Bài thí nghiệm Cơ sở tự động

BÀI THÍ NGHIꢀM 5

QUꢁT VÀ TꢂM PHꢃNG

Page 1 of 22

I. ꢀꢁꢂꢄꢅꢆꢇꢅꢈꢉꢊꢉꢅꢌꢁꢉꢍꢐꢅ

I.1 Giꢄi thiꢅu chung

Giꢄi thiꢅu:

Mô hình quꢀt và tꢁm phꢂng ꢃꢄꢅc thꢆ hiꢇn qua Hình 1. Mô hình này mô tꢈ hoꢀt ꢃꢉng cꢊa các ꢃꢋi

tꢄꢅng khí ꢃꢉng hꢌc, mꢍc tiêu ꢃiꢎu khiꢆn là góc cꢊa tꢁm phꢂng bꢏng cách ꢃiꢎu khiꢆn luꢐng gió

thông qua tꢋc ꢃꢉ quꢀt. Sꢑ biꢒn ꢃꢉng cꢊa không khí xung quanh tꢁm phꢂng xem nhꢄ là nhiꢓu

ꢃꢉng cꢊa mô hình. Mô hình này có ý nghꢔa rꢁt lꢕn trong các hꢇ thꢋng khí ꢃꢉng hꢌc nhꢄ trꢑc

thꢖng, máy bay bꢋn cánh, xe hơi ꢗng dꢍng khí ꢃꢉng hꢌc.

Hình 1: Mô hình quꢆt và tꢇm phꢈng

Mô hình này bao gꢐm các ꢃꢘc trꢄng sau:

• Hꢇ thꢋng sꢙ dꢍng ꢃꢉng cơ ꢃꢆ thay ꢃꢚi tꢋc ꢃꢉ quꢀt ꢃiꢎu khiꢆn dòng khí, vì vꢛy hꢇ thꢋng

chꢜu ꢈnh hꢄꢝng cꢊa ꢃꢘc tính ꢃꢉng cơ; do ꢃó dòng khí không thꢆ tác ꢃꢉng ngay tꢗc thì vào

tꢁm phꢂng khi ꢃiꢇn áp motor thay ꢃꢚi.

• Quá trình này chꢗa thꢞi gian trꢓ, vì vꢛy cꢟn phꢈi có thꢞi gian ꢃꢆ dòng khí tác ꢃꢉng vào

tꢁm phꢂng.

• ꢠꢔa ꢃóng vai trò nhꢄ mꢉt con lꢡc vì vꢛy hꢇ thꢋng bꢜ ꢈnh hꢄꢝng cꢊa cꢉng hꢄꢝng.

• Nhiꢓu ꢃꢉng cꢊa và áp suꢁt ngoài và dòng khí tác ꢃꢉng lên hꢇ thꢋng.

Page 2 of 22

• Ngoài ra, viꢇc thay ꢃꢚi khꢋi lꢄꢅng trên ꢃꢔa sꢢ thay ꢃꢚi thꢞi hꢏng cꢊa hꢇ thꢋng cꢣng nhꢄ

nhiꢓu tꢈi.

I.2 Mô tꢉ phꢊn cꢋng:

Trong mô hình quꢀt và tꢁm phꢂng, chúng ta khꢈo sát ꢈnh hꢄꢝng cꢊa ngõ và tꢋc ꢃꢉ quꢀt tꢕi góc

nghiêng cꢊa tꢁm phꢂng. Mô hình ꢃꢄꢅc khꢈo sát trong 2 trꢄꢞng hꢅp nhꢄ Hình 2 và Hình 3

nhꢏm khꢈo sát ꢈnh hꢄꢝng cꢊa thꢞi gian trꢆ lên hoꢀt ꢃꢉng cꢊa mô hình.

Sơ ꢃꢐ khꢋi phꢟn cꢗng ꢃꢄꢅc mô tꢈ nhꢄ ꢝ Hình 4. Trong ꢃó, bo mꢀch PC104CARD là phꢟn cꢗng

trung tâm trong bài thí nghiꢇm. Bo mꢀch PC104CARD xây dꢑng trên nꢎn tꢈng FPGA cꢊa Altera

có khꢈ nꢖng giao tiꢒp vꢕi máy tính thông qua phꢟn mꢎm Matlab/ Simulink/ Real-time Windows

Target vꢕi các tính nꢖng sau:

• Digital Input / Digital Output: 8 DI / 8 DO.

• ꢠiꢎu rꢉng xung (PWM): 4 kênh ꢃꢉ phân giꢈi 0.1% (~ 10bit).

• Encoder: 4 kênh encoder x4.

• Analog Input: 4 kênh ADC 12bit tꢟm ꢃo 0 – 10V.

• Analog Output: 3 kênh DAC 12bit tꢟm 0 – 2V.

• Giao tiꢒp vꢕi máy tính thông qua cꢚng máy in theo chuꢤn EPP.

ꢠꢉng cơ DC sꢙ dꢍng trong bài thí nghiꢇm có ꢃiꢇn áp ꢃꢜnh mꢗc 24VDC và encoder ꢃꢉ

phân giꢈi 400 xung/vòng. Tín hiꢇu ꢃiꢎu rꢉng xung Pulse và hꢄꢕng Dir sꢢ ꢃiꢎu khiꢆn ꢃꢉng cơ

chꢀy vꢕi tꢋc ꢃꢉ và chiꢎu quay mong muꢋn:

• ꢠiꢇn áp cꢁp cho ꢃꢉng cơ sau khi qua Motor Driver sꢢ bꢏng T_PWM*24/1000 (V), trong

T_PWMlà giá trꢜ ꢃ

u r ng xung t (0 – 1000) tꢄơng ng v ꢃꢉ phân gi i 0.1%.

