Điều khiển số (Digital Control Systems) doc

18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 1 Điềukhiểnsố (Digital Control Systems) PhầnA: Môn họctruyền đạtcáckiếnthứcphụcvụ phân tích, thiếtkế các hệ thống điềukhiểntựđộng sử dụng vi xử lý (μP, μC, DSP). PhầnA baogồmcácnội dung thuộcchương trìnhdànhchoĐạihọc. (Version 5, 8/2009) 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 2 Điềukhiểnsố Chương 1: Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1. Cấutrúccơ sở củahệ thống ĐK số 2. Mô hình tín hiệutrênmiền ảnh z 3. Mô hình hệ thống trên miền ảnh z Chương 2: Điềukhiểncóphảnhồi đầura 1. Xét ổn định củahệ thống số 2. Thiếtkế trên miềnthờigianxấpxỉ liên tục 3. Thiếtkế trên miềnthời gian gián đoạn 4. Mộts ố dạng mở rộng 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 3 Điềukhiểnsố Chương 3: Điềukhiểncóphảnhồitrạng thái 1. Ôn lạicáckiếnthứccơ sở 2. Mô hình trạng thái gián đoạn 3. Tính ĐK được, QS đượcvàcácdạng chuẩn 4. Cấutrúccơ bảncủahệ thống ĐK số trên không gian trạng thái 5. Mộtsố dạng mở rộng Chương 4: Thực hiện kỹ thuậthệ thống ĐK số 1. Ảnh hưởng củasố hóa (l ượng tử hóa) biên độ 2. Thiếtkế hệ thống bằng máy tính (MATLAB) 3. Thiếtkế hệ thống vi điềukhiển 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 4 Điềukhiểnsố Tài liệuthamkhảo: [1] Isermann R.: Digitale Regelsysteme. Bd. I und II, Springer-Verlag, 2. Auflage, 1987-1988 [2] Franklin G.F., Powell J.D., Workman M.L.: Digital Control of Dynamic Systems. Addison Wesley, 2 nd 1994 [3] Quang Ng.Ph.: MATLAB & Simulink dành cho kỹ sưđiềukhiểntựđộng. Nhà xuấtbản KH&KT, 2004 [4] Quang Ng.Ph., Dittrich A J.: Vector Control of Three-Phase AC Machines. Springer, Berlin – Heidelberg, 2008 Chú ý: Giáo trình này sử dụng để dậycáclớp đạihọcvớithời lượng 45 tiết, bao gồm lý thuyếtvàvídụ. Vớicáclớp 60 tiết, sẽ dậygiống như lớp 45 tiếtnhưng có thêm bài tậplớn 12-15 tiết. 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 5 1. Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1.1 Cấutrúccơ sở củahệ thống ĐK số 11 0 011 kkk kk k pu pu pu qe qe qe μμ νν −− −− ++ + = +++   () ( ) ( ) 1 1 01 ÐC 1 1 01 Qz qqz qz Gz ppz pz P z ν ν μ μ − −− −− − +++ == +++   Khâu Điềuchỉnh: 1. Pt. Sai phân 2. Hàm truyền đạttrên miền ảnh z 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 6 1. Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1.1 Cấutrúccơ sở củahệ thống ĐK số •Khâu ĐC: sử dụng vi xử lý (microprocessor: μP), vi điềukhiển (microcontroller: μC) hoặc vi xử lý tín hiệu (digital signal processor: DSP) • Khâu DAC: có thể không tồntạimột cách tường minh, mà ẩndướidạng thiếtbị có chứcnăng DA. Ví dụ: khâu điềuchế vector điệnáp(khi điều khiển digital động cơ ba pha) •KhâuADC: thường sử dụng khi đo đạc giá trị thựccủa đạilượng ra (ví dụ: đo dòng). Đôi khi tồn tạidướidạng khác như: đotốc độ quay bằng IE 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 7 1. Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1.1 Cấutrúccơ sở củahệ thống ĐK số Khâu ADC và quá trình trích mẫu đo () () () () [ ] [ ] 012 0, 1, 2, hay ,,, k uk u u u uuuu ⎡ ⎤⎡ ⎤ = ⎣⎦⎣ ⎦ = … … () ( ) ( ) () ( ) * 0 0 k k ut ukT t kT ut t kT δ δ ∞ = ∞ = ⎡ ⎤ =− ⎣ ⎦ =− ∑ ∑ Sau khi trích mẫu(lýtưởng) bằng ADC ta thu được chuỗi giá trị số: Để khảosáttínhiệugiánđoạn bằng công cụ Laplace (hay phân tích phổ), đồng thờitạo điềukiệnmôtả hỗnhợpvới các khâu liên tục, ta nhân chuỗivới hàm δ(t) và thu được dãy xung : 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 8 1. Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1.1 Cấutrúccơ sở củahệ thống ĐK số Khâu DAC và quá trình lưugiữ (nhớ) khi xuất () ( ) ( ) {} 0 111 k k ut u t kT t k T ∞ = ⎡ ⎤ =−−−+ ⎣ ⎦ ∑ () 0 1 sT s kT k k e Us ue s − ∞ − = − = ∑ () ( ) ( ) * 1 s T H Us e Gs s Us − − == Mô hình tín hiệucódạng bậcthangtrên miềnthờigian: Chuyểnsang miền ảnh Laplace: Từđóthuđượchàmtruyền đạtcủakhâu giữ chậm: 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 9 1. Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1.2 Mô hình tín hiệu trên miền ảnh z () ( ) ( ) () ** 00 s kT k kk ut ukT t kT U s ueδ ∞∞ − == ⎡ ⎤ ⎡⎤ =−⇒= ⎢ ⎥ ⎣⎦ ⎣ ⎦ ∑∑ Chuyểnphươngtrìnhmôtả dãy xung u * (t) sang miền ảnh Laplace: Thay: ta thu được: s T ze= () () * 0 sT k k ez k Us Uz uz ∞ − = = ⎡ ⎤ == ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ∑ Ví dụ: Mộttínhiệugiánđoạnvề thời gian cho trướcbởi 00 0 k k k u ak ⎧ < ⎪ ⎪ = ⎨ ⎪ ≥ ⎪ ⎩ Ảnh z của tín hiệukể trên: () () 00 k kk kk a Uz az z ∞∞ − == ⎛⎞ ⎟ ⎜ == ⎟ ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎝⎠ ∑∑ Chuỗitrênchỉ hộitụ khi , tứclàở vùng phía ngoài đường tròn có bán kính a → vai trò quan trọng củaTđối với ổn định củahệ thống. 1az< 18 August 2009 Assoc. Prof. Hon Prof. Dr Ing. habil. Ng. Ph. Quang Electrical Engineering - Automatic Control 10 1. Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1.3 Mô hình hệ thống trên miền ảnh z Hệ thống ĐK số bao gồm 2 loạikhâucơ bản: 1. Khâu có bảnchấtgián đoạn: Các tín hiệuvào/ra/ trạng thái đềugiánđoạn về thờigianvàvề mức. Khâu mô tả các thiếtbị ĐK digital. 2. Khâu có bảnchất liên tục: Mô tả đốitượng điều khiển. Khi gián đoạn hóa sẽđưa đếnmôhìnhnhư hình bên. Việcgiánđoạn hóa xuấ tpháttừ mô hình trạng thái liên tụccủa đối tượng. [...]... định, bộ tham số hệ thống tại giao điểm của đường tròn đơn vị với quỹ đạo điểm cực sẽ là bộ tham số cần được khảo sát kỹ Khi tồn tại nhiều giao điểm, phải tìm ra vị trí của điểm bất lợi nhất 18 August 2009 Assoc Prof Hon.-Prof Dr.-Ing habil Ng Ph Quang Electrical Engineering - Automatic Control 28 2 ĐK có phản hồi đầu ra 2.1 Xét ổn định của hệ thống ĐK số 2.1.4 Dự báo đặc tính của hệ thống ĐK số a) Dự báo... x0 = 1 −1 < z1 < 0 : Dạng điều hòa tắt dần 0 < z1 < 1: Dạng không điều hòa tắt dần z1 ngoài đường tròn đơn vị: Hệ mất ổn định 18 August 2009 Quá trình quá độ khi đa thức N(z) là bậc 1 Assoc Prof Hon.-Prof Dr.-Ing habil Ng Ph Quang Electrical Engineering - Automatic Control 29 2 ĐK có phản hồi đầu ra 2.1 Xét ổn định của hệ thống ĐK số 2.1.4 Dự báo đặc tính của hệ thống ĐK số a) Dự báo quá trình quá... (khâu dao động PT2): ωe = Tần số của thành phần sin 1 1 δ = Hệ số quán tính = GS ( s ) = với: e ⎞⎛ ⎞ 2D 1 2 ⎛ s s ⎟⎜ ⎟ ⎜ ω0 = Tần số riêng của hệ tắt dần 1+ s+ 2 s ⎟⎜1 + ⎟ ⎜1 + ⎟⎜ ⎟ ⎜ δ + j ω ⎠⎝ δ − j ω ⎠ ω0 ω0 ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎝ e e e e D = Hệ số tắt dần δe 2 2 = cosϕ (ϕ = 0 khi D ≥ 1); ω0 = δe2 + ωe •Công thức quy đổi: ωe = ω0 1− D 2 ; D = ω0 2.1.4 Dự báo đặc tính của hệ thống ĐK số •Hàm quá độ: h (t ) = 1−... tắt dần không có hoặc có thành phần điều hòa, tùy theo điểm cực dương hay điểm cực âm (|zi| . Electrical Engineering - Automatic Control 1 Điềukhiểnsố (Digital Control Systems) PhầnA: Môn họctruyền đạtcáckiếnthứcphụcvụ phân tích, thiếtkế các hệ thống điềukhiểntựđộng sử dụng vi xử lý (μP,. Automatic Control 2 Điềukhiểnsố Chương 1: Mô hình tín hiệuvàhệ thống 1. Cấutrúccơ sở củahệ thống ĐK số 2. Mô hình tín hiệutrênmiền ảnh z 3. Mô hình hệ thống trên miền ảnh z Chương 2: Điềukhiểncóphảnhồi. Control 3 Điềukhiểnsố Chương 3: Điềukhiểncóphảnhồitrạng thái 1. Ôn lạicáckiếnthứccơ sở 2. Mô hình trạng thái gián đoạn 3. Tính ĐK được, QS đượcvàcácdạng chuẩn 4. Cấutrúccơ bảncủahệ thống ĐK số