bài giảng thí nghiệm điều khiểu tự động

Tru ng Đ i h c Công nghi p Tp H Chí Minh Khoa Cơng ngh Đi n tử - Bài gi ng THÍ NGHI M ĐI U KHI N T Đ NG Biên so n: Th.S Huỳnh Minh Ng c L U HÀNH N I B 2008 M CL C L i nói đầu Bài 1: Kh o sát h th ng u n t đ ng dùng MATLAB 1.1 M c tiêu 1.2.N i dung 1.2.1 Phần mềm MATLAB cách sử d ng 1.2.2.Hàm truyền đạt, ph ng pháp biến trạng thái 1.2.3.Đáp ứng hệ th ng 1.2.4 Đ c tính hệ th ng điều khiển 1.2.5.Phân tích miền tần s 1.2.6 Ph ơn t ích qu ỹ đ ạo nghiệm s 1.3 Thí nghiệm 1.3.1.Hàm truyền đạt, ph ng pháp biến trạng thái 1.3.2.Khảo sát hệ th ng tự đ ng dùng giản đồ Bode Nyquist 1.3.3 Khảo sát hệ th ng ph ng pháp quỹ đạo nghiệm s 1.4 Kiểm tra đánh giá 1.5.Phần mềm ACSYS2002 BƠi 2: Thi t k h th ng u n t đ ng dùng MATLAB 44 2.1 M c tiêu 2.2 N i dung 2.2.1 Công c Sisotool 2.2.2.Thiết kế h ệ th ng điều khiển dùng ph ng pháp quỹ đạo nghiệm s b ằng Matlab 2.2.3 Thiết kế miền tần s 2.2.4 Chuyển từ mơ hình liên t c theo th i gian r i rạc ng c lại 2.3 Thí nghiệm 2.3.1 Thiết kế b hiệu chỉnh sớm pha 2.3.2 Thiết kế b hiệu chỉnh trễ pha 2.3.3.Thiết kế b hiệu chỉnh sớm trễ pha 2.3.4 Thi ết kế b điều khiển PID 2.4 Kiểm tra đánh giá BƠi 3: Kh o sát vƠ mô ph ng h th ng t đ ng dùng SIMULINK 75 3.1 M c tiêu 3.2 N i dung 3.2.1 Giới thiệu Simulink Các b ớc tiến hành mô ph ng 3.3 Thí nghiệm 3.3.1 Khảo sát hệ th ng ổn định n hiệt đ 3.3.2.Khảo sát mơ hình hệ th ng điều khiển t c đ v vị trí đ ng c DC 3.4 Ki ểm tra đ ánh giá Bài 4: H th ng u n nhi t đ 91 4.1.M c tiêu 4.2.N i dung 4.2.1.S đồ kh i, nguyên lí hoạt đ ng hệ th ng điều khiển nhiệt đ 4.2.2.H àm truyền đạt lị điện mơ hình Ziegler-Nichols 4.2.3.Ngun lý điều khiển ON-FF (dùng khâu r le có trễ) 4.2 4.Nguyên lý điều khiển tuyến tính 4.3 Thí nghiệm 4.3.1 Đo trình đ hệ h , đầu vào hàm nấc 4.3.2 Điều khiển ON-OFF 4.3.3 Điều khiển tuyến tính 4.4 Kiểm tra đánh giá 4.5.Điều khiển nhiệt đ ph ng pháp điều khiển cổ điển BƠi 5: H th ng u n t c đ vƠ v trí đ ng c m t chi u 99 5.1.M c tiêu 5.2.N i dung 5.2.1 Phần điều khiển t c đ 5.2.2 Phần điều khiển vị trí 5.2.3 Truyền đ ng điện đ ng c DC điều chỉnh áp phần ứng 5.3.Thí nghiệm 5.4.Kiểm tra đánh giá Bài 6: Đi u n s đ ng c m t chi u 109 6.1.M c tiêu 6.2.N i dung 6.3.Th í nghi ệm 6.4.Hệ th ng điều khiển t c đ đ ng c 6.5.Nhận xét đánh giá BƠi 7: H th ng u n m c n c 111 7.1.M c tiêu 7.2.N i dung 7.3.Thí nghiệm 7.4.Nhận xét đánh giá Ph l c 115 Tài liệu tham khảo 118 L I NịI Đ U Thí nghiệm điều khiển tự đ ng môn học minh