BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỠ TỰ ĐỘNG NHÓM A11 TỔ 1 BÀI THÍ NGHIỆM 2 ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG I Thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm pha a Dùng công cụ sisotool nhập vào hàm tr[.]
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỠ TỰ ĐỘNG NHĨM: A11 TỔ BÀI THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG I-_Thiết kế hiệu chỉnh sớm pha a Dùng công cụ sisotool nhập vào hàm truyền hệ thống, vẽ QDNS sau khảo sát hệ thống: Mở matlab command window nhập: >> G=tf(20,conv([1 0],[1 2])); >> H=tf(1,1); >>Sisotool; -Cửa sổ sisotool sau: -Quan sát QĐNS ta thấy phương trình đặc tính vịng kín có nghiệm (dấu ■ màu đỏ): s1= -3.14, s2 = 0.419 + j2.24, s3 = 0.419 – j2.24 nhận thấy hệ thống có nghiệm s2 , s3 nằm bên phải mặt phẳng phức nên hệ thống không ổn định Trên biểu đồ bode ta có: GM = -10.5dB < PM = 28.1 < -Vẽ đáp ứng độ hệ với đầu vào hàm nấc, vào menu [analysis] →[other loop responses] Cửa sổ Response Plot Setup tiến hành cài đặt hình dưới: “r to y” vẽ đáp ứng ngõ y(t) theo tín hiệu đầu vào r(t) b) thiết kế hiệu chỉnh để có để hệ thống có POT < 20% va txl < 8s: -Trong cửa sổ sisotool kích chuột phải vào vùng QĐNS,menu pop-up xuất hiện:ta chọn [add pole/zero] →[Lead] (thêm khâu hiệu chỉnh sớm pha ): -Nhấp chuột vào vị trí trục thực QĐNS để xác định vị trí cực zero hiệu chỉnh -Kích chuột phải vào vùng QĐNS,ta chọn [design requirements] chọn [new] để cài đặt độ vọt lố thời gian xác lập: - QĐNS sau hiệu chỉnh thay đổi sau: -Bây ta di chuyển cực zero hiệu chỉnh C(s) trục thực cho nhánh nằm bên phải vào vùng thõa mãn yêu cầu thiết kế Đầu tiên di chuyển zero C(s) trùng với cực gần ảo p= -1 Di chuyển cực cực C(s) hướng xa trục ảo để nhánh QĐNS bên phải tiến bên trái Di chuyển đến s = -5 thõa mãn -Cuối di chuyển cực nằm trục ảo vùng thõa mãn yêu cầu thiết kế (vùng màu trắng): Vậy ta hàm truyền hiệu chỉnh là: C(s)= -Đáp ứng độ hệ thống kín với đầu vào hàm nấc đơn vị sau hiệu chỉnh thõa mãn POT> G=tf(10,conv([1 0],[1 4])); >> H=tf(1,1); >> sisotool -Cửa sổ sisotool chọn [file]―›[import…] nhập thông số bên dưới: - QĐNS sau: -Ta thấy có chấm ■ màu đỏ : s1 = -5, s2 = -1+j, s3 = -1 – j -Hệ số vận tốc trước hiệu chỉnh: K = lim sC(s)G(s)= = 10 => KC = Kv/Kc = 12 -Chọn zero C(s): zc(s) = 1/10|Re{s2}| =1×1/10=0.1 -Và cực C(s): pC(s) =zC(s)/Kc = 0.1/12 = 0.0083 -Cuối ta có hàm truyền hiệu chỉnh trễ pha: -C(s) =12 -Từ QĐNS chọn hiệu chỉnh trễ pha cách kích chuột phải chon menu [add pole/zero]―›[lag] Nhấp chuột vào vị trí trục thực QĐNS để xác định vi trí cực zero hiệu chỉnh, sisotool gán tự động vị trí cực nằm gần gốc tọa độ zero -Vì hiệu chỉnh sisotool gán tự động nên ta phải chỉnh lại cho với hiệu chỉnh trễ pha vừa tìm cách chọn [menu]―›[Edit Com pensator…] -Chỉnh sửa