báo cáo thí nghiệm điều khiển số

BÀI 1: TÌM MÔ HÌNH GIÁN ĐOẠN CỦA ĐCMC Họ và tên : Đỗ Văn Trường MSSV : 20102391 Kíp thí nghiệm : Kíp 2 ngày thứ 6 tuần 29,32,37 Số liệu được giao : G iz5 ,L z1 ,L z2 1.1 Mô hình gián đoạn của ĐCMC Động cơ có các tham số: - Điện trở phần ứng : RA=250mΩ. - Điện cảm phần ứng : LA=4mH. - Từ thông danh định : ψR=0,04Vs. - Mômen quán tính : J=0,012kgm 2 . - Hằng số động cơ : ke=236,8, km=38,2. 1.1.1 Sử dụng phương pháp đã học để gián đoạn hóa mô hình hàm truyền đạt dòng phần ứng. Chuyển sang miền z ta có: Thay , ta được: Thay , ta được: Vũ Thế Cường Page 1 1.1.2 Xác định hàm truyền đạt của động cơ trên miền ảnh laplace : + Hàm truyền đạt vòng hở : ( ) sJ k sTR sG M AA h 2 1 1 1 . 1 π ψ + = + Vậy hàm truyền đạt vòng kín của động cơ là : G k (s) = Sử dụng MATLAB để tìm hàm truyền trên miền ảnh Laplace ≫Ra=0.25; La=0.004; Ta=La/Ra; km=38.2; ke=236.8; J=0.012; phi=0.04; ≫Gh=(1/Ra)*tf(1,[Ta 1])*km*phi*tf(1,[2*pi*J 0]) ≫Gk=feedback(Gh,ke*phi) Kết quả thu được hàm truyền hệ hở động cơ: Gh= 6.112 0.001206 s^2 + 0.0754 s Hàm truyền hệ kín: Gk= 6.112 0.001206 s^2 + 0.0754 s + 57.89 1.2 Sử dụng lệnh c2d của MATLAB để tìm hàm truyền đạt trên miền ảnh z theo phương pháp ZOH, FOH, TUSTIN 1.2.1 Sử dụng lệnh c2d với đối tượng ĐCMC Phương pháp ZOH, chu kì trích mẫu >> Gkz1=c2d(Gk,0.1e-3, 'ZOH') Transfer function: 2.528e-005 z + 2.523e-005 z^2 - 1.993 z + 0.9938 Sampling time: 0.0001 Phương pháp FOH, chu kì trích mẫu >> Gkz2=c2d(Gk,0.1e-3, 'FOH') Transfer function: Vũ Thế Cường Page 2 8.431e-006 z^2 + 3.367e-005 z + 8.404e-006 z^2 - 1.993 z + 0.9938 Sampling time: 0.0001 Phương pháp TUSTIN, chu kì trích mẫu >> Gkz3=c2d(Gk,0.1e-3, 'TUSTIN') Transfer function: 1.263e-005 z^2 + 2.525e-005 z + 1.263e-005 z^2 - 1.993 z + 0.9938 Sampling time: 0.0001 Phương pháp ZOH, chu kì trích mẫu >> Gkz4=c2d(Gk,0.01e-3, 'ZOH') Transfer function: 2.533e-007 z + 2.532e-007 z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005 Phương pháp FOH, chu kì trích mẫu >> Gkz5=c2d(Gk,0.01e-3, 'FOH') Transfer function: 8.443e-008 z^2 + 3.377e-007 z + 8.44e-008 z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005 Phương pháp TUSTIN, chu kì trích mẫu >> Gkz6=c2d(Gk,0.01e-3, 'TUSTIN') Transfer function: 1.266e-007 z^2 + 2.532e-007 z + 1.266e-007 z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005 Xác định hàm truyền trên miền ảnh z của hệ thống bằng phương pháp tính tay. Chu kỳ trích mẫu được chọn Ttm1 = 0.1 ms, Ttm2 = 0.01 ms. Vũ Thế Cường Page 3 Theo sơ đồ cấu trúc động cơ, ta xây dựng hàm truyền của động cơ trên miền laplace như sau: G h = * *Km*phi* Hàm truyền hệ kín: G k (s) = = = = Hàm truyền trên miền ảnh Z: H(s) = = = + = - = - – h(t) = [0.1056 - 0.1056e -31.25t cos(216.8t) – 3.3e -31.25t sin(216.8t)]*1(t) Ta có : = (1-z -1 )*H(z) = 0.1056 – 0.1056* – * Thay T = 0.1ms ta có: G kz7 = Thay T = 0.01ms ta có: G kz8 = Vũ Thế Cường Page 4 1.2.2 Mô hình gián đoạn