Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nhận dạng tham số trong hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hệ thống điều khiển số động cơ một chiều; xây dựng thuật toán nhận dạng cho hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều, thuật toán nhận dạng được phát triển trong đề tài này sẽ được cài đặt trong bộ vi xử lý TMS320F28069; tiến hành mô phỏng để phân tích đánh giá chất lượng thực của hệ thống nhằm tiếp tục phát triển hoàn thiện.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nhận dạng tham số trong hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------o0o----------------- TRẦN MỸ HẠNH NHẬN DẠNG THAM SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 60520216 CB HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG THÁI NGUYÊN- 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------o0o----------------- TRẦN MỸ HẠNH NHẬN DẠNG THAM SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 60520216 KHOA CHUYÊN MÔN CB HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN- 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, các giảng viên đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Thị Mai Hương, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này. Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế. Xin chân thành cảm ơn! NGƯỜI THỰC HIỆN Trần Mỹ Hạnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ii LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Trần Mỹ Hạnh Học viên: Lớp cao học K16 Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Đơn vị công tác: Trường Trung cấp nghề Nam Thái Nguyên Tên đề tài luận văn thạc sỹ: "Nhận dạng tham số trong hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều". Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số học viên: TNU13860520216007 Sau 2 năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường em lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp: "Nhận dạng tham số trong hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều". Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của cô giáo TS Nguyễn Thị Mai Hương và sự nỗ lực của bản thân đề tài đã được hoàn thành. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Nội dung luận văn chỉ tham khảo và trích dẫn các tài liệu đã được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 Học viên Trần Mỹ Hạnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ .............................................................. vi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU ........................................................................................................................3 1.1. Mô hình động cơ một chiều .................................................................................3 1.2 Bộ điều khiển PID kinh điển .................................................................................4 1.2.1 Khái niệm ...........................................................................................................4 1.2.2 Dạng sai phân .....................................................................................................6 1.2.3 Dạng rời rạc ........................................................................................................6 1.3 Hàm nhạy và hàm bù nhạy ....................................................................................7 1.4. Các quy luật điều chỉnh ........................................................................................8 1.4.1. Quy luật điều chỉnh P ........................................................................................9 1.4.2 Quy luật điều chỉnh PI......................................................................................11 1.4.3 Quy luật điều chỉnh PD ....................................................................................12 1.4.4 Quy luật điều chỉnh PID ...................................................................................12 1.5 Quy trình chỉnh định tham số PID ......................................................................13 1.5.1 Chỉnh định tham số PID theo kinh nghiệm ......................................................13 1.5.2 Chỉnh định tham số PID theo phương pháp thực nghiệm ................................14 1.5.2.1 Chỉnh định tham số PID theo Ziegler-Nichols..............................................14 1.6. Sơ đồ khối bộ điều chỉnh PID động cơ một chiều bằng DSP - TMS320F28069...... 15 1.7. Giới thiệu TMS320F28069 ................................................................................16 CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU ................24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
