Thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng tuyến tính

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất Nguyễn an bình Thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà nội năm 2006 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất Nguyễn an bình Thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính Chuyên ngành: mạng hệ thống điện, cung cấp điện điện khí hoá M số: 2.03.01 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học: PGS - TS Phan Xuân Minh Hà nội năm 2006 mục lục Chơng I: mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Nhiệm vụ thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính Chơng II: Mô hình hoá đối tợng tuyến tính 2.1 Phơng pháp xây dựng mô hình toán học cho đối tợng điều khiển 2.1.1 Đặt vấn đề 2.1.2 Phơng pháp lý thuyết 2.1.3 Phơng pháp thực nghiệm 2.2 Phân lớp mô hình tuyến tính 22 2.2.1 Lớp mô hình thuộc khâu động học tỷ lệ 23 2.2.2 Lớp đối tợng có đặc tính tích phân 30 2.2.3 Kết luận 33 Chơng III: Phơng pháp thiết kế điều 34 khiển miền tần số 3.1 Phơng pháp thiết kế kinh điển 34 3.2 Nguyên tắc thiết kế miền tần số 43 3.3 Phơng pháp tối u module 44 3.4 Phơng pháp thiết kÕ tèi −u ®èi xøng 49 3.5 ThiÕt kÕ bé điều khiển sở mô hình nội (IMC) 53 3.6 Thiết kế điều khiển sở dự báo Smith 55 3.7 Phơng pháp điều khiển Cascade 57 3.8 Đánh giá phơng pháp 60 Chơng IV: Thiết kế điều khiển không 61 gian trạng thái 4.1 Tính điều khiển đợc, tính quan sát đợc ®èi t−ỵng 61 4.1.1 TÝnh ®iỊu khiĨn ®−ỵc cđa ®èi tợng 61 4.1.2 Tính quan sát đợc đối tợng 62 4.2 Thiết kế điều khiển hồi tiếp trạng thái 63 4.2.1 Phơng pháp gán điểm cực 63 4.2.2 Phơng pháp tối u lợng (LQR) 70 4.3 Thiết kế quan sát trạng thái 75 4.3.1 Bộ quan sát trạng thái Luenberger 77 4.3.2 Bộ quan sát trạng thái Kalman 82 4.4 Tổng hợp hệ thống ổn định tốc độ động điện chiều sở 86 mô hình trạng thái 4.4.1 Mô hình đối tợng ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu 96 Ch−¬ng V: Thùc nghiƯm 89 5.1 Nhận dạng lò điện trở 89 5.2 Thiết kế điều khiển theo phơng pháp mô hình nội (IMC) 91 5.2.1 Mô offline 91 5.2.2 Điều khiển thực 93 5.3 Phơng pháp Ziegler - Nichols 95 5.3.1 Mô offline 96 5.3.2 Điều khiển thực 97 Kết luận Tài liệu tham khảo 98 99 Chơng 1: Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài Rất nhiều đối tợng công nghiệp biểu diễn mô hình tuyến tính, lý thuyết tổng hợp hệ thống điều khiển tuyến tính đóng vai trò quan trọng nghiên cứu ứng dụng thực tiễn Các đối tợng công nghiệp khác cấu tạo, nhiệm vụ mà chúng phải thực trình công nghệ nhng xét quan điểm mô hình chúng lại giống mặt cấu trúc Chính thế, tổng hợp điều khiển cho đối tợng lại sử dụng phơng pháp-phơng pháp tổng hợp điều khiển cho lớp mô hình thích hợp Cơ sở toán học đợc lựa chọn cho việc thực đề tài lý thuyết điều khiển tuyến tính 1.2 Nhiệm vụ thiết kế điều khiển cho đối tợng tun tÝnh 1.2.1- Mơc ®Ých thiÕt kÕ bé ®iỊu khiĨn cho đối tợng tuyến tính: Nghiên cứu phơng pháp tổng hợp điều khiển sở lý thuyết điều khiển tuyến tính Đó phơng pháp tổng hợp điều khiển cho đối tợng có mô hình toán học biểu diễn dạng hàm truyền, dạng mô hình trạng thái đặc tính động học xác định thông qua phơng pháp thực nghiệm chủ động 1.2.2.- Nhiệm vụ thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính: Các đối tợng cần thiết điều khiển công nghiệp nh: - Động cơ, lò điện trở, tủ sấy - Quá trình công nghệ - Những yêu cầu tiêu chất lợng Vấn đề cần giải quyết: Thiết kế điều khiển (hệ thống tự động hoá) để hệ đạt tiêu chất lợng đặt Thiết kế điều khiển từ đối tợng cụ thể toán nằm toán thiết kế hệ thống tự động hoá Các bớc giải quyết: 1- Phân tích trình công nghệ thành hệ con: chia quy trình thành công đoạn tiến hành trình tự song song 2- Phát biểu toán thiết kế cho công đoạn (hệ con) trình công nghệ S1,S2, ,Sn 3- Các b−íc thiÕt kÕ cho hƯ thø i….(1… n) + Mô hình hoá đối tợng (hệ thứ i): Phơng pháp lý thuyết Phơng pháp thực nghiệm + Chọn cấu trúc điều khiển: Mô hình tuyến tính - điều khiển phơng pháp kinh điển Điều khiển phơng pháp không gian trạng thái Điều khiển phi tuyến Điều khiển mờ, mạng nơ ron Điều khiển thích nghi + Tham số điều khiển 4- Lựa chọn giải pháp thích hợp kỹ thuật: + Điều khiển tập trung: CPU đảm bảo tính thời gian thực (chu kỳ làm việc nhỏ chu kỳ trích mẫu) - Khả quản lý cổng vào CPU - Khoảng cách cảm biến với thiết bị chấp hành đến CPU 50m (phân bố tập trung mặt địa lý) + Điều khiển phân tán: - Điều khiển tập trung vào phân tán - Điều khiển phân tán CPU: Sử lý song song - Điều khiển vào/ra phân tán 5- Thiết kế phần mềm điều khiển: - Tổ chức phần mềm - Lu đồ thuật toán - Viết chơng trình điều khiển 6- Lắp đặt hệ thống, cài đặt phần mềm điều khiển chạy thử, chỉnh định tham số điều khiển 7- Viết tài liệu kỹ tht vµ h−íng dÉn sư dơng NhiƯm vơ cđa hệ thống tự động hoá là: + Điều khiển trình công nghệ + Vận hành quản lý hệ thống sản xuất + Giám sát trình xản suất + Điều khiển dự báo Nội dung việc thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính gồm phần sau: Phần 1: Trình bày phơng pháp thiết kế điều khiển miền tần số Gồm phơng pháp: + Phơng pháp tối u modul + Phơng pháp tối u đối xứng + Thiết kế điều khiển sở mô hình nội (Internal model Control -IMC) + Thiết kế điều khiển sở dự báo Smith + Đánh giá phơng pháp Phần 2: Thiết kế điều khiển không gian trạng thái Gồm nội dung chính: + Tính điều khiển đợc, tính quan sát đợc đối tợng + Thiết kế điều khiển hồi tiếp trạng thái - Phơng pháp gán điểm cực - Phơng pháp tối u lợng (LQR) + Thiết kế quan sát trạng thái + Bộ quan sát trạng thái Luenberger + Bộ quan sát trạng thái Kalman + Tổng hợp hệ thống ổn định tốc độ động điện chiều sở mô hình trạng thái Phần 3: Thực nghiệm + Kết luận: Các kết đạt đợc hớng phát triển đề tài Chơng 2: Mô hình hoá đối tợng tuyến tính 2.1 Phơng pháp xây dựng mô hình toán học cho đối tợng điều khiển 2.1.1 Đặt vấn đề : Để điều khiển đợc đối tợng mà đáp ứng đợc đầy đủ yêu cầu cần thiết nhiệm vụ ngời điều khiển phải xây dựng đợc mô hình toán học đối tợng Mô hình toán học cánh cửa mở cho toán thiết kế điều khiển Mô hình toán học hình thức biểu diễn lại hiểu biết ta vỊ hƯ thèng mét c¸ch khoa häc nh»m phơc vụ mục đích mô , phân tích tổng hợp điều khiển cho hệ thống Ví