họa bổ sung phần thực tế cho giáo trình Lý thuyết điều khiển tự đ ng Sinh viên tiếp cận công c Matlab để khảo sát thiết kế hệ th ng tự đ ng khảo sát hệ th ng điều khiển tự đ ng thực tế Điều khiển tự đ ng ngày có m t lĩnh vực điện -điện tử, c khí, hóa, giao thơng, qui trình sản xuất nhà máy Giáo trình gồm có bảy thí nghiệm: 1.Khảo sát hệ th ng tự đ ng dùng Matlab Thiết kế hệ th ng tự đ ng dùng Matlab Khảo sát mô ph ng hệ th ng tự đ ng dùng Simulink Hệ th ng điều khiển nhiệt đ Hệ th ng điều khiển vị trí t c đ đ ng c DC H ệ th ng điều khiển s đ ng c m t chiều Hệ th ng điều khiển mực n ớc Giáo trình dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành Điện tử tự đ ng hệ đại học Chắc chắn giáo trình cịn nhiều thiếu sót Tác giả chân thành cảm n ý kiến đóng góp thầy giáo b môn Điều khiển tự đ ng, đồng nghiệp, bạn đọc để giáo trình ngày hồn thiện h n Th góp ý xin gửi b mơn Điều khiển tự đ ng, Khoa Công nghệ Điện tử, tr ng Đại học Công nghiệp Tp HCM, ĐT:8940390 Tp HCM ngày 15-7-2008 Tác giả Th.S Huỳnh Minh Ngọc Bài 1: Khảo sát hệ thống tự động dùng MATLAB Bài KH O SÁT H TH NG T Đ NG DÙNG MATLAB 1.1 M c tiêu: -Căn Matlab: giới thiệu,mơ tả tốn học hệ th ng dùng hƠm truyền đạt, ph trạng thái, đ c tính đ ng học, khảo sát tính ổn định hệ, sai s xác lập - Phân tích miền tần s : Biểu đồ Bode, Nyquist -Khảo sát hệ dùng ph ng pháp quỹ đạo nghiệm s ng pháp biến 1.2 N i dung 1.2.1.Ph n m m MATLAB vƠ cách sử d ng 1.2.1.1.Gi i thi u v Matlab Matlab đ c phát triển b i công ty Math Works Inc, m t ch ng trình phân tích ma trận, thiết kế điều khiển, nhận dạng hệ th ng đồ thị kỹ thuật Gõ đ ng dẫn : MATLAB xuất dấu nhắc “>>” ho c double-click vào biểu t ng Matlab hình Matlab có khả thi hành m t dãy lệnh chứa m t tập tin, tập tin file.M M t ch ng trình đ c viết ghi lại dạng ASCII với tên tập tin có phần m r ng th m c mà Matlab chạy Tên tập tin phải dạng chữ th ng Dạng tập tin file.M đ c coi nh tập tin hay tập lệnh nguyên Để chạy ch ng trình dấu nhắc “>>”đánh tên tập tin khơng có phần m r ng m 1.2.1.2.L nh Bi n s : Lệnh có dạng hình 1.1 Matlab dùng phép gán để dấu « = » gán biểu thức vƠo m t biến >>biến= biểu thức Dạng lệnh Matlab >>: dấu nhắc lệnh Biểu thức nhập vƠo mƠ khơng có tên biến Matlab tính tốn vƠ kết đ c nhớ vƠ hiển thị sau từ ans Kết m t biểu thức gán vƠo m t tên biến để tiện cho việc sử d ng khác Tên biến đến 19 ký tự (bao gồm chữ vƠ s ), nhiên ký tự m t tên biến phải bắt đầu m t chữ Chu i ký tự: M t chu i ký tự n i tiếp cơu sau đ c gôi lƠ m t chu i ký tự ho c biến câu >>C=‟Good‟ Kết lƠ : C=Good Bảng 1.1 Các phép toán học + C ng Trừ * Nhân / Chia ^ lũy thừa Bài 1: Khảo sát hệ thống tự động dùng MATLAB 1.2.1.3.Các phép tính tốn vector: M t vector bậc n lƠ m t dƣy hàng hay dãy c t n s hạng Để biểu diễn vector c t ta nhập : phần tử nằm dấu ngo c vuông [], cách b i dâú chấm phẩy (;) Ví d : >>X=[2;-4;8] Kết : X= -4 Nếu phần tử đ c phân cách b i dấu phẩy ho c khoảng trắng vector hàng Ví d : >>R=[tan(pi/4) sqrt(9) -5] Kết : R= 1.0000 3.0000 -5.0000 Chuyển vị m t vector Ví d : >>Y=R‟ cho : Y= 1.0000 3.0000 -5.0000 Các vector có kích th ớc c ng ho c trừ Ví d : >>P=5*R cho kết sau : P= 5.0000 15.0000 -25.0000 Toán tử * thực phép tính nhân t ng ứng phần tử với Ví d : với X Y ta có : >>E=X*Y Kết : E= -12 -40 Tích vơ h ớng vector X Y s vô h ớng đ c xác định b i  Xi.Yi Nếu X Y n i 1 hai vector c t đ c xác định tích vơ h ớng chúng : S=X‟*Y Kết lƠ: S= -50 Có hƠm Matlab để tính chuẩn vector Ví d tính Norm Euclid >>N=norm(X) Đ a kết N= 9.1652 Góc hai vector X vƠ Y đ c xác định X.Y/(MođunX MođunY) Dòng lệnh: » theta=acos(X'*Y/(norm(X)*norm(Y))) Kết lƠ : theta = 2.7444 Bài 1: Khảo sát hệ thống tự động dùng MATLAB theta đ c đo radian Biểu diễn m t vector zero Ví d : » Z=zeros(1,4) Z= 0 0 Trong MATLAB(:) sử d ng để tính vector hàng Ví d nh : » x=1:8 cho m t vector hàng s nguyên từ đến x= 1.2.1.4 Ma trận Trong MATLAB m t ma trận đ c tạo b i m t dƣy s ngo c vuông Các phần tử m i hàng đ c phơn biệt b i khoảng tr ng ho c dấu phẩy Dấu chấm phẩy đ c dùng để kết thúc m t hƠng Ví d : » A=[6 2;-1 3;2 9] Kết lƠ : A= -1 M t c t ho c hàng m t ma trận đ » r3=A(3,:) Kết lƠ : r3 = c ký hiệu (:) Ví d : T ng tự A(:,2) biểu thị tất phần tử c t thứ A » A(:,2) ans = C ng ma trận A B Ví d : » A=[6 2;-1 3;2 9] A= -1 » B=[1 3;-2 6;1 7] B= -2 7 Bài 1: Khảo sát hệ thống tự động dùng MATLAB » D=A+B D= -3 12 16 Trừ hai ma trận A B Ví d : » C=A-B C= -1 -1 -3 1 Nhân hai ma trận A B từ phép tính A*B chúng t » E=A*B ng thích Ví d : E= 22 38 -14 39 66 47 93 Hai ký hiệu đ c sử d ng để chia ma trận A\B t Ví d : AX=B    10  x1   10  10  12  x    32         16   x3   16 » A=[4 -2 -10;2 10 -12;-4 -6 16] A= -2 -10 10 -12 -4 -6 16 » B=[-10;32;-16] B= -10 32 -16 » X=A\B Kết : X= 2.0000 4.0000 1.0000 ng ứng A-1*B A/B t ng ứng với A*B- Bài 1: Khảo sát hệ thống tự động dùng MATLAB Ngoài cịn nhiều hàm tốn học khác file.m Nên sử d ng chức inv để xác định nghịch đảo ma trận A sau xác định ma trận X » A=[4 -2 -10;2 10 -12;-4 -6 16] A= -2 -10 10 -12 -4 -6 16 » B=[-10;32;-16] B= -10 32 -16 » C=inv(A) C= 2.2000 0.4000 0.7000 2.3000 3.1000 0.6000 0.7000 0.8000 1.1000 » X=C*B X= 1.2.1.5.Giá tr riêng: Nếu ma trận A lƠ m t ma trận có (nxn) phần tử, có n s  th amƣn Ax=x giá trị riêng A Chúng tìm đ c cách sử d ng lệnh eig(A) Giá trị riêng vector riêng A tìm đ c lệnh [X,D]=eig(A) Các phần tử đ ng chéo ma trận chéo D λ, c t ma trận X vector riêng th a mãn AX=XD Ví d : Tìm giá trị riêng vector riêng ma trận A cho b i: » A=[0 -1;-6 -11 6;-6 -11 5] A= -1 -6 -11 -6 -11 Bài 1: Khảo sát hệ thống tự động dùng MATLAB » [X,D]=eig(A) X= 0.7071 -0.2182 -0.0921 0.0000 -0.4364 -0.5523 0.7071 -0.8729 -0.8285 D= -1.0000 0 -2.0000 0 -3.0000 1.2.1.6.S phức : Hầu hết phép tính s phức sử d ng đ c ch ng trình Matlab S ảo  đ c ngầm định tr ớc b i hai biến s I j ch ng trình Nếu i j đ c sử d ng cho giá trị khác ta phải định nghĩa phần ảo nh sau: » j=sqrt(-1) j= + 1.0000i hoaëc : » i=sqrt(-1) i= + 1.0000i Ví d : Tính Zc cosh g + sinh g/Zc, với Zc=200+ i300 g=0.02 +j1.5 » i=sqrt(-1) i= + 1.0000i » Zc=200+300*i; » g=0.02+1.5*j; » V=Zc*cosh(g)+sinh(g)/Zc Kết lƠ: : V= 8.1672 +25.2172i 1.2.1.7 Đ th : Ch ng trình MATLAB tạo loại đồ thị 2-D, 3-D, đ ng log, semilog, đồ thị cực, đồ thị kh i vƠ đ ng viền máy vẽ, máy in kim, máy in laser M t s đồ thị 2-D vẽ lệnh plot, loglog, semilogx, semilogy, polar(ằtext’), ylabel(ằtext’) vƠ text(ằtext’) đ c sử d ng để đ t tên vƠ thêm thích đồ thị Cú pháp cơu lệnh bao gồm ký hiệu (.,+,*,0,x) vƠ mƠu sắc (r,h,g,w) Ví d : dòng lệnh sau 10 Bài 5: Hệ thống điều khiển tốc độ vị trí động chiều Hình 5.9 : Sơ đồ khối động chiều t thơng khơng đổi 5.2.3.2 Đặc tính c đ ng c : Trong chế đ xác lập, moment đ ng c zero e Wđ HC Udk K moment cản, s t áp qua tự cảm L U DC ω γ Hình 5.10 : Hàm truyền hệ thống điều khiển tốc độ Trong : -K : hàm truyền b chấp hành CH, s -wđ : tín hiệu t c đ đ t, có dạng điện áp -γ : hệ s phát t c 5.2.3.3 Hàm truyền khâu hiệu c ỉnh PI thí nghiệm : Từ h ình vẽ có th ể tính tín hiệu Out khâu điều khiển PI theo hai tín hiệu vào In1 v In2 (khi T0 n i v ới T2) R sR C  HC( s)  2 ( In1  In2 ) sRC R3 Để có hiệu s tín hiệu t c đ đ t ωđ phản hồi γ.