TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ ====o0o==== BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ ĐỀ TÀI Điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ vĩnh Giáo viên hướng dẫn Bùi Văn Huy Sinh vi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ ====o0o==== BÀI TẬP LỚN MƠN ĐIỀU KHIỂN SỐ ĐỀ TÀI:Điều khiển tốc độ động chiều kích từ vĩnh Giáo viên hướng dẫn : Bùi Văn Huy Sinh viên thực : Phan Văn Bắc :Nguyễn Tuấn Đạt :Tạ Văn Quyền :Cao Đức Thiện Lớp :20181073114010 Hà nội, 2018 1141240171 1141240156 114104028 1141240083 Mục lục Xác định hàm truyền đạt phương trình trạng thái liên tục mơ tả đối tượng điều khiển: 1.1 Hàm truyền đạt liên tục mô tả đối tượng: 1.2 Phương trình trạng thái liên tục (A,B,C,D) mô tả đối tượng: .5 Rời rạc hóa mơ hình đối tượng với chu kì lấy mẫu 2.1 Hàm truyền đạt: 2.2 Phương trình trạng thái: lượng tử hóa mơ hình 3.1 Hàm truyền đạt: 3.2 Phương trình trạng thái: khảo sát tính ổn định đối tượng Khảo sát chất lượng đối tượng chưa có điều khiển .9 5.1 Khảo sát chất lượng động: 5.2 Khảo sát chất lượng tĩnh: Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp áp đặt điểm cực .10 Thiết kế PID theo phương pháp sử dụng biểu đồ Bode 12 Khảo sát chất lượng tĩnh hệ thống kín 13 đánh giá lượng dự trữ ổn định hệ .15 Danh mục hình ảnh: Hình 9-1: Biểu đồ Bode hệ thống có đk PID 15 Hình 9-2: Đáp ứng độ hệ thống có đk PID 15 Hình 9-3: Biểu đồ Bode hệ thống có đk PID 16 Hình 9-4: Đáp ứng độ hệ thống có đk PID 16 Danh mục bảng: Bảng 1: Tham số động cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ Bảng 2: Tham số băm cầu H, lọc thời gian lấy mẫu hệ thống .4 Thứ tự nhóm có số liệu đề cho sau: Tham số động cơ: Tham số động Ra La Kt Kb Kf J (Ω) (H) (Nm/A) (Vs/rad) (Nms/rad) (Kgm2) Cảm biến dòng Imax(A) 1,90 0,003 0,0439 0,0439 0,000045 0,000021 12 Tham số encoder (ppr) 5000 Bảng 1: Tham số động cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ Bộ băm cầu H Diện áp nguồn Vcc (V) 24 Bộ Lọc Tần số băm fpwm Độ phân giải giá trị điều khiển Điện trở Rf (Hz) (bit) (Ω) 10000 10 0,5 Điện cảm Lf (H) 0,006 Thời gian lấy mẫu T (sec) 0,0035 Bảng 2: Tham số băm cầu H, lọc thời gian lấy mẫu hệ thống XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐẠT VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC MƠ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN: 1.1 Hàm truyền đạt liên tục mô tả đối tượng: Vì Thay số: nhỏ bỏ qua Đối tượng có bậc Hàm tuyền đạt: 1.2 Phương trình trạng thái liên tục (A,B,C,D) mơ tả đối tượng: Từ sơ đồ khối liên tục, ta xác định ảnh laplace biến trạng thái Từ ta xác định phương trình trạng thái: Thay số: RỜI RẠC HĨA MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG VỚI CHU KÌ LẤY MẪU 2.1 Hàm truyền đạt: 2.2 Phương trình trạng thái: Sử dụng cơng thức rời rạc gần đúng: LƯỢNG TỬ HĨA MƠ HÌNH 3.1 Hàm truyền đạt: 3.2 Phương trình trạng thái: Ad = 0,4397 [ 0,00624 −5,2644 0,9301 ] KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA ĐỐI TƯỢNG Pt đặc tính: Để áp dụng tiêu chuẩn Routh-Hurwitz cần sử dụng biến phụ w với quan hệ: Chuyển đa thức đặc tính thành: Bảng Routh: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG ĐỐI TƯỢNG KHI CHƯA CÓ ĐIỀU KHIỂN 5.1 Khảo sát chất lượng động: Phương trình đặc tính: Có nghiệm thực Nghiệm trội có giá trị dương đáp ứng độ đối tượng có dạng tắt dần không dao động 5.2 Khảo sát chất lượng tĩnh: Khi chưa có điều khiển: Sai số tĩnh hệ: a)sai số vị trí: Hệ kích thích hàm bước nhảy đơn vị 1(t): b)sai số tốc độ: Hệ kích thích hàm RAM đơn vị r(k): c)sai số gia tốc: Hệ kích thích hàm bậc đơn vị p(t): THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THEO PHƯƠNG PHÁP ÁP ĐẶT ĐIỂM CỰC Do đối tượng điều khiển có bậc nên áp dụng điều khiển PD( Bộ điều khiển có dạng: Trong đó: , Đa thức đặc tính hệ vịng kín: Xác định đa thức đặc tính mong muốn ) a nghiệm thứ 3(vì đa thức đặc tính hàm truyền bậc 3) Đồng đa thức đặc tính, xác định tham số điều khiển qua hệ phương trình: Bộ điều khiển Hay : THIẾT KẾ BỘ PID THEO PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG BIỂU ĐỒ BODE Để lượng dự trữ ổn định hệ thống đạt PM=75 tần số cắt Ta có Ta thay = = Thay G(j =10j ( w=10 rad/s) )= = Góc pha điều khiển Ta có = Theo hệ phương trình, ta tính GH(z)=G(z)*PID(z)= Hồi tiếp âm vịng kín, ta có GK(z)=feedback(Gh,1)= KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG TĨNH CỦA HỆ THỐNG KÍN Bộ : Sai số tĩnh hệ: a)sai số vị trí b)sai số tốc độ: c)sai số gia tốc: Bộ : a)sai số vị trí b)sai số tốc độ: c)sai số gia tốc: ĐÁNH GIÁ LƯỢNG DỰ TRỮ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ Bộ : Khảo sát biểu đồ bode Magnitude (dB) Bode Diagram Gm = 7.17 dB (at rad/s) , Pm = Inf -20 -40 Phase (deg) -60 180 90 -90 100 101 102 Frequency (rad/s) 103 Hình 9-1: Biểu đồ Bode hệ thống có đk PID Ta có biểu đồ Bode thể hình đạt lượng dự trữ pha GM=7.17 dB tần số rad/s Đáp ứng độ: =0 Hình 9-2: Đáp ứng độ hệ thống có đk PID Khảo sát chất lượng hệ thống tĩnh, ta có POT =13%, Bộ : Khảo sát biểu đồ Bode, ta có Margin(GK) Hình 9-3: Biểu đồ Bode hệ thống có đk PID Ta có biểu đồ Bode thể hình đạt lượng dự trữ pha PM=79 tần số rad/s Thỏa mãn yêu cầu đề =10.2 Khảo sát tính đáp ứng điều khiển PID(z) Hình 9-4: Đáp ứng độ hệ thống có đk PID Đánh giá chất lượng hệ thống Ta có GM PM dương, hệ thống ổn định Khảo sát chất lượng hệ thống tĩnh, ta có POT =25%, ... thích hàm bậc đơn vị p(t): THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THEO PHƯƠNG PHÁP ÁP ĐẶT ĐIỂM CỰC Do đối tượng điều khiển có bậc nên áp dụng điều khiển PD( Bộ điều khiển có dạng: Trong đó: , Đa thức đặc... lượng tĩnh: Khi chưa có điều khiển: Sai số tĩnh hệ: a)sai số vị trí: Hệ kích thích hàm bước nhảy đơn vị 1(t): b)sai số tốc độ: Hệ kích thích hàm RAM đơn vị r(k): c)sai số gia tốc: Hệ kích thích... 1: Tham số động cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ Bảng 2: Tham số băm cầu H, lọc thời gian lấy mẫu hệ thống .4 Thứ tự nhóm có số liệu đề cho sau: Tham số động cơ: Tham số động Ra