dieu khien toc do dong co bang thuc toan pid
TRANSCRIPT
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
1/12
TR NG I H C S PH M K THU T TP. H CH MINH
KHOA: I N- I N T B MN I U KHI N T NG
----- -----
BO CO
N MN H C 1
TI : I U KHI N T C NG C DCB NG THU T TON PID
GVHD:TS.NG VN THUYN
Thnh ph H Ch Minh Thng 1-2010
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
2/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 2
TI: I U KHI N T C NG C DC B NG THU T TON PID
N I DUNG:
I- Gi i thi u chung :1.Cc ph ng php i u khi n t c ng c DC.
1.1.Ph ng php i u khi n vng h .1.2.Ph ng php i u khi n vng kin.
2.V n n nh t c ng c DC.3.V n l a ch n b i u khi n cho ng c DC.
II- Thu t ton PID s
1.L thuy t v PID.2.Kh o st s nh h ng c a cc khu P,I,D b ng Simulink i v i p ng c a ng c DC.3.Tuning PID.
III- Thi t k b i u khi n PID s trn vi i u khi n AT89S52.
1.S k t n i ph n c ng.
2.Gi i thu t ch ng trnh.
3.Ch ng trinh C cho vi i u khi n.
IV- K t lu n:
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
3/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 3
I- Gi i thi u chung:ng c i n DC ngy nay vn cn c s d ng r ng ri trong nhi u l nh v c
khc nhau.V n n nh t c ng c l c n thi t trong m t s qu trinh cngnghi p.C r t nhi u ph ng php khc nhau th c hi n yu c u ny m ph ngphp i u khi n t c theo thu t ton PID l kh ph bi n .
I.1.Kh o st m t s c tnh c a ng c i n DC.
Ph ng trnh cn b ng i n p ph n ng:
v i ea = Ke * *w.
Ph ng trnh cn b ng moment:
Mdt = J. + TL + B.wV i Mdt = Km * * ia .T cc ph ng trnh trn , ta c h ph ng trnh bi n tr ng thi c a ng c :
= .i a - w +
= - . w -
I.2. ng c DC v i b i u khi n PID:Hm truy n c a b PID: GPID(s) = Kp + Kd.s + .H th ng i u khi n ng c c m t nh sau:
R(s) C(s)
-
S m ph ng trn Simulink:
DU
L
GPID(s) DC motor
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
4/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 4
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
5/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 5
K t qu m ph ng thu c nh sau:
B ng cch thay i cc h s Kp, Ki, Kd c a b i u khi n PID, ta c th a ra m t s k tlu n t ng quan nh t v nh h ng c a cc khu P,I,D i v i ch t l ng p ng c a ngc nh sau:
nh h ng c a vi c tng cc thng s Kp, Ki, Kd
Ch s ch t l ng Rise Time v t l Th i gian xc l p Sai s xc l p
Kp Gi m t ng Thay i nh Gi m
Ki Gi m t ng t ng Lo i b
Kd Gi m t or t ng Gi m t ng Khng tc d ng
Nh v y: p ng (t c ) c a ng c v i b i u khi n PID c c i thi n m t cchng k v cc ch s ch t l ng nh v t l , th i gian xc lp, sai s xc l p.
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
6/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 6
II- Thu t ton PID:
Setpoint (Gi tr t) l gi tr mong mu n t c t i ng rac a i t ng i u khi n.
Process variable (Bin qutrnh ): tn hi u h i ti p m b i u khin nh n c t i
t ng i u khi n.Control variable : gi tr ng
ra c a b i u khi n.Error: gi tr sai l ch gi a gi tr t v gi tr hi n t i ng ra c a i t ng i u
khi n v b i u khi n PID lun a ra tn hi u i u khi n CV d a trn gi tr c a error.Output : gi tr ng ra c a i t ng i u khi n.
1) Ho t ng c a khu P: (khu t l ) ,khu ny lun a ra tn hi u i u khi nlun t l v i gi tr sai l ch:Hm truy n c a khu P lin t c:
(t)
V i Kp: h s t l .error = setpoint process variable.Pout: ng ra c a b i u khi n P.
Khi chuy n qua mi n r i r c th ta cph ng trnh : Pout(k) = Kp* error(k).Nh v y, th c hi n khu P trong min r i r c ta lm nh sau:
*Ti n hnh l y m u (thu th p d li u t i ng ra v so snh v i gi tr t) t i th i i m(k-1).Ts v th i i m kTs.
