Bài giảng Thiết kế hệ thống nhúng - Chương 6: Tổng hợp phần cứng và phần mềm - Bài 11: Các hệ thống điều khiển
CHƢƠNG 6: TỔNG HỢP PHẦN CỨNG
VÀ PHẦN MỀM
Bài 10: Các hệ thống điều khiển
1
Hệ thống điều khiển
• Điều khiển đầu ra của hệ vật lý
– Bằng cách thiết lập đầu vào của hệ vật lý
• Điều khiển bám
• VD
– Điều khiển
– Điều khiển nhiệt độ
– Điều khiển ổ đĩa
– Điều khiển bay
• Khó, do các nguyên nhân:
– Nhiễu: gió
– Tƣơng tác với con ngƣời
2
Bám
3
Các hệ thống điều khiển vòng hở
• Đối tƣợng
– Các hệ vật lý đƣợc điều khiển
• Ô tô, máy bay, lò nhiệt…
• Cơ cấu chấp hành
– Thiết bị để điều khiển đối tƣợng
• van, độ
• Bộ điều khiển
– Sản phẩm đƣợc thiết kế để điều khiển đối tƣợng
4
Các hệ điều khiển vòng hở
• Đầu ra
– Các thông số của đối tƣợng mà ta quan tâm
• Tốc độ, vị trí, nhiệt độ,…
• Giá trị tham chiếu
– Giá trị chúng ta muốn đạt đƣợc ở đầu ra
• Tốc độ yêu cầu, vị trí mong muốn, nhiệt độ mong muốn
• Nhiễu
– Đầu vào không điều khiển đƣợc
• Gió, lực ngoài
5
Các đặc tính khác của vòng hở
• Điều khiển Feed-forward
• Có trễ ở đầu ra
• Bộ điều khiển không biết đầu ra có dáp ứng theo yêu cầu
• Đơn giản
• Sử dụng tốt nhất cho các hệ thống có thể dự đoán đầu ra
6
Các hệ điều khiển vòng kín
• Cảm biến
– Để đo đầu ra của đối tƣợng
• Bộ xác định lỗi
– Xác định sai số
• Hệ điều kh
• Giảm sai số bám
7
Thiết kế hệ điều khiển vòng hở
• Xây dựng mô hình đối tƣợng
• Xây dựng bộ điều khiển
• Phân tích bộ điều khiển
• Xem xét nhiễu
• Xác định chất lƣợng
• Ví dụ: Hệ điều khiển lái vòng hở
8
Mô hình đối tƣợng
• Có thể không cần thiết
– Có thể đƣợc thực hiện thông qua thực nghiệm hoặc dò
• Tuy nhiên,
– Có thể giúp quá trình thiết kế đơn giản hơn
– Có thể sử dụng để tính toán bộ điều khiển
• Ví dụ: điều khiển góc mở từ 0 đến 45 độ
– Trên mặt phẳng ở tốc độ 50 mph, mở van tới 40 độ
– Đợi 1 khoảng thời gian nhất định
– Đo tốc độ, ví dụ 55 mph
– Dựa vào
• vt+1=0.7*vt+0.5*ut
• 55 = 0.7*50+0.5*40
– Nếu phƣơng trình đúng cho mọi trƣờng hợp
• Nhƣ vậy chúng ta có một mô hình của đối tƣợng
9
Hệ điều khiển chung
• Mục tiêu
– Làm cho đầu ra bám theo giá trị đặt ngay cả khi
• Nhiễu đo lƣờng
• Sai số của mô hình
• Nhiễu ngoài
• Cá thông số
– Tính ổn định
• Đầu ra nằm trong một giới hạn
– Chất lƣợng
• Đầu ra bám theo giá trị đặt
– Loại bỏ
– Tính bền vững
• Khả năng đáp ứng khi mô hình thay đổi
10
Chất lƣợng (nói chung)
• Thời gian tăng
– Thời gian từ 10% tới
90%
• Thời gian đỉnh
• Quá điều chỉnh
– Phần trăm
đỉnh đạt quá giá trị
đặt
• Thời gian xác lập
– Thời gian cần thiết
để đạt 1% giá trị cuối
11
Xây dựng mô hình của đối tƣợng là khó
• Cần đƣợc thực hiện trƣớc
• Đối tƣợng thƣờng liên tục theo thời gian
– Không rời rạc
• VD tốc đọ xe thay đổi liên tục so với vị trí góc mở của van
– Thời gia
• Đối tƣợng thƣờng phi tuyến
• Mối tƣơng tác giữa mô hình đối tƣợng và bộ điều khiển
– Mô hình “đủ tốt” cho việc thiết kế bộ điều khiển
12
Thực hiện bộ điều khiển số
• Hệ thống điều khiển số
13
Thực hiện bộ điều khiển số
• Triển khai hàm điều khiển dƣới dạng biến đổi z
• Biểu diễn dạng rời rạc
• Hoặc
14
Bộ điều khiển PID số
• Phƣơng trình bộ điều khiển PID
• Biểu diễn xấp xỉ dạng rời rạc
• Suy ra
15
Bộ điều khiển PID số
• Từ hai phƣơng trình trên ta thu đƣợc
16
Bộ điều khiển PID số dạng xấp xỉ
• Kết hợp điều khiển tỷ lệ, vi phân và tích phân
– ut=P*et+I*(e0+e1+…+et)+D*(et-et-1)
• Có sẵn trong công nghiệp
17
Mã chƣơng trình
• Vòng lặp chƣơng trình chính
– Đọc đầu ra cảm biến của đối tƣợng điều khiển
• Có thể yêu cầu A2D
– Đọc đầu vào đặt hiện tại
– Gọi hàm PidUpdate, xác định giá trị của cơ cấu chấp hành
– Thiết lập
• Có thể yêu cầu D2A
18
Mã chƣơng trình (cont)
• Pgain, Dgain, Igain là hằng số
• sensor_value_previous
– Cho khâu D
• error_sum
– Cho khâu I
19
Tính toán
• ut=P*et+I*(e0+e1+…+et)+D*(et-et-1)
20
Tải về để xem bản đầy đủ
23 trang
19/04/2022
2520
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế hệ thống nhúng - Chương 6: Tổng hợp phần cứng và phần mềm - Bài 11: Các hệ thống điều khiển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thiet_ke_he_thong_nhung_chuong_6_tong_hop_phan_cun.pdf
