Thí nghiệm 2 môn cơ sơ điều khiên tự động

Báo cáo Thí Nghiệm III 1 TÌM HÀM TRUYỀN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA HỆ THỐNG III 2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG DÙNG BIỂU ĐỒ BODE Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm có hàm truyền hở a Với K=10, vẽ biểu đồ Bode biên độ và pha hệ.

Báo cáo Thí Nghiệm III.1 TÌM HÀM TRUYỀN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA HỆ THỐNG III.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG DÙNG BIỂU ĐỒ BODE Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm có hàm truyền hở : a Với K=10, vẽ biểu đồ Bode biên độ pha hệ thống khoảng tần số ( 0.1 , 100) b Tìm tần số cắt biên, độ dự trữ pha, tần số cắt pha, độ dự trữ biên hệ thống c Hệ thống ổn định : => Hệ thống ổn định d Vẽ đáp ứng độ hệ thống với đầu vào hàm nấc đơn vị khoảng thời gian t=010s e Với K=400 Đáp ứng hệ thống: Hệ thống khơng ổn định : Nhận xét : Khi K tăng nhiều làm cho hệ thống tính ổn định Với việc dùng Matlab để vẽ biểu đồ Bode ta khảo sát tính ổn định hệ thống III.3 KHẢO SÁT HỆ THỐNG DÙNG BIỂU ĐỒ NYQUIST Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm có hàm truyền hở : a Với K=10, vẽ biểu đồ Nyquist hệ thống b Tìm tần số cắt biên, độ dự trữ pha, tần số cắt pha, độ dự trữ biên hệ thống Ta thấy độ dự trữ pha độ dự trữ biên hệ thống giống xác định biểu đồ Bode c Hệ thống ổn định : đường cong Nyquist hệ hở không bao điểm ( -1,j.0 ) theo chiều dương ( ngược chiều kim đồng hồ ) thay đổi ( 0,) d Với K=400 Biểu đồ Nyquist: Ta thấy độ dự trữ pha độ dự trữ biên hệ thống giống xác định biểu đồ Bode Hệ thống khơng ổn định : đường cong Nyquist hệ hở bao điểm ( -1,j.0 ) ½ theo chiều dương ( ngược chiều kim đồng hồ ) thay đổi ( 0,) Nhận xét : Cũng tương tự biểu đồ Bode, ta dùng Matlab để vẽ biểu đồ Nyquist để khảo sát tính ổn định hệ thống cho kết giống sử dụng biểu đồ Bode III.4 Khảo sát hệ thống dùng phương pháp QĐNS a Vẽ quỹ đạo nghiệm số hệ thống.Dựa vào QĐNS tìm Kgh ? Để tìm Kgh ta nhấp chuột vào vị trí cắt QĐNS trục ảo Ta tìm Kgh= 428 b Tìm K để hệ thống có tần số dao động tự nhiên Để tìm K ta nhấp vào vị trí giao điểm QĐNS vịng trịn Ta tìm Kgh= 3.65 c Tìm K để hệ thống có hệ số tắt Để tìm K ta nhấp vào vị trí giao điểm QĐNS đường thẳng Ta tìm Kgh= 20.1 d Tìm K để hệ thống có POT= 25% POT = 25% => Để tìm K ta nhấp vào vị trí giao điểm QĐNS đường thẳng Ta tìm Kgh= 76.3 e Tìm K để hệ thống có thời gian xác lập ( tiêu chuẩn 2% ) txl=4s => Để tìm K ta nhấp vào vị trí giao điểm QĐNS đường thẳng Ta tìm Kgh= 189 Nhận xét : Từ quỹ đạo nhiệm số vẽ Matlab ta dễ dàng xác định giá trị K để thỏa mãn yêu cầu đề đưa III.5 Đánh giá chất lượng hệ thống Với hệ thống phần IV a Với K=Kgh=428 Vẽ đáp ứng độ hệ thống vịng kín với đầu vào hàm nấc đơn vị Đáp ứng ngõ có dao động với chu kì Tu = 0.9 s b Với K=Kgh=428 Vẽ đáp ứng độ hệ thống vòng kín với đầu vào hàm nấc đơn vị khoảng thời gian 0-5s Hệ thống có POT = 20.7% exl = 0,56 Hệ thống có độ vọt lố nhỏ 25% c Với K=Kgh=189 Vẽ đáp ứng q độ hệ thống vịng kín Hệ thống có POT=48,6% exl=0,759 Hệ thống có thời gian xác lập txl=4s d Vẽ hai đáp ứng b c hình vẽ Nhận xét : Ta thấy tăng giá trị K độ vọt lố hệ thống tăng cao, sai số xác lập tăng theo, thời gian xác lập hệ thống dài B: Ứng dụng Simulink mô đánh giá chất lượng hệ thống III.1 Khảo sát hệ hở, nhận dạng hệ thống theo mơ hình Ziegler – Nichols Dùng SIMULINK xây dựng mơ hình hệ thống lò nhiệt vòng hở sau : A: Chỉnh giá trị hàm nấc để công suất cung cáp cho lị 100% Thời gian mơ Stop Time = 600s Mô vẽ đáp ứng độ hệ thống