ꢃó

iꢎ

ꢉ

ꢥ

ꢗ

ꢕi

ꢈ

•

T

ꢋ

c

ꢃꢉ ꢃꢉng c vòng/phút) ꢃꢄꢅc tính theo phꢄơng pháp

ꢦ

c

ꢊ

a

ơ

(

ꢃơn v

ꢜ

ꢃ

o th

ꢇ

ꢞ

i gian m

ꢉ

t

chu k xung encoder A và hꢄꢕng quay ꢃꢄꢅc xác ꢃꢜnh thông qua so sánh l

ch pha cꢊa 2

tín hiꢇu encoder A và B.

•

V

ꢜ

trí c ꢃꢉng cơ ꢃꢄꢅc tính toán qua m

vòng (360⁰) ta sꢢ ꢃꢌ

ꢃꢄꢅc 4x400 = 1600 xung.

Ngõ ra Analog Output (AO) cho ra giá tr ꢃꢉ và v

analog. Kênh AO th nh t xu t ra giá tr (0V – 2V) dùng cho giá trꢜ ꢃꢘt, kênh AO th

xu t ra giá tr (0V – 2V) tꢄơng ng v i t ꢃꢉ quay c ꢃꢉng c (0 rpm – 1000 rpm), kênh

AO th ba xu t ra giá tr (0V – 2V) tꢄơng trí c ꢃꢉng c

(0 vòng 0⁰– 10

vòng). Ngõ vào Analog Input nh n tín hi n analog ꢃꢆ xu t ra tín hi u r ng xung

ꢃꢉng c

ꢊ

a

ꢀch encoder x4, có nghꢔa là khi ꢃꢉng cơ quay 1

c

ꢜ

tꢋ

c

ꢜ

trí hi

ꢇ

n tꢀi cꢊ

a

ꢃꢉng c

ơ

theo giá tr

ꢜ

ꢗ

ꢁ

ꢜ

t

ꢋ

ꢥ

c

ꢗ

hai

ꢁ

ꢜ

t

ꢥ

ꢁ

ꢗ

ꢕ

ꢊ

a

ơ tꢥ

ꢗ

ꢜ

t

ꢥ

ꢗ

ng v

ꢕi v

ꢜ

ꢊ

a

ơ tꢥ

ꢛ

ꢇ

u

ꢃ

i

ꢎ

u khi

ꢆ

ꢁ

ꢇ

u

ꢃi

ꢎ

ꢉ

tꢕ

i

ơ.

Page 3 of 22

Hình 2:Mô hình quꢆt và tꢇm phꢈng khi quꢆt ꢌꢍꢎc ꢌꢏt ꢐ gꢊn (vꢑ trí 1)

Hình 3:Mô hình quꢆt và tꢇm phꢈng khi quꢆt ꢌꢍꢎc ꢌꢏt ꢐ gꢊn (vꢑ trí 2)

Page

4 of 22

Hình 4:Sơ ꢌꢒ kꢓt nꢔi giꢕa mô hình và máy tính

I.3 Phꢊn mꢖm

Phꢟn mꢎm sꢙ dꢍng trong các bài thí nghiꢇm này là bꢉ phꢟn mꢎm Matlab/ Simulink/ Real-

time Windows Target. Công cꢍ Real-time Windows Target cho phép mô hình Simulink có khꢈ

nꢖng kꢒt nꢋi vꢕi phꢟn cꢗng bên ngoài và chꢀy theo thꢞi gian thꢑc. ꢠꢆ biên dꢜch và chꢀy mô hình

Simulink liên kꢒt vꢕi phꢟn cꢗng sinh viên phꢈi thꢑc hiꢇn các bꢄꢕc trình tꢑ sau:

• Tꢀo hoꢘc mꢝ mꢉt file simulink nhꢄ ꢝ Hình 5.

• Vào menu Simulation -> Configuration, chꢌn mꢍc Solver ꢃꢆ cài ꢃꢘt các thông sꢋ

vꢎ thꢞi gian mô phꢧng (Simulation time) và phꢄơng pháp mô phꢧng (Solver

Options) nhꢄ ꢝ Hình 6.

• Vào menu Tool -> Real-Time Workshop -> Build Model (hoꢘc nhꢁn chuꢉt trái

vào biꢆu tꢄꢅng Incremental Build) ꢃꢆ biên dꢜch mô hình.

• Sau khi mô hình biên dꢜch thành công, vào menu Simulation -> Connect To Target

(hoꢘc nhꢁn chuꢉt trái vào biꢆu tꢄꢅng Connect To Target) ꢃꢆ kꢒt nꢋi mô hình

Simulink tꢕi phꢟn cꢗng.

• Vào menu Simulation -> Run (hoꢘc biꢆu tꢄꢅng Run) ꢃꢆ tiꢒn hành chꢀy mô hình.

Page 5 of 22

Run Connect To Target

Incremental Build

Hình 5: Mô hình Simulink kꢓt nꢔi phꢊn cꢋng

Hình 6: Cài ꢌꢏt thông sꢔ

Page 6 of 22

II. Phꢀꢂꢃꢄꢅꢃꢆꢇꢃꢈꢇ̉ ꢃꢉꢊꢃꢌhꢍꢊꢎꢌꢃ

II.1 Cơ sꢐ lý thuyꢓt:

II.1.1 Mô hình tuyꢓn tính cꢗa hꢅ thꢔng quanh ꢌiꢘm làm viꢅc bꢇt kꢙ:

Vꢎ mꢘt vꢛt lý, ꢃꢉng hꢌc cꢊa hꢇ thꢋng có thꢆ ꢃꢄꢅc chia thành 3 thành phꢟn theo sơ ꢃꢐ Hình 7:

Hình 7:Sơ ꢌꢒ khꢔi cꢗa hꢅ quꢆt và tꢇm phꢈng

1. Mô hình ꢌꢚng cơ

Ω(s)

V(s)

vào:

Hàm truyꢎn mô tꢈ liên hꢇ giꢨa tꢋc ꢃꢉ quꢀt

và ꢃiꢇn áp ngõ

Ω(s)

K₁

G₁(s) =

=

V (s) T s +1

(1)

1

Trong ꢃó

T là thꢞi hꢏng motor,

1

2. Mô hình dòng khí ꢌi tꢛ cánh quꢆt ꢌꢓn tꢇm phꢈng

Phꢄơng trình liên hꢇ giꢨa tꢋc ꢃꢉ quꢀt và lꢑc ꢃꢤy tác ꢃꢉng lên tꢁm phꢂng:

F = kΩ²

(2)

(3)

Hàm truyꢎn mô tꢈ thꢞi gian ꢃꢆ dòng khí tꢥ cánh quꢀt ꢃꢒn tꢁm phꢂng:

G₂(s) = e⁻

τ

s

Trong ꢃó,

τ là thꢞi gian trꢓ giꢨa cꢊa luꢐng khí tꢥ cánh quꢀt ꢃꢒn tꢁm phꢂng

3. Mô hình mô tꢉ liên hꢅ cꢗa lꢜc tác ꢌꢚng lên tꢇm phꢈng

Hàm truyꢎn mô tꢈ tác ꢃꢉng cꢊa dòng khí và góc nghiêng cꢊa tꢁm phꢂng:

ψ

(s)

Al_Pcosψ₀

G₃(s) =

=

(4)

F(s) Js²+ bs + Mgl_Mcos

ψ

₀+ F₀Al_Psinψ₀

Page 7 of 22

Trong ꢃó

l_plà khoꢈng cách giꢨa tâm quay và tâm cꢊa lꢑc tác ꢃꢉng; l_Mlà khoꢈng cách giꢨa tâm quay và

trꢌng tâm cꢊa tꢁm phꢂng; hꢇ sꢋ damping.

J

A là tiꢒt diꢇn tꢁm phꢂng; là moment quán tính cꢊa tꢁm phꢂng; ψ ₀là góc làm viꢇc

b

II.1.2 Thiꢓt kꢓ bꢚ ꢌiꢖu khiꢘn PID dùng phꢍơng pháp Ziegler-Nichols cho hꢅ bꢝc 2:

Khꢈo sát hꢇ kín theo sơ ꢃꢐ Hình 8:

Cho K= 0, chꢩnh u₀ꢃꢆ ngõ ra cꢊa hꢇ thꢋng vꢎ gꢟn ꢃiꢆm làm viꢇc mong muꢋn. Trong thí nghiꢇm

này, góc làm viꢇc là 10⁰ꢃꢄꢅc xem là tuyꢒn tính xung quanh ꢃiꢆm cân bꢏng 0⁰; do vꢛy sinh viên

có thꢆ cho u₀= 0 ꢃꢆ khꢈo sát.

ꢠꢘt ngõ vào R = θ₀=10⁰là góc ꢃiꢎu khiꢆn mong muꢋn. Tꢖng K cho ꢃꢒn khi kꢒt quꢈ ꢃiꢎu khiꢆn

dao ꢃꢉng nhꢄ Hình 9. Tꢥ ꢃó xác ꢃꢜnh K_gh(giá trꢜ K mà hꢇ thꢋng dao ꢃꢉng) và chu kꢦ tꢕi hꢀn

T_u(chu kꢦ dao ꢃꢉng cꢊa ngõ ra) cꢊa hꢇ thꢋng.

Các thông sꢋ cꢊa bꢉ ꢃiꢎu khiꢆn PID cho hꢇ thꢋng ꢃꢄꢅc xác ꢃꢜnh theo bꢈng sau:

Bꢉng 1: Thông sꢔ bꢚ ꢌiꢖu khiꢘn PID theo phꢍơngZiegler-Nichols pháp

Kp

Ti

Td

P controller

PI controller

0.5K_gh

0.45K_gh

0

∞

0

T_u

1.2

2

PID controller

0.6K_gh

T_u

8

E

Plant

K

R

Y

u₀

Hình 8: Sơ ꢌꢒ khꢔi khꢉo sát Kgh và Tu

Page 8 of 22

T_u

Hình 9: ꢞꢒ thꢑ ꢌáp ꢋng tꢆi Kgh

II.1.3 Phꢍơng pháp vꢟ biꢘu ꢌꢒ Bode cho hꢅ thꢔng thꢜc:

Xét mꢉꢪꢫꢬꢇꢫꢪꢬꢋꢭꢮꢫꢪꢯꢰꢒn tính vꢕi ngõ vào sóng sine. Trong lý thuyꢒt ꢃiꢎu khiꢆn ta biꢒt rꢏng ꢃáp

ꢗng ngõ ra cꢣng là sóng sine có cùng tꢟn sꢋ nhꢄng biên ꢃꢉꢫꢱꢲꢫꢳꢬꢴꢫꢵꢬꢶꢷꢫꢭꢬꢴꢯꢫꢭꢬꢄꢫꢝꢫHình 10. Tꢩ

sꢋ giꢨa biên ꢃꢉ ngõ ra vꢕi biên ꢃꢉꢫꢭꢮꢸꢫꢱꢲꢹꢫꢺꢢꢫꢪꢬꢴꢰꢫꢃꢚi theo tꢟn sꢋ cꢊꢴꢫꢺꢻꢭꢮꢫꢺꢼꢭꢽꢫꢭꢮꢸꢫꢱꢲꢹꢾꢫꢠꢉ

lꢇch pha giꢨꢴꢫꢺꢻꢭꢮꢫꢺꢼꢭꢽꢫꢃꢟꢯꢫꢱꢲꢹꢫꢱꢲꢫꢪꢿꢭꢫꢬꢼꢇꢯꢫꢃꢟꢯꢫꣀꢴꢫꢷꢣꢭꢮꢫꢳꢬꢍ thuꢉc vào tꢟn sꢋꢫꢺꢻꢭꢮꢫꢺꢼꢭꢽꢫꢭꢮꢸꢫꢱꢲꢹꢾ

Hình 10: ꢞáp ꢋng cꢗa hꢅ thꢔng khi tín hiꢅu vào dꢆng sine ꢐ trꢆng thái xác lꢝp

Giꢈ sꢙ tín hiꢇu vào có dꢀng:

r(t) = A sin(

ω

t)

(5)

r

Khi

ꢃó,

ꢃ

áp

ꢗ

ng ngõ ra

ꢝ

tr

ꢀ

ng thái xác l

ꢛ

p s

ꢢ

có dꢀng:

Page 9 of 22

y(t) = A sin(

ω

t +ϕ_c

)

(6)

(7)

c

Biên ꢃꢉ ꢃꢄꢅc ꢃꢜnh nghꢔa nhꢄ sau:

A_c

A_r

G( jω) =

Và ꢃꢉ lꢇch pha giꢨa ngõ ra và ngõ vào là:

360⁰

∠G( jω

) = ϕ_c

=

∆t =

ω

.∆t

(8)

T

2π

Page 10 of 22

III. Phꢀꢂꢃꢐꢅꢃꢆhꢍꢀꢂꢃꢒịꢃꢓhꢔꢃꢂꢕhiꢎ̣̂mꢃ

III.1Mꢠc ꢌích thí nghiꢅm:

Mô hình qu

motor, th i gian tr

ꢃꢉng l n. Ngoài ra, mô hình này là m

th ng các m làm vi c khác nhau.

Trong bài thí nghi m này, sinh viên t

a t ꢃꢉ quay c a motor và l

nh hꢄꢝng c a th i gian tr

o sát và thi t k ꢉ ꢃ u khi n PID xung quanh

a các ꢃꢘc tính phi tuy n c a h th ng lên ch

ng bi ꢃꢐ Bode cho h th ng. Tꢥ ꢃó xây d

u khi n d a trên phꢄơng pháp bi

ꢀ

t và t

ꢁ

m ph

ꢂ

ng ch

ꢗ

a r

ꢁ

t nhi

c c

t mô hình phi tuy

ꢎ

u thông sꢋ ꢈnh hꢄꢝng ꢃꢒn h

ng hꢄꢝng và ꢃꢘc bi t là ch u sꢑ ꢈnh hꢄꢝng c

n, cho phép sinh viên có th

ꢇ

th

ꢋ

ng nh

ꢄ

: th

ꢞ

i h

a nhi

kh o sát

ꢏ

ng

ꢞ

ꢓ

cꢊ

a lu

ꢐng khí, c

ꢑ

ꢉ

ꢇ

ꢜ

ꢊ

ꢓ

u

ꢕ

ꢉ

ꢒ

ꢆ

ꢈ

h

ꢇ

ꢋ

ꢝ

ꢃ

iꢆ

ꢇ

ꢛ

p trung kh

ꢈ

o sát các v

ꢃꢤy c a qu

t lꢄꢅng và

ꢁ

n

ꢃꢎ sau:

•

Liên h

ꢇ

gi

ꢨ

ꢋ

c

ꢊ

ꢑ

c

ꢊ

ꢀt.

Kh

ꢈ

o sát

ꢈ

ꢊ

ꢞ

ꢓ

lên ch

ꢁ

ꢃ

áp

m làm vi

t lꢄꢅng

ꢗ

ng c

ꢊ

a h

c t

u khi

ꢇ

th

ꢋ

ng.

ꢒ

b

i

ꢎ

ꢆ

ꢃ

i

ꢆ

ꢇ

ꢔ

nh. Kh

n.

ꢃꢈm b

ꢈ

o sát

ꢈ

nh

h

ꢄꢝng c

Xây d

ꢄꢅng

ꢊ

ꢒ

ꢊ

ꢇ

ꢋ

ꢁ

ꢃi

ꢎ

ꢆ

•

ꢑ

ꢆ

u

ꢇ

ꢋ

ꢑ

ng bꢉ ꢃ

iꢎ

ꢆ

n

ꢈ

o ch

ꢁ

t

l

ꢃ

iꢎ

ꢆ

ꢑ

ꢆ

u

ꢃꢐ Bode.

III.2Chuꢡn bꢑ thí nghiꢅm:

Sinh viên th c hi n mô ph ng mô hình

Ti t di n t m ph ng

0.06 m²

Moment quán tính J = 0.007 kgm²

Góc làm vi

ψ₀

10⁰

a tâm quay và tâm c

a tâm quay và tr ng tâm c

ꢑ

ꢇ

ꢧ

ꢝ mꢍc II.1.1 vꢕi các thông sꢋ sau:

ꢒ

ꢇ

ꢁ

ꢂ

A =

ꢇ

c

=

Kho

ꢈ

ng cách gi

ꢨ

ꢊ

a lꢑ

c tác ꢃꢉng l_p= 0.17 m

a t m ph ng l_M0.15m

ꢌ

ꢊ

ꢁ

ꢂ

=

H

ꢇ

s

ꢋ

damping b = 0.01

i h ng c a motor: T = 0.1s

Giã s nhi u tác ꢃꢉng lên h

khu ch ꢃꢀi: K₁=1000

o sát áp ng c a h

= 0.1s

o sát và thi

o sát bi ꢃꢐ bode c

Th

ꢞ

ꢏ

ꢊ

1

ꢨ

ꢓ

ꢇ thꢋng là nhiꢓu trꢡng vꢕi công suꢁt là 0.001

H

ꢇ

s

ꢋ

ꢒ

1. Kh

và

ꢈ

τ

ꢈ

ꢃ

ꢗ

ꢊ

τ = 0 τ = 0.02s

ꢇ thꢋng trong ba trꢄꢞng hꢅp ꢃꢋi vꢕi thꢞi gian trꢓ ,

.

2. Kh

3. Kh

ꢒ

t k

ꢒ

b

ꢉ ꢃ

i

ꢎ

u khi

a h th

ΦM > 45⁰

ꢆ

n PID cho trꢄꢞng h

ng. Thi t k ꢉ ꢃ

. Ki m tra áp

ꢅ

p

τ

= 0.02s

u khi n s m tr

ng h th ng sau khi thi

.

ꢆ

u

ꢊ

ꢇ

ꢋ

ꢒ

b

i

ꢎ

ꢆ

ꢕ

ꢓ

pha ꢃꢆ

h

ꢇ

th

ꢋng thꢧa

mãn yêu c

ꢟ

u GM >10dB ,

ꢆ

ꢃ

ꢗ

ꢇ

ꢋ

ꢒ

t k

ꢒ.

Page 11 of 22

IV. Phꢀꢂꢃꢖꢃꢓhꢔꢃꢂꢕhiꢎ̣̂mꢃꢗꢀꢃꢙꢎꢌꢃꢚꢍꢀ̉ꢃ

IV.1 Thí nghiꢅm 1: Khꢉo sát vꢝt lý hꢅ thꢔng:

Trong thí nghi

ꢇ

m này, sinh viên kh

ꢈ

o sát 2 y

ꢒu t

ꢋ

sau:

• Kh

ꢈ

o sát liên h

ꢇ

gi

ꢨ

a

ꢃ

i

ꢇ

n áp và t ꢃꢉ qu

ꢋ

c

ꢀ

t K₁

ꢝ

phꢄơng trình (1)

a h

c II.1.1, trong ph

ꢃꢉ quat theo công th

o sát nh hꢄꢝng c

ꢈ

ꢊ

a t

a h

a góc nghiêng và t

ꢋc

ꢃꢉ qu

ꢀ

t và góc nghiêng c

ꢊ

ꢇ.

T

ꢥ

mô hình lý thuy

xem liên h gi

ꢒ

t c

ꢊ

ꢇ

thꢋng

ꢝ

m

ꢍ

ꢀm vi góc khꢈo sát nhꢧ, ta có

th

ꢆ

ꢇ

ꢨ

ꢋ

c

ꢗ

c sau.

ψ

=

k₀Ω²

(9)

Trình tꢜ thí nghiꢅm

a. M file fan_plate_gain.mdl

b. ꢠꢘ n áp u khi n ngõ vào là 2V

c. Biên d ch chꢄơng trình và ch y (xem hꢄꢕng d

d. M Scope, ghi nh n k t qu ꢃꢉ quat và góc nghiêng

vào các B ng tꢄơng ng

e. L p l i các bꢄꢕc b. ꢃꢒn d. v

ꢝ

t

ꢃ

i

ꢇ

ꢃ

iꢎ

ꢆ

ꢜ

ꢀ

ꣁn ꢝ mꢍc I.3)

ꢝ

ꢛ

ꢒ

ꢈ

t

ꢋ

c

ꢝ

tr

ꢀ

ng thái xác l

ꢛp gi kꢒt quꢈ

ꢈ

ꢗ

ꢘ

ꢀ

ꢕ

i các

ꢃ

iꢇ

n áp còn l

ꢀ

i nh

ꢄ

trong B

ꢈ

ng 2 và Bꢈng 3.

IV.1.1 Trꢍꢢng hꢎp 1:

ꢠꢘt qu trí 1 nhꢄ Hình 2, thay ꢃꢚ

ph ng, ghi giá tr vào B ng 2.

Chú ý: góc nghiêng ꢃꢄꢅc xác ꢃꢜnh

Bꢉng 2: Liên hꢅ giꢕa tꢔc ꢌꢚ quꢆt và góc nghiêng cꢗa tꢇm phꢈng trꢍꢢng hꢎp 1

n áp(V) 10

ꢀ

t

ꢝ

v

ꢜ

i ꢃiꢇn áp tꢥ thꢁp ꢃꢒn cao, xác ꢃꢜnh góc nghiêng cꢊa tꢁm

ꢂ

ꢜ

ꢈ

ꢝ vꢜ trí xác lꢛp.

ꢠ

iꢇ

2

4

6

8

Tꢋc ꢃꢉ

Góc

K₁

k₀

Page 12 of 22

ꢠ

i

ꢇ

n áp(V)

ꢃꢉ

12

14

16

18

Tꢋc

Góc

K₁

k₀

D

ꢑ

a vào B

ꢈ

ng 2 sinh viên vꢢ các ꢃꢐ thꢜ cꢊa K₁và k₀. Nhꢛn xét.

IV.1.2 Trꢍꢢng hꢎp 2

ꢠꢘt qu trí 2 nhꢄ Hình 3, thay ꢃꢚi t

a t m ph ng, ghi giá tr vào B ng 3.

