(TIỂU LUẬN) báo cáo CHUYÊN đề đề bài THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN số ĐỘNG cơ một CHIỀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA -  - BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN NGÀNH: TĐH&ĐKTBCN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN SỐ Giảng viên hướng dẫn : THẦY NGUYỄN TÙNG LINH Sinh viên thực : Nguyễn Văn Hiệu 19810430251 Trần Việt Hoàng 19810430215 Trần Lâm Hải Long 19810430211 Lớp : D14 TĐH&ĐKTBCN3  Hà Nội - 2021 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Yêu Cầu Đề Bài: CHƯƠNG I:LÝ THUYẾT 1.1 Ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số .3 1.2 So sách ưu/ nhược điểm hệ thống điều khiển số điều khiển tương tự .4 CHƯƠNG 2: CÂU HỎI BÀI TẬP .6 2.1.Xác định hàm truyền đạt hệ thống trên, đánh giá tính ổn định hệ 2.2.Xác định phương trình trạng thái hệ, đánh giá tính điều khiển quan sát hệ 2.3 Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển: Tính độ lọt vố, sai số xác lập thời gian độ 10 2.4 Thiết kế điều khiển số Gc(z) 10 2.5.Mô hệ thống phần mềm matlab 11 KẾT LUẬN 13 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển công nghiệp hóa đại hóa, đời sống người dân ngày nâng cao, việc thay hoạt động thủ công thiết bị tự động người dân ứng dụng nhiều công nghiệp sinh hoạt Tự động hóa trở nên quen thuộc không đơn điệu sử dụng lĩnh vực chuyên môn kỹ thuật đặc thù Mục tiêu cơng nghệ tự động hóa xây dựng hệ thống người chủ chốt, người đặt u cầu cịn thao tác thực yêu cầu đó, tùy theo lĩnh vực, trình, đảm nhận hệ thống kỹ thuật đặc trưng Trong vấn đề sử dụng loại máy tiên tiến phục vụ cho việc sản suất cơng nghiệp ln đóng góp phần không nhỏ cho việc sản xuất Vậy nên việc ứng dụng tự động hóa vào cơng sản xuất vô cần thiết, gia tăng sản phẩm, tiết kiệm sức lực Điều khiển số môn học ứng dụng nhiều tự động hóa ,do hệ điều khiển số ln sử dụng thiết bị tính tốn có khả tính tốn mạnh vi xử lý máy tính, cho phép gia cơng quy luật điều khiển phức tạp, thực điều khiển bám sát đối tượng thực Trong trường hợp đối tượng thực biến động, ta chủ động thay đổi quy luật điều khiển, điều khiển số có độ xác cao Với mục đích tìm hiểu, nhóm chúng em đưa báo cáo để tìm hiểu ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số bước để tiến hành thiết kế khảo sát tính ổn định hệ thơng đứa số ví dụ cụ thể việc ứng dụng điều khiển số tự động hóa để thấy vai trị lợi ích tự động hóa thời kỳ cơng nghiếp hóa đại hóa ngày Trong q trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót mong góp ý, đánh giá, nhận xét quý báu q thầy để báo cáo hồn thiện Yêu Cầu Đề Bài: Cho hệ thống điều khiển số có cấu trúc sau: Cho thơng số hệ sau: G(s) đối tượng điều khiển có hàm truyền là: H(s) khâu phản hồi có hàm truyền là: Gc(z) điều chỉnh số: Biết Gc(z) điều khiển PI có phương trình: Trong đó: a = 1.90, T = 0.23 Yêu cầu 1: Với Kp=1.4; Ki=5.6, thực nội dung sau: Câu 1: Hãy xác định hàm truyền đạt hệ thống trên, đánh giá tính ổn định hệ Câu 2: Xác định phương trình trạng thái hệ, đánh giá tính điều khiển quan sát hệ Câu 