iv 2.1. Những khái niệm cơ bản về nhận dạng ..............................................................24 2.1.1. Tại sao phải nhận dạng ....................................................................................24 2.1.2. Khái niệm nhận dạng trong hệ thống điều khiển. ...........................................26 2.2. Phân loại bài toán nhận dạng .............................................................................26 2.2.1. Phân loại theo tín hiệu vào/ra ..........................................................................26 2.2.2. Phân loại theo điều kiện tiến hành nhận dạng .................................................26 2.2.3. Phân loại theo lớp mô hình thích hợp .............................................................27 2.2.4. Phân loại theo sai số giữa mô hình và mô hình thực ......................................27 2.2.5. Lớp mô hình thích hợp của đối tượng điều khiển ...........................................29 2.3. Các phương pháp nhận dạng ..............................................................................29 2.3.1. Nhận dạng mô hình hệ thống bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm.....29 2.3.1.1. Các khái niệm cơ bản về nhận dạng bằng quy hoạch thực nghiệm .............29 2.3.1.2. Nhận dạng mô hình thống kê bằng phương pháp bình phương cực tiểu. ....31 2.3.1.3 Nhận dạng mô hình thống kê tuyến tính 1 biến số........................................32 2.3.2. Nhận dạng mô hình liên tục, tuyến tính có tham số từ mô hình không tham số ....... 37 2.3.2.1. Những kết luận tổng quát để xác định tham số mô hình từ hàm quá độ h(t).........38 2.3.2.2. Các mô hình đối tượng, hệ thống điều khiển thường gặp. ...........................42 2.3.2.3. Xác định tham số cho mô hình PT1..............................................................43 2.3.2.4. Xác định tham số cho mô hình IT1 và ITn....................................................45 2.3.3. Nhận dạng mô hình tham số mô hình ARMA ................................................46 2.3.3.1. Bài toán nhận dạng mô hình ARMA ...........................................................46 2.3.3.2. Bài toán tương đương mô hình chuẩn ..........................................................47 2.3.3.3. Nhận dạng tham số mô hình AR theo phương pháp Yule –Walker ............48 2.3.3.3. Nhận dạng tham số mô hình MA .................................................................49 2.3.3.4. Nhận dạng tham số mô hình ARMA ...........................................................50 2.4. Điều khiển phản hồi ...........................................................................................53 2.4.1. Mô hình động cơ một chiều có bộ điều khiển hồi tiếp ...................................53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
v 2.4.2. Điều khiển dòng điện ......................................................................................56 2.4.3. Bộ điều khiển tốc độ .......................................................................................58 2.4.3.1. Ước lượng tốc độ .........................................................................................59 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU ......................................................64 3.1. Phương pháp ước lượng tham số DMS-COL ....................................................64 3.1.1Bài toán ước lượng tham số đối với hệ phương trình đại số vi phân ................64 3.1.2 Phương pháp dò đa điểm trực tiếp (Direct Multiple Shooting - DMS) ..........65 3.1.3 Phương pháp xắp đặt các phần tử hữu hạn (Collocation on finite elements- CFE) ..........................................................................................................................67 3.1.4 Kết hợp phương pháp DMS và sắp xếp (DMS-COL) .....................................67 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ .........................................................................................70 4.1. Ước lượng tham số động cơ một chiều bằng phương pháp bình phương tối thiểu 70 4.2 Áp dụng phương pháp DMS-COL trong ước lượng tham số động cơ điện một chiều: .........................................................................................................................74 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.....................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
vi DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1: Mạch vòng điều khiển kinh điển .................................................................5 Hình 1.2: Mô hình mô phỏng với bộ điều khiển PID kinh điển .................................9 Hình 1.3: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu P ............................................................10 Hình 1.4: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu P với độ lợi lớn .....................................11 Hình 1.5: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu PI ...........................................................12 Hình 1.6: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu PD .........................................................12 Hình 1.7: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu PID ........................................................13 Hình 1.8: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu P ............................................................15 Hình 1.9: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ................................................................16 Hình 1.10: Vi mạch TMS320F28069 – Texas Instruments ......................................17 Hình 1.11: PN/ PFP 80 chân .....................................................................................18 Bảng 1.1: Tính năng TMS320F28069 ......................................................................19 Hình 1.12: Sơ đồ khối Kit TMS320F28069..............................................................20 Hình 1.13: Các khối ngoại vi ....................................................................................22 Hình 2.1: Hệ thống chưa biết cấu trúc (hộp đen) ......................................................24 Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống .............................................................................25 Hình 2.3: Sai lệch đầu ra ...........................................................................................27 Hình 2.4: Sai lệch tổng quát ......................................................................................28 Hình 2.5: Sai lệch đầu vào ........................................................................................28 Hình 2.6: Đường cong hồi quy thực nghiệm cần tìm ...............................................33 Hình 2.7: Các hàm quá độ của các hệ thống điều khiển ...........................................39 Hình 2.8: Hàm quá độ h(t) ........................................................................................43 Hình 2.9: Cách xác định T ........................................................................................45 Hình 2.10: Hàm quá độ h(t) ......................................................................................46 Hình 2.12: Tách mô hình ARMA .............................................................................51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
vii Hình 2.13: Sơ đồ nhận dạng bị động mô hình ARMA .............................................51 Hình 2.14. Cấu trúc hở của động cơ một chiều (optical Encoder: Encoder quang học, Counter: bộ đếm) ...............................................................................................53 Hình 2.16. (a) Đầu ra của đầu đo cho trường hợp quay theo chiều kim đồng hồ. (b) Trường hợp quay ngược chiều kim đồng hồ. ..............................................................55 Hình 2.17. Đồ thị θ(t) và đầu ra của encoder (2π/2000)N(t) ....................................56 Hình 2.18. Các khối của động cơ một chiều. ............................................................57 Hình 2.19 Mô hình giảm bậc của động cơ một chiều. ..............................................58 Hình 2.20. Bộ điều khiển tốc độ đơn giản sử dụng cho động cơ một chiều. ............58 Hình 2.21. Đồ thị tốc độ được tính toán bằng phương pháp sai phân lùi. Giới hạn sai số là ( 2π/2000)/(0.0005)=6.28 rad/s .........................................................................61 Hình 3.1 . Phương pháp kết hợp DMS-COL ............................................................68 Bảng 4.1: Kết quả sau khi chạy chương trình như sau: ............................................73 Hình 4.1. Điện áp phần ứng (V) ................................................................................75 Hình 4.2. Biến đại số Y1ước lượng theo phương pháp DMS-COL ..........................75 Hình 4.3. Biến đại số Y1 ước lượng theo phương pháp bình phương tối thiểu .........76 Hình 4.4. Biến đại số Y2 ước lượng theo phương pháp DMS-COL .........................76 Hình 4.5. Biến đại số Y2 ước lượng theo phương pháp bình phương tối thiểu .........77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Điều chỉnh tốc độ là một yêu cầu không thể thiếu được của hệ thống truyền động điện. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có một số ưu điểm so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời có thể đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Thực tế, có các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều như sau: - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Khi sử dụng hệ truyền động động cơ một chiều thường sử dụng hai mạch vòng điều chỉnh (dòng điện, tốc độ), mặt khác các bộ điều khiển PID có thể được dùng trong trường hợp này và thường đạt kết quả như ý mà không cần bất kỳ cải tiến hay thậm chí điều chỉnh nào.Tuy nhiên, khó khăn cơ bản của điều khiển PID đó là: nó một hệ thống phản hồi, với các thông số không đổi điều này khó phù hợp với các hệ thống trong thực tế để cho chất lượng điều khiển là tối ưu. Bởi vậy để đạt được kết quả tốt hơn có thể sử dụng bộ điều khiển PID số, vì trong bộ PID số của mạch vòng dòng điện là loại tự chỉnh (autotuning). Vấn đề đặt ra ở đây là khi sử dụng PID số là cần phải nhận dạng được các tham số. Với yêu cầu cấp thiết trên, em xây dựng đề tài: ‟ Nhận dạng tham số trong hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều” Mục tiêu nghiên cứu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2 Mục tiêu chính của đề tài là nhận dạng tham số trong hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều Mục tiêu cụ thể là: - Nghiên cứu hệ thống điều khiển số động cơ một chiều - Xây dựng thuật toán nhận dạng cho hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều, thuật toán nhận dạng được phát triển trong đề tài này sẽ được cài đặt trong bộ vi xử lý TMS320F28069 - Tiến hành mô phỏng để phân tích đánh giá chất lượng thực của hệ thống nhằm tiếp tục phát triển hoàn thiện Nội dung nghiên cứu - Phần mở đầu - Chương 1: Nghiên cứu hệ thống điều khiển số động cơ một chiều - Chương 2: Tổng quan về các phương pháp nhận dạng trong hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều - Chương 3: Xây dựng thuật toán nhận dạng cho hệ thống điều khiển số tốc độ động cơ một chiều - Chương 4: Kế t quả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