dụ nh ta điều khiển động chuyển ®ỉi tõ vËn tèc quay nµy sang vËn tèc quay khác mà đợc tốc độ động phụ thuộc nh vào tín hiệu đầu vào điện áp dòng hay nói cách khác mô hình toán học xủa hệ thống Vì cần thiết phải xây dựng mô hình toán học cho hệ thống Có hai phơng pháp để xây dựng mô hình toán học : Phơng pháp lý thuyết Phơng pháp thực nghiệm a/ Phơng pháp lý thuyết : Là phơng pháp thiết lập mô hình dựa định luật có sẵn quan hệ vật lý bên quan hệ giao tiép với môi trờng bên hệ thống Các quan hệ đợc mô tả theo quy luật lý hoá, quy luật cân dới dạng phơng trình toán học Tuy nhiên phơng pháp có nhợc điểm ta đầy đủ thông tin cấc mối quan hệ xác định đợc mô hình toán học hệ thống Khi ta phải sử dụng phơng pháp thực nghiệm b/ Phơng pháp thực nghiệm: đợc sử dụng hiểu biết quy luât giao tiếp bên hệ thống nh mối quan hệ hệ thống với môi trờng bên không đợc đầy đủ, để xây dựng mô hình hòan chỉnh cần biết thông tin ban đầu đối tợng để từ khoanh vùng lớp mô hình thích hợp Việc hoàn thiện nốt việc xây dựng mô hình hệ thống cách tìm mô hình thích hợp cho sở quan sát tín hiệu vào cho sai lệch với hệ thống so với mô hình khác nhỏ Phơng pháp thực nghiệm đợc tiến hành theo hai cách : +/ Ước lợng mô hình +/ Nhận dạng mô hình Với toán thiết kế ta cần dừng lại việc ớc lợng mô hình Đây phơng pháp dễ đẻ x©y dùng cÊu tróc hƯ thèng thËm chÝ cã thĨ ớc lợng đợc gần tham số mô hình 2.1.2 Phơng pháp lý thuyết 2.1.2.1 Phạm vi ứng dụng Phơng pháp lý thuyết đợc áp dụng ta đ biết đầy đủ thông tin đối tợng điều khiển nh quan hệ lý hoá bên đối tợng, quan hệ giao tiếp với môi trờng bên nh thông số cụ thể đối tợng 2.1.2.2 Nội dung phơng pháp: Dựa vào hiểu biết đối tợng định luật lý hoá đ biết ta phải xây dựng đợc mối quan hệ vào/ra đối tợng dới dang phơng trình vi phân Từ phơng trình vi phân ta xây dựng đợc mô hình đối tợng Ví dụ: Xây dựng mô hình toán học cho mạch điện xoay chiều với đầu vào điện áp u1 đầu điện áp u2 Sơ đồ mạch nh h×nh - C R u1 L u2 H×nh 2-1 + Mô tả toán học miền thời gian Bằng phơng pháp lý thuyết ta xây dựng mô hình toán học cho hệ thống điều khiển mạch điện Theo định luật Ôm cho mạch điện ta có phơng trình sau: u1 = uR + uL + uC Trong ®ã uL = u2 ®ã ta cã u1= uR + uC + u2 Hay: u1 = iR + uc + u2 duc dt du di i du ⇒ =R + + dt dt C dt di u2 = L dt d u1 R du2 di d 2u2 = + + dt L dt C dt dt R du d 2u = + u2 + L dt CL dt i =C u1 đầu vào tơng ứng với ảnh miền Laplace U(p), u2 đầu tơng ứng với ảnh miền Laplace Y(p) Ta có: R pY ( p ) + Y ( p) L LC Y ( p) p2 ⇒ W ( p) = = U ( p) p + R p + L LC p 2U ( p ) = p 2Y ( p ) + 2.1.3.- Phơng pháp thực nghiệm: (theo cách ớc lợng mô hình) Đây phơng pháp thực nghiệm có u điểm từ đáp ứng đầu ta chọn đợc mô hình đối tợng tơng đối đơn giản Chọn đầu vào u(t) = 1(t) đo đầu y(t) = h(t) = At {1(t )} Chọn đầu vào u(t) = (t) đo đầu có dạng y(t) = g(t) = At {δ (t )} 2.1.3.1.- Ph¹m vi øng dơng: Phơng pháp thực nghiệm đợc áp dụng ta cha biết cấu trúc mô hình cha biết thông số mô hình cấu trúc lẫn thông số mô hình cha biết 92 K=0.92; T=800 Bảng tính tốn thơng số điều khiển lấy theo gợi ý Bảng 5-1 τC KP TI 30 14.5 800 60 9.67 800 90 7.24 800 Kết mơ Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Trong đáp ứng hệ thống hình 1, 2, tương đương với thông số K P = 14.5 TI = 800 ; K P = 9.67 TI = 800 ; K P = 7.24 TI = 800 93 Đáp ứng tín hiệu thơng số thứ có độ điều chỉnh σ % = (17 / 300) *100% = 5.67% thời gian đạt trạng thái xác lập khoảng 300s Trong thơng số thứ thứ khơng có q điều chỉnh nhiên thời gian đạt trạng thái xác lập lâu tương ứng khoảng 400s 470s Việc chọn thông số tùy thuộc theo yêu cầu tốn ví dụ tốn u cầu tác động nhanh ta chọn thơng số thứ nhất, cịn tốn u cầu khơng có độ điều chỉnh ta chọn phương pháp thứ thứ 5.2.2 Điều khiển thực Hình 5.8 Hình 5.9 Hình 5.10 Trong : Hình 5.8, hình 5.9 , hình 5.10 đáp ứng hệ thống với điều khiển PI có thay đổi setpoint với tham số PI tương ứng K P = 9.67 Ti = 800 ; K P = 7.24 Ti = 800 ; K P = 14.5 Ti = 800 94 Ta thấy đáp ứng hệ thống với điều khiển PI chỉnh định tham số theo phương pháp IMC không tốt setpoint thay đổi Để khắc phục vấn đề ta thiết kế điều khiển PID-ISA theo phương pháp tổng hợp IMC Thật từ cơng thức tính tốn điều khiển theo phương pháp IMC R( s) = Q(s) F ( s) − Q( s ) F ( s ) Pn ( s ) (5-2) Với Q(s ) nghịch đảo mơ hình đối tượng, F (s) lọc Pn (s ) mơ hình đối tượng Pn ( s ) = K Xấp xỉ trễ e −sL ≈ e − sL + sT ; Q(s) = F ( s) = + sT K + λs − sL / ta hàm truyền điều khiển + sL / R( s) = Q( s) F (s) (1 + sT )(1 + sL / 2) = λL − Q( s ) F ( s ) Pn ( s ) K (λ + L) s (1 + s ) 2( λ + L ) Bộ điều khiển PID-ISA + s (Ti + R fb ( s) = K P Td T ) + s 2Ti d ( N + 1) N N Td s (1 + s ) N Do ta có cơng thức chỉnh định tham số Ti = T + N= L2 , 2(λ + L) T (λ + L ) − 1, λTi KP = Td = Ti , K (λ + L ) (5-3) λLN 2(λ + L) (5-4) Sử dụng công thức để chỉnh định đối tượng lò điện trở W ( s) = 0.92 −30 s e 800 s + Trong công thức chỉnh định ta chọn số thời gian lọc λ = 0.25L [1] Bảng thông số Bảng 5-2 Bộ điều khiển KP Ti Td N PID 23.5 812 12 Kết chạy thực 95 Hình 5.11 Đặc tính điều khiển online Ta thấy kết chỉnh định tham số theo phương pháp IMC với điều khiển PID-ISA tốt với thay đổi setpoint Nó khắc phục nhược điểm điều chỉnh điều khiển PI tổng hợp theo phương pháp IMC có độ điều chỉnh thay đổi setpoint 5.3 Phương pháp Ziegler-Nichols Cơng thức tính tốn tham số điều khiển PID theo công thức ZieglerNichols Bảng 5-3 Ti Luật KP P T KL PI 0.9T KL 10L PID 1.2T KL 2L Với đối tượng lò điện trở W ( s) = Các tham số điều khiển 0.92 800 s + Td L 96 Bảng 5-4 Luật KP Ti P 28.98 PI 26.08 90 PID 34.78 60 Td 15 5.3.1 Mô off-line Hình 5.12 Bộ điều khiển P Hình 5.13 Bộ điều khiển PI Hình 5.14 Bộ điều khiển PID 97 5.3.2 Điều khiển thực Hình 2.25 Bộ điều khiển PI Phương pháp chỉnh định tham số theo kiểu Ziegler-Nichols cho đáp ứng nhanh khả đáp ứng hệ thống với thay đổi setpoint tốt, nhiên đường đặc tính điều khiển có độ q điều chỉnh lớn σ = 20% có dao động trước đạt trạng thái xác lập 98 KÕt luận Thông qua nội dung đề tài thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính Những kết mà đề tài đ đạt đợc gồm: + Nghiên cứu phơng pháp mô hình hoá đối tợng điều khiển công nghiệp phân lớp mô hình đối tợng + Nghiên cứu phơng pháp thiết kế điều khiển động miền tần số minh hoạ số mô hình đối tợng tiêu biểu + Nghiên cứu phơng pháp thiết kế không gian trạng thái, đa ví dụ kiểm chứng đánh giá phơng pháp + ứng dụng phơng pháp thiết kế để thiết kế hệ thống điều khiển động điện chiều + ứng dụng phơng pháp thiết kế để điều khiển ổn định lò điện trở phòng thí nghiệm + Các kết ứng dụng cho thấy khả ứng dụng phơng pháp công nghiệp Hớng phát triển đề tài: Kết hợp phơng pháp thiết kế với phơng pháp thiết kế khác nh thiết kế hệ thống sở hệ mờ, mạng nơ ron, điều khiển phi tuyến để điều khiển đợc đối tợng phi tuyến có mô hình bất định, có đặc tính phi tuyến mạnh 99 Tài liệu tham khảo NguyễnHoàngHải,NguyễnViệtAnh(2005), Lập trình Matlab ứng dụng, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội NguyễnVănHoà(1998), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội BùiQuốcKhánh,PhạmQuốcHải,NguyễnVănLiễn,DơngVănNghi(1996), Điều chỉnh tự động truyền động điên, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội PhanXuânMinh,NguyễnDo nPhớc(2006), Cấu trúc đa dạng điều khiển động, Tự động hoá ngày nay, (số 69),tr 49-52 NguyễnThơngNgô(2005), Lý thuyết điều khiển thông thờng đại, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội PhạmCôngNgô(1998),Lý thuyết điều khiển tự động, Nxb khoa học kỹ thuật Hà nội NguyễnDo nPhớc,PhanXuânMinh(2001), Nhận dạng hệ thống điều khiĨn, Nxb khoa häc vµ kü tht, Hµ néi NgunDo nPh−íc(2005), Lý thut ®iỊu khiĨn tun tÝnh, Nxb Khoa häc vµ kü tht, Hµ néi NgunPhïngQuang(2004), Matlab & simulink, Nxb khoa häc vµ kü tht, Hµ néi Tµi liƯu tham khảo NguyễnHoàngHải,NguyễnViệtAnh(2005), Lập trình Matlab ứng dụng, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội NguyễnVănHoà(1998), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội BùiQuốcKhánh,PhạmQuốcHải,NguyễnVănLiễn,DơngVănNghi(1996), Điều chỉnh tự động truyền động điên, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội PhanXuânMinh,NguyễnDo nPhớc(2006), Cấu trúc đa dạng điều khiển động, Tự động hoá ngày nay, (số 69),tr 49-52 NguyễnThơngNgô(2005), Lý thuyết điều khiển thông thờng đại, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà nội PhạmCôngNgô(1998),Lý thuyết điều khiển tự động, Nxb khoa học kỹ thuật Hà nội NguyễnDo nPhớc,PhanXuânMinh(2001), Nhận dạng hệ thống điều khiển, Nxb khoa häc vµ kü tht, Hµ néi NgunDo nPh−íc(2005), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nxb Khoa học kỹ tht, Hµ néi NgunPhïngQuang(2004), Matlab & simulink, Nxb khoa häc kỹ thuật, Hà nội Lời nói đầu Sự phát triển khoa học công nghệ giới ngày mạnh mẽ, đặc biệt lĩnh vực điều khiển tự động Các đối tợng điều khiển công nghiệp ngày da dạng với nhiều chủng loại phong phú Việc nghiên cứu hệ thống lý thuyết điều khiển tuyến tính để tổng hợp đối tợng điều khiển khác cấu tạo nhiệm vụ mà chúng phải thực trình công nghệ nhng xét quan điểm mô hình chúng lại giống cấu trúc Việc nghiên cứu tổng hợp lý thuyết sử dụng phơng pháp phơng pháp tổng hợp điều khiển cho lớp mô hình thích hợp Đây việc làm cần thiết cho công tác thiết kế hệ thống tự động hoá, nh ứng