Từ hình vẽ , ta xác định T = 181,71 ; L= 16.89 So với mơ hình lị nhiệt tuyến tính hóa ( L =30 , T =120 ) giá trị có khác biệt , L nhỏ cịn T lớn Khảo sát mơ hình điều khiển nhiệt độ ON – OFF Xây dựng mơ hình hệ thống lị nhiệt ON-OFF sau: a Khảo sát trình độ hệ thống với giá trị khâu trễ Relay Vùng trễ Ngõ cao ( out put When on) Ngõ thấp (output when off) +1/1 ( công suất 100%) ( công suất 0%) +5/-5 1( công suất 100%) ( công suất 0%) +10/-10 1( công suất 100%) ( công suất 0%) +20/-20 1( công suất 100%) ( cơng suất 0%) b Tính sai số ngõ với tín hiệu đặt thời gian đóng ngắt ứng với trường hợp khâu Relay Vùng trễ ∆e1 -∆e2 Chu kì đóng ngắt (s) +1/-1 4.1 1.19 52.6 +5/-5 11.5 6.9 94.9 +10/-10 18.8 12.27 124.9 +20/-20 30,2 22 170.2 Nhận xét: Vùng trễ lớn sai số ngõ lớn, chu kì đóng ngắt khâu Relay c Trường hợp vùng trễ +5/-5 : d Để sai số ngõ xấp xỉ ta thay đổi giá trị vùng trễ Chu kì đóng ngắt lúc tăng lên Trong thực tế , ta thực điều khiển ON – OFF Vùng trễ lựa chọn nhỏ vừa phải hợp lý vùng trễ nhỏ sai số ngõ nhỏ chu kì đóng ngắt tăng lên làm giảm tuổi thọ điều khiển ON – OFF Khảo sát mơ hình điều khiển nhiệt độ dùng phương phápZiegler – Nichols (điều khiển PID ) Xây dựng mơ hình hệ thống lị nhiệt PID sau : A Các thông số Kp, KI, KD khâu PID : B.Chạy mô vẽ lại đáp ứng C Nhận xét chất lượng ngõ hai phương pháp điều khiển PID ON – OFF III.2a Khảo sát mơ hình vị trí động DC: Khảo sát mơ hình điều khiển tốc độ động Xây dựng mơ hình điều khiển tốc độ động sau : a Chỉnh thời gian mô Stop time = 10s Thực khảo sát hệ thống với điều khiển P ( KI=0, KD =0 ) tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập ngõ KP 10 20 50 100 POT 0 0.662 0.461 exl 16.69 0.4 0.2 txl 0.68 0.77 0.81 0.8 0.8 b Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PI ( KP=2, KD =0 ) tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập ngõ KI 0.1 0.5 0.8 POT 0 2.5 12.65 exl 0 0 txl 110 60 20 11 c Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PID ( KP=2, KI =2 ) tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập ngõ KD 0.1 0.5 0.8 POT 11.2 10.6 10.4 16.15 24.3 exl 0 0 txl 8.5 5.5 7.5 III.2b Khảo sát mơ hình điều khiển vị trí động Xây dựng mơ hình điều khiển vị trí động sau : a Chỉnh thời gian mô Stop time = 50s Thực khảo sát hệ thống với điều khiển P ( KI=0, KD =0 ) tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập ngõ KP 10 20 POT 6.67 6.82 exl 0.378 0.18 50 100 Tín hiệu dao động bão hịa txl 2.68 2.2 3.06 b Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PI ( KP=2, KD =0 ) tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập ngõ KI 0.1 0.5 0.8 POT 3.62 52.22 55.2 41.853 Không exl 2.03 0.215 0 txl 1.954 13.38 13 12.7 ổn định c Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PI ( KP=2, KI =1 ) tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian xác lập ngõ KI 0.1 0.5 0.8 POT 55.18 32.77 34.11 29.7 25.4 exl 0 0.1 0.57 txl 12.4 12 13.8 12.8 11.6 ... xác lập ngõ KI 0.1 0.5 0.8 POT 3. 62 52. 22 55 .2 41.853 Không exl 2. 03 0 .21 5 0 txl 1.954 13.38 13 12. 7 ổn định c Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PI ( KP =2, KI =1 ) tính độ vọt lố, sai số... -∆e2 Chu kì đóng ngắt (s) +1/-1 4.1 1.19 52. 6 +5/-5 11.5 6.9 94.9 +10/-10 18.8 12. 27 124 .9 +20 / -20 30 ,2 22 170 .2 Nhận xét: Vùng trễ lớn sai số ngõ lớn, chu kì đóng ngắt khâu Relay c Trường hợp... lập, thời gian xác lập ngõ KP 10 20 POT 6.67 6. 82 exl 0.378 0.18 50 100 Tín hiệu dao động bão hịa txl 2. 68 2. 2 3.06 b Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PI ( KP =2, KD =0 ) tính độ vọt lố, sai