BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 BÀI 1 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA CÁC KHÂU PHI TUYẾN CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP MẶT PHẲNG PHA 4 1 1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 4 1 1 1 Khảo sát các đặc tính phi tuyến 4 1 1 2 Phương pháp mặt phẳng.

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA CÁC KHÂU PHI TUYẾN CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP MẶT PHẲNG PHA 1.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1.1.1 Khảo sát đặc tính phi tuyến .4 1.1.2 Phương pháp mặt phẳng pha BÀI 2: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ DAO ĐỘNG HỆ PHI TUYẾN .12 2.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 12 2.1.1 Xây dựng mơ hình hệ phi tuyến .12 2.1.2 Mô trạng thái hệ phi tuyến điêm cân 12 2.1.3 Mô hệ cánh tay máy .17 2.4.4 Mô hệ nâng bi từ trường .20 2.2 CÂU HỎI KIỂM TRA 22 BÀI 3: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ DAO ĐỘNG HỆ PHI TUYẾN .25 3.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 25 3.1.1 Xây dựng mơ hình hệ phi tuyến .25 3.1.2 Mô trạng thái hệ phi tuyến điêm cân 25 3.1.3 Mô hệ cánh tay máy .30 3.1.4 Mô hệ nâng bi từ trường .33 3.2 CÂU HỎI KIỂM TRA 35 4.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 38 4.1.1 Thiết kế điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa cho hệ lắc đơn .38 4.1.2 Thiết kế điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa cho hệ nâng bi từ trường 42 BÀI 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CUỐN CHIẾU (BACKSTEPPING) .43 5.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 43 5.1.1 Thiết kế điều khiển backstepping cho đối tượng tuyến tính .43 5.1.2 Thiết kế điều khiển backstepping cho đối tượng phi tuyến tính 44 BÀI 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI CON LẮC NGƯỢC 47 6.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 47 6.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR 47 BÀI 7: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC 50 7.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 50 7.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC 50 BÀI 8: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC .53 8.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 53 8.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC 54 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, ngành kỹ thuật điều khiển tự động hóa tiến khơng ngừng Chúng ngày phát triển ứng dụng tất mặt đời sống Các máy điện khí cụ điện sử dụng rộng khắp ứng dụng tự động Nó giúp cơng việc giải trí Học phần lí thuyết điều khiển đại cung cấp cho em kiến thức tảng thiết bị điện sử dụng rõng rãi sống, giúp em hiểu rõ tính cơng dụng để áp dụng vào cơng việc sau Và đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn tri ân sâu sắc tới Giảng viên giảng dạy học phần “lí thuyết điều khiển đại”, Giảng viên giảng dạy phần “thực hành lí thuyết điều khiển đại”, quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn, bảo chúng em tận tình suốt thời gian học tập Với tâm huyết mình, thầy truyền dạy cho bọn em kinh nghiệm kiến thức quý giá quãng thời gian học tập rèn luyện vừa qua Đó khơng kiến thức, kinh nghiệm để chúng em áp dụng riêng cho tập lần mà học bổ ích để chúng em vững vàng bước vào nghề, vào đời Với điều kiện vốn kiến thức cịn hạn chế, báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Vì vậy, mong nhận bảo, sửa chữa giảng viên để chúng em nhận lỗi sai thiếu sót, giúp thân nâng cao kiến thức kinh nghiệm, tạo tiền đề cho chúng em phát triển sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA CÁC KHÂU PHI TUYẾN CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP MẶT PHẲNG PHA 1.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1.1.1 Khảo sát đặc tính phi tuyến Cho số liệu sau: a Thành lập mơ hình khâu phi tuyến b Khảo sát quan hệ vào khâu phi tuyến ghi lại đặc tính phi tuyến điển hình (có tín hiệu vào hình sin cưa) a, Khâu bão hịa: b, Khâu có khe hở: c, Khâu rơle vị trí lý tưởng: d, Khâu rơle vị trí lý tưởng: 1.1.2 Phương pháp mặt phẳng pha a, Khảo sát quỹ đạo pha hệ thống tuyến tính bậc có dao động Dựa vào kết mô ta thấy hệ trạng thái ổn định b, Khảo sát quỹ đạo pha hệ thống tuyến tính bậc khơng ổn định Hệ trạng thái không ổn định c, Khảo sát quỹ đạo pha hệ thống tuyến tính bậc biên giới ổn định Ta thấy hệ biên giới ổn định Khảo sát quỹ đạo pha hệ thống phi tuyến tính bậc - Khảo sát quỹ đạo pha hệ thống tuyến tính bậc có khâu rơle vị trí Hệ trạng thái biên giới ổn định - Khảo sát quỹ đạo pha hệ thống tuyến tính bậc có khâu rơle vị trí có trễ Hệ trạng thái không ổn định L = 0.1 [H] điện cảm cuộn dây BÀI 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CUỐN CHIẾU (BACKSTEPPING) 5.