3 CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Trong chương 1, tác giả sẽ đi trình bày về đối tượng điều khiển là động cơ điện một chiều, đặc biệt là mô hình toán của đối tượng nhằm phục vụ cho việc áp dụng các thuật toán điều khiển để điều khiển đối tượng. Đồng thời tác giả sẽ nghiên cứu hệ thống điều khiển số động cơ một chiều 1.1. Mô hình động cơ một chiều Gọi góc quay của động cơ điện một chiều là θ, từ thông động cơ là Ф=const, n là tốc độ động cơ, J là mômen quán tính, B là hệ số ma sát, R là điện trở phần ứng, L là điện cảm phần ứng, Em là sức phản điện động của động cơ, Km là hệ số tỷ lệ mômen, Ke là hệ số sức điện động và bằng hằng số. Ta có: Em=Ke.n (1.1) Phương trình cân bằng điện áp: (1.2) Phương trình cân bằng mômen: (1.3) Chuyển sang dạng toán tử Laplace ta có: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
4 (1.4) (1.5) Khử i(s) từ các phương trình trên ta có: (1.6) Lưu ý là tốc độ góc của động cơ, ta có hàm truyền: (1.7) Phương trình không gian trạng thái Đặt , , ta có: Phương trình trạng thái có dạng: (1.8) 1.2 Bộ điều khiển PID kinh điển 1.2.1 Khái niệm Xét một mạch vòng điều khiển kinh điển có dạng như hình 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
5 Hình 1.1: Mạch vòng điều khiển kinh điển Trong đó: Kc bộ điều khiển, , Gp đối tượng điều khiển, e(t) là sai số giữa tín hiệu mong muốn (reference value), r(t) tín hiệu mong muốn, y(t) tín hiệu đo được, uc(t) tín hiệu điều khiển, d(t) nhiễu Có biểu thức e(t) = r(t) − y(t) (1.9) Luật điều khiển là thuật tính toán tín hiệu điều khiển dựa trên các tham số hệ thống và tín hiệu sai số và được biểu diễn như sau (1.10) Trong đó Kp là hệ số khuếch đại điều khiển (control gain), Ti và Td lần lượt là các hệ số tích phân và vi phân. Trong một số trường hợp phương trình (1.2) còn được viết dưới dạng: (1.11) Trong đó: , và (1.12) Ta cũng có thể viết phương trình (1.6) dưới dạng sau: u(t) = P(t) + I(t) + D(t) (1.13) Với: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
6 là thành phần tỷ lệ (1.14) là thành phần tích phân (1.15) là thành phần vi phân (1.16) 1.2.2 Dạng sai phân Cách thức đơn giản nhất để thực hiện bộ điều khiển PID số là sử dụng các công thức xấp xỉ tích phân lùi (backward integral approximation) (1.17) và vi phân lùi (backward difference approximation) (1.18) Khi đó phương trình (1.2) trở thành (1.19) 1.2.3 Dạng rời rạc Để biểu diễn phương trình (1.2) dưới dạng rời rạc ta thực hiện biến đổi Laplace để đưa nó về dạng: (1.20) Biến đổi z cho (1.20) ta được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
7 (1.21) 1.3 Hàm nhạy và hàm bù nhạy Với sơ đồ điều khiển trên hình 1.1 và cho r(t) = 0 ta có thể tính hàm truyền từ d(t) đến y(t) như sau: (1.22) (1.23) Hay: (1.24) Trong đó: và (1.25) Tính tương tự hàm truyền từ r đến e, không quan tâm đến các đầu vào d và n ta có (1.26) Như vậy, hàm truyền từ d đến y cũng bằng hàm truyền từ r đến e và bằng S. Hàm này đánh giá độ nhạy của đầu ra y đối với đầu vào d hay độ nhạy của đầu ra e với đầu vào r. Nếu kí hiệu hàm truyền từ r đến y là T thì, với cách tính tương tự như trên, các bạn có thể dễ dàng suy ra được hàm truyền này bằng (1.27) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
8 Hàm này đánh giá độ nhạy của đầu ra y theo đầu vào r. Vì ta có thể dễ dàng suy ra được T +S = 1 nên có thể coi T là hàm bù nhạy của y (hay e) với d (hay r). Ngược lại, S là hàm bù nhạy của y với r. Trong thực tế người ta thường quan tâm đến độ nhạy của đầu ra y với đầu vào d nên khi nói "độ nhạy" của hệ thống người ta ngầm hiểu là nói đến S. Vì vậy S được nói ngắn gọn là hàm độ nhạy và T được gọi là hàm bù nhạy của S. 1.4. Các quy luật điều chỉnh Để khảo sát ảnh hưởng của các tham số của bộ điều khiển PID trong một mạch vòng điều khiển kinh điển như hình 1, ta xét một ví dụ cho một đối tượng có hàm truyền như sau: (1.28) Xây dựng một mô hình mô phỏng như hình 1.2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
9 Hình 1.2: Mô hình mô phỏng với bộ điều khiển PID kinh điển Trên quan điểm về điều khiển thì ta mong có T càng lớn càng tốt để S nhỏ (vì S+T = 1) do S thì biểu thị độ nhạy của đầu vào r đối với sai lệch điều chỉnh e. Khi S nhỏ thì cũng đồng nghĩa với sai lệch nhỏ. Mà muốn S nhỏ thì L = G pKc phải lớn, hay nói cách khác bộ điều khiển Kc phải có độ lợi lớn. 1.4.1. Quy luật điều chỉnh P Tín hiệu ra của bộ điều khiển có dạng (1.29) Nghĩa là tín hiệu ra của bộ điều khiển luôn trùng pha với tín hiệu vào. Theo công thức (16) muốn có sai lệch nhỏ thì bộ điều khiển phải có độ lợi lớn, nhưng nếu độ lợi lớn quá thì tính dao động của hệ thống tăng lên và có thể dẫn tới mất ổn định. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
10 Để khảo sát đáp ứng của hệ thống với quy luật điều chỉnh kiểu P ta sử dụng một bộ điều khiển với các tham số như sau: Kp = 12.14 Ki = 0 Kd = 0 Đáp ứng của hệ thống có dạng như hình 1.3. Rõ ràng trong trường hợp này đáp ứng của hệ thống khá nhanh, nhưng có dao động và sai lệch tĩnh khá lớn. Hình 1.3: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu P Khi tăng Kp lên 52.14 thì sai lệch tĩnh giảm, nhưng dao động của hệ thống tăng lên như hình 1.4. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
11 Hình 1.4: Đáp ứng của bộ điều khiển kiểu P với độ lợi lớn 1.4.2 Quy luật điều chỉnh PI Để triệt tiêu sai lệch tĩnh ta có thể sử dụng thêm một khâu tích phân để có được một bộ điều khiển Kc với các tham số như sau: Kp = 12.14 Ki = 100 Kd = 0 Đáp ứng của hệ thống có dạng như hình 1.5. Có thể thấy rõ trong trường hợp này mặc dù thành phần tỷ lệ có giá trị nhỏ (12.14) nhưng sai lệch tĩnh đã tiến về không. Tuy nhiên, do tác động chậm của khâu tích phân nên hệ thống có dao động nhiều hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn