Lý Thuyết PID Về điều Khiển Hệ Thống Vòng Kín : - Tài Liệu Text - 123doc

1. Trang chủ >
2. Kỹ thuật >
3. Điện - Điện tử - Viễn thông >

Lý thuyết PID về điều khiển hệ thống vòng kín :

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.78 MB, 131 trang )

Hình 6.6 : Đồ thò điện áp ra tương ứng với giản đồ xung kích.6.4.Tìm hiểu hệ thống điều khiển động cơ DC6.4.1 Điều khiển vòng hở : Hệ thống điều khiển vòng hở hay còn gọi là hệ thống bántự động, nó thực hiện nguyên tắc khống chế cứng. Tức là tín hiệu ra không cần đo lường để hồi tiếp chuyển trở về đầu vào.Hình 6.7 : Sơ đồ điều khiển vòng hở.6.4.2 Điều khiển vòng kín : Hệ thống điều khiển vòng kín hay còn gọi là hệ thống tự động, nóthực hiện nhờ nguyên tắc điều khiển có phản hồi, tức là tín hiệu ra được đo lường và phản hồi đến đầu vào bộ điều khiển và thông qua bộ điều khiển đểtạo tín hiệu điều khiển mới cho động cơ.Hình 6.8 : Sơ đồ điều khiển vòng kín. Để điều khiển hệ thống vòng kín người ta dùng rất nhiều phương pháp :điều khiển PID , điều khiển mờ , mờ thích nghi, mờ lai.

6.5. Lý thuyết PID về điều khiển hệ thống vòng kín :

Bộ điều khiển PID gồm các khâu I integrative:tích phân, Pproportional: tỉ lệ, Dderivative: vi phân thường dùng trong các hệ thốngSVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNđiều khiển vòng kín nhằm giảm vọt lố, thời gian xác lập hoặc sai số tùy theo yêu cầu cầu của từng đối tượng.6.5. 1 Chức năng cụ thể của các thành phần trong PID:

6.5.1.1 Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệP:

Được đưa vào hệ thống nhằm giảm sai số xác lập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây vọt lố cao do đó vò trí sẽ khôngđúng theo yêu cầu.Đây là bộ điều khiển mà biến đặt tỉ lệ với độ lệch từ điểm đặt bên trong dãy tỉ lệ cho phạm vi vò trí đặt.Khi vò trí hiện tại thấp hơn mức giới hạn thấp nhất của dãy tỉ lệ, biến đặt vào là 100. Khi vò trí bên trong dãy tỉ lệ, biến đặtgiảm dần tỉ lệ với độ lệch và giảm 50. Khi vò trí hiện tại bằng với điểm đặt và không có độ lệch thì khâu P cho phép điều khiểnvò trí phẳng với nhấp nhô nhỏ hơn điều khiển ON – OFF điều khiển đóng ngắt.Hình 6.9 Sơ đồ hiệu chỉnh khâu PĐiều khiển chia tỉ lệ thời gian : đối với các ngõ ra dang xung ởtrạng thái ON – OFF có thể dùng thiết bò ngõ ra của bộ điều khiển vò trí. Những ngõ ra này gồm : relay output, SSR output Solid state relayoutput và voltage output. Nếu như thiết bò này dùng để lặp trạng tháiSVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNON – OFF trong dãi tỉ lệ ở chu kỳ như hình 6.10 thì thời gian Ton ở ngõ ra tỉ lệ với độ lệch.Hình 6.10 : Chu kỳ tỉ lệTỉ số từ lúc on đến lúc Off là 1:φ và biến là 50 khi chu kỳ relay ngõ ra là từ On đến Off với vò trí điều khiển bằng điểm đặt. Một cho kỳngõ ra từ lúc On đến lúc Off gọi là chu kỳ tỉ lệproportional period và hoạt động điều khiển theo chu kỳ tỉ lệ được gọi là hoạt động chia tỉ lệthời gian .

6.5.1.2 Khâu điều khiển tích phân I :

Khâu I hay khâu tích phân giúp giữ cho hệ thống sau khi đã xác lập đạ trang thái bền. Sư sai lệch hay sa số giữa vò trí đặt và vò trí hiệntại được giảm xuống và có thể loại bỏ hoàn toàn với khâu điều khiển tích phân.SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNHình 6.11 : Hoạt động của khâu I Nhược điểm của khâu I là khi đưa nó vào mạch sẽ làm tăngvọt lố của hệ thống.

6.5.1.3 Khâu điều khiển vi phân :

Tác dụng của khâu D là khi đưa vào hệ thống nó sẽ làm giảm độ vọt lố nhưng đồng thời kéo dài thời gian xác lập. Khâunày được đòi hỏi phải bù đúng với biến đặt tỉ lệ, mức nghiêng của độ lệch được chỉ ra ở hình sauHình 6.12 : Hoạt động của khâu D Tỉ số thời gian rate time :Tỉ số thời gian là số biểu diễn độ dài của quá trình hoạt động. Đây là thời gian đòi hỏi biến đặt của tỉ số hoạt động đạt được giống nhưbiến đặt trong hoạt động hiệu chỉnh khi xảy ra thay đổi độ dốc trong độ lệch như hình 2-13. Tùy theo tỉ số thời gian dài hơn, vi phân linh hoạthơn.SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNHình 6.13 : Tỉ số thời gian hiệu chỉnh PD

6.5.1.4 Khâu điều khiển tích phân tỉ lệ PI :

Khiến hệ trở thành hệ vô sai.Muốn tăng độ chính xác của hê thống ta phải tăng hệ số khuéch đại. Song đối với hệ thốngthực bò hạn chế thì khâu PI là bắt buộc.6.5.2 Hiệu chỉnh PID : Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều dưói dạng thiết kếđiều khiển hay thuật tính hiệu chỉnh bằng phần mềm. Nếu tín hiệu vào là sai số et, tín hiệu ra là điện áp điều khiển ut thì :ut = Kp [et +Ti 1∫dt te+Tddt tde] 6.6Ta có hàm truyền đạt khâu PID : Gcs=s Es U= K1 +TiS 1+ TdS = Kp +S Ki+KdS 6.7 Theo nguyên tắc hình thang :SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNKi∫jTdt te=2 KiT∑=− −j kkT eT ke1} ]1 [{6.8 Còn phần đạo hàm thì : Kddt tde=T Kd{e[kT – e[k-1T]} 6.9 Như vậy : ukT=KpekT+2 KiT∑=− −j kkT eT ke1} ]1 [{+T Kd{e[kT – e[k- 1T]} 6.10u[k-1T] = Kpe[k-1T]+2 KiT∑=− −−j kT ke Tk e1]} 1[ ]2 [{+T Kd{e[k-1T] – e[k-2T]} 6.11Từ 6.10 và 6.11 ta coù : ukT - u[k-1T] = Kp[ek-ek-1]+2 KiT[ek-ek-1] +T Kd[ek - e[k-1] – e[k-2] 2.12 ukT - u[k-1T]= Kp +2 KiT+T Kdek + - Kp +2 KiT-T Kd2e[k-1] +T Kdek-2 Nếu đặt các hệ số :6.13 a= Kp +2 KiT+T Kd6.14 a1= - Kp +2 KiT-T Kd26.15 a2=T Kd6.16SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNThì :ukT - u[k-1T] = a ek + a1ek-1 + a2ek-2 6.17Hệ số Thời gian xác lập Vọt lốSai số xác lập Ki tănggiảm tăngkhử Kp tăngtăng giảmKd tăng tănggiảm6.5.3 Cách xác đònh thông số của bộ PID. 6.5.3.1 Phương pháp Ziegler Nicholcho PIDKp = 1.21 2T T6.18 Ti = 2T16.19 Td = 0.5T2 6.20Với T1 và T2 được xác đònh từ hàm truyền hở của động cơ.Hình 6-14 :đặc tuyến tốc độ hàm truyền hở của động cơ.

6.5.3.2 Phương pháp Jassen và Offerein :

SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNThực nghiệm được tiến hành theo các bước sau : 1.Cho hệ thống làm việc ở biên giới ổn đònh :•Điều khiển đối tượng theo luật PT0 và Ti∞ .•Xác đònh hệ số kpth2. cho hệ số làm việc với luật PI :•Cho hệ làm việc với luật PI và với hệ số kp=0.45kpth, Ti tùy chọn.•Giảm hàm số thời gian tích phân Ti cho đến khi hệ thống làm việc ở biên giới hạn ổn đònh. Xác đònh hằngsố thời gian tích phân Tithở chế độ này. Chọn Ti = Tith3.Chọn luật điều khiển PID :oCho hệ thống làm việc theo luật PID vớipk= kpth- ξξ đủ nhỏ, Td và Ti tuỳ chọn.oTăng hằng số thời gian vi phân cho đến khi hệ thống đạt được quá điều chỉnh cực đại lớn nhấtσmax= max. Xác đònh TDMAX .Chọn TD =3 1TDMAX và Ti = 4,5TDoGiảm kPcho đến khi hệ thống đạt được đặc tính động học mong muốn .6.5.4 Hàm truyền của động cơ :SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNHình 6.15 : Sơ đồ truyền động của động cơ Phương trình cân bằng điện áp :Uö = E + RöIö + Lö.dt dI6.21 E = Kφω 6.22Phương trình cân bằng noment : M = Mt + B.ω + Jdt dω6.23 M = Kφω 6.24Từ các phương trình 2.21 đến 2.24 ta viết dưới dạng toán tử : Uus = Eus + RuIus + sIus 6.25Es = K φ. ωs 6.26Ms = Mts +B ωs +s.J. ωs 6.27Ms = K φωs 6.28Từ phương trình 2.25 có quan hệ giữa tốc độ với điện áp phần ứng và moment tải :SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VAÊNω s =. .11 11s Us Hs Gs G++. .12 22s Mts Hs Gs G+6.29 Với :G1s =K sTRu u1 1+φB sTm1 1+=1 1msT sTBRu K+ +φ6.30 Ta thaáy rằng : do Tu≤ Tm nên : 1 + sTu1 + sTm≈ 1+ TmVậy 2.30 được viết :s Iusω=12sTm RuBK K+ +φ φ=RuB KK +2φ φTm RuBK Rus ++21 1φ6.31Đặt : Tm1 =RuB KRuB +2φTm 6.32Km =RuB kk +2φ φ6.33 Vậy phương trình 2.30 được viết lại như sau :s Usω=1 sTmKm +s Iusω=1 KsTu B+φ=sTu Km+ 12Với K2 m=B φKMtsHình 6.16 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vòng kín của động cơ .SVTH : NGUYỄN TRỌNG VÂN LÊ ANH VĂNKhi phân tích động cơ kích từ DC thì có thể phân tích thành 2 khối sau :s K1 m.11 1sTm sTm+ +IưsmsT Km+ 12Hình : 6.17 : Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoáChương 7: GIỚI THIỆU MẠNG PLC S7 3007.1. Truyền thông trên MPI 7.1.1CÔNG DỤNG

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• Tìm hiểu về PLC S7_300
  • 131
  • 2,295
  • 17

Tải bản đầy đủ (.doc) (131 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.51 MB) - Tìm hiểu về PLC S7_300-131 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×