BÁO cáo CHUYÊN đề môn học điều KHIỂN số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO CHUN ĐỀ MƠN HỌC: ĐIỀU KHIỂN SỐ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN TÙNG LINH SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN TIẾN QUANG - 19810430244 : NGUYỄN DOÃN QUÂN - 19810430188 : NGUYỄN THÀNH LONG - 19810430264 : D14TDH&DKTBCN3 LỚP Hà Nội 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU ĐỀ BÀI .2 PHẦN : CÂU HỎI LÝ THUYẾT Câu 1: Trình bày ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số? Câu 2: Một số ví dụ hệ thống điều khiển số a) Cánh tay robot công nghiệp: b) Máy phay CNC c) Máy cắt Plasma CNC 10 PHẦN : PHẦN BÀI TẬP 11 I YÊU CẦU 1:VỚI Kp=1.4;Ki=5.6,hãy thực nội dung sau : 11 Câu 1: Xác định hàm truyền đạt nhận xét tính ổn định hệ thống .11 Câu 2: Xác định phương trình trạng thái 15 Câu 3: Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển 18 II YÊU CẦU :THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ Gc(z) 20 III YÊU CẦU :MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAD VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN VỪA THIẾT KẾ Ở YÊU CẦU 22 KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO .26 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1 : Sơ đồ khối số……………………………………………… hệ điều khiển Hình 1.2 : Cấu tạo cánh nghiệp………………………………………….5 tay ROBOT cơng Hình 1.3 : Hình ảnh nghiệp……………………………………….7 tay ROBOT cơng máy phay CNC Hình 1.5 : Cấu tạo Plasma……………………………………………………….10 máy cắt cánh Hình 1.4 : Cấu tạo ……………………………………………………… Đoạn lệnh 2.1 : Lệnh xác đinh hàm truyền đạt hệ thống ……………….…………… 12 Đoạn lệnh 2.2 : Lệnh mô hàm độ hệ thống để đánh giá tính ổn định…… 13 Hình 2.1 : Hàm độ hệ thống…………………………………………… ……….13 Hình 2.2 : đồ thị quỹ đạo ngiệm số …………………………………………… ……….14 Đoạn lệnh 2.3 : Lệnh tìm ma trận điều khiển Rank ma trận…………… ….16 Đoạn lệnh 2.4 : Lệnh tìm ma trận quan sát Rank ma trận …………… …….17 Hình 3.1 : Sơ đồ hệ thống thiết kế ………………………………………………… …… 22 Hình 3.2 : Bảng nhập thơng số PID……………………………………………………… 23 Hình 3.3 : Đồ thị ngõ …………………………………………………….24 hệ thống LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển công nghiệp hóa đại hóa, đời sống người dân ngày nâng cao, việc thay hoạt động thủ công thiết bị tự động người dân ứng dụng nhiều công nghiệp sinh hoạt Tự động hóa trở nên quen thuộc không đơn điệu sử dụng lĩnh vực chuyên môn kỹ thuật đặc thù Mục tiêu cơng nghệ tự động hóa xây dựng hệ thống người chủ chốt, người đặt u cầu cịn thao tác thực yêu cầu đó, tùy theo lĩnh vực, trình, đảm nhận hệ thống kỹ thuật đặc trưng Trong vấn đề sử dụng loại máy tiên tiến phục vụ cho việc sản suất cơng nghiệp ln đóng góp phần không nhỏ cho việc sản xuất Vậy nên việc ứng dụng tự động hóa vào cơng sản xuất vô cần thiết, gia tăng sản phẩm, tiết kiệm sức lực Điều khiển số môn học ứng dụng nhiều tự động hóa ,do hệ điều khiển số ln sử dụng thiết bị tính tốn có khả tính tốn mạnh vi xử lý máy tính, cho phép gia cơng quy luật điều khiển phức tạp, thực điều khiển bám sát đối tượng thực Trong trường hợp đối tượng thực biến động, ta chủ động thay đổi