) tự động chỉnh định các bộ điều chỉnh trong mạch điều khiển để thực hiện hay duy trì ở một mức độ nhất định Từ Hình 1 trình bày sơ đồ cấu trúc đã được tuyến tính chất lượng của hệ khi thông số của quá trình điều hóa theo các phương trình (6) và (7) của động cơ một khiển không biết trước hoặc thay đổi theo thời gian. chiều kích từ độc lập. Hệ thống điều khiển thích nghi gồm có hai vòng: Vòng hồi tiếp thông thường và vòng hồi tiếp điều khiển thích nghi. Có thể phân loại các hệ thích nghi theo các tiêu chuẩn sau: - Hệ thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS: Model Reference Adaptive System). - Tự chỉnh định (STR: Self Tuning Regulator). 2.2. Hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) Hình 2. Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động cơ điện Mô hình MRAS đầu tiên được đề nghị bởi Whitaker một chiều vào năm 1958 với hai ý tưởng mới được đưa ra: Trước Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 29
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC hết sự thực hiện của hệ thống được xác định bởi một nhân với sai số giữa đáp ứng mong muốn và đáp ứng mô hình, thứ hai sai số của bộ điều khiển được hiệu thực tế. chỉnh bởi sai số của mô hình mẫu và hệ thống. Cấu trúc hệ thống điều khiển Hình 6 gọi là hệ MRAS song song [1]. Mô hình ym Cơ cấu hiệu chỉnh Ʃ Hình 8. Mô hình sai số e r y 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG u Đối tượng Bộ điều khiển 3.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển Từ các kết quả nghiên cứu trên bài báo đã xây dựng Hình 5. Sơ đề khối của hệ thống thích nghi được sơ đồ khối hệ thống điều khiển. theo mô hình mẫu Hệ thống thích nghi mô hình mẫu có thể được phân thành hai loại: Trực tiếp và gián tiếp. Mô hình Ym+ Ʃ r Bộ điều khiển u Đối tượng P(θ *)→P(θc*) y Hình 9. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Ước lượng Từ sơ đồ khối của hệ thống như Hình 9 thì đối tượng θc thông số online của θc* t điều khiển là động cơ DC, từ đó tác giả thiết kế thuật toán điều khiển cho bộ điều điều khiển và mô phỏng. Hình 6. Sơ đồ khối của bộ điều khiển thích nghi 3.2. Thiết kế bộ điều khiển theo mô hình mẫu trực tiếp 3.2.1. Mô hình toán học của động cơ DC Hình 10. Mô hình động học của động DC Như vậy, động cơ DC được xây dựng trên phần mềm Matlab Simulink. Mô hình động cơ DC đã được chuyển Hình 7. Sơ đồ khối của bộ điều khiển thích nghi sang hệ thống 2 đầu vào và 2 đầu ra. Cổng đầu vào là theo mô hình mẫu gián tiếp điện áp phần ứng (Ea) và mô men tải (Mt) và cổng đầu ra là tốc độ (ω) như Hình 10. Từ phương trình toán học Mô hình mẫu tạo ra một đáp ứng mong muốn đối với của động cơ ta có: tín hiệu đặt, ym, mà ngõ ra của hệ thống, y, phải bám theo. Sai lệch bám e là hiệu của ngõ ra và của mô hình mẫu, e = ym - y. Bộ điều khiển có thông số thay đổi dựa vào sai số này. Hệ thống có hai vòng hồi tiếp: Vòng hồi tiếp trong là vòng hồi tiếp thông thường và vòng Hình 11. Sơ đồ khối của động cơ DC hồi tiếp ngoài hiệu chỉnh tham số cho vòng hồi tiếp bên trong. Trong bộ điều khiển loại trực tiếp (DMRAC: 3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng hệ thống Direct Model Adaptive Control), vectơ tham số θ của 3.2.2.1. Thiết kế bộ điều khiển PID bộ điều khiển C(θ) được cập nhật trực tiếp bởi một luật thích nghi, ngược lại, trong bộ điều khiển gián tiếp Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID điều khiển động (IRMAC: Indirect Model Adaptive Control) θ được tính cơ DC. toán tại mỗi thời điểm t bằng cách giải phương trình đại số nào đó có mối quan hệ của tham số θ với sự ước lượng trực tuyến các tham số của hệ thống. Trong điều khiển tốc độ động cơ DC này mô hình mẫu MRAC được sử dụng cho mạch vòng tốc độ vòng ngoài. Hình 12. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID điều khiển Phương pháp độ nhạy được sử dụng để thiết kế luật động cơ DC thích nghi sao cho các tham số ước lượng được điều chỉnh theo hướng tối thiểu hóa một hàm đặc tính nào Trên sơ đồ khối điều khiển động cơ DC motor đã xây đó. Luật thích nghi được cho bởi đạo hàm riêng của dựng 1 mạch vòng điều khiển tốc độ PID_S ổn định tốc hàm đặc tính với các tham số đánh giá tương ứng độ động cơ. Tổng hợp bộ điều khiển như sau: Khi động 30 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA cơ DC tăng hoặc giảm tốc, bộ mã hóa xung sẽ phản đã kết hợp phương pháp Ziegler-Nichols 1 với phương hồi vận tốc và chiều quay thực tế tới bộ điều khiển. pháp tìm các tham số bộ điều khiển PID xung quanh giá Mạch vòng tốc độ sẽ so sánh tốc độ đặt với tốc độ hiện trị tham số bộ điều khiển PID theo phương pháp Ziegler- tại; dựa vào sai số tốc độ và các thông số căn chỉnh Nichols để tổng hợp bộ điều khiển tốc độ PID_S2. của mạch vòng, bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh Từ các thông số của PID_S1 theo phương pháp vận tốc theo thời gian thực để đạt được các yêu cầu Ziegler-Nichols 1. Tiến hành tổng hợp bộ điều khiển của đáp ứng và thu được tín hiệu ra là một hàm nấc PID_S2 bằng phương pháp tìm các tham số bộ điều như Hình 13. khiển PID xung quanh giá trị tham số bộ điều khiển PID_S1 theo phương pháp Ziegler-Nichols 1 như sau: Trên Hình 16 đường đặc tính có dao động và độ quá điều chỉnh lớn. Để giảm độ quá điều chỉnh và triệt tiêu dao động nghiên cứu thay đổi thành phần KD, giữ nguyên KP, KI để điều chỉnh độ quá điều chỉnh nhỏ hơn 25%, tìm được KD=0.5. Giữ nguyên KP=10, KD=0.5 thay đổi KI sao cho tín hiệu ra đáp ứng tín hiệu vào tìm Hình 13. Đường đặc tính tốc độ động cơ DC được KI=10. Nhận xét: Động cơ DC có đường đặc tính là hàm nấc có dạng chữ S nên lựa chọn phương pháp tổng hợp bộ điều khiển tốc độ PID_S theo Ziegler-Nichols 1. Hình 17. Mô phỏng bộ điều khiển tốc độ PID_S2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển tốc độ PID_S2 với KP= 10, KI= 10, KD= 0.5 bằng phương pháp tìm các Hình 14. Sơ đồ khối bộ điều khiển tốc độ PID_S tham số PID xung quanh giá trị tham số bộ điều khiển theo Ziegler-Nichols 1 PID theo phương pháp Ziegler-Nichols 1 như Hình 17. Mô phỏng bộ điều khiển PID_S1 theo các thông số Nhận xét: như sau: K = 10; KI = KP/TI = 10/0.06 = 166; Kết hợp hai phương pháp Ziegler-Nichols 1 và phương KD = KP*TD = 0.015×10 = 0.15. pháp tìm các tham số bộ điều khiển PID xung quanh giá trị tham số bộ điều khiển PID theo phương pháp Ziegler-Nichols cho đường đặc tính mềm hơn, thời gian quá độ ngắn hơn t = 0.35s, độ quá điều chỉnh, sai số xác lập nhỏ như Hình 18. Hình 15. Mô phỏng bộ điều khiển PID_S1 theo Ziegler-Nichols 1 Nhận xét: Với kết quả tổng hợp PID_S1 theo phương pháp Ziegler-Nichols 1 cho đường đặc tính không mềm, độ Hình 18. Sai số xác lập bộ điều khiển tốc độ PID_S2 quá điều chỉnh lớn hơn 25%, thời gian quá độ nhỏ = Kết quả mô phỏng theo phương pháp Ziegler-Nichols 0.6s, sai số xác lập lớn như Hình 16. 