Page 100 - Tạp chí Giao Thông Vận Tải - Số Tết Âm Lịch

SỐ 1+2 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO ĐIỀU - Điểm 1: Là bộ R-PID của bài báo này lựa chọn để
KHIỂN TỐC ĐỘ XE ĐIỆN tiếp tục sử dụng tích hợp vào bộ điều khiển phi tuyến.
4.1. Tổng hợp bộ điều khiển bền vững R-PID (17)
Với cấu trúc của hệ thống điều khiển tốc độ xe điện 4.2. Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến NR-PID
như Hình 2.1, chúng ta lựa chọn bộ điều khiển tốc độ xe Viết lại (17) như sau:
theo cấu trúc PID (7).
(7) . (18)
Với mô hình xe điện (6) và bộ điều khiển (7), hàm Bài báo này đề xuất bộ điều khiển phi tuyến NR-PID
truyền của hệ hở và hệ kín lần lượt như (8) và (9). được thiết kế như sau:
(8) (19)
(20)
(9)

Phương trình đặc trưng của hệ thống:
(21)
(10)
(11)
Để đơn giản, với bộ điều khiển PID (7), theo [1] giả Trong đó:
thiết hệ số k = 0,03. Khi đó, các tham số cần tìm là k và k. (22)
P
P
I
Từ (11), ta có: Bộ điều khiển NR-PID (19) sẽ nâng cao được chất lượng
(12) điều khiển tốc độ của xe điện. Các giá trị j , j đặc trưng cho
b
a
(13) dải sai số dương nhỏ, khi đó giá trị tốc độ của xe vẫn chưa
(14) đạt tốc độ đặt mong muốn thì cần tăng một lượng k và
N
tuân theo quy luật phi tuyến (21). Hệ số k được chọn sao
Cũng triển khai tương tự như [13], sử dụng phương cho sự biến động của k vẫn nằm trong miền ổn định bền
N
pháp phân miền D [9, 10, 11] và tiến hành phân miền D để vững tìm được. Như vậy, bộ điều khiển (19) hiển nhiên đảm
P
tìm miền ổn định k -k. Cần lưu ý, trong thực tế các tham số bảo ổn định của hệ thống điều khiển tốc độ xe điện.
P
I
k và k là dương. Mặt khác, do giới hạn vật lý nên chúng ta 4.3. Mô phỏng hệ thống điều khiển tốc độ xe điện
P
I
cần phải xác định miền ổn định thực tế. Nếu chúng ta để ý Chương trình mô phỏng được thiết kế trên Matlab-
tại k = 0, thì k = 0,45. Để tính toán giới hạn của k , chúng Simulink như Hình 4.2. Trong đó, mô phỏng song song với hệ
P
P
I
ta tính toán hệ số tỷ lệ chung là K. Để đảm bảo dòng điện thống điều khiển với bộ R-PID [1] để so sánh đánh giá hiệu
danh định là 78 A, với tốc độ điều khiển cực đại là 25 km/h quả của bộ điều khiển NR-PID (19) mà bài báo đã đề xuất.
tương ứng với 6,944 m/s. Tại thời điểm ban đầu, nếu chúng
ta đặt giá trị điều khiển là 25 km/h thì sai số lớn nhất là
6,944 m/s. Do đó, K=78/(25000/3600) = 11,232.
(15)
Trên cơ sở đó, ta tìm được miền ổn định k -k như Hình 4.1.
P I
Hình 4.2: Chương trình mô phỏng
* Các kết quả mô phỏng:
- Trường hợp 1: Tham số xe như Bảng 2.1 ở giá trị chưa
thay đổi:
Hình 4.1: Phân miền ổn định k -k I Các đáp ứng tốc độ, dòng điện, điện áp và sai số điều
P
Tham số PID của bộ điều khiển (7) lúc này sẽ là k = khiển như các Hình 4.3 và Hình 4.4. Dòng điện và điện áp
D
0,03 và hai tham số còn lại thuộc miền ổn định như Hình của động cơ điện nằm trong dải vật lý cho phép. Từ Hình
4.1. Để ý rằng trên Hình 4.1, điểm 2 chính là bộ điều khiển 4.3 cho thấy, khi yêu cầu tốc độ xe giảm từ 15 km/h xuống
R-PID của [13], như vậy miền ổn định k -k tìm được đã bao 10 km/h thì bộ NR-PID (19) có thời gian quá độ là 15s,
P
I
được kết quả của [1]. Chọn bộ tham số PI trong miền ổn nhanh hơn bộ R-PID (16) [13] có thời gian quá độ là 25s. Từ
định ta có bộ điều khiển R-PID. đồ thị sai số ta thấy, bộ điều khiển NR-PID cho chất lượng
- Điểm 2: Là bộ R-PID, kết quả của [13] sẽ sử dụng để điều khiển tốc độ xe tốt hơn bộ điều khiển R-PID. Khi tốc
làm mốc so sánh đánh giá chất lượng điều khiển tốc độ độ đặt là dạng đường cong, bộ điều khiển NR-PID cũng
của xe điện. cho chất lượng điều khiển tốc độ xe tốt hơn bộ điều khiển
(16) R-PID như Hình 4.5.

99