3: Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển: Tính độ vọt lố, sai số xác lập, thời gian độ Yêu cầu 2: Thiết kế điều khiển số Gc(z) Thiết kế điều chỉnh PI cho hệ thống kín có cặp cực phức với ξ = 0,805 ω_n = 2.1 rad/s Yêu cầu 3: Mô hệ thống phần mềm Matlab với điều khiển vừa thiết kế Yêu cầu 2 CHƯƠNG I:LÝ THUYẾT Định nghĩa hệ thống điều khiển số: Hệ điều khiển số hệ điều khiển mà hệ cần có tín hiệu tín hiệu xung, số cần thiết bị làm việc theo nguyên tắc số Sơ đồ hệ thống điều khiển số: Hình 1 Sơ đồ hệ thống điều khiển số 1.1 Ưu/nhược điểm hệ thống điều khiển số 1.1.1.Ưu điểm hệ thống điều khiển số: - Linh hoạt - Dễ dàng áp dụng thuật toán điều khiển phức tạp - Sử dụng máy tính để điều khiển nhiều đối tượng lúc So với máy sử dụng cơng cụ điều hành tay kết làm việc điều khiển số không phụ thuộc vào tay nghề người thợ Người điều khiển máy đóng vai trị theo dõi kiểm tra chức hoạt động máy Máy điều khiển số có tính linh hoạt cao việc lập trình gia công nhằm tiết kiệm nhiều thời gian chỉnh máy đem đến hiệu kinh tế cao so với sản xuất loại nhỏ Hình Ứng dụng điều khiển số công nghiệp Phương thức hoạt động làm việc hệ thống xử lý thông tin điện tử số hóa Cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số phạm vi toàn doanh nghiệp Nên dễ dàng mở rộng tự động hóa cho trình sản xuất 1.1.2.Nhược điểm hệ thống điều khiển số: -Chỉ làm việc với đại lượng rời rạc -Thời gian tác động chậm -Khối lượng biến liệu lớn, giải thuật phức tạp 1.2 So sách ưu/ nhược điểm hệ thống điều khiển số điều khiển tương tự Trong năm gần công nghệ thơng tin có bước phát triển nhảy vọt, đặc biệt đời máy tính tạo cho xã hội bước phát triển mới, ảnh hưởng đến hầu hết vấn đề xã hội cơng nghiệp Hồ với phát triển đó, ngày nhiều nhà sản xuất ứng dụng các họ vi xử lý có tính mạnh vào cơng nghiệp, việc điều khiển xử lý liệu Những hạn chế, khó khăn kỹ thuật tương tự thúc đẩy việc chuyển nhanh cơng nghệ số Ngồi điều khiển số cho phép tiết kiệm linh kiện phần cứng, cho phép têu chuẩn hoá Với vi xử lý, cấu trúc phần cứng dùng cho ứng dụng, cần thay mội dung ô nhớ Vì ngày xu hướng điều khiển phối hợp điều khển số điều khiển tương tự Hình Bộ lấy mẫu hệ thống điều khiển số 1.2.1 Hạn chế điều khiển tương tự ưu điểm điều khiển số Nhược điểm quan trọng kỹ thuật tương tự liên quan đến trôi thông số nguyên nhân có nguồn gốc khác (do nhiệt, hóa-lý, học,…) Hiện tượng làm thay đổi thông số linh kiện điện tử, điện dung tụ điện, điện trở chiết áp Để khử trôi thông số thường sử dụng mạch bù làm tăng độ phức tạp mạch giá thành Các linh kiện số có hai mức lượng cao thấp (0 1) nên không bị ảnh hưởng trôi thông số Thiết bị tương tự thường nhạy với nhiễu Nhiễu phát sinh thân linh kiện (nhiệt, già hóa,…) nhiễu từ yếu tố bên ngồi ảnh hưởng mơi trường Các cấu trúc số bảo vệ kỹ thuật áp dụng cho kỹ thuật tương tự (màn chắn, bọc kim,…), ngồi cịn dùng kỹ thuật lọc số Thiết bị tương tự sử dụng nhiều linh kiện điện tử cho mạch điều khiển Đối với thiết bị số sử dụng linh kiện điện tử, đơn giản Việc truyền dẫn tín hiệu tương tự gặp khó khăn suy giảm tín hiệu Việc truyền dẫn tín hiệu số bị ảnh hưởng suy giảm 1.2.2 Hạn chế điều khiển số ưu điểm điều khiển tương tự Về thời gian tác động: -Hệ thống điều khiển tương tự tác động nhanh -Hệ thống điều khiển số tác động chậm phải trải qua hai cơng đoạn lấy mẫu, ghi liệu tính tốn,xử lí chương trình Về khả tác động: -Hệ thống điều khiển tương tự tác động liên tục -Hệ thống điều khiển số làm việc với đại lượng rời rạc Đơn giản thiết kế: -Hệ thống điều khiển tương tự đơn giản hóa cấu trúc phức tạp -Hệ thống điều khiển số có khối lượng biến liệu lớn, giải thuật phức tạp CHƯƠNG 2: CÂU HỎI BÀI TẬP Cho hệ thống điều khiển số có cấu trúc sau: Cho thơng số hệ sau: G(s) đối tượng điều khiển có hàm truyền là: H(s) khâu phản hồi có hàm truyền là: Gc(z) điều chỉnh số: Biết Gc(z) điều khiển PI có phương trình: Trong đó: a = 1.9, T = 0.23 Với Kp=1.4; Ki=5.6 2.1.Xác định hàm truyền đạt hệ thống trên, đánh giá tính ổn định hệ Trong đó: Phương trình đặc trưng hệ: Đặt hệ tương đương: Hệ ổn định mà =>Hệ không ổn định 2.2.Xác định phương trình trạng thái hệ, đánh giá tính điều khiển quan sát hệ Từ hàm truyền hệ thống : Ta có: Phương trình trạng thái: Xét ma trận điều khiển hệ thống: Det M ≠ 0, Rank M=4 = Rank A => Hệ thống điều khiển Xét ma trận quan sát hệ thống: Det N ≠ 0, Rank N=4 = Rank A => Hệ thống quan sát 2.3 Phân tích chất lượng hệ thống điều khiển: Tính độ lọt vố, sai số xác lập thời gian q độ Vì hệ khơng ổn định nên biên độ hệ vơ khơng có điểm xác lập nên khơng thể tính sai số xác lập, độ vọt lố hay thời gian độ 2.4 Thiết kế điều khiển số Gc(z) Cặp cực mong muốn: Với Phương trình đặc trưng theo yêu cầu đề bài: Bình phương vế ta phương trình Phương trình đặc trưng mong muốn: 10 Đồng hệ số phương trình (1) (2) ta có: 2.5.Mơ hệ thống phần mềm matlab Từ hệ số T=0.23,ta tiến hành mơ simulink: Hình Mơ hệ thống simulink Đầu đầu hệ thống : 11 Hình 2 Đồ thị ngõ hệ thống Nhận xét: hệ thống khơng có độ vọt lố, khơng có thời gian q độ,suy hệ thống khơng ổn định 12 KẾT LUẬN Sau học xong môn học “ Điều khiển số ” sau hoàn thành báo cáo chuyên đề thầy Nguyễn Tùng Linh phụ trách hướng dẫn ,chúng em có thêm kinh nghiệm thiết kế , kiểm nghiệm tính ổn định , quan sát hệ thống thực thi dự án đời thật Chúng em có thêm nhiều kiến thức liên quan đến chuyên ngành Tự Động Hóa Mặc dù cố gắng kiến thức chúng em cịn hạn chế đơi chỗ cịn thiếu sót nên chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! 13 ... nghĩa hệ thống điều khiển số: Hệ điều khiển số hệ điều khiển mà hệ cần có tín hiệu tín hiệu xung, số cần thiết bị làm việc theo nguyên tắc số Sơ đồ hệ thống điều khiển số: Hình 1 Sơ đồ hệ thống điều. .. tín hiệu số bị ảnh hưởng suy giảm 1.2.2 Hạn chế điều khiển số ưu điểm điều khiển tương tự Về thời gian tác động: -Hệ thống điều khiển tương tự tác động nhanh -Hệ thống điều khiển số tác động chậm... động: -Hệ thống điều khiển tương tự tác động liên tục -Hệ thống điều khiển số làm việc với đại lượng rời rạc Đơn giản thiết kế: -Hệ thống điều khiển tương tự đơn giản hóa cấu trúc phức tạp -Hệ