đề thi cơ sở điều khiển tự động 12

Đại học Bách Khoa TP.HCM Khoa Điện – ĐiệnTử Bộ môn ĐKTĐ -o0o - R(s) ĐỀ KIỂM TRA HỌC KỲ Nămhọc 2014-2015 Môn:Cơ sở tự động Ngày thi:28/12/2014 Thời gian làm bài:120 phút (Sinh viên không phép sử dụng tài liệu in photo) + Y(s) G(s) GC(s) Hình1 Bài 1: (2điểm) Cho hệ thống có sơ đồ khối Hình Biết G ( s )  10( s  2) s ( s  5) a) Bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số thiết kế GC (s) cho hệ kín sau hiệu chỉnh có   0.707 n  2.83 b) Tính độ vọt lố (gần đúng) hệ thống trước hiệu chỉnh GC ( s ) = sau hiệu chỉnh Bài 2:(2.5điểm) Cho hệ thống có sơ đồ khối Hình Biết G ( s )  a) b) s( s  1)(0.2 s  1) Hãy thiết kế khâu trễ pha GC(s) cho sau hiệu chỉnh hệ thống có Kv = 100 độ dự trữ dự trữ pha lớn 400 Vẽ biểu đồ Bode hệ thống sau hiệu chỉnh xác định độ dự trữ biên, dự trữ pha Bài 3:(2.5 điểm) Cho hệ thống điều khiển có sơ đồ khối hình r(k) Hình2 + T G( s )  a) b) K ZOH G(s) y(k) 10 , T  0.1 s s( s  10) Vẽ QĐNS K = ÷ + Tìm K để hệ thống ổn định Xác định K để hệ kín có POT = 4.3% Tính sai số xác lập exl với e(k) = r(k) – y(k) r(k) = 10 Bài 4: (2 điểm) Cho mơ hình phi tuyến động DC kích từ phụ thuộc sau:  x1  2 x1  u  x  0.5 x   x x  1   x3  x1 x2  y  x3 Chú thích biến x1: dịng điện kích từ x2: dịng điện phần ứng x3: tốc độ động u: điện áp điều khiển a) Thành lập phương trình trạng thái tuyến tính hóa điểm làm việc tĩnh u  b) Để xây dựng ước lượng trạng thái hệ thống điểm làm việc tĩnh u  , người ta sử dụng quan sát: ì ï xˆ (t ) = Axˆ (t ) + Bu (t ) + L[ y (t ) - yˆ (t )] ï í ï ï ỵ yˆ (t ) = Cxˆ (t ) Trong đó, é -2 0 ù é 1ù ê ú ê ú A = ê-1.5 -2ú , B = ê0ú , C = [0 1] ê ú ê ú ê ê 0ú úû ë ë û Hãy tính độ lợi L = [l1 l2 T l3 ] cho quan sát trạng thái có cực 2 Bài 5: (1 điểm) Để xác định tham số điều khiển PID điều khiển nhiệt độ lò nhiệt, ta thực theo phương pháp Ziegler-Nichols vòng hở (Ziegler-Nichols 1) Cung cấp tín hiệu đầu vào u (t )  0.2 , ta đáp ứng ngõ đường tiếp tuyến Hình a) Xác định K, T1, T2 Viết biểu thức hàm truyền lị nhiệt b) Tìm hàm truyền điều khiển PID rời rạc biết thời gian lấy mẫu T  0.1s Hình Đáp ứng ngõ tiếp tuyến điểm uốn Đáp án Bài 1: (2 điểm) a) Thiết kế GC ( s ) : Yêu cầu hiệu chỉnh đáp ứng độ nên giải toán theo phương pháp bù sớm pha Cặp cực định: * s1,2  n  jn    2  j (0.25đ) Góc pha cần bù :  *  1800  2arg( 2  j  0)  arg( 2  j  5)  arg( 2  j  2) (0.25đ)  1800  2(1350 )  (33.70 )  900  33.70 Cực & zero : (0.50đ) ˆ  OPx    135 33.7    sin  sin    2 0.995 2     OB  OP 2.83   2.83  3.64 * ˆ 0.773  OPx    135 33.7  sin  sin        2  * ˆ  OPx *   135 33.7    sin   sin   2 0.773 2    OC  OP   2.83  2.2 2.83 * ˆ 0.995  OPx  135 33.7     sin    sin     2  GC ( s)  KC s  2.2 s  3.64 Hệ số khuếch đại : KC (0.25đ) s  2.2 10( s  2) (2  j  2.2).10.(2  j  2)  KC 1 s  3.64 s ( s  5) s  s* (2  j  3.64)(2  j 2) (2  j  5) KC  1.86 Vậy : GC (s)  1.86 s  2.2 s  3.64 b Tính độ vọt lố  Trước hiệu chỉnh : Phương trình đặc trưng :  G( s )  s  5s  10 s  20  ( s  3.76)( s  0.62  j 2.22)( s  0.62  j 2.22)    0.27   n  2.3     100%  41.44%  POT  exp   12    (0.5đ)  Sau hiệu chỉnh :   0.707  POT  4.33%  n  2.83 (0.25đ) Độ vọt lố giảm gần 10 lần Bài 2: G ( s)  s (2 s  1)(0.2 s  1) Bộ điều khiển trể pha có dạng Gc ( s )  K c K v  lim sG ( s )  s 0  Ts  Ts  ; 1 1 1.1 K v*  K c K v  100  K c  100 (0.25đ) Bode G1 ( s )  K c G ( s ) Bode biên độ  (rad/s) 1/s 1/(2s+1) 1/(0.2s+1) G(s)