ꢀ

t

ꢝ

v

ꢜ

ꢋ

c

ꢃꢉ

c

ꢊa qu

ꢀ

t t

ꢥ

th

ꢁ

p

ꢃꢒn cao, xác ꢃꢜnh góc nghiêng

c

ꢊ

ꢁ

ꢂ

ꢜ

ꢈ

Bꢉng 3: Liên hꢅ giꢕa tꢔc ꢌꢚ quꢆt và góc nghiêng cꢗa tꢇm phꢈng trꢍꢢng hꢎp 2

ꢠ

iꢇ

n áp(V)

2

4

6

8

10

Tꢋc ꢃꢉ

Góc

K₁

k₀

ꢠ

i

ꢇ

n áp(V)

ꢃꢉ

12

14

16

18

Tꢋc

Góc

K₁

Page 13 of 22

k₀

Dꢑa vào Bꢈng 3, sinh viên vꢢ các ꢃꢐ thꢜ cꢊa K₁và k₀. Nhꢛn xét.

***Nhꢝn xét chung:

IV.2 Thí nghiꢅm 2: Thiꢓt kꢓ bꢚ ꢌiꢖu khiꢘn PID dùng phꢍơng pháp Ziegler-Nichols

Trong thí nghi

ꢇ

m này, sinh viên s

ng phꢄơng pháp Ziegler-Nichols vòng kín ꢃꢆ thi

nghiêng c a t m ph ng t i góc làm vi

10⁰

nh hꢄꢝng c a các thông s PID lên ch

nh hꢄꢝng c a tính phi tuy n c a h th

n khác nhau.

ꢢ khꢈo sát nhꢨng vꢁn ꢃꢎ sau:

•

ꣂ

ng d

ꢍ

ꢒt kꢒ bꢉ PID ꢃiꢎu khiꢆn góc

ꢊ

ꢁ

ꢂ

ꢀ

ꢇc θ =

• Kh

ꢈ

o sát

ꢈ

ꢊ

ꢋ

ꢁ

t lꢄꢅng

ꢃiꢎu khiꢆn.

ꢈ

ꢊ

ꢒ

ꢊ

ꢇ

ꢋ

ng trong trꢄꢞng hꢅp góc làm viꢇc cꢟn

ꢃiꢎu khiꢆ

IV.2.1 Khꢉo sát các thông sꢔ tꢄi hꢆn và thiꢓt kꢓ bꢚ ꢌiꢖu khiꢘn PID

Trình tꢜ thí nghiꢅm:

a. M

b. ꢠꢘt góc

c. ꢠꢘt thông s

d. Biên d

e. M Scope, ki

p l i bꢄꢕc c. và bꢄꢕc e. cho ꢃꢒn khi h

u l ꢃꢐ th , xác ꢃꢜnh K_ghvà Tu.

ꢝ

file fan_plate_PID.mdl

u khi n mong mu

PID:

ꢃ

iꢎ

ꢆ

ꢋ

n là

θ

=

10⁰

; Kd = 0.

ꢋ

b

ꢉ

;

Ki

=

0

Kp = 0.4

ꢜch chꢄơng trình và ch

ꢀ

y (xem hꢄꢕng d

ꣁ

n

ꢝ

m

ꢍ

c I.3)

ꢝ

ꢆ

m tra áp ng góc nghiêng c

ꢃ

ꢗ

ꢊ

không

a

ꢃꢔa

f. L

g. L

ꢘ

ꢀ

ꢇ

ꢚn

ꢃꢜnh

ꢄ

ꢀ

i

ꢜ

h. Tính toán các thông s

i. Nh p l i thông s

j. Biên d

k. Thay ꢃꢚi thông s

u khi

ꢋ

PID theo bꢈng B

ꢈ

ng 1.

ꢛ

ꢀ

ꢋ

b

ꢉ

PID v

ꢥ

a tính toán ꢃꢄꢅc.

y và l u k t quꢈ ꢃ

theo yêu c các thí nghi

ꢜ

ch chꢄơng trình, ch

ꢀ

ꢄ

ꢒ

i

ꢎ

u khi

ꢆn.

ꢋ

ꢟ

u

ꢝ

ꢇ

m IV.2.3 và IV.2.4. chꢀy và lꢄu kꢒt quꢈ

ꢃ

iꢎ

ꢆn

Page 14 of 22

IV.2.1.1

Trường hợp 1:

ꢠꢘt quꢀt ꢝ vꢜ trí 1 nhꢄ Hình 2

Khꢉo sát các thông sꢔ cꢗa hꢅ thꢔng

Khꢈo sát hꢇ thꢋng theo mꢍc II.1.2. Tìm các thông sꢋ cꢊa hꢇ thꢋng. ( Chú ý: Thí nghiệm này

không tìm được K_ghmà tại đó hệ thống dao động điều hòa. Trong trường hợp này K_ghlà ngưỡng

mà hệ thống đi từ ổn định sang không ổn định.)

K_gh=

T_u=

ꢠáp ꢗng cꢊa hꢇ thꢋng tꢀi K_gh

:

Thông sꢔ Bꢚ ꢌiꢖu khiꢘn

Kp = Kp0 =

Ki = Ki0 =

Kd = Kd0 =

( Sinh viên chú ý các thông sô PID này ꢃꢆ sꢙ dꢍng trong thí nghiꢅm IV.2.3)

Tꢥ bꢉ PID thiꢒt kꢒ, vꢢ ꢃáp ꢗng cꢊa hꢇ thꢋng, cho biꢒt thꢞi gian lên, thꢞi gian xác lꢛp sau thiꢒt

kꢒ.

Page 15 of 22

IV.2.2 Trꢍꢢng hꢎp 2:

ꢠꢘt quꢀt ꢝ vꢜ trí 2 nhꢄ Hình 3,

Khꢉo sát các thông sꢔ cꢗa hꢅ thꢔng

Khꢈo sát hꢇ thꢋng theo mꢍc II.1.2. Tìm các thông sꢋ cꢊa hꢇ thꢋng. ( Chú ý: Trong trường hợp

này K_ghcũng được tìm giống như trường hợp 1)

K_gh=

T =

th

ꢠáp ꢗng cꢊa hꢇ thꢋng:

Thông sꢔ Bꢚ ꢌiꢖu khiꢘn

Kp = Kp1 =

Ki = Ki1 =

Kd = Kd1 =

Tꢥ bꢉ PID thiꢒt kꢒ, vꢢ ꢃáp ꢗng cꢊa hꢇ thꢋng, cho biꢒt thꢞi gian lên, thꢞi gian xác lꢛp sau thiꢒt

kꢒ.

***Nhꢝn xét chung cho kꢓt quꢉ thiꢓt kꢓ và ꢌiꢖu khiꢘn trong 2 trꢍꢢng hꢎp:

Page 16 of 22

IV.2.3 Khꢉo sát ꢉnh hꢍꢐng cꢗa các thông sꢔ ꢌiꢖu khiꢘn:

Khꢈo sát ꢈnh hꢄꢝng cꢊa các thông sꢋ lên hꢇ thꢋng trong trꢄꢞng hꢅp Quꢆt ꢌꢏt ꢐ vꢑ trí 1

1. ꢣnh hꢍꢐng cꢗa Kd

Kd0

Kd =

Cho Kp = Kp0

u khi

ꢢ ꢃáp

,

Ki = Ki0 thay ꢃꢚi

và Kd = 2× Kd0; so sánh và ꢃánh giá k t quꢈ

ꢒ

2

ꢃ

i

ꢎ

ꢆ

n (Chú ý: Kp0,Ki0,Kd0: là thông s

ꢋ

b

ꢉ ꢃ

iꢎ

u khi

ꢆ

n PID trong trꢄꢞng h

Kd0

ꢅp IV.2.1.1)

Kd =

V

ꢗ

ng c

ꢊ

a h

ꢇ

th

ꢋng trong c

ꢈ

3 trꢄꢞng h

ꢅ

p Kd = Kd0,

và Kd = 2× Kd0

2

2. ꢣnh hꢍꢐng cꢗa Ki

Ki0

Ki =

Cho Kp = Kp0

u khi

ꢢ ꢃáp

,

Kd = Kd0 thay ꢃꢚ

i

và Kd = 2× Ki0 ; so sánh và

ꢉ ꢃ u khi n PID trong trꢄꢞng h

Ki =

ꢃ

ánh giá k

p IV.2.1.1)

và Ki = 2× Ki0

ꢒt quꢈ

2

ꢃ

i

ꢎ

ꢆ

n. (Chú ý: Kp0,Ki0,Kd0: là thông s

ꢋ

b

i

ꢎ

ꢆ

ꢅ

Ki0

V

ꢗ

ng c

ꢊ

a h

ꢇ

th

ꢋng trong c

ꢈ

3 trꢄꢞng h

ꢅ

p

Ki = Ki0

,

2

3. ꢣnh hꢍꢐng cꢗa Kp

Kp0

Kp =

Cho Ki = Ki0

u khi

,

Kd = Kd0 thay ꢃꢚ

i

và Kp = 2× Kp0; so sánh và ꢃánh giá k

ꢒ

t qu

ꢈ

2

ꢃ

iꢎ

ꢆ

n.(Chú ý: Kp0,Ki0,Kd0: là thông s

ꢋ

b

ꢉ ꢃ u khi n PID trong trꢄꢞng hꢅp IV.2.1.1).

iꢎ

ꢆ

Page 17 of 22

Kp0

V

ꢢ ꢃáp

ꢗ

ng c

ꢊ

a h

ꢇ

th

ꢋng trong c

ꢈ

3 trꢄꢞng h

ꢅ

p

Kp = Kp0

,

Kp =

và Kp = 2× Kp0

2

***Nhꢝn xét chung:

IV.2.4 Khꢉo sát kꢓt quꢉ ꢌiꢖu khiꢘn ꢐ các góc ꢌꢏt khác nhau

ꢠꢘt qu trí 1 nhꢄ Hình 2, v thông sꢔ ꢌiꢖu khiꢘn PID trong trꢍꢢng hꢎp IV.2.1.1

ng cho các trꢄꢞng h p góc ꢃꢘt mong mu

n là θ_d= 5⁰và θ_d=15⁰

θ_d= 5⁰θ_d=15⁰và θ_d=15⁰trên cùng 1 ꢠꢐ th

ꢀ

t

ꢝ

vꢜ

ꢕi

,

xác ꢃꢜnh

. Vꢢ ꢃáp

ꢃ

ꢗ

áp

ng cho c

t quꢈ ꢃ

ꢗ

ng c

ꢊ

a h

ꢇ

th

ꢋ

ꢅ

ꢋ

ꢈ

3 trꢄꢞng h

ꢅ

p

,

ꢜ.

Nh

ꢛ

n xét k

ꢒ

i

ꢎ

u khi n và giꢈi thích:

ꢆ

IV.3 Thí nghiꢅm 3:

Trong thí nghi

ꢇ

m này, sinh viên s

ꢢ

kh

ꢈ

o sát h

ꢇ

thꢋ

ng dùng phꢄơng pháp bi

ꢆu ꢃꢐ Bode xung

quanh

ꢃiꢆ

m

θ

=10⁰. Trên c

ơ

sꢝ ꢃó, sinh viên xây d

ꢑ

ng bꢉ ꢃ u khi n d a trên Bode thu ꢃꢄꢅc.

i

ꢎ

ꢆ

ꢑ

Page 18 of 22

H

ꢄꢕng d

ꣁ

n: t

ꢥ

k

ꢒ

t quꢈ ꢃ

i

ꢎ

u khi

ꢆ

n

ꢝ Thí nghiꢅm IV.2, xác ꢃꢜnh

ng sinu = u + A₀sin

ꢃ

i

ꢇ

n áp u = u0

i các t n s thay ꢃꢚi t

ꢃꢐ Bode cho h th ng.

t

ꢀ

i

ꢃ

i

ꢆ

m làm

vi

ꢇ

c

ψ

=

ψ

0 =10⁰. Cho

ꢃ

i

ꢇ

n áp vào d

ꢀ

0

ω

t

v

ꢕ

ꢟ

ꢋ

ꢥ

th

ꢁ

p

ꢃꢒn cao, xác ꢃꢜnh biên ꢃꢉ và pha cho t

ꢥ

ng tꢟ

n s

ꢋ, tꢥ ꢃó xây d

ꢑ

ng bi

ꢆ

u

ꢇ

ꢋ

Chú Ý:

•

Biên ꢃꢉ sóng sin A₀không quá l

ψ =ψ 0 =10⁰ψ = 5⁰÷15⁰).

ꢕn ꢃꢆ ꢃꢈm bꢈo ꢃáp ꢗng ngõ ra dao ꢃꢉng quanh ꢃiꢆm

(

•

Thꢞi gian khꢈo sát phꢈi ꢃꢊ lꢕn ꢃꢆ ꢃꢈm bꢈo ꢃáp ꢗng cꢊa hꢇ thꢋng ꢝ trꢀng thái xác lꢛp.

Trình tꢜ Thí nghiꢅm

a. file fan_plate_response.mdl

b. Cài ꢃꢘt biên ꢃꢉ sóng sine b ng

c. T ng giá tr ꢃꢆ ph m vi dao ꢃꢉng c

d. Cài ꢃꢘt t n s

0.1 Hz

e. Biên d ch chꢄơng trình và ch y (xem hꢄꢕng d

scope ꢃꢆ xem áp ng, xác ꢃꢜnh t

A₀, xác ꢃꢜnh ꢃꢉ tr

pha gi a hai tín hi

i các k t qu vào B ng. u ý: biên độ tín hi

ng cách gi a giá tr n nh t và nh nh t cho 2 vì giá tr

xác định chính xác trên scope

h. L p l i các bꢄꢕc d. ꢃꢒn g. v i các t

M

ꢝ

ꢏ

A = 0.3

0

ꢖ

ꢜ

c

ꢊ

a

A

ꢀ

ꢊ

a th

ꢧ

a

ψ

= 5⁰÷15⁰

0

ꢟ

ꢋ

sóng sine

f

=

.

ꢜ

ꢀ

ꣁ

n

ꢝ

m

ꢍ

c 3.2)

a tín hi

ng cách o th i gian

u ph được tính b

trung bình 0 có th

f. M

ꢝ

ꢃ

ꢗ

ꢩ

s

ꢋ

biên ꢃꢉ gi

ꢨ

ꢇu ngõ ra và tín hiꢇu ꢃꢘt

A

/

ꢓ

ϕ

ꢨ

ꢇ

u b

ꢏ

ꢃ

ꢞ

∆t

g. Ghi l

ꢀ

ꢒ

ꢈ

L

ư

ệ

ả

i

ằng cách chia

kho

ả

ữ

ị

l

ớ

ấ

ỏ

ấ

ị

ể

không

ꢘ

ꢀ

ꢕ

ꢟ

n s

ꢋ

còn l

ꢀ

i nh

ꢄ

trong B

ꢈ

ng.

IV.3.1 Trꢍꢢng hꢎp 1:

ꢠꢘt qu

ꢀ

t

ꢝ

v

ꢜ

trí 1 nhꢄ Hình 2

V

ꢢ ꢃáp

ꢗ

ng, tìm các thông s

ꢋ

tꢄơng

ꢗ

ng và

ꢃ

iꢎ

n vào B

ꢈ

ng 4

Bꢉng 4: Khꢉo sát biꢘu ꢌꢒ Bode trong trꢍꢢng hꢎp 1

0.1

ꣃ

(rad/s)

1

3

5

7

A

0

L(dB)

∆t

∆ϕ

(⁰)

Page 19 of 22

ꣃ

(rad/s)

8

9

11

13

20

A

0

L(dB)

∆t

∆ϕ

(⁰)

V

ꢢ

biꢆ

u

ꢃꢐ Bode cho h

ꢇ

th

ꢋng:

D

ꢑ

a trên biꢆu ꢃꢐ Bode; Xác ꢃꢜnh tꢟn sꢋ cꢉng hꢄꢝng cꢊa hꢇ, tìm ꢃꢉ dꢑ trꢨ biên và ꢃꢉ dꢑ trꢨ pha

cꢊ

a h

ꢇ

thꢋng.

IV.3.2 Trꢍꢢng hꢎp 2:

ꢠꢘt qu trí 2 nhꢄ Hình 3, Vꢢ ꢃáp

Bꢉng 5: Khꢉo sát biꢘu ꢌꢒ Bode trong trꢍꢢng hꢎp 1

0.1

ꢀ

t

ꢝ

v

ꢜ

ꢗ

ng, tìm các thông s

ꢋ

tꢄơng

ꢗ

ng và

ꢃ

iꢎ

n vào B

ꢈ

ng 5

7

ꣃ

(rad/s)

1

3

5

A

0

L(dB)

∆t

∆ϕ

(⁰)

Page 20 of 22

Bài thí nghiệm Cơ sở tự động - Bài thí nghiệm 5