* Tnh gi tr sai l ch error t i th i i m kTs.* a ra tn hi u i u khi n theo nguyen tc : Pout = Kp* error.
Ta th y tn hi u Pout ph thu c vo h s Kp, h s n y c c gi tr t i u nh qutrnh tunning b PID .N u Kp qu l n c th lm cho h th ng dao ng c chu k , gyra v t l cao.N u Kp qu nh th t o ra tn hi u Pout nh .Nh v y, khi thay i kplm nh h ng n cc ch tiu ch t l ng nh v t l , gi tr offset.
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
7/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 7
2.Ho t ng c a khu D ( khu vi phn): lun a ra tn hi u i u khi n t l v i t c thay i c a gi tri sai lch.
Dout(t) = Kd*
R i r c ph ng trnh trn theoph ng php sai phn li ta c:Dout(k) = Kd *( e(k) e(k-1) ).Nh v y, th c hi n khu D trongmi n r i r c ta ti n hnh nh sau:
* L y m u t i th i i m k Ts r i t tnh gi tr sai l ch t i th i i mny.*Tnh gi tr sai l ch gi a gi tr sail ch tai th i i m l y m u v th ii m tr c 1 chu k l y m u.
S k t h p c a khu P v D: ( b i u khi n PD):
Ng ra c a b PD: CV=Kp*error(t) + Kd* = Kp*(Sp Pv) + Kd* . T i th i i m t =0+ , lc ny ng c ch a quay, t c l Pv=0, trong khi Sp thayi t 0 n gi tr t tr c Sp , nh v y ng ra c a b PD so v i b P th c c ng
thm 1 i l ng Kd* , v nh v y s lm ng c gia t c nhanh h n.
T i th i i m t >0, lc ny ng c quay , do Sp l hng s nn
Kd* = - Kd* ,v nh v y khi ng c gia t c r i khu th D c tcd ng lm gi m Cv , chnh c i m ny khu D c th gi m v t l c a p ng.
K t lu n: Tc d ng c a khu D l kh c ph c c hi n t ng v t l v dao ng l
nh c i m c a khu P nh ng v m t ton h c th khu D khng c tc dng lmgi m offset ( gi trxc l p c a p ng v gi tr t ).
3.Ho t ng c a khu I: (khu tch phn ): a ra tn hi u i u khi n d a trn gi tr c a sai l ch v th i gian x y ra sai l ch.Ph ng trnh c a khu I lin t c: u(t) = Ki* dt .
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
8/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 8
Khi chuy n qua mi n r i r c : u(KT) = Ki. dt + Ki. dt
hay: u(KT) = [u(k-1)T] + .(e[(k-1)T] + e[kT]).
Nh v y, khu I lun a ra tn hi u i u khi n Iout > 0 khi cn tn t i gi tri sai lche(t) t i th i i m hi n t i v th i i m tr c m t chu k l y m u.th c hi n khu I trong mi n r i r c ta ti n hnh nh sau:
L y m u t i th i i m hi n t i , t tnh gi tr sai l ch t i th i i m ny.L y t ng gi tri sai lch ny v gi tr sai l ch tr c r i nhn cho Ki.C ng d n gi tr Iout ny v i Iout tr c m t chu k l y m u.L u gi tr sai l ch v Iout hin t i cho l n tnh ti p theo.
4. B i u khi n PID: l s k t h p c a cc khu P,I,D do n kh c ph c cnh c i m c a m i khu ring l .Nh v y , ng ra c a b PID l:CV(kT) = Kp*[ Sp Pv(KT)] + Iout[(k-1)T] + Ki*( e(kT) +e[(k-1)T] ) +
+ Kd*[ e(kT) e(k-1)T ].Hi n t ng Reset Wind_up: th c ch t y l hi n t ng gy ra b i c i m ho tng c a khu I. Khu I lin t c l y t ng gi tr sai l ch t i th i i m l y m u hi n t i
v th i i m tr c , nh ng v l do no m khi b PID ho t ng, gi tr sai l cherror lun lun t n t i th khu I s a ra tn hi u Iout r t l n t c l gi tr Cv t ln
i t ng i u khi n s r t l n, nhuwg th ng th cc i t ng i u khi n b gi i h nb i m t s c tnh c , i n
5. V n tunning b PID:
Tunning PID l tm cc thng s Kp,Ki,Kd ti u sao cho p ng t i ng ra th a mnyu c u v ch t l ng cho tr c.
i t ng i u khi n trong ph m vi ti l ng c DC l i t ng khng ph c t pl m, tuy nhin do ch a bi t cc thng s v c tnh c , i n , do v y vi c tm c th m hnh ton h c c a ng c l kh khn, do v y s ti n hnh tunning PID cho ngc theo ph ng php i u ch nh v quan st .