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 5.1.1 Thiết kế điều khiển backstepping cho đối tượng tuyến tính Xét đối tượng tuyến tính mơ tả phương trình vi phân: Yêu cầu: Hãy thiết kế điều khiển backstepping để điều khiển ổn định đối tượng Bước 1: Coi biến trạng thái điều khiển ảo cho biến Tìm điều khiển Bước 2: Viết hàm điều khiển Lyapunov hệ thống ban đầu 43 5.1.2 Thiết kế điều khiển backstepping cho đối tượng phi tuyến tính Xét hệ phi tuyến mơ tả hệ phương trình vi phân: Yêu cầu: Hãy thiết kế điều khiển backstepping để điều khiển ổn định đối tượng Bước 1: Coi biến trạng thái điều khiển ảo điều khiển biến () Tìm điều khiển 44 Bước 2: Coi biến trạng thái điều khiển ảo cho biến ( Ở Viết hàm điều khiển Lyapunov hệ thống thứ Chọn  Bước 3: Mục tiêu điều khiển biến hoạt động giống với điều khiển Đặt Khi => and Viết hàm điều khiển Lyapunov hệ thống ban đầu Chọn điều khiển làm hệ ban đầu ổn định � 45 46 BÀI 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI CON LẮC NGƯỢC 6.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Từ tốn chính, phương trình động học hệ thống lắc đảo ngược dạng không gian trạng thái sau:  x& 0 & x& 0 0.1818 2.6727   & 0 0 &   &   0 0.4545 31.1818 (1) 47 0  x      x& 1.8182                    4.5455  x   1 0   x& 0  y   u   0    0      (2) Các tiêu chí thiết kế cho hệ thống cho bước 0,2-m vị trí hàng x mong muốn sau:  Thiết lập thời gian cho x  giây  Tăng thời gian cho x 0,5 giay  Góc lắc  khơng 20 độ (0,35 radian) từ chiều dọc  Lỗi trạng thái ổn định x  2% 6.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR 48 49 BÀI 7: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC 7.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Từ tốn chính, phương trình động học hệ thống điều khiển tốc độ động DC dạng không gian trạng thái sau:  b  d &  J   dt  i   K   L (1) 50 K  0 J  &    V   Bi     L L  & y   0   i  (2) Đối với bước rad/s, tiêu chí thiết kế sau:  Thiết lập thời gian giây  Khơng vượt q 5%  Lỗi trạng thái ổn định 1% 7.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC 51 52 BÀI 8: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC 8.1 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Từ tốn chính, phương trình động học hệ thống điều khiển vị trí động DC dạng không gian trạng thái sau:  0    d  &  b        dt J  i   K 0   L        0 K   &     V J     i  1 K       L L (1)   y   0 &    i  (2) Phương trình không gian trạng thái (1) (2) mô tả sau: 53 x& Ax  Bu (3) y  Cx (4) Với tham chiếu bước 1-radian, tiêu chí thiết kế sau:  Thiết lập thời gian 0.040 giây  Khơng vượt q 16%  Khơng có lỗi trạng thái ổn định, có đầu vào đảo bước 8.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC 54 55 KẾT LUẬN Sau hồn thành thực hành mơn lí thuyết điều khiển đại giúp em hiểu rõ phần lí thuyết giảng dạy đồng thời tập thực hành lấy từ thực tế giúp em chuẩn bị tốt cho sau Các đồ thị từ tốn thực tế giúp em có kiến thức tốt chuyên môn ngành học, môn sở ngành kĩ thuật điều khiển tự động hóa giúp cho trình học sau Đây kiến thức cần thiết cho ngành kĩ thuật điều khiển tự động hóa bọn em, giúp bọn em nắm rõ áp dụng vào thực tiễn công việc sau 56 57 ... trạng thái điều khiển ảo điều khiển biến () Tìm điều khiển 44 Bước 2: Coi biến trạng thái điều khiển ảo cho biến ( Ở Viết hàm điều khiển Lyapunov hệ thống thứ Chọn  Bước 3: Mục tiêu điều khiển biến... phân: u cầu: Hãy thiết kế điều khiển backstepping để điều khiển ổn định đối tượng Bước 1: Coi biến trạng thái điều khiển ảo cho biến Tìm điều khiển Bước 2: Viết hàm điều khiển Lyapunov hệ thống... ơn tri ân sâu sắc tới Giảng viên giảng dạy học phần “lí thuyết điều khiển đại? ??, Giảng viên giảng dạy phần ? ?thực hành lí thuyết điều khiển đại? ??, quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn, bảo chúng em tận tình