Download miễn phí Khóa luận Điều khiển động cơ DC với giải thuật PID



+ Nguyên lý hoạt động:
AVR Atmega32 phát PWM(Pulse Width Modulation) điều chỉnh vận tốc động cơ bằng cách thay đổi độ rộng của xung PWM ta sẽ có thể thay đổi được vận tốc của động cơ.
Xung PWM không trực tiếp làm quay động cơ mà thông qua một mạch công suất gọi là driver .Driver cho DC Motor chính là mạch cầu H.Trong bài này ta sử dụng chip L298N có tích hợp sẵn mạch cầu H.
Để cho việc điều khiển chip driver L298N được dễ dàng, ta sẽ sử dụng một mạch logic sử dụng các cổng NOT và AND
Động cơ DC mà ta sử dụng là có tích hợp sẵn một encoder gồm 3 ngõ ra, chúng ta sẽ dùng AVR để đọc số xung(hay số vòng quay) để tính ra được vận tốc của motor.Việc đọc encoder sẽ được thực hiện bằng ngắt ngoài.
Một giải thuật PID được xây dựng trong AVR để hiệu chỉnh vận tốc của động cơ
Chúng ta sẽ nhập vận tốc cần điều khiển vào AVR thông qua cá swithes.Vận tốc cần mong muốn và vận tốc đạt được sẽ được hiển thị trên Text LCD
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-03-22-khoa_luan_dieu_khien_dong_co_dc_voi_giai_thuat_pid.Ap7HH0ZjLu.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-4699/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