quy luật điều khiển, điều khiển số có độ xác cao Với mục đích tìm hiểu nghiên cứu, nhóm 11 chúng em đưa báo cáo để tìm hiểu ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số bước để tiến hành thiết kế khảo sát tính ổn định hệ thơng đứa số ví dụ cụ thể việc ứng dụng điều khiển số tự động hóa để thấy vai trị lợi ích tự động hóa thời kỳ cơng nghiếp hóa đại hóa ngày Trong q trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót mong góp ý, đánh giá, nhận xét quý báu quý thầy cô để báo cáo hoàn thiện ĐỀ BÀI PHẦN : CÂU HỎI LÍ THUYẾT Câu 1: Trình bày ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số? Câu 2: Hãy nêu số ví dụ hệ thống điều khiển số? PHẦN : PHẦN BÀI TẬP Cho hệ thống điều khiển số có cấu trúc sau: Thơng số hệ thống sau: G(s) = 1/(s+a)(s+1) , đối tượng điều khiển H(s) = 1/s+2 , khâu phản hồi Gc(Z) = Kp+(KiT/2)*(z+1/z-1), điều chỉnh số T chu kỳ lấy mẫu với T = 0,26 a = 2,05 Yêu cầu : với Kp =1,4 ; Ki = 5,6 thực nội dung sau : Câu : Hãy xác định hàm truyền đạt hệ thống , đánh giá tính ổn định hệ thơng Câu : Xác định phương trình trạng thái hệ , đánh giá tính điều khiển quan sát Câu : Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển : tính độ vọt lố ,sai số xác lập, thời gian độ Yêu cầu : Thiết kế điều khiển số Gc(Z) Thiết kế điều chỉnh PI cho hệ thống kín có cặp cực phức ưc Yêu cầu : Mô hệ thống phần mềm Matlad với điều khiển vừa thiết kế yêu cầu 2 PHẦN : CÂU HỎI LÝ THUYẾT Đề bài: Câu 1: Trình bày ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số? Câu 2: Hãy nêu số ví dụ hệ thống điều khiển số? Bài làm Câu 1: Trình bày ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số? - Khái niệm hệ thống điều khiển số : Hệ điều khiển số hệ điều khiển mà hệ cần có tín hiệu tín hiệu xung, số cần thiết bị làm việc theo nguyên tắc số - Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển số: Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ điều khiển số - Chức hệ thống điều khiển số : chức nhớ ,trễ - Ưu / nhược điểm hệ thống điều khiển số : +) Ưu điểm điều khiển số hạn chế điều khiển tương tự Điều khiển tương tự Điều khiển số Sử dụng giá trị tương tự bị ảnh hưởng mơi trường nên có sai số điều khiển Sử dụng hai mức nên không sảy tượng sai số môi trường Linh kiện bị nhạy cảm với nhiễu đặc biệt nhiễu nhiệt độ nhiễu kí sinh bên ngồi => ảnh hưởng đến giải thông mạch Thường dùng kỹ thuật lọc số cho phép loại bỏ yếu tố bất thường mà không ảnh hưởng đến giải thông mạch Sử dụng nhiều linh kiện điện tử cho mạch điều khiển Sử dụng linh kiện điện tử ,đơn giản Thực truyền dẫn khó khăn Thực truyền dẫn khó khăn +) Hạn chế điều khiển số ưu điểm điều khiển tương tự Điều khiển tương tự Điều khiển số Thời gian tác động nhanh Thời gian tác động chậm Có khả tác động liên tục Làm việc với đại lượng rời rạc Có thể đơn giản hóa cấu trúc phức tạp Khối liệu biến liệu lớn, giải thuật phức tạp => Kết Luận: ưu điểm nhược điểm hệ thống điều khiển số - Ưu điểm : - Việc thực số chức nhớ trễ kỹ thuật tương tự gặp nhiều trở ngại Việc thực chức kỹ thuật số đơn giản - Do hệ điều khiển số ln sử dụng thiết bị tính tốn có khả tính tốn mạnh vi xử lý máy tính, cho phép gia cơng quy luật điều khiển phức tạp, thực điều khiển bám sát đối tượng thực Trong trường hợp đối tượng thực biến động, ta chủ động thay đổi quy luật điều khiển, điều khiển số có độ xác cao Nói cách khác điều khiển số với thiết bị tính tốn có khả tính tốn mạnh, ta áp dụng nhiều thuật tốn điều khiển đại mà trước khơng thể thực - Nhược điểm : - Các thiết bị tương tự tác động gần tức thời thiết bị số tác động chậm cần thời gian biến đổi xử lý Thiết bị số phải thực theo bước:  Lấy mẫu ,ghi liệu  Tính tốn , xử lí theo trương trình liệu ghi - Độ nhạy kém( thời gian độ dài ) - Giải thuật phức tạp Câu 2: Một số ví dụ hệ thống điều khiển số a) Cánh tay robot công nghiệp: Cánh tay robot là công cụ sử dụng rộng rãi có khả nâng vật liệu nặng nguy hiểm mà công nhân xử lý Chúng sử dụng nhiều thập kỷ nhà máy, phịng thí nghiệm dự án khoa học quan trọng dành cho trẻ em trung học sở trung học phổ thông Giống robot khác, cơ cấu cánh tay robot công nghiệp bao gồm nhiều phận khác nhau, tất góp phần làm cho hoạt động bình thường Cơ cấu cánh tay robot cơng nghiệp Hình 1.2 : cấu tạo cánh tay ROBOT công nghiệp Cánh tay robot được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp để chọn thành phần sản phẩm cần lắp ráp, sau đặt lắp chúng vào vị trí Các chức thực máy thao tác, phạm vi tiếp cận thiết bị tác động cuối nó, hướng mà hoạt động không gian làm việc tổng thể cho máy thao tác xác định cấu trúc phần thân máy thao tác Ngoài ra, loại khớp sử dụng để kết nối phận khác tay máy với phần thân chân đế robot xác định bậc tự tổng thể máy thao tác chuyển động Phần thân máy thao tác di chuyển phận tác động cuối đến điểm mục tiêu nơi đối tượng nắm bắt kẹp lắp cổ tay Cổ tay định hướng đối tượng theo hướng cần thiết Cổ tay lắp vào điểm cuối tay máy Phần thân chân đế, cổ tay tay cầm tạo thành cấu trúc tay máy Các phận - Bộ điều khiển: xử lý cánh tay robot cơng nghiệp hoạt động não chúng Chúng hoạt động tự động lập trình cho phép vận hành thủ công cách xuất hướng dẫn trực tiếp từ kỹ thuật viên Về bản, chúng bảng điều khiển cánh tay robot có nhiều kiểu khác tùy theo loại công suất xử lý cần thiết Một số điều khiển nhà máy lớn hệ thống máy tính phức tạp, điều khiển khác đơn giản cần điều khiển - Cánh tay: phần của cánh tay robot và bao gồm ba phần: vai, khuỷu tay cổ tay Đây tất khớp với vai tựa gốc cánh tay thường kết nối với điều khiển di chuyển phía trước, phía sau quay Khuỷu tay nằm cho phép phần cánh tay di chuyển phía trước phía sau độc lập với phần Cổ tay nằm cuối cánh tay gắn vào phận tác động cuối - Bộ phận tác động cuối: hoạt động tay robot Nó thường bao gồm hai móng mở đóng theo lệnh Nó quay cổ tay, giúp điều động vật liệu thiết bị dễ dàng - Bộ truyền động: động nằm khớp điều khiển chuyển động điều khiển Chúng thường sử dụng dây đai tương tự tìm thấy động xe - Cảm biến: thường thấy robot tiên tiến Một số trang bị cảm biến cho phép chúng cảm nhận môi trường phản ứng tương ứng Nguyên lí hoạt động - Hầu hết robot giới thiết kế cho công việc sản xuất nặng nhọc, lặp lặp lại Chúng xử lý nhiệm vụ khó khăn, nguy hiểm nhàm chán