ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN
TỬ
o0o

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN
NÂNG CAO
GVHD: Thầy Trần Quốc Tiến Dũng
Nhóm: A09
Tổ:04

1

1/. Phan Thanh Tân

MSSV: 1713078

2/. Kiều Minh Tâm

MSSV: 1713034


...........................................................................................................................................

Mục lục

BÀI THÍ NGHIỆM 1:ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN CON LẮC QUAY NGƯỢC ............... 3
5.1 TUYẾN TÍNH HĨA TẠI ĐIỂM CÂN BẰNG TRÊN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR ..... 3

5.2 BỘ ƯỚC LƯỢNG TRẠNG THÁI............................................................................. 10
5.3 ĐIỀU KHIỂN SWING- UP CON LẮC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NĂNG LƯỢNG ... 11
5.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH HĨA .................................................. 14
5.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT...................................................................... 16
Báo cáo ........................................................................................................................... 17
BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2:ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT VÀ TẤM PHẲNG .................................. 19
5.1 Khảo sát đáp ứng hệ thống ......................................................................................... 19
5.2. Thiết kế bộ điều khiển PID dùng phương pháp Ziegler-Nichols ................................ 21
Báo cáo ........................................................................................................................... 30
BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3:ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ TƯ ĐIỀU
CHỈNH STR (SELF-TURNING REGULATOR) ......................................................................... 32
5.1. Nhận dạng hàm truyền đối tượng .............................................................................. 32
5.2 Xây dựng bộ điều khiển tự chỉnh theo phương pháp đặt cực miền liên tục ................. 32
5.3 Xây dựng bộ điều khiển tự chỉnh theo phương pháp theo phương pháp rời rạc ........... 35
Báo cáo ........................................................................................................................... 38
BÀI THÍ NGHIỆM 4:ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
PID AUTO- TUNING ....................................................................................................................... 41
5.1 Tìm độ lợi tới hạn và chu kỳ tới hạn của hệ thống để cài đặt thông số cho bộ điều khiển
PID .................................................................................................................................. 41
5.2 Điều khiển thích nghi PID auto- tuning ...................................................................... 43
Báo cáo ........................................................................................................................... 44
BÀI THÍ NGHIỆM 5:ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP BIẾN TRẠNG THÁI ..................................... 46
5.1 Tìm thơng số của hệ xe-lị xo. .................................................................................... 46
5.2. Điều khiển vị trí xe 2. ............................................................................................... 46
5.3. Điều khiển vị trí xe 1. ............................................................................................... 52
Báo cáo ........................................................................................................................... 60

2



BÀI THÍ NGHIỆM 1
ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN CON LẮC QUAY NGƯỢC

V. THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM
5.1 TUYẾN TÍNH HĨA TẠI ĐIỂM CÂN BẰNG TRÊN VÀ BỘ ĐIỀU
KHIỂN LQR
Mơ hình Simulink

a. Khảo sát ảnh hưởng của ma trận Q và ma trận R
Thực hiện các thay đổi các giá trị ma trận như sau:

3


Kết quả mô phỏng
-Lần chạy 1:

4


-Lần chạy 2:

-Lần chạy 3:

5


-Lần chạy 4:

-Lần chạy 5:


6


-Lần chạy 6:

ảnh hưởng của ma trận Q lên góc theta2: khi ta tăng hệ số thứ 3 của ma trận
Q lên thì làm cho hệ thống đáp ứng nhanh hơn giảm POT
ảnh hưởng của ma trận R: khi tăng R thì giảm thời gian quá độ của hệ thống

b. Khảo sát ảnh hưởng của giá trị khởi tạo góc ɵ
Sự thay đổi ɵ như sau:

Kết quả mô phỏng:

7


-Lần chạy 1:

-Lần chạy 2:

8


-Lần chạy 3:

-Lần chạy 4:

Nhận xét: khi ɵ thay đổi thì thời gian để thanh lắc về vị trí cân bằng trên sẽ

càng lâu đến 1 giá trị ɵ lớn thì hệ khơng thể về được vị trí cân bằng trên.
9


5.2 BỘ ƯỚC LƯỢNG TRẠNG THÁI
MƠ HÌNH SIMULINK

Điều kiện:

Kết quả mô phỏng:

10


Đánh giá sai số: sai số của 2 tín hiệu trên dường như khơng đáng kể, tín hiệu
bám theo tín hiệu gốc rất tốt.
5.3 ĐIỀU KHIỂN SWING- UP CON LẮC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NĂNG
LƯỢNG
Ta thay đổi tốc độ swing – up theo bảng sau:

Kết quả mô phỏng
-Lần 1:

11


-Lần 2:

12



-Lần 3:

-Lần 4:

*Nhận xét: tốc độ swing- up

13


Khi k tăng lên thì tốc độ swing- up tăng lên, nhưng đến 1 giá trị ngưỡng thì
tốc độ này không tăng nữa
Nguyên nhân: là trong bộ điều khiển này ta đã dùng 1 bộ saturation -25;25 .

5.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH HĨA
Mơ hình mơ phỏng Simulink

14


Chọn các hệ số K phù hợp với yêu cầu
K1= 42
K2=900
Kết quả mô phỏng

15


5.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT
Các hệ số

K1=500
K_1=500
Kết quả mô phỏng
Dùng bộ sign

Dùng bộ sat để giảm hiện tượng chattering

16


*Báo cáo:
Câu 1: Dựa vào đáp ứng ngọ ra của các trường hợp trong thí nghiệm
5.1, nêu ý nghĩa của ma trận Q và ma trận R? Ta có thể điều khiển ɵ
đến góc 30° được khơng?
- Ý nghĩa ma trận Q để giảm thời gian quá độ và vọt lố của hệ, để cho đáp
ứng nhanh hơn
-Ma trận R thì làm tăng thời gian xác lập .
-Ta có thể điều khiển ɵ ở 30 độ được.
-Vì mục tiêu của bài tốn này là đưa thanh lắc về vị trí cân bằng trên nên góc
khởi tạo ban đầu ɵ này không ảnh hưởng.
Kết quả mô phỏng:

17


Câu 2: Trong thí nghiệm 5.3, tại sao khi góc khởi tạo của ɵ lớn (ɵ =25°)
thì hệ thống khơng thề cân bằng?
-Khi góc ɵ lớn thì hệ khơng thể về được vị trí cân băng trên do quán tính gây
ra quá lớn.
Câu 3: Trong thí nghiệm 5.3, giải thích vì sao khi tăng Ksw lêm rất lớn thì

tốc độ swing-up khơng tăng được nữa?
-Vì trong bộ điều khiển này ta đã dung 1 khâu saturation -25;25 giới hạn nên
khi tăng đến1 ngưỡng nhất định thì tốc độ swing- up khơng thể tăng lên được
nữa.
Câu 4: Trong thí nghiệm 5.4 và 5.5, quan sát giá trị ngõ ra ɵ và ɵ ⁄
giải thích hiện tượng?
-Giải thích:

và

Hệ thống đã được tuyến tính hóa nên tín hiệu sẽ khơng cịn phi tuyến như các hệ
thống trước.

18


BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2
ĐIỀU KHIỂN HỆ QUẠT VÀ TẤM PHẲNG
V. THÍ NGHIỆM.

5.1 Khảo sát đáp ứng hệ thống
5.1.1 Trường hợp 1: Do trường hợp điện áp bằng 2V quá nhỏ nên bỏ qua.
Điện áp(V)
Tốc độ
Góc
K1
k0

4
357.3

0.612
89.325
0.000004793

Điện áp(V) 12
Tốc độ
1120
Góc
9.072
K1
93.33333
k0
0.000007232
Đồ thị của K theo áp đầu vào:

Đồ thị của k0 theo áp đầu vào:

19

6
552.6
2.412
92.1
0.000007898
14
1304
10.94
93.14286
0.000006433


8
742.2
4.536
92.775
0.000008234
16
1487
13.21
92.9375
0.000005974

10
931.5
6.984
93.15
0.000008048
18
1668
14.76
92.66667
0.000005313


5.1.2 Trường hợp 2:
Điện áp(V)
Tốc độ
Góc
K1
k0
Điện áp(V)

Tốc độ
Góc
K1
k0

20

4
357.3
0.54
89.325
0.000004229
12
1118
8.964
93.16667
0.000007171

6
551
2.16
91.83333
0.000007114
14
1304
11.12
93.14286
0.000006539

8

741
4.392
92.625
0.000007998
16
1484
14.18
92.75
0.000006438

10
929.2
6.984
92.92
0.000008088
18
1666
16.2
92.55556
0.000005836


Đồ thị của K theo áp đầu vào:

Đồ thị của k0 theo áp đầu vào:

5.2. Thiết kế bộ điều khiển PID dùng phương pháp ZieglerNichols
5.2.1. Tìm thơng số tới hạn và thiết kế bộ điều khiển PID

21



Vị trí quạt
Vị trí 1
Vị trí 2

Kgh
0.9
0.9

Tu
0.8
0.9

Vị trí 1:

Kết quả sau điều chỉnh thông số PID:

22

Kp
0.54
0.54

Ki
1.35
1.2

Kd
0.054

0.06075


Vị trí 2:

Sau khi điều chỉnh thơng số PID:

23


5.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số điều khiển
a) Ảnh hưởng của Kp
Trường hợp 1: Kp = Kp0 /2.

Trường hợp Kp=2Kp0

*Nhận xét: tăng Kp làm hệ thống dao động khơng cịn xác lập.
Đáp ứng của hệ thống trong cà 3 trường hợp Kp=Kp0/2, Kp=Kp0, Kp=2Kp0.
24


b) Ảnh hưởng của Ki
Trường hợp Ki=Ki0/2

Trường hợp Ki=2Ki0

25