quả cho hệ thống.
K
C
O
M
u(t)
e(t)
x(t)
y(t)
z(t)
y1(t)
1.3.3 Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch và bù nhiễu(hình 1.4)
Hình 1.4- Sơ đồ nguyên tắc điều khiển hỗn hợp
Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp là phối hợp cả 2 nguyên tắc trên, vừa có hồi tiếp theo sai lệch vừa có các thiết bị để bù nhiễu.
1.3.4. Nguyên tắc điều khiển theo chương trình
Nguyên tắc này mục đích là giữ tín hiệu u=u(t) theo một chương trình đã được định sẵn.Để tính một tín hiệu nào đó theo chương trình, cần sử dụng một thiết bị có lưu trữ chương trình lớn. Hai thiết bị thông dụng chứa chương trình điều khiển đó là:
-PLC(Programmable Logic Contronler)
-CNC(Computerized Numerical Contronler)
1.4 Phân loại hệ thống ĐKTĐ [3]
1.4.1 Phân loại theo đặc điểm của tín hiệu ra
- Tín hiệu ra ổn định
-Tín hiệu ra theo chương trình
1.4.2 Phân loại theo số vòng kín
- Hệ hở: Là hệ không có vòng kín nào
- Hệ kín: Có nhiều loại như hệ 1 vòng kín, hệ nhiều vòng kín …
1.4.3 Phân loại theo khả năng quan sát tín hiệu
a) Hệ thống liên tục
- Quan sát được tất cả các trạng thái của hệ thống theo thời gian
- Mô tả toán học: Phương trình đại số, phương trình vi phân, hàm truyền.
b) Hệ thống không liên tục
Quan sát được một phần các trạng thái của hệ thống. Nguyên nhân
- Do không thể đặt được tất cả các cảm biến
- Do không cần đặt đủ các cảm biến
Trong hệ thống không liên tục người ta chia làm hai loại
+ Hệ thống gián đoạn
- Là hệ thống mà ta có thể quan sát các trạng thái của hệ thống theo chu kỳ T. Về bản chất hệ thống này là một dạng của hệ thống liên tục
+ Hệ thống với các sự kiện gián đoạn
-Đặc trưng bởi các sự kiện không chu kỳ
-Quan tâm đến các sự kiện, tác động
1.4.4. Phân loại theo mô tả toán học
- Hệ tuyến tính: Đặc tính tĩnh của tất cả các phần tử có trong hệ thống là tuyến tính
- Hệ phi tuyến: Có ít nhất một đặc tính tĩnh của một phần tử là hàm phi tuyến
- Hệ thống tuyến tính hóa: Tuyến tính hóa từng phần của hệ phi tuyến với một số điều kiện cho trước để có được hệ thống tuyến tính gần đúng
1.5 Nhiệm vụ của lý thuyết điều khiển tự động
Để khảo sát và thiết kế một hệ thống điều khiển tự động người ta thực hiện các bước sau:
a) Dựa trên các yêu cầu thực tiễn, các mô hình vật lý ta xây dựng mô hình toán học dựa trên các quy luật, hiện tượng, quan hệ của các đối tượng vật lý. Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng từ các mô hình toán học của các phần tử riêng lẻ.
b) Dựa trên lý thuyết ổn định, ta khảo sát tính ổn định của hệ thống. Nếu hệ thống không ổn định ta thay đổi đặc tính của hệ thống bằng cách đưa vào một khâu bổ chính (compensation) hay thay đổi thay đổi tham số của hệ để hệ thành ổn định.
c) Khảo sát chất lượng của hệ theo các chỉ tiêu đề ra ban đầu. Nếu hệ không đạt chỉ tiêu chất lượng ban đầu, ta thực hiện bổ chính hệ thống.
d) Mô phỏng hệ thống trên máy tính để kiểm tra lại thiết kế.
e) Thực hiện mô hình mẫu (prototype) và kiểm tra thiết kế bằng thực nghiệm.
f) Tinh chỉnh lại thiết kế để tối ưu hóa chỉ tiêu chất lượng và hạ thấp giá thành nều có yêu cầu.
g) Xây dựng hệ thống thực tế.
1.6 Thuật toán PID số[4]
1.6.1 Quy luật tỷ lệ (P)
- Tín hiệu điều khiển trong quy luật tỷ lệ được hình thành theo công thức
x = Kp . e (1.1)
Trong đó Kp là hệ số khuếch đại của quy luật. Theo tính chất của khâu khuếch đại thì ta thấy rằng tín hiệu ra của khâu luôn luôn trùng pha với tín hiệu vào. Điều này nói lên rằng ưu điểm của khâu khuếch đại là có tác động nhanh. Vì vậy, trong công nghiệp quy luật tỷ lệ làm việc ổn định với mọi đối tượng. Tuy nhiên, nhược điểm của khâu tỷ lệ là khi hệ số tỷ lệ Kp càng lớn thì độ vọt lố càng cao, hệ thống kém ổn định và khi sử dụng với các đối tượng tĩnh, hệ thống điều khiển luôn tồn tại sai lệch tĩnh. Để giảm sai lệch tĩnh thì phải tăng hệ số khuếch đại nhưng khi đó, tính dao động của hệ thống sẽ tăng lên và có thể làm cho hệ thống mất ổn định
Trong công nghiệp quy luật tỷ lệ thường được dùng cho những hệ thống cho phép tồn tại sai lệch tĩnh. Để giảm sai lệch tĩnh, quy luật tỷ lệ thường được hình thành theo biểu thức
x = x0 + Kp .e (1.2)
Trong đó x0 là điểm làm việc của hệ thống. Tác động điều khiển luôn giữ cho tín hiệu điều khiển thay đổi xung quanh giá trị sai lệch. Hình (1.5) mô tả quá trình điều khiển với các hệ số Kp khác nhau
Hình 1.5- Quá trình điều khiển với các hệ số Kp khác nhau
1.6.2 Quy luật tích phân (I)
Trong quy luật tích phân, tín hiệu điều khiển được xác định theo biểu thức
(1.3)
Trong đó Ki = 1/Ti gọi là hằng số tích phân
Từ công thức này ta thấy giá trị điều khiển x chỉ đạt được giá trị xác lập (quá trình điều khiển đã kết thúc) khi e = 0. Như vậy ưu điểm của quy luật tích phân là triệt tiêu sai lệch tĩnh
Xét đặc tính của khâu tích phân, tín hiều ra của nó luôn chậm pha so với tín hiệu vào 1 góc là . Điều này có nghĩa là quy luật tích phân có tác động chậm. Do sự tác động chậm mà trong công nghiệp, hệ thống điều khiển tự động sử dụng quy luật tích phân kém ổn định. Vì vậy mà quy luật này hiện nay ít được sử dụng trong công nghiệp
1.6.3 Quy luật tỷ lệ - tích phân (Proportional Integral)
Để hệ thống vừa có tác động nhanh, vừa có thể triệt tiêu được sai lệch dư, người ta kết hợp quy luật tỷ lệ với quy luật tích phân để tạo ra quy luật tỷ lệ - tích phân
Tín hiệu điều khiển được xác định theo công thức
x = Kp .e + = Kp (e+) (1.4)
Trong đó: Kp là hệ số khuếch đại
Ti = Kp/Ki là hằng số thời gian tích phân
- Hàm truyền đạt của quy luật tỷ lệ tích phân có dạng
W(p) = Kp (1+ )
- Hàm truyền tần số của quy luật PI
W(j) = Kp (1-j )
Như vậy khi khi ω = 0 thì ϕ (ω ) = −π/ 2 , còn khi ω = ∞ thì ϕ (ω ) = 0. Tín hiệu chậm pha so với tín hiệu vào một góc trong khoảng từ −π/2 đến 0 phụ thuộc vào các tham số Kp , Ti và tần số tín hiệu vào.
Rõ ràng , về tốc độ tác động thì quy luật PI chậm hơn quy luật tỷ lệ nhưng lại nhanh hơn quy luật tích phân.
Hình 1.6- Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tỷ lệ-tích phân với các hằng số thời gian tích phân khác nhau.
Nhận xét: Thời gian tích phân càng nhỏ, độ vượt mức càng cao.
1.6.4 Quy luật tỷ lệ - vi phân (Proportional Derivative)
- Tác động điều khiển của quy luật PD được hình thành theo công thức:
x = Kp.e + Kd. = Kp (e+Td )
Trong đó: Kp hệ số khuếch đại
Td = Kp/ Kd hằng số thời gian vi phân
Có thêm thành phần vi phân làm tăng tốc độ tác động hệ thống
Hàm truyền đạt của quy luật tỉ lệ - vi phân có dạng:
W(p) = Kp (1+Td.p)
- Hàm truyền tần số của quy luật PD
W ( jω ) = Kp (1+ jTd)
- Đặc tính pha tần:
ϕ (ω ) = arctg(Td .ω)
Như vậy khi ω thay đổi từ 0 đến ∞ thì đặc tính PT sẽ thay đổi từ 0 đến π/2 . Ta có thể khẳng định tốc độ tác động của quy luật PD còn nhanh hơn cả quy luật tỉ lệ.Tuy nhiên, do có thêm thành phần vi phân nên hệ thống sẽ phản ứng với các nhiễu cao tần có biên độ nhỏ, là điều mà chúng ta không mong muốn, đồng thời quy luật PD c

---