người Robot sản xuất phổ biến là cánh tay robot Một cánh tay điển hình tạo thành từ bảy đoạn kim loại, nối với sáu khớp nối Máy tính điều khiển robot cách quay động bước riêng lẻ kết nối với khớp (một số cánh tay lớn sử dụng thủy lực khí nén) Khơng giống động thông thường, động bước chuyển động theo bước xác Điều cho phép máy tính di chuyển Vẽ hàm độ hệ kín: Đoạn lệnh 2.2 : lệnh mơ hàm độ hệ thống để đánh giá tính ổn định Hình 2.1 : Hàm độ hệ thống Nhận xét : hệ thống khơng có độ vọt lố,thời gian đáp ứng độ nhanh nên hệ thống điều khiển hoàn toàn Xét tính quan sát được: Ta có ma trận quan sát N=[C’ A’C’] Đoạn lệnh 2.4: lệnh tìm ma trận quan sát Rank ma trận Vì rank (N)=3 ; => nên hệ thống quan sát hoàn tồn 17 Câu 3: Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển -Phương trình đặc trưng hệ thống sau hiệu chỉnh là: Ta có 18 Cơng thức độ vọt lố: Giá trị xác lập đáp ứng độ: Sai số xác lập hệ: 19 II YÊU CẦU :THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ Gc(z) -Thiết kế hệ thống với Phương trình đặc trưng hệ thống sau hiệu chỉnh là: (*) 20 Cặp cực định mong muốn: Phương trình đặc trưng mong muốn: (**) Cân phương trình (*) (**) ta có: 21 III U CẦU :MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAD VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN VỪA THIẾT KẾ Ở YÊU CẦU - Mô Simulink: Với T=0.26s Kp Ki tìm yêu cầu Hình 3.1 : sơ đồ hệ thống thiết kế 22 Bảng nhập thơng số: Hình 3.2 : Bảng nhập thông số PID 23 Ngõ đáp ứng hệ thống: 24 Hình 3.3 : đồ thị ngõ hệ thống Nhận xét: hệ thống không ổn định KẾT LUẬN 25 Sau học xong môn học “ Điều khiển số ” sau hoàn thành báo cáo chuyên đề thầy Nguyễn Tùng Linh phụ trách hướng dẫn ,chúng em có thêm kinh nghiệm thiết kế , kiểm nghiệm tính ổn định , quan sát hệ thống thực thi dự án ngồi đời thật Chúng em có thêm nhiều kiến thức liên quan đến chuyên ngành Tự Động Hóa Mặc dù cố gắng kiến thức chúng em hạn chế đơi chỗ cịn thiếu sót nên chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 [1] Nguyễn Thị Phương Hà “ Điều khiển tự động”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1996 [2] Giáo trình “ Lý thuyết điều khiển tự động 2”, Nhà xuất Quân Đội Nhân Dân [3] Phạm Công Ngô “ Lý thuyết điều khiển tự động”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1994 [4] Nguyễn Văn Hòa “ Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động ”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1998 27 ... thống điều khiển số: Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ điều khiển số - Chức hệ thống điều khiển số : chức nhớ ,trễ - Ưu / nhược điểm hệ thống điều khiển số : +) Ưu điểm điều khiển số hạn chế điều khiển tương... điều khiển số? - Khái niệm hệ thống điều khiển số : Hệ điều khiển số hệ điều khiển mà hệ cần có tín hiệu tín hiệu xung, số cần thiết bị làm việc theo nguyên tắc số - Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều. .. để báo cáo hoàn thiện ĐỀ BÀI PHẦN : CÂU HỎI LÍ THUYẾT Câu 1: Trình bày ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số? Câu 2: Hãy nêu số ví dụ hệ thống điều khiển số? PHẦN : PHẦN BÀI TẬP Cho hệ thống điều