1 và phương pháp tìm các tham số bộ điều khiển PID xung quanh giá trị tham số bộ điều khiển PID_S1 theo phương pháp Ziegler-Nichols 1 như Hình 19. Hình 16. Sai số bộ điều khiển tốc độ PID_S1 theo Ziegler-Nichols Để đường đặc tính của động cơ DC mềm, độ quá điều Hình 19. Mô phỏng bộ điều khiển tốc độ PID_S1 chỉnh ít, sai số xác lập nhỏ và thời gian quá độ nhỏ và PID_S2 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 31
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nhận xét: Kết hợp hai phương pháp Ziegler-Nichols 1 và phương pháp tìm các tham số bộ điều khiển PID_S2 xung quanh giá trị tham số bộ điều khiển PID_S1 theo phương pháp Ziegler-Nichols 1 tổng hợp bộ điều khiển tốc độ động cho đường đặc tính mềm hơn, độ quá điều chỉnh bằng không, sai số xác lập nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.35s gọi là bộ điều khiển PID_S2 (PID). Hình 24. Sai lệch tốc độ đặt và ra 3.2.2.2. Mô phỏng ổn định tốc độ động cơ DC sử dụng Nhận xét: bộ điều khiển PID_S2 Với tín hiệu đặt tốc độ SV = 3000v/p kết quả mô phỏng tín hiệu ra đáp ứng tốt, với PV = 3000 khi tải Tc ngẫu nhiên thì độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.4s. * Trường hợp 3: Với đầu vào tốc độ SV=2000 v/p với Tc ngẫu nhiên Kết quả mô phỏng tín hiệu PV như Hình 25, 26. Hình 20. Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động cơ một chiều * Trường hợp 1: Với đầu vào tốc độ SV = 3000 v/p với Tc = 0 Nm Kết quả mô phỏng tín hiệu PV như Hình 21 và Hình 22. Hình 25. Tín hiệu ra PV = 2000 đáp ứng tín hiệu đặt SV Hình 21. Tín hiệu ra PV=3000 đáp ứng tín hiệu đặt SV Hình 26. Sai lệch tốc độ đặt và ra Nhận xét: Với tín hiệu đặt tốc độ SV = 2000v/p kết quả mô phỏng tín hiệu ra đáp ứng tốt tín hiệu đặt PV = 2000 khi tải Tc ngẫu nhiên với độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.31s. Hình 22. Sai lệch tốc độ đặt và ra Kết luận: Nhận xét: Bộ điều khiển PID_S2 điều khiển tốc độ động cơ DC Với tín hiệu đặt SV = 3000v/p kết quả mô phỏng tín cho ra kết quả mô phỏng tốt, tín hiệu đầu ra đáp ứng hiệu ra đáp ứng tốt, tín hiệu đặt PV = 3000 khi tải tín hiệu đầu vào với bất kỳ tải Tc ngẫu nhiên với độ quá Tc = 0 Nm, độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ thời gian quá độ t = 0.3s. nhỏ t = 0.3÷0.4s. * Trường hợp 2: Với đầu vào tốc độ SV = 3000 v/p với Tc ngẫu nhiên 3.2.2.3. Thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi Kết quả mô phỏng tín hiệu PV như Hình 23, 24. Thay bộ điều khiển PID thành bộ điều khiển PID thích nghi như Hình 27 [5], [6]. Hình 23. Tín hiệu ra PV = 3000 đáp ứng tín hiệu đặt SV Hình 27. Sơ đồ điều khiển PID thích nghi 32 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Khi các thông số điều khiển không đáp ứng kịp khi mômen tải thay đổi thì điều khiển thích nghi được sử dụng. Mô hình điều khiển thích nghi được thể hiện trên Hình 28. Cơ chế điều chỉnh ở mô hình này là thay đổi các tham số điều khiển (KI, KP, KD). Thiết kế bộ tính toán KP: Hình 33. Sai lệch tốc độ đặt và ra 1 X ` X 1 1 Kết quả mô phỏng cho ra tín hiệu đầu ra tốc PV như Hình 32 và Hình 33. 