dụng thực tế việc điều khiển dây chuyền công nghệ cho trình sản xuất công nghiệp Quyển luận văn làm tài liệu tham khảo cho hoc sinh, sinh viên trình học tập môn lý thuyết điều khiển tự động Nội dung luận văn: thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính gồm có năm chơng ChơngI Mở đầu Chơng II Mô hình hoá đối tợng tuyến tính Chơng III Phơng pháp thiết kế điều khiển miền tần số Chơng IV Thiết kế điều khiển không gian trạng thái Chơng V Thực nghiệm Sau trình dài làm việc để hoàn thành luận văn Tác giả đợc động viên, giúp đỡ tận tình PGS TS Phan Xuân Minh thầy cô giáo môn Điều khiển tự động Khoa điện - Trờng đại học bách khoa Hà Nội nh đồng nghiệp bạn bè gần xa Tác giả trân trọng cảm ơn động viên giúp đỡ Tuy nhiên nội dung luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết, tác giả cảm ơn mong thầy cô giáo đồng nghiệp gần xa lợng thứ, chân thành góp ý giúp đỡ để nội dung luận văn đợc hoàn chỉnh Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu cá nhân Các tài liệu, số liệu luận văn trung thực, cha đợc công bố công trình khác trớc Các luận điểm công thức tác giả khác sử dụng luận văn, đợc trích dẫn theo tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2006 Tác giả Nguyễn An Bình Danh mục bảng Bảng 2.1 2.2 2.3 2.4 5.1 5.2 5.3 5.4 Néi dung Sè liÖu đo tín hiệu vào hình sin Thông số n Tìm n từ trờng hợp khác cđa tû sè a/b T×m n tõ tû sè a/b khâu quán tính bậc n Bảng tính toán thông số điều khiển theo phơng pháp IMC Thông số điều khiển PID Công thức tính toán tham số PID theo phơng pháp Ziegl-Nichols Các tham số điều khiển Danh mục hình vẽ đồ thị H×nh vÏ 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 3.1 3.2 3.3 Tên hình vẽ, đồ thị Sơ đồ mạch điện xoay chiều Lu đồ thực xây dựng hàm truyền dạt từ đặc tính h(t) hàm g(t) Lắp đặt hệ thống theo loại tín hiệu Dạng đáp ứng độ lớp mô hình PT1 Dạng đáp ứng độ lớp mô hình IT1 Dạng đáp ứng độ lớp mô hình ITn Dạng đáp ứng độ lớp mô hình PT2 Dạng đáp ứng độ lớp mô hình PTn Dạng đáp ứng độ lớp mô hình Lag Dạng đáp ứng độ lớp mô hình Lead Dạng đáp ứng độ lớp mô hình đối tợng dao động bậc hai tắt dần Dạng đồ thị Bode khâu khuếch đại Dạng đồ thị Bode khâu quán tính bậc Dạng đồ thị Bode khâu dao động bậc hai Dạng đồ thị Bode khâu tích phân Dạng đồ thị Bode khâu vi phân lý tởng Dạng đồ thị Bode khâu vi phân thực Dạng đồ thị Bode khâu vi phân cỡng Mô hình đối tợng theo Szweda Đồ thị Bode Dạng đồ thị h(t) khâu khuếch đại Dạng h(t) khâu quán tính bậc Dạng h(t) khâu dao động với < Dạng h(t) khâu không ổn định bậc Dạng h(t) khâu quán tính bậc Dạng h(t) đối tợng có hàm truyền w = 2/3s + Dạng h(t) khâu quán tính bậc n Dạng h(t) khâu quán tÝnh cã hµm trun w = /(1 + 5s ) Dạng h(t) khâu quán tính bậc có trễ Dạng h(t) khâu quán tính bậc n có trễ Dạng h(t) đối tợng tổng quát Dạng h(t) đối tợng có đặc tính tích phân Dạng h(t) đối tợng P - Tn - I Dạng h(t) đối tợng P - T1 - I - Tt Dạng h(t) đối tợng P - Tn - I - Tt Sơ đồ khối điều khiển có hồi tiếp Sơ đồ khối điều khiển miền tần số Sơ đồ khối đối tợng có hµm trun w(s) = 3.5/(1+200s)(1+37s) 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 