DeThiHK1 LTDKTD (06 2022) FuLL TL

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CĐKT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ THI HỌC KỲ MÔN: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP: CĐ TĐ20AB Thời gian: 90 phút (Không kể thời gian chép/phát đề thi) (Sinh viên sử dụng tài liệu tờ giấy A4 viết tay) Câu 1: (1.5 điểm) Cho sơ đồ khối sau: G3 R(s +- G1 G2 H1 + G4 C(s -+ H2 Em tìm hàm truyền tương đương sơ đồ khối Câu 2: (1.5 điểm) Cho hàm truyền hở G(s) hệ điều khiển hồi tiếp âm đơn vị: 2s +5s+1 G (s)  s (140s +9s+96) Xét tính ổn định hệ thống kín theo tiêu chuẩn ổn định đại số Có nghiệm làm cho hệ thống khơng ổn định? Câu 3: (3 điểm) Tính sai số xác lập cho hệ thống sau với: Với: G ( s )  4s ( s  3s  5) H (s)  a Đầu vào hàm nấc đơn vị (1 điểm) b Đầu vào hàm dốc đơn vị (1 điểm) c Đầu vào: r(t)=5t2 (1 điểm) Câu 4: (2 điểm) Vẽ biểu đồ Bode biên độ theo tiệm cận hàm truyền vịng kín sau: G s  2(s+1) s (0,1s+1)(0,25s+1) 1-1 s2 Câu 5: (1 điểm) Cho hệ thống điều khiển góc quay động DC sử dụng điều khiển tỉ lệ Bằng thực nghiệm ta xác định K=100 vị trí góc quay động trạng thái dao động xác lập với chu kỳ T=2s Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Ziegler Nichol Câu 6: (1 điểm) DC Motor PID Cho hệ thống điều khiển tốc độ động 24 [VDC] hình thu đáp ứng tốc độ [RPM] hình dưới, lúc hệ số điều khiển PID: Kp = 10 , KI = , KD = 0, em xác định giá trị tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển Ess, POT, Tr, Tqđ Em đưa phương pháp cải thiện chất lượng Với: T0 = 0.06 [s]; T1 = 0.19[s]; T2 = 0.36[s]; T3 = 1.1 [s]; V0 = 100[RPM]; V1 = 900 [RPM]; V2 = 1020 [RPM]; T4 = 1.82 [s]; V3 = 1050[RPM]; T5 = 2.55 [s]; Cxl = 1005 [RPM] TP HCM, Ngày 17 Tháng Năm 2022 BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA GIÁO VIÊN RA ĐỀ TS Đặng Đắc Chi Nguyễn Anh Vũ 1-2 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ CÔNG THƯƠNG Độc lập – Tự – Hạnh phúc TRƯỜNG CĐKT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐÁP ÁN ĐỀ THI HỌC KỲ MÔN: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP: CĐ ĐKTĐ 20 AB Thời gian: 90 phút (Không kể thời gian chép/phát đề thi) Câu Nội dung Điểm Hàm truyền tương đương 1.5 GA=G1G4(G2 - G3) 0.5 GB=H1/(1+H1H2) 0.5 Gtđ= GA/(1+GAGB) Gtđ=(G1G4(G2 - G3).(1+H1H2))/(1+ H1H2 + G1G4H1(G2 - G3)) 0.5 Xét tính ổn định hệ thống 1.5 Phương trình đặc trưng hệ thống:  G s   1 2s +5s+1 0 s(140s +9s+96) 0.25  140s3 +11s +101s +1=0 Lập bảng Routh sau: α3= 140 11 s3 140 101 s2 11 s1 101  140 971 1  11 11 0 140 0  11 0.75 α4= 121 971 s0 1 121 0 1 971 0 Vì cột bảng Rough không đổi dấu nên hệ thống ổn định không nghiệm nằm bên 0.25 phải mặt phẳng phức Không có nghiệm làm cho hệ thống ổn định 1-3 0.25 Tính sai số xác lập cho hệ thống sau với đầu vào hàm nấc đơn vị hàm dốc đơn vị hàm ngõ vào dạng r(t)=5t2 a) Đối với ngõ vào hàm nấc đơn vị:    4s 5 20 K p  lim[G ( s ) H ( s )]  lim    lim  4 s 0 s  ( s  3s  5) s   s 0  ( s  3s  5)   exl  1   0.2 1 K p 1 b) Đối với ngõ vào hàm dốc đơn vị:    4s3 5 20s K v  lim[ sG ( s ) H ( s)]  lim    lim  0 s 0 s 0 ( s  3s  5) s   s 0  ( s  3s  5)  exl  1  Kv c) Đối với ngõ vào r(t)=5t2 R( s )  10  s3 s3   10     sR( s) s   exl  lim   lim s 0  G ( s ) H ( s )  s 0  s    1  ( s  3s  5) s        10 10      10 s  30 s  50  s2   lim  2  lim    lim  s  s 0 20 1   s 0  ( s  3s  25)  s 0  s ( s  3s  25)   ( s  3s  5)   ( s  3s  5)    Vẽ biểu đồ Bode biên độ gần theo tiệm cận Tần số cắt : A có tọa độ w1   1(rad / s ) w2   4(rad / s) 0.25  log w2  0.6 w3   10 (rad / s ) 0.1  log w3   log w1  0.25  0  0.1(rad / s )  log(0 )  1   L(0 )  20log( K )  a 20 log(0 )  46 0.25 Biểu đồ bode biên độ có độ dốc ban đầu là: -40dB G(s) chứa khâu tích phân lý tưởng Độ dốc biểu độ bode thay đổi tần số gãy sau : Tại w1  1(rad / s ) thay đổi độ dốc lượng 20dB 1-4  Bode biên độ có độ dốc -20 dB 0.5 Tại w2  (rad / s) thay đổi độ dốc lượng -20dB  Bode biên độ có độ dốc -40 dB Tại w1  10 (rad / s ) thay đổi độ dốc lượng -20dB  Bode biên độ có độ dốc -60 dB L(w) (dB) A 46 40 -40 db 20 -2 -6 -20 -40 -1 0.6 -20 dB -40 dB w (rad) log(w) -22 -60 dB -60 -82 Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Ziegler Nichol Theo đề ta có : Kgh = 100 Tgh = 2s 0.25 Thơng số điều khiển PID tính theo công thức Zeigler - Nichols : Kc = Kp = 0,6Kgh = 0,6 x 100 = 60 TI = 0,5Tgh = 0,5 x = [s] => K I  KC 60   60 TI 0.5 TD = 0,125Tgh = 0,125 x = 0.25 [s] => K D  KCTD  60  0.25  15 G(s) = K 1+  Kp  + 𝑇 𝑠 = 60 + + 0.25𝑠 KI  KDs  s 60  0.25 60  15s s 1600  1000 100  60[%] Tr  T90%  T10%  0.19  0.06  0.13[ s ] 1000 Ess  100  100  0, Tqd (5%)  1.82 [ s ], Tqd (2%)  2.55 [ s ] POT  Đáp ứng có tốc độ đáp ứng nhanh, sai số xác lập xấp xỉ không nhiên độ vọt lố lớn, phương pháp cải thiện thay đổi tham số điều khiển PID để cải thiện đáp ứng Vì tốc độ đáp ứng nhanh độ vọt lố lớn nên ta giảm Kp Sai số xác lập cịn nên ta tăng KI lên giá trị nhỏ để triệt tiêu sai số xác lập Độ vọt lố lớn chúng bị gây khâu P nên ta tăng KD để giảm độ vọt lố 1-5 0.5 0.5