intTypePromotion=1
ADSENSE

Giải pháp thiết kế hệ thống kéo giãn đốt sống cổ sử dụng luật điều khiển PID

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

32
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày một số kết quả trong việc nghiên cứu thiết kế hệ thống kéo dãn đốt sống cổ, trên cơ sở phân tích nguyên tắc của luật điều khiển PID để xây dựng hệ thống điều khiển động cơ kéo. Giải pháp đã được mô phỏng trên MatLab, thử nghiệm thực tế để lựa chọn các hệ số điều khiển phù hợp với yêu cầu đặt ra, có thể thực hiện trên các hệ vi điều khiển cấu hình và giá thành thấp sẵn có trên thị trường hiện nay. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giải pháp thiết kế hệ thống kéo giãn đốt sống cổ sử dụng luật điều khiển PID

Kỹ thuật điện tử<br /> <br /> GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÉO DÃN<br /> ĐỐT SỐNG CỔ SỬ DỤNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN PID<br /> <br /> Phạm Văn Hòa*, Trần Công Thìn,<br /> Đặng Việt Hùng, Vũ Ngọc Tuấn<br /> <br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày một số kết quả trong việc nghiên cứu thiết kế hệ thống<br /> kéo dãn đốt sống cổ, trên cơ sở phân tích nguyên tắc của luật điều khiển PID để xây<br /> dựng hệ thống điều khiển động cơ kéo. Giải pháp đã được mô phỏng trên MatLab,<br /> thử nghiệm thực tế để lựa chọn các hệ số điều khiển phù hợp với yêu cầu đặt ra, có<br /> thể thực hiện trên các hệ vi điều khiển cấu hình và giá thành thấp sẵn có trên thị<br /> trường hiện nay.<br /> Từ khóa: Kéo dãn, đốt sống cổ, Điều khiển PID.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Gần đây, tỷ lệ người mắc các bệnh lý về đốt sống cổ trên thế giới nói chung và<br /> ở Việt Nam nói riêng ngày càng gia tăng do nhiều nguyên nhân khác nhau, ảnh<br /> hưởng không nhỏ đến chất lượng sống và làm việc của con người. Nhiều nước phát<br /> triển đã nghiên cứu các giải pháp, chế tạo các hệ thống, thiết bị dựa trên các tác<br /> nhân vật lý khác nhau nhằm ngăn chặn và điều trị các bệnh này. Trong đó, yếu tố<br /> cơ bản và đạt hiệu quả điều trị cao nhất là tác nhân kéo cơ học, có thể kết hợp với<br /> các tác nhân hỗ trợ khác. Lực kéo dãn có tác dụng làm dãn cơ, giảm co cứng và cắt<br /> đứt cơn đau. Việc sử dụng lực kéo luôn phải tuân thủ chặt chẽ các phác đồ và quy<br /> định trị liệu như: giữ ổn định lực kéo, không được tăng hay giảm lực kéo quá đột<br /> ngột, luôn duy trì khoảng thời gian nghỉ giữa các bước... [1]. Bài báo sẽ trình bày<br /> một giải pháp thiết kế hệ thống kéo dãn đốt sống cổ, sử dụng luật điều khiển PID<br /> (Propotional Integral Derivative) để xây dựng hệ thống điều khiển động cơ kéo.<br /> 2. LUẬT PID VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC<br /> 2.1. Cấu trúc hệ điều khiển PID<br /> <br /> <br /> K p .e(t )<br /> <br /> <br /> t<br /> r (t ) e(t ) u (t ) y (t )<br /> Ki . e(t ).dt<br /> 0<br /> <br /> <br /> de(t)<br /> Kd .<br /> dt<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều theo luật PID [2,3,5].<br /> <br /> <br /> 96 P.V. Hòa, Tr.C. Thìn, Đ.V. Hùng, V.N. Tuấn, “Giải pháp thiết kế …. điều khiển PID.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng luật PID thể hiện như trên hình 1, gồm ba<br /> thành phần như tên gọi của nó: P (proportional) tạo ra tín hiệu điều khiển tỷ lệ với<br /> sai lệch, I (integral) tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích phân theo thời gian của sai<br /> lệch, D (derivative) tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với vi phân theo thời gian của sai<br /> lệch. Trong đó, r(t) là tín hiệu đầu vào mong muốn, y(t) là đáp ứng đầu ra đạt<br /> được, u(t) là tín hiệu điều khiển và e(t) = r(t) – y(t).<br />  Thành phần tỷ lệ P:<br /> Tín hiệu điều khiển theo luật tỷ lệ được hình thành theo công thức [2,3]:<br /> u(t )  K p .e(t ) (1)<br /> trong đó: Kp là hệ số khuếch đại.<br /> Tín hiệu ra của khâu P luôn luôn trùng pha với tín hiệu vào, do đó ưu điểm là có<br /> tác động nhanh. Tuy nhiên, nhược điểm của khâu tỷ lệ là khi hệ số tỷ lệ Kp càng<br /> lớn thì càng gây ra hiện tượng đầu ra vượt quá mức mong muốn (gây sai lệch tĩnh),<br /> làm cho hệ thống kém ổn định, nhiều trường hợp gây mất ổn định.<br />  Thành phần tích phân I:<br /> Theo luật tích phân, tín hiệu điều khiển được xác định theo biểu thức [2,3]:<br /> t t<br /> 1<br /> u (t )  Ki . e(t ).dt   e(t ).dt (2)<br /> 0<br /> Ti 0<br /> trong đó: Ki là hệ số điều khiển tích phân, Ti=Kp/Ki là hằng số thời gian tích phân.<br /> Giá trị điều khiển u(t) chỉ đạt được giá trị xác lập (quá trình điều khiển đã kết<br /> thúc) khi sai số e(t) = 0, do đó ưu điểm là triệt tiêu được sai lệch tĩnh. Tuy nhiên,<br /> do tín hiệu sau khâu tích phân luôn chậm pha so với tín hiệu vào một góc /2, tức<br /> có tác động chậm. Đây cũng chính là nhược điểm của khâu tích phân.<br />  Thành phần vi phân D:<br /> Thành phần vi phân có tính chất ngược với thành phần tích phân. Tín hiệu điều<br /> khiển đưa ra tỷ lệ với sự thay đổi của sai lệch e theo biểu thức [2,3]:<br /> de(t) de(t)<br /> u (t )  Kd .  K p .Td . (3)<br /> dt dt<br /> trong đó: Kd là hệ số điều khiển vi phân, Td=Kp/Kd là hằng số thời gian vi phân.<br /> Thành phần D chỉ đưa ra tín hiệu điều khiển khi có sự biến thiên của sai lệch<br /> đầu vào e. Khi e là hằng số thì thành phần vi phân không có tác dụng. Thành phần<br /> vi phân đưa ra tín hiệu điều khiển dựa trên sự biến thiên về hướng và tốc độ sai<br /> lệch e(t). Tác động của tín hiệu điều khiển D đáp ứng nhanh với sự thay đổi của sai<br /> lệch, nên cũng khá nhạy cảm với nhiễu. Tín hiệu điều khiển đạt kết quả cao khi dự<br /> đoán tốt sai lệch xảy ra ở giai đoạn sau. Do đó, hằng số thời gian vi phân Td không<br /> được lớn quá so với thời gian những lần thay đổi sai lệch e(t). Do vậy Td phải được<br /> giới hạn bởi thời gian Ti và thỏa mãn yêu cầu Td
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2