2 Nhận xét: 2 Hình 28. Bộ điều khiển thích nghi tính KP Với tín hiệu đặt tốc độ SV = 3000v/p kết quả mô phỏng Thiết kế bộ tính toán KI: tín hiệu ra đáp ứng tốt tín hiệu đặt PV = 3000 khi tải Tc = 0 Nm với độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.15s. 1 X 1 1 X ` Trường hợp 2: Với đầu vào tốc độ SV = 3000 v/p với 2 2 Tc ngẫu nhiên. Kết quả mô phỏng tín hiệu PV như Hình 34, 35. Hình 29. Bộ điều khiển thích nghi tính KI Thiết kế bộ tính toán KD: 1 X 1 1 X ` 2 2 Hình 30. Bộ thích nghi tính KD Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ DC, xây dựng Hình 34. Tín hiệu ra PV = 3000 đáp ứng tín hiệu đặt mô hình toán mở rộng, thiết kế bộ điều khiển kinh điển SV tốc độ PID và bộ điều khiển PID thích nghi. Sơ đồ khối bộ điều khiển PID thích nghi như Hình 31. Hình 35. Sai lệch tốc độ đặt và ra Nhận xét: Với tín hiệu đặt tốc độ SV = 3000v/p kết quả mô phỏng tín hiệu ra đáp ứng tốt tín hiệu đặt PV = 3000 khi tải Tc Hình 31. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển ngẫu nhiên với độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch động cơ DC dùng PID thích nghi nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.2s. 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trường hợp 3: Với đầu vào tốc độ SV = 2000 v/p với Tc ngẫu nhiên Từ sơ đồ Hình 33 ta tiến hành mô phỏng. Kết quả mô phỏng tín hiệu PV như Hình 36, 37. Trường hợp 1: Với đầu vào tốc độ SV = 3000 v/p với Tc = 0 Nm. Hình 32. Tín hiệu ra PV = 3000 đáp ứng tín hiệu đặt SV Hình 36. Tín hiệu ra PV = 2000 đáp ứng tín hiệu đặt SV Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 33
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình 40. Sai lệch tốc độ đặt và ra Hình 37. Sai lệch tốc độ đặt và ra Nhận xét: Nhận xét: Với tín hiệu đặt SV = 3000v/p kết quả mô phỏng tín Với tín hiệu đặt tốc độ SV = 2000v/p kết quả mô phỏng hiệu tốc độ đáp ứng tốt tín hiệu đặt tốc độ đầu vào tín hiệu ra đáp ứng tốt tín hiệu đặt PV = 2000 khi tải Tc PV = 3000v/p khi tải Tc = 0 Nm với độ quá điều ngẫu nhiên với độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ nhỏ nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.18s. t = 0.15s đối với PID thích nghi còn đối với PID thời gian quá độ lớn hơn t = 0.3s. Kết luận: Trường hợp 2: Với đầu vào tốc độ SV = 3000 v/p với Bộ điều khiển PID thích nghi điều khiển tốc độ động Tc ngẫu nhiên. cơ DC cho ra kết quả mô phỏng tương đối tốt, tín hiệu Kết quả mô phỏng cho ra tín hiệu đầu ra tốc độ PV như đầu ra đáp ứng tín hiệu đầu vào với bất kỳ tải Tc ngẫu Hình 41 và Hình 42. nhiên với độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ nhỏ t = 0.18÷0.2s. So sánh bộ điều khiển PID và PID thích nghi: Để đánh giá hiệu quả làm việc của hai bộ điều khiển, tiến hành mô phỏng hai bộ điều khiển như Hình 38. Hình 41. Tín hiệu ra PV = 3000 đáp ứng tín hiệu đặt SV +_ - + + + + Hình 42. Sai lệch tốc độ đặt và ra Nhận xét: Với tín hiệu đặt SV = 3000v/p kết quả mô phỏng tín +_ 3 hiệu tốc độ đáp ứng tốt tín hiệu đặt tốc độ đầu vào PV = 3000v/p khi tải Tc ngẫu nhiên với độ quá điều chỉnh bằng không, sai lệch nhỏ, thời gian quá độ nhỏ Hình 38. Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PID và PID t = 0.2s đối với PID thích nghi còn đối với PID thời gian thích nghi quá độ lớn hơn t = 0.4s. Trường hợp 1: Với đầu vào tốc độ SV = 3000 v/p với Trường hợp 3: Với đầu vào tốc độ SV = 2000 v/p với Tc = 0Nm. Kết quả mô phỏng cho ra tín hiệu đầu ra tốc Tc ngẫu nhiên. độ PV như Hình 39 và Hình 40. Kết quả mô phỏng cho ra tín hiệu đầu ra tốc độ PV như Hình 43 và Hình 44. Hình 39. Tín hiệu ra PV = 3000 đáp ứng tín hiệu đặt SV Hình 43. Tín hiệu ra PV = 2000 đáp ứng tín hiệu đặt SV 34 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Thị Phương Hà (2005), Điều khiển thích nghi, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [2]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị (2008), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB khoa học và Kỹ thuật, Hình 44. Sai lệch tốc độ đặt và ra Hà Nội. Như vậy, so sánh hai bộ điều khiển PID và PID thích [3]. Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển nghi ra thấy thời gian quá độ, độ quá điều chỉnh, sai nâng cao, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. số xác lập của bộ PID thích nghi tốt hơn bộ điều khiển PID kinh điển. [4]. Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 5. KẾT LUẬN [5]. A.Taifour Ali, Eisa Bashier M. Tayeb, Omar Busati Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp điều khiển alzain Mohd3 (2012), Adaptive PID Controller for theo PID thích nghi chất lượng điều khiển tốt hơn Dc Motor Speed Control, International Journal of phương pháp điều khiển PID kinh điển. Mục tiêu của Engineering Inventions ISSN: 2278-7461, www. các hệ thống điều khiển là ngày càng nâng cao chất ijeijournal.com Volume 1, Issue 5 (September lượng các hệ thống điều khiển tự động. Trên thực tế có 2012) PP: 26-30. rất nhiều đối tượng cần điều khiển, các đối tượng này thông thường không có đủ các tham số cần thiết, chính [6]. Dhanoj Mohan, Dr. Rathika Rani, Dr. G.Glan Devadhas, Dr. K.Gopakumar, Sudharsana vì vậy nên việc thiết kế các bộ điều khiển dựa trên lý Vijayan, Shalet K S (2019), Development of an thuyết điều khiển kinh điển gặp rất nhiều khó khăn. Adaptive PID Controller for a Nonlinear Process, Kết quả nghiên cứu của bài báo: Xây dựng được bộ International Journal of Applied Engineering điều khiển PID thích nghi cho động cơ điện một chiều Research ISSN 0973-4562 Volume 14, Number khi momen quán tính thay đổi. Với bộ điều khiển đã 4 (2019) pp. 977-983. xây dựng, các thông số về chất lượng điều chỉnh như sai lệch tĩnh, độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ đều đáp ứng tốt. THÔNG TIN TÁC GIẢ Lê Ngọc Hòa - Năm 2017: Tiến sĩ, Khoa học giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Điều khiển logic và PLC, vi xử lý- vi điều khiển. - Điện thoại: 0989640141 Email: lengochoadhsd@gmail.com. Vũ Hồng Phong - Năm 2009: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện, Trường Đại học Sao Đỏ - Lĩnh vực quan tâm: Điều khiển logic và PLC, Matlab và Simulink - Điện thoại: 0979583485 Email: vuhongphong1802@gmail.com. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022 35
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Phạm Văn Tài - Năm 2015: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Điện tự động hóa. - Điện thoại: 0396338340 Email: taidhsd@gmail.com. Nguyễn Đình Hùng - Năm 2015: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện, Trường Cao đẳng Cộng đồng Hà Nội. - Lĩnh vực quan tâm: Tự động hóa. - Điện thoại: 0926581958 Email: hungnd2006@gmail.com. 36 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, Số 4 (79) 2022

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2412 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.