lại sau: -QĐNS sau hiệu chỉnh sau: b.Vẽ đáp ứng độ hệ sau hiệu chỉnh với đầu vào hàm dốc: -Chuyển hệ thống vừa thiết kế sang mơ hình SIMULINK để mơ Từ cửa sổ sisotool, vào menu [tools]―›[draw simulink diagram…], cửa sổ thơng báo ra,nhấn [yes] Mơ hình simulink hệ thống sau: -Sửa đổi sau: -Chỉnh sửa thời gian mô 30s ta có đáp ứng: 30 25 20 15 10 -5 -Đáp ứng trước hiệu chỉnh: 10 15 20 25 30 Kết luận: hiệu chỉnh thõa mãn yêu cầu thiết kế làm giảm sai số xác lập mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng độ III thiết kế hiệu chỉnh sớm trễ pha: a Thiết kế hiệu chỉnh sớm trễ pha để hệ thống có ξ = 0.5, ῳn = (rad/s) hệ số vận tốc Kv = 80: ●Đầu tiên ta thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha có ξ = 0.5, ῳn = cho đối tượng G(s): ξ = 0.5, ῳn = => s1,2 = -2.5 ͟+ j4.33 vào cửa sổ command window gõ: >> G=tf(4,conv([1 0],[1 0.5])); >> H=tf(1,1); >> sisotool -Trong cửa sổ sisotool chọn [file]―›[import…] chỉnh thơng số hình: -Nhấp OK cửa sổ sisotool sau: -Quan sát QĐNS ta thấy phương trình đặc trưng vịng kín có nghiệm(dấu ■ màu đỏ: s= -0.25 ͟+ j1.98 QĐNS nhấp chuột phải chọn [add pole/zero] ―›[lead] để thêm khâu hiệu chỉnh sớm pha vào hệ thống -Di chuyển zero tới vị trí -0.5 (vị trí cực G(s) để khử cực này) di chuyển cực C1(s) (phải cách xa gốc tọa độ zero) cho QĐNS qua nghiệm s1,2 -Sau dùng chuột di chuyển nghiệm s2 (dấu ■ màu đỏ) lại vị trí s1,2 -Khi hàm truyền hệ thống là: C1(s) = ●Bây ta thiết kế khâu trễ pha cho đối tượng -Vào command window gõ: >> G=tf([5.024 2.512],[0.2 1.1 0.5 0]); >> H=tf(1,1) >>sisotool -Cửa sổ sisotool ta thấy phương trình đặc tính vịng kín có nghiệm (dấu ■ màu đỏ): S1= -0.5, s2,3 = -2.5 ͟+ j4.34 -Bây ta tìm thơng số hiệu chỉnh trễ pha Hệ thống trước hiệu chỉnh có Kv = limsG1(s)=5.024 => Kc= Kv*/Kv= 80/5.024=16 -Tiếp theo ta tìm cực zero C2(s) Để hiệu chỉnh trễ pha không làm ảnh hưởng nhiều đến đặc tính độ hệ thống ta phải chọn cực zero C2(s) nhỏ so với phần thực cặp nghiệm định hệ thống -Do ta chọn zero C2(s): zC(s)= 1/10|Re{s2}|=1×2.5/10=0.25 Và cực: pC(s)= zC(s)/Kc =0.25/16=0.0156 -Cuối ta hàm truyền hiệu chỉnh trễ pha: C2(s) =16 -Từ cửa sổ sisotool,chọn hiệu chỉnh trễ pha cách kích chuột phải chọn menu [add pole/zero]―›[lag] -Nhấp chuột vào vị trí trục thực QĐNS để xác định vị trí cực zero hiệu chỉnh,sisotool gán tự động vị trí cực nằm gần gốc tọa độ zero -Vì hiệu chỉnh sisotool gán tự động nên ta phải chỉnh cho với hiệu chỉnh trễ pha vừa tìm cách kích chuột vào [design]―›[edit compentator] chỉnh lại cực zero C2(s) tính ta QĐNS sau hiệu chỉnh sau: b Từ cửa sổ sisotool vào menu [tools]―›[draw simulink diagram…] nhấn yes Mơ hình simulink hệ thống sau: c Sửa sơ đồ với đầu vào hàm dốc sau: Nhấn run cửa sổ scope ra: Kết luận: khâu hiệu chỉnh vừa thiết kế thõa mãn yêu cầu thiết kế đầu