Tng d n h s Kp , n gi tr no th x y ra v t l ho c dao d ng c a v n t c.
Tng gi tr Kd ln lo i b v t l do khu P gy ra., nh ng v n cn t n t i offset.Tng d n gi tr Ki ln lo i b gi tr offset ,nu tng Ki qu l n s gy ra daong.
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
9/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 9
C- Thi t k b i u khi n PID s cho ng c DC trn vi i u khi n AT89S52.
Cc c i m v ph n c ng c a Vi i u khi n AT89S52 v a cho ng d ng thi tk b PID cho ng c DC, tuy nhin do mt s nguyn nhn ch quan cng nh khchquan khng cho php thit k m t cch hon h o b PID, cng l h n ch c a ti.
I. S nguyn l phn c ng.1.Kh i ngu n:
NGUON 5V
12
7805
1 3
2
I N OU T
G N D
AC 15v
12
2200uF
- +
BRIDGE
1
4
3
2
0
D2
LED
2200uF
1K
2.Vi i u khi n AT89S52:
0
P0.0
P3.0RN 3
2345678
1
9
P0.7
P0.5P1.6
RN 1
2345678
1
9
P2.6P3.6
P1.5
P3.1
P3.7
P2.0
P1.7
12Mhz
P2.2
1uFP0.2
RN 1
2345678
1
9
P3.3
P1.4
P3.2
P2.7P3.4
+Vcc
P2.4
P1.2
P3.5
0
HI
P0.1
10k
+VccAT89S52
9
1918
2 0
293031
4012345678
2122232425262728
1011121314151617
3938373635343332
RST
XTAL2XTAL1
G N D
PSENALE/PROG
EA/VPP
VCCP1.0/T2P1.1/T2-EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6
P1.7
P2.0/A8P2.1/A9
P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15
P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD
P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4
P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7
P0.4P0.3
P0.6
+Vcc
P1.3
HI
P1.0
P2.3
P2.1
+Vcc
P1.1
P2.5
RN 2
2345678
1
9
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
10/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 10
3.Encorder:
Encoder cnhi m v thu th p gi tr v n t cc a ng c t i cc th i i m l y m u d id ng xung , ng ra xung ny c a vochn T0 c a b m C0 trn vi i u khi n .Gi tr v n t c c tnh theo cng th c:
n = ( vng/ pht).Trong N0=200 xung/ vng.N: s xung c c trong kho ng th i gian Ts.
Ng ra c a encoder c a vocc c ng Smitch trigger tr c khi a vo chn T0 ca b m.
74HC14
1 2
ENCODER
123
0
TO
74HC14
1 2
+Vcc
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
11/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 11
4.Module hin th LCD:
P 1 . 4
P 1 . 3
0
P 1 . 2
P 1 . 6
H I
P 1 . 0
P 0 . 2
P 1 . 1
P 1 . 7
HI
P 0 . 3 10K
1
3
2
P 1 . 5
0
LCD-1602
2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1
V D D
V o
R S
R / W
E D B 0
D B 1
D B 2
D B 3
D B 4
D B 5
D B 6
D B 7
K ( L E D - )
A ( L E D + )
V S S ( G N D )
P 0 . 1
5.M ch cng sut i u khi n ng c :
1K
1k
P0.7
D4
LED
0
MOTOR DC
1
2
24V DC
OPTO
1
2
3
4
10k
10K
H1061
+Vcc
P0.4
10K
Q1C1815
DIODE
0
-
8/6/2019 Dieu Khien Toc Do Dong Co Bang Thuc Toan PID
12/12
I U KHI N NG C DC B NG THU T TON PID GVHD:TS. NG VN THUYN
PHATTRIENCONGNGHE.COM Trang 12
6.Kh i nh p li u (keypad 4x4)
P2.4
10
5
14 15
6
42
P2.7
P2.2
11
P2.3
P2.5
P2.6
129
16
P2.1
1
7 8
P2.0
13