BÁO cáo CHUYÊN đề môn học điều KHIỂN số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ Tự ĐỘNG HÓA ĐỢI HỌC ĐIỆn Lực ELECTRIC POWER uNIVERSITY BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN 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 LỚP D14TDH&DKTBCN3 Hà Nội 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình số 1.1 Hình nghiệp Hình nghiệp Hình 1.2 : Sơ Cấ : u 1.3 : Hìn đồ khối hệ tạo cánh tay ảnh tay điều khiển ROBOT côn g ROBOT h côn g cánh 1.4 Cấ tạo u máy Cấu Hình 1.5 tạo Plasma 10 phay CNC máy cắt 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 hệ thống .24 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển cơng 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 đon điệu sử dụng lĩnh vực chuyên môn kỹ thuật đặc thù Mục tiêu công nghệ tự động hóa xây dựng hệ thống người chủ chốt, người đặt yêu cầu cịn thao tác thực u 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 công nghiệp đóng góp phần khơng 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 nhận trình xét thựcq khơng tránh khỏi sótbáo cáo mong góp đánh giá, hon báu quý thầy côthiếu để hoàn thiệný, 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 2:PHẦN BÀI TẬP Cho hệ thống điều khiển số có cấu trúc sau: Thông 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 Ị, = 0,805 w_n =2.1 rad/s Yêu cầu : Mô hệ thống phần mềm Matlad với điều khiển vừa thiết kế yêu cầu 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 thơng 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 +) Hạn chế điều khiển số ưu điểm điều khiển tương tự Thực truyền dẫn khó khăn Điều khiển tương tự Thực truyền dẫn khó khăn 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 toán điều khiển đại mà trước 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: V Lấy mẫu ,ghi liệu V 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 cơng 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, 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 Kêt câu tay máy Hình 1.2 : cấu tạo cánh tay ROBOT công nghiệp Suy hệ thống ổn định Kiểm tra lại tính ổn định hệ thống: Rlocus(gk) Figure1 File Edit View lns.ert Tool — □X Desktop Window Help Root Lccus ■3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 Real Axis (seconds’1) Hình 2.2 : đồ thị quỹ đạo nghiệm số Nhận xét: Các cực hệ thống nằm bên trái trục ảo Suy hệ thống ổn định 0.5 Câu 2: Xác định phương trình trạng thái Ta có : 53+5.055^+8.155+5.1 —> C(5)*(53 + 5.05.7^ +8.155+5.1) = 7f(5)*Í5+ 2) Lơplace' c(í) + 5.05*c(í) + S-15*c(í) + 5.lI‘c(t) = r(í) + 2r(t) ->a c(O+«] *c(Ỳ) + «2 *c(t)+a *cịt)=b r(t)+b r(t) Suy ra: «0=l = 5.05 =8.1 0, = 5.1 v° *1 = /?.=2 Đặt: A'1(n= vơ) ■ À2ío=A](n-/í|^íự) x3(0=^(0-Ạ*u(t) Ta có : ^=^ = ■ /?? =í?j-Ạ *ÍỈJ =1 Ạ =b2-ÍỈ2*Ạ v2 =-3.05 Trong : A 0 0■ 0 -5.1 -8.15 -5.05 a ro /3 ] B r = -3.05 ^3 10 0] c Xét tính điều khiển được: Ta có ma trận điều khiển :M= [ AB B] » A=[O O;O ỉ;-5.ỉ -8.15 -5.05] A= 0 -5.1000 1.0000 -8.1500 1.0000 -5.0500 » B= [0; 1;-3.05] B= 1.0000 -3.0500 » 0(1 0] » co=ctrb(A,B) co = 1.0000 -3.0500 » rank(co) ans = 1.0000 -3.0500 7.2525 -3.0500 7.2525 -ie.3676 Đoạn lệnh 2.3 : lệnh tìm ma trận điều khiển Rank ma trận Vì rank (M)=3 ; => nên hệ thống điều khiển hồn tồn Xét tính quan sát được: Ta có ma trận quan sát N=[C’ A’C’] >> ob=obsv(A,C} oto = >> raink: (ok>} ans = Đoạn lệnh 2.4: lệnh tìm ma trận quan sát Rank ma trận Vì rank (N)=3 ; => nên hệ thống quan sát hoàn toàn Câu 3: Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển -Phương trình đặc trưng hệ thống sau hiệu chỉnh là: Ta có = 0.26±0.24f Sụy m: -1.2 = t*íữi> ±j*íđỉỉ V]-52 = 0.26 ±0.24; '£ = 0.734 Cờn =0.354 Công thức độ vọt lố: Giá trị xác lập đáp ứng độ: C(z)=GH(z)*R(z) - lini (1 - z' -1,0.2443 -l,0.244z 0.9523 0.9523 10z 9.292s 10z — 0.595 3-0.587^ 9.292z 3-0.595 3-0.587 = 0.268 Sai số xác lập hệ: e.,=r,-c, =1-0.268 = 0.732 xỉ xỉ xỉ -Thiết kế hệ thống với 0,805 w =2.1 ựiỉtí: 5) II YÊU CẦU :THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ Gc(z) Phương trình đặc trưng hệ thống sau hiệu chỉnh là: l + Gc(z)*G27(z) = Tu Cữ' Gg( z) = z{ơZQg(ĩ)>GW>g(s)]=z|^ỉ>(ĩ+1)(ĩ+j()5)(ĩ+ĩj = (1 -z-1 )z\ -— -ỉr -=7=-! ị 5(5+1 )(s ±2X5 + 2.05)1 7-10.244" 0.9527 10z 9.292z + - 7-1 7-0.771 7-0.595 7-0.587 51ÍV ru: l + Gc(z)*GH(z)=0 , Ẳ7*r* + lv7-1,0.2447 0.952z, -^1+