ω dùng mạch điện , ta phải đảo cực tính áp máy phát t c 5.3 Thí nghi m : Sinh viên đ c tham kh o [2] Trong thí nghiệm, cần n i dơy b điều khiển theo s đồ kèm theo phần, dây n i bên thiết bị đ c n i s n 104 Bài 5: Hệ thống điều khiển tốc độ vị trí động chiều 5.3.1 Thí nghi m u n t c đ : 5.3.1.a Thí nghi m h hở: M c đích: Vẽ đ c tính t c đ ω=f(I) áp đ t vào đ ng c tĩnh hệ th ng Th í nghi m: -N i nguồn 12 V, GND cho biến tr đ t t c đ nh H5.11 không đổi, suy thông s Hửnh 5.11: Nối dây thỬ nghiệm hệ hở -N i ngõ biến tr đ t t c đ Vref đến ngõ vào b khuếch đại công suất Vin Chỉnh Vref =1,5 V, đo U,I đ ng c , điện áp m áy phát t c Uf trạm FT thay đổi điện tr tải RT máy phát (Xem phần mơ tả thiết bị thí nghiệm) -Ghi kết vào theo nh bảng để viết báo cáo Trong t c đ đ ng c ω tính rad/giây, suy từ tỉ lệ : ω=Uf/γ .γ: hệ s phát t c tính V/(rad/giây), tính từ quan hệ : áp phát t c 8,2 V t ng ứng t c đ quay 1000 vòng /phút - Vẽ đ c tính t c đ ω=f(I) đồ thị theo nh bảng 2, với ý ω tính rad/sec; suy U hệ s C e  , ω0: t c đ đ ng c khơng tải lí t ng (lúc dịng qua đ ng c 0 không-t ng ứng tung đ giao điểm đ c tính t c đ với tr c tung) I(A) U(V) Uf(V) (rad/sec) Bảng 1: Kết thí nghiệm hệ h Vref=1,5 V Bảng 2: Đ c tính t c đ ω=f(I) (t c đ theo dòng điện) hệ h , tr c hồnh dịng điện 105 Bài 5: Hệ thống điều khiển tốc độ vị trí động chiều Điện áp: U=? Suy t c đ không tải lý t ng (khi I=0): ω0=? Hằng s điện từ đ ng c : Ce=? 5.3.1.b Thí nghi m h vịng kín: M c đích : khảo sát đ c tính t c đ h ệ th ng kín với khâu hi ệu chỉnh khác Thí nghi m: N i s đồ điều khiển t c đ nh hình 5.12, đ t Vref=3 V, tín hiệu đ t t c đ giữ nguyên hết thí nghiệm điều khiển t c đ hệ kín m c 5.3.1.b H ửnh 5.12: Nối dây điều khiển hệ kỬn i)Kh o sát đặc tính h th ng u n t l (P): đ t Vref=3 volt N i T1 vƠ T0 đ ể U1A lƠ mạch khu ếch đại DC Thay đổi tải RT máy phát, ghi giá trị điện áp, dòng điện đ ng c , điện áp máy phát t c(đo tr ạm FT) theo nh bảng để viết báo cáo I(A) U(V) Uf(V) (rad/sec) Bảng : Đặc tính tốc độ điều khiển tỉ lệ (P) Nhận xét khả cải thiện đ s t d c theo tải có phản hồi t c đ 106 Bài 5: Hệ thống điều khiển tốc độ vị trí động chiều ii)Kh o sát đặc tính h th ng thay đ i Kp: đ t Vref= V N i hai đầu biến tr VR2 vƠo T1 vƠ T0 để thay đổi hệ s khuếch đại b hiệu chỉnh (hệ s Kp) Chỉnh biến tr theo chiều kim đồng hồ đến cu i để có hệ s khuếch đại lớn Thay đổi tải RT máy phát để lấy s liệu, kết ghi theo bảng để viết báo cáo I(A) U(V) Uf(V) (rad/sec) Bảng : Đặc tỬnh tốc độ điều khiển tỉ lệ (P) với Kp lớn iii)Kh o sát đặc tính h th ng u n tích phơn t l (PI): đ t Vref= 3V N i T2 vƠo T0 để U1A lƠ m t khâu PI Thay đổi tải RT máy phát để lấy s liệu, kết ghi theo bảng để viết báo cáo I(A) U(V) Uf(V) (rad/sec) Bảng : Đặc tính tốc độ điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) Vẽ đ c tính t c đ khảo sát phần i), ii), iii) m t hình vẽ nh bảng Nên sử d ng tỉ lệ để dễ so sánh tr ng h p Cho nhận xét giải thích kết sai s xác lập hệ th ng điều khiển t c đ với b hiệu chỉnh khác tải thay đổi Bảng 6: Đồ thị đặc tỬnh tốc độ(tốc độ theo dịng điện) hiệu chỉnh P, PI (tr c hồnh dòng điện, tr c tung đ c tính t c đ ) 5.3.2 Thí nghi m u n v trí: N i dây sử d ng chung cho tất phần thí nghiệm m c 5.3.2 Cấp điện 220 VAC cho b điều khiển vị trí Hệ th ng đ c khảo sát chế đ không tải (các công tắc điện tr tải máy phát vị trí h mạch) Cơng tắc RESET/RUN vị trí RESET, để reset b phản hồi vị trí khơng cho hệ th ng hoạt đ ng B phát xung PG đ c n i s n, chân UTH có điện áp phản hồi vị trí (phản ánh sai lệch vị trí so với vị trí ban đầu-khi RESET hệ th ng-xem l ại 5.2.2.1 giới thiệu đ c tính cảm biến vị trí 107 Bài 5: Hệ thống điều khiển tốc độ vị trí động chiều Hửnh 5.13: Sơ đồ nguy ên lỬ mạch điều khiển vị trỬ 5.3.2.1 Khảo sát hệ th ng điều khiển vị trí khơng có phản hồi t c đ : M c đích: Khảo sát đ c tính tĩnh đ ng hệ th ng điều khiển vị trí với b hiệu chỉnh P PI với ngõ vào hàm nấc Thí nghiệm: N i dây chung cho m c này: sử d ng hai b điều khiển t c đ vị trí i)Khảo sát khâu hiệu chỉnh P (tỉ lệ) cho b điều khiển vị trí: ii) Khảo sát khâu hiệu chỉnh PI (tích phân tỉ lệ) cho b điều khiển vị trí: 5.3.2.2 Kh o sát h th ng u n v trí có vịng ph n h i t c đ : M c đ ích: khảo sát ảnh h ng vòng t c đ đến chất l ng hệ điều khiển vị trí Thí nghi m: Thực n i dây cho vòng hồi tiếp với vịng vị trí điều khiển PI vịng t c đ điều khiển P nh sau: Nhận xét đ xác hệ th ng điều khiển vị trí vọt l HT với đầu vào hàm nấc có khơng có vịng phản hồi t c đ Từ nêu tác d ng vòng phản hồi t c đ Chú ý: Do tầm phản hồi vị trí bị hạn chế xấp xỉ 2V(xem lý thuyết phần 5.2), vọt l lớn làm sai tín hiệu phản hồi dẫn đến hệ th ng không hoạt đ ng đ c giá trị đ t lớn, phân biệt với ổn định hệ th ng 5.3.Nhận xét đánh giá Trích dẫn: thí nghiệm Hệ th ng điều khiển t c đ vị trí đ ng c m t chiều, B m ôn Điều khiển tự đ ng, Khoa Điện - Điện tử, Đại học Bách Khoa Tp HCM 108 Bài 6: Hệ thống điều khiển số động chiều Bài H TH NG ĐI U KHI N S Đ NG C M T CHI U 6.1.M c tiêu -Làm quen với hệ th ng sử d ng máy tính s (PC) để điều khiển vịng kín m t đ i t ng c thể đ ng c m t chiều -Khảo sát ảnh h ng thành phần điều khiển PID đ c tính tĩnh đ ng hệ th ng điều khiển t c đ đ ng c m t chiều cách quan sát ảnh h ng thơng s q trình q đ hệ th ng với đầu vào hàm nấc 6.2 N i dung B thí nghiệm bao gồm : -B điều khiển bao gồm mạch giao tiếp , máy tính mạch đ ng lực -Đ ng c m t chiều có b phát t c xung -B cấp điện m t chiều +/- 24V -Ch ng trình điều khiển Đ t Điều khiển Máy tính Đ ng lực D/A Đ.C Giao tiếp A/D Phản hồi S LIÊN T C Hình 6.1 :Sơ đồ khối thỬ nghiệm 6.2.1 B điều khiển : B điều khiển đ ng c chứa h p riêng, có s đồ kh i nh hình 6.2, bao gồm : -Card giao tiếp t ng tự s gồm có : B chuyển đổi t ng tự-s ADC0809 8bit cho phép máy tính thu thập tính tốn s liệu điều khiển đ ng c Trong thí nghiệm này, t c đ , dịng điện, điện áp đ ng c đ c đọc máy tính s Máy tính ghi lại trình bày đồ thị trình đ để ta phân tích đ c tính hệ th ng Chuyển đổi s -t ng tự (DAC) bit AD7520 n i port A PIA 8255, biến đổi tín hiệu điều khiển từ s điện áp, giữ nguyên chu kì lấy mẫu làm thành b giữ bậc (ZOH) -Máy tính AT có card giao tiếp PROTOTYPE ADAPTER(TK-1), địa $300-$31F(có thể dùng card PCI 1711/PCI 1718HDU) -B khuếch đại cơng suất có mạch bảo vệ dịng điện, sử d ng nguồn ±24V khuếch đại tín hiệu điều khiển (từ ngõ DAC) để cung cấp cho đ ng c DC 109 Bài 6: Hệ thống điều khiển số động chiều Hình 6.2 : Sơ đồ khối điều khiển động 6.2.2 Đ ng c m t chiều 6.2.3 Ch ng trình điều khiển 6.3 Thí nghi m : sinh viên đ c tham kh o [2] 6.3.1 Thí nghiệm khảo sát hệ h : 6.3.2 Thí nghiệm hệ vịng kín 1(Khơng có phản hồi dịng điện) 6.4 S đồ kh i hệ th ng điều khiển t c đ đ ng c : e Wđ ramp Iđ t U đk ĐK DKw - - ZOH I đco B ĐK I w Đ.C Tín hi ệu phản hồi w đco Digital Analog Hình 6.3 S đồ kh i HT điều khiển đ ng c 6.5 Nhận xét đánh giá : Trích dẫn : bƠi thí nghiệm Điều khiển s đ ng c DC, B môn Điều khiển tự đ ng, Khoa Điện - Điện tử, Đại học Bách Khoa Tp HCM 110 Bài 7: Hệ thống điều khiển mực nước Bài H TH NG ĐI U KHI N M C N C 7.1.M c tiêu Sinh viên xây dựng mơ hình tốn học bồn đ n dùng Simulink mô ph ng hệ bồn đ n;và khảo sát hệ th ng điều khiển m c n ớc c thể 7.2.N i dung Dùng máy tính có sử d ng card giao tiếp PCL818L/PC I 1711 để điều ển bồn n ớc Card dùng đọc giá trị từ cảm biến xuất điện áp điều khiển b m n ớc vào bồn Có sử d ng XPC-target Matlab có viết ch ng trình kết n i Visual C hay Borland C++ Builder S đồ kh i hệ th ng điều khiển bồn n ớc: xPC-Target: xPC Target lƠ giải pháp Matlab nhằm đ a kết mơ hình hệ th ng dùng Simulink vào hệ th ng chạy th i gian thực xPC target cần có m t máy tính chủ máy tính đích ghép n i với qua cổng RS-232 hay mạng Ethernet, ch ng trình điều khiển dạng mã thực thi, tạo b i Real Time Workshops Visual C++, xPC target đ c chuyển từ máy chủ đến máy đích, máy tính đích có card giao tiếp với đ i t ng điều khiển đ i t ng theo th i gian thực, đáp ứng đ c gửi lên máy chủ tinh chỉnh gửi xu ng máy đích Máy tính chủ cài hệ điều hành Windows 95, 98, 2000, Xp hay NT4 Máy tính đích khơng cần cấu hình mạnh (CPU 386, RAM 8MB), khơng cần hệ điều hành nh ng BIOS phải t ng thích máy PC, mainboard có s n slot gắn card giao tiếp có cổng COM(dùng chipset t ng thích UART) hay card mạng, cần ổ đĩa mềm ổ cứng hình khơng cần thiết Sự giao tiếp hai máy tính thực qua cổng cổng COM hay mạng Ethernet xPC Target h tr giao tiếp qua cổng COM m t s card giao tiếp hãng Advantech, ADDI-DATA, National Instruments, Real time devices, Sinh viên đọc thêm tƠi liệu[4] 7.3.Thí nghi m 7.3.1.Mơ ph ng b n chứa I u(t) : tín hiệu vƠo , h(t): tín hiệu lƠ chiều cao c t n ớc, t i đa 40cm (1) dh(t)/dt= (1/A).(K.u(t) –C.a gh(t ) ) Cho: A: tiết diện ngang bồn chứa=100cm2 a: tiết diện van=0,5 cm2 C: hệ s xả=0,6 g: gia t c trọng tr ng=981 cm/s2 u(t): [0->1]; t i đa 12V, ngẫu nhiên K: hệ s đ c tr ng cho công suất lớn=18 lit/phút=300 cm3/s Xơy dựng mơ hình mơ ph ng : u(t) Mơ hình y(y) 111 Bài 7: Hệ thống điều khiển mực nước S đồ mô ph ng l u tập tin bondon.mdl Mô ph ng hệ th ng với u(t) ngẫu nhiên Hình 7.1: Sơ đồ mơ bồn đơn Hình 7.2 : Bên subsystem “Bondon” Gain lƠ K=300, Gain1 lƠ 1/A=1/100, Kh i Fcn lƠ C*a*sqrt(2*981*u[1])=0.6*0.5*sqrt(2*981*u[1]) Kh i tich phân có giới hạn cao 40 112 Bài 7: Hệ thống điều khiển mực nước Kết mô ph ng Ngõ vào u(t) Ngõ h(t) 7.3.2.S đ mô ph ng II: Thông s bồn n ớc : H ình 7.3 113 Bài 7: Hệ thống điều khiển mực nước Hình 7.4 Kết mơ ph ng: U(t): H(t): 7.4.Nhận xét đánh giá 7.5.Khảo sát mô hình điều khiển bồn n ớc hãng Festo 114 Phụ lục PH L C B ng bi n đ i Laplace STT Ảnh laplace F(s) Hàm thời gian f(t) 1 Hàm Dirac (t) s Hàm nấc đơn ị us(t)=1(t) s2 Hàm dốc (h àm RAMP)= t.1(t) tn(n= số nguyên dương) s n 1 s  (s   ) ( s   ) n 1 ( s   )( s   ) (e t  e  t ) ( ) (   ) s( s   )  (1  e t ) 10 s( s   )  s (s   )  s (s   )  11 n! n! 12 e-t t.e-t tn.e-t,( n= số nguyên dương) 1 (1  e t  te t ) (t   e t ) [t    (t  115  )e t ] Phụ lục 13 14 15 (1-t)e-t s (s   ) sinnt  n2 s   n2 cosnt s s   n2 16 17 18 s ( s   n2 )  n2 ( s   ) s   n2 20 21 ( s   )( s   ) n  n2 s  2 n s   n2  n2 s( s  2 n s   n2 ) s  2 n s   n sin( n t   ) , với e t  2   n    n2   tan 1 ( n /  ) n 1 1 e  nt sin  n   t (