Đáp ứng đầu đối tợng có hàm truyền w(s) = 3.5/(1+200s)(1+37s) Sơ đồ khối điều khiển hệ thống ổn định lò nhiệt nồi Đáp ứng đầu hệ thống ổn định lò nhiệt nồi Sơ đồ khối điều khiển theo phơng pháp tối u đối xứng Sơ đồ khối hệ thống lò nhiệt Đáp ứng đấu hệ thống lò nhiệt Sơ đồ khối hệ thống lò nhiệt xét cấu trúc Đáp ứng đầu hệ thống lò nhiệt xét cấu trúc Sơ đồ khối hệ thống lò nhiệt với điều khiển IMC Đáp ứng đầu lò nhiệt với điều khiển IMC Sơ đồ cấu trúc điều khiển sở dự báo Smith Sơ đồ khối biến đổi điều khiển sở dự báo Smith Sơ đồ điều khiển Đáp ứng đầu điều khiển Cấu trúc hệ thống điều khiển theo phơng pháp Cascade Sơ đồ điều khiển có hàm truyền W = 2.5 / 24e −10 s ( s + 0.5)( s + 1/ 3)( s + 0.25) Dạng đáp ứng đối tợng có hàm truyền W = 2.5 / 24e −10 s ( s + 0.5)( s + 1/ 3)( s + 0.25) Nguyên tắc thiết kế điều khiển gán điểm cực Cấu trúc điều khiển với đối tợng có khâu tích phân Cấu trúc điều khiển với đối tợng khâu tích phân Sơ đồ khối quan sát trạng thái Ackmann cho động điện chiều Đồ thị mô tả tốc độ ®éng c¬ cđa bé quan sat Ackmann S¬ ®å bé điều khiển LQR phản hồi dơng Sơ đồ điều khiển LQR phản hồi âm Sơ đồ quan sát LQR cho động điện chiều Đồ thị mô tả tốc độ động quan sát có tải thời điểm 0.25s Sơ đồ quan sát có thêm nhiễu z Sơ đồ quan sát trạng thái Luenberger Sơ đồ quan sát Luenbarger đợc sử dụng kèm với điều khiển phản hồi trạng thái Sơ đồ khối quan sát Luenberger cho động điện chiều Đồ thị mô tả tốc độ động đợc quan sát mô không tải Đồ thị dạng dòng điện cuộn dây động Mô hình mô tả đối tợng quan sát trạng thái Kalman Sơ đồ cấu trúc quan sát Kalman cho động điện chiều Đồ thị biểu diễn tốc độ thật động tốc độ quan sát đợc Sơ đồ cấu trúc mô hình đối tợng động điện chiều Mô hình trạng thái củađộng điện chiều Sơ đồ khối điều khiển quan s¸t Ackmann - Luenberger 4.22 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 Đồ thị tốc độ n động đợc quan sát mô Sơ đồ nhận dạng Matlab nhận dạng lò điện trở Sơ đồ khối tạo xung Đờng đặc tính đối tợng ghi máy recorder Sơ đồ điều khiển thực Đáp ứng hệ thống với K P = 14.5 v TI = 800 Đáp øng cđa hƯ thèng víi K P = 9.67 TI = 800 Đáp ứng hệ thống với K P = 7.24 v TI = 800 Đáp ứng hƯ thèng víi bé ®iỊu khiĨn PI víi K P = 9.67 v Ti = 800 Đáp ứng hệ thèng víi bé ®iỊu khiĨn PI víi K P = 7.24 v Ti = 800 Đáp ứng hệ thống víi bé ®iỊu khiĨn PI víi K P = 14.5 v Ti = 800 Đặc tính điều khiển online Bộ ®iỊu khiĨn P Bé ®iỊu khiĨn PI Bé ®iỊu khiĨn PID Bé ®iỊu khiĨn thùc PI ... cho đối tợng tuyến tính 1.2.1- Mục đích thiết kế điều khiển cho đối tợng tuyến tính: Nghiên cứu phơng pháp tổng hợp điều khiển sở lý thuyết điều khiển tuyến tính Đó phơng pháp tổng hợp điều khiển. .. trúc điều khiển: Mô hình tuyến tính - điều khiển phơng pháp kinh điển Điều khiển phơng pháp không gian trạng thái Điều khiển phi tuyến Điều khiển mờ, mạng nơ ron Điều khiển thích nghi + Tham số điều. .. 3.6 Thiết kế điều khiển sở dự báo Smith 55 3.7 Phơng pháp điều khiển Cascade 57 3.8 Đánh giá phơng pháp 60 Chơng IV: Thiết kế điều khiển không 61 gian trạng thái 4.1 Tính điều khiển đợc, tính quan