Tài liệu Điều khiển quá trình - Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi pptx

Chương 5: Phân tích hệ ₫iều khiển phản hồi Điềukhiển quá trình 2 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS Nộidung chương 5 5.1 Cấu hình chuẩn của hệ điều khiển phản hồi 5.2 Chuẩn hóa mô hình 5.3 Phát biểu bài toán chuẩn 5.4 Đánh giá chất lượng trên miền thời gian 5.5 Đánh giá chất lượng trên miền tần số 3 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS Mục ₫ích bài giảng  Làm rõ các yếu tố liên quan tới chất lượng của một hệ thống điều khiển phản hồi  Những nguyên tắc cơ bản nhất trong thiết kế một bộ điều khiển phản hồi 4 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 5.1 Cấu hình chuẩn r K G y u Quá trình KT – + G d n + + y m Bộ điều khiển P d G mô hình đối tượng G d mô hình nhiễu K khâu điều chỉnh Pkhâu lọc trước r tín hiệu đặt, giá trị đặt u tín hiệu điều khiển y tín hiệu ra được điều khiển y m tín hiệu đo, tín hiệu phản hồi d nhiễu quá trình (không được đo) n nhiễu đo 5 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS Ví dụ hệ thống ₫iều khiển nhiệt ₫ộ 12 11 22 1dT FT FT FT dt V V V ρρ ρρ =+− 6 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 7 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS  Mô hình tuyến tính hóa tại điểm làm việc 2 11 2 () () () () () () () pd Fs Ts G s F s s T s Ts ⎡⎤ Δ ⎢⎥ ⎢⎥ Δ = Δ + Δ ⎢⎥ ⎢⎥ Δ ⎣⎦ G  [] 123 1 () , () 11 p pdddd k Gs s k k k ssττ == ++ G  11 22 11 22 123 ,, ,, pd dd VTT TT F F kk kk FF F FF ρρ ρρ ρ ρ τ ρρρρ −− == = = = () 1 v v v k Gs sτ = +   () 1 m m m k Gs sτ = +    Mô hình van điều khiển và thiết bị đo 8 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS Cấu trúc ₫ơn giản hóa hệ ĐK nhiệt ₫ộ C cần được chọn sao cho có đặc tính gần giống với , ít ra là ở hệ số khuếch đại tĩnh. Trong thực tế ta có thể chọn C = hoặc C = . m G  m k  m G  9 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS Ví dụ hệ thống ₫iều khiển thành phần R = w 1 /(w 1 +w 2 ) 1212 2 ()()() dx Ah w w x x R x x dt ρ =+ −−+ 10 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 12 1 2 () (1) Vd x xxxRRx Rx wdt ρ Δ + Δ = −Δ+ Δ + −Δ 1212 2 ()()() dx Ah w w x x R x x dt ρ =+ −−+ Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc 12 1 () , 1 11 pd xx Gs R R ssττ − ⎡ ⎤ == − ⎣ ⎦ ++ G  /Vwτρ= [...]... khiển phản hồi + λ(∫ ∞ 0 Δu(τ ) 2 d τ )1 / 2 © 2006 - HMS 21 Đáp ứng quá ₫ộ với nhiễu quá trình Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 22 5.5 Đánh giá chất lượng trên miền tần số Đặc tính bám tiệm cận - Thuyết mô hình nội Dải thông và tần số cắt Độ dự trữ biên-pha Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 23 Đặc tính bám tiệm cận Điều kiện bám tiệm cận: Giả thiết hệ ổn định... hình Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 17 5.4 Đánh giá chất lượng trên miền thời gian Đánh giá thông qua phân tích hoặc thông qua mô phỏng Đánh giá bằng phương pháp đại số hoặc phương pháp đồ thị Đánh giá dựa trên từng chỉ tiêu riêng rẽ hoặc dựa trên chỉ tiêu tổng hợp Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 18 Đáp ứng với thay ₫ổi giá trị ₫ặt Chương 5: Phân tích hệ. .. nhi u quá trình và nhi u đ o Chư ơ ng 5: Phân tích h đ i u khi n ph n h i © 2006 - HMS 26 Vai trò của bộ ₫iều khiển phản hồi? Có thể mở rộng dải thông một cách tùy ý? Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 27 c tính biên lý t ng c a T và S Chư ơ ng 5: Phân tích h đ i u khi n ph n h i © 2006 - HMS 28 Hai nh ngh a v d i thông h kín Chư ơ ng 5: Phân tích h đ i u khi n ph n h i © 2006 - HMS... đó Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 20 Tiêu chuẩn tích phân (chuẩn tín hiệu) Tích phân bình phương sai lệch (Integral Squared Error, ISE) e(t ) 2 = (∫ ∞ 0 e(τ ) 2 d τ )1 / 2 Tích phân sai lệch tuyệt đối (Integral Absolute Error, IAE) e(t ) 1 = ∞ ∫0 e(τ ) d τ Mở rộng để quan tâm tới diễn biến của biến điều khiển: J = (∫ ∞ 0 2 e(τ ) d τ ) 1/2 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản. .. Tín hiệu điều khiển u có giá trị nhỏ, thay đổi chậm và trơn tru (nhằm tiết kiệm chi phí năng lượng và tăng tuổi thọ cho thiết bị chấp hành) trong điều kiện tồn tại nhiễu đo n, sai lệch mô hình và giới hạn vật lý của quá trình (giới hạn tín hiệu điều khiển, khả năng đáp ứng của quá trình) Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 14 Các quan h c b n Đáp ng h kín Chư ơ ng 5: Phân tích h đ... SdGd (s) = Gm (s)SdGd (s) Sy Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 12 Ví dụ hệ thống ₫iều khiển nhiệt ₫ộ Sy = Su = 16 mA Gd = ⎡ ΔF2,max ⎢ 0 Sd = ⎢ ⎢ ⎢ 0 ⎣ 0 ΔT1,max 0 ⎤ 0 ⎥ ⎥ 0 ⎥ ΔT2,max ⎥⎦ km km SdGd = k ΔT k ΔT2,max ] [ k ΔF 1 + τms (1 + τms)(1 + τs) d 1 2,max d 2 1,max d 3 C ΔTsp r k r = = = m ΔTsp = km ΔTsp Sy Sy Sy Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi ΔTm = Syym ym ym y = =... L( j ωc ) – Ý nghĩa: Cho phép độ lệch pha của quá trình tăng lên ϕR (ví dụ do bất định về thời gian trễ) mà vẫn đảm bảo tính ổn định hệ kín – Độ dự trữ pha còn phản ánh chất lượng đáp ứng của hệ kín, ví dụ với quá trình là khâu FOPDT và bộ điều khiển có thành phần I thì φm[O]+ độ quá điều chỉnh [%] ~ 70 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 31 ... ít thay đổi của biến điều khiển, nhằm mục tiêu tiết kiệm chi phí năng lượng và tăng tuổi thọ cho thiết bị chấp hành Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 16 Các yêu cầu cần thỏa hiệp Tốc độ đáp ứng và chất lượng đáp ứng Đặc tính bám giá trị đặt/loại bỏ nhiễu quá trình và tính bền vững với nhiễu đo Đáp ứng đầu ra và đáp ứng tín hiệu điều khiển Chất lượng điều khiển tối ưu và tính bền... tính tần hệ hở L(s) = G(s)K (s) a) Đồ thị Bode Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi b) Đồ thị Nyquist © 2006 - HMS 30 Tần số cắt ωc(crossover frequency): – Tần số nhỏ nhất mà L( jωc ) = 1 – Ý nghĩa gần tương đương với dải tần Độ dự trữ biên độ Am, thông thường yêu cầu > 2 1 Am = L( j ω−180 ) – Ý nghĩa: Hệ số tăng lên cho phép của hệ số khuếch đại của quá trình mà vẫn bảo đảm tính ổn định hệ kín.. .Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 11 5.2 Chuẩn hóa mô hình Mô hình ban đầu của quá trình chưa được chuẩn hóa: y(s) = Gm (s)Gp (s)Gv (s)u(s) + Gm (s)Gd (s)d (s) Chuẩn hóa tín hiệu: y = y / Sy , u = u / Su , d = d / Sd Sy là dải tín hiệu đo, Su là dải tín hiệu điều khiển và Sd là dải nhiễu quá trình Mô hình chuẩn hóa y(s) = G(s)u(s) + Gd . Chương 5: Phân tích hệ ₫iều khiển phản hồi Điềukhiển quá trình 2 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS Nộidung chương 5 5.1. − ⎣ ⎦ ++ G  /Vwτρ= 11 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 12 Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi © 2006 - HMS 5.2 Chuẩn hóa mô