của đối tượng dòng phần ứng Mô hình đối tượng dòng phần ứng Thao tác trên Matlab: >> Ra=250e-3;La=4e- 3;J=0.012;ke=236.8;km=38.2;phi=0.04;Ta=La/Ra;Tt=100e-6; >> Gi=tf([1],[Tt 1])*(1/Ra)*tf([1],[Ta 1]) Transfer function: 4 1.6e-006 s^2 + 0.0161 s + 1 1.2.3 Sử dụng lệnh c2d của MATLAB để tìm hàm truyền đạt trên miền ảnh z theo phương pháp ZOH, FOH, TUSTIN Phương pháp ZOH, chu kì trích mẫu >> Giz1=c2d(Gi,0.1e-3, 'ZOH') Transfer function: 0.009176 z + 0.006577 z^2 - 1.362 z + 0.3656 Sampling time: 0.0001 Phương pháp FOH, chu kì trích mẫu >> Giz2=c2d(Gi,0.1e-3, 'FOH') Transfer function: 0.003298 z^2 + 0.01046 z + 0.001998 z^2 - 1.362 z + 0.3656 Sampling time: 0.0001 Phương pháp TUSTIN, chu kì trích mẫu >> Giz3=c2d(Gi,0.1e-3, 'TUSTIN') Transfer function: 0.004154 z^2 + 0.008307 z + 0.004154 z^2 - 1.327 z + 0.3313 Sampling time: 0.0001 Phương pháp ZOH, chu kì trích mẫu >> Giz4=c2d(Gi,0.01e-3, 'ZOH') Vũ Thế Cường Page 5 Transfer function: 0.0001209 z + 0.0001169 z^2 - 1.904 z + 0.9043 Sampling time: 1e-005 Phương pháp FOH, chu kì trích mẫu >> Giz5=c2d(Gi,0.01e-3, 'FOH') Transfer function: 4.064e-005 z^2 + 0.0001585 z + 3.865e-005 z^2 - 1.904 z + 0.9043 Sampling time: 1e-005 Phương pháp TUSTIN, chu kì trích mẫu >> Giz6=c2d(Gi,0.01e-3, 'TUSTIN') Transfer function: 5.951e-005 z^2 + 0.000119 z + 5.951e-005 z^2 - 1.904 z + 0.9042 Sampling time: 1e-005 1.3 Mô phỏng khảo sát: 1.3.1 Với động cơ một chiều: Vũ Thế Cường Page 6 Hình 1: Đáp ứng bước nhảy hệ kí Nhận xét: - Mô hình của đối tượng ĐCMC là mô hình có thể tự đi đến trạng thái ổn định, tuy nhiên có sai lệch tĩnh rất lớn. Peak amplitude: 0.173 Overshoot(%): 63.6 At time(sec): 0.0143 Hình 2: Đồ thị đáp ứng bước nhảy của ĐCMC Hình 3:Đồ thị đáp ứng bước nhảy của ĐCMC phóng to 1.3.2 Với dòng phần ứng. Vũ Thế Cường Page 7 Hình 4:Đồ thị đáp ứng dòng phần ứng Hình 5:Đồ thị đáp ứng dòng phần ứng phóng to Nhận xét: Đồ thị đáp ứng của mô hình gián đoạn của đối tượng dòng phần ứng được tính tay hay tính bằng matlab với các chu kì trích mẫu T tm1 và T tm2 có dạng bám sát với đồ thị đáp ứng của mô hình liên tục đối tượng dòng phần ứng(Gi). 1.3.1 Mô hình trạng thái liên tục và gián đoạn ĐCMC tính trên matlab a. Mô hình trạng thái liên tục Chương trình matlab T3 = 0.1; T4 = 0.01; num = [6.112]; den = [ ]; G = tf(num,den); [A,B,C,D] = tf2ss(num,den) Ta thu được các quả như sau: Vũ Thế Cường Page 8 A = 1.0e+004 * -0.0063 -4.8002 0.0001 0 B = 1 0 C = 1.0e+003 * 0 5.0680 D = 0 b. xây dựng mô hình trạng thái gián đoạn >>[Az1,Bz1] = c2d(A,B,T3) Ta có : Az1 = -0.0438 -2.9271 0.0001 -0.0399 Bz1 = 1.0e-004 * 0.6098 0.2166 >> H1=ss(A,B,C,D,T3) a = x1 x2 x1 -0.04376 -2.927 x2 6.098e-005 -0.03995 b = u1 x1 6.098e-005 x2 2.166e-005 c = x1 x2 y1 0 5068 d = u1 y1 0 >>[Az2,Bz2] = c2d(A,B,T4) Vũ Thế Cường Page 9 Az2 = -0.4989 -133.8566 0.0028 -0.3245 Bz2 = 0.0028 0.0000 >> H2=ss(Az2,Bz2,C,D,T4) a = x1 x2 x1 -0.4989 -133.9 x2 0.002789 -0.3245 b = u1 x1 0.002789 x2 2.759e-005 c = x1 x2 y1 0 5068 d = u1 y1 0 Mô phỏng khảo sát đáp ứng bước nhảy của các mô hình thu được Hình 6:Đáp ứng bước nhảy ba MHTT ĐCMC Nhận xét: Từ đồ thị đáp ứng bước nhảy của 3 MHTT Hình 6, kết hợp với đồ thị đáp ứng bước nhảy hàm truyền ĐCMC ở Hình 5, ta thấy dạng đáp ứng thu được từ mô hình trạng thái giống như từ mô hình hàm truyền chứng tỏ quá trình xây dựng Vũ Thế Cường Page 10 [...]... sát Hình 9: Mô phỏng simulink cho bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead - Beat Hình 10: Kết quả mô phỏng simulink với bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead – Beat BÀI 3: TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ QUAY Đối tượng tốc độ quay: Gn = Gk2*km*ψ*(1/(2π*J*s)) Vũ Thế Cường Page 15 Chọn Gk2 xấp xỉ khâu quán tính bậc nhất Gk2=1/(2*Tt*s+1) với Tt=100µs Thay số vào ta được: Các lệch trong Matlab... >>K2=acker(Az1,Bz1,p2); >>G4=ss(Az1-Bz1*K2,Bz1,c,d,0.1); 2 Mô phỏng khảo sát so sánh hai phương pháp điều khiển >>step(G1,G2,G3,G4) Nhận xét: + Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ quay theo phương pháp phản hồi trạng thái sao cho đáp ứng có dạng PT1 thì sau nhiều chu kỳ trích mẫu đầu ra mới xác lập + Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ quay theo phương pháp đáp ứng hữu hạn thì sau 2 chu kỳ trích mẫu đầu ra đạt giá trị... 3.3 Thiết kệ bộ điều chỉnh PI theo phương pháp gán điểm cực Vũ Thế Cường Page 19 Đa thức đặc tính của hàm truyền chủ đạo: Thay vào ta có: Đồng nhất 2 vế ta có hệ phương trình: Với hệ phương trình như trên ta có r 0 = 0 do b0 ≠ 0 Vì vậy mô hình đối tượng có b0 ≠ 0 là không phù hợp để thiết kế bộ điều khiển kiểu gán điểm cực BÀI 4: TỔNG HỢP BỘ ĐC TỐC ĐỘ QUAY TRÊN KGTT 4.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ... 0.9072 + 0.0000i 0.9072 - 0.0000i -0.0000 + 0.0000i -0.0000 - 0.0000i step(Gk1) 2.1.2 Mô phỏng khảo sát Vũ Thế Cường Page 12 Hình 7: Mô phỏng simulink cho bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead - Beat Hình 8: Kết quả mô phỏng simulink với bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead - Beat 2.1.3 L2z= l01+l11Z^-1+l12Z^-2 b0= 4.064;b1=0.0001585;b2=3.865;a0=1;a1=-1.904;a2=0.9043; l01=(a0^2)/((a0^2+a1^2-a0*(a1+a2))*(b0+b1+b2))... 0.01s cho kết quả tốt hơn nhiều so với T1 = 0.1s BÀI 2: TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG PHẦN ỨNG Tính toán cho đối tượng Giz5 (tính theo phương pháp FOH, chu kì trích mẫu Ttm=0,01ms) Đối tượng Giz5= c2d(Gi,0.01e-3, 'FOH') 4.064e-005 z^2 + 0.0001585 z + 3.865e-005 -z^2 - 1.904 z + 0.9043 2.1 Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp Dead – Beat 2.1.1 L1z= l0 + l1z˄-1 b0= 4.064;b1=0.0001585;b2=3.865;a0=1;a1=-1.904;a2=0.9043;... lệ: >> Gk=feedback(Gn,1) >> step(Gk) >> hold on >> Gk=feedback(50*Gn,1) >> step(Gk) Vũ Thế Cường Page 16 Nhận xét: thời gian quá độ của hệ giảm đi rất nhiều khi ta có thêm khâu tỷ lệ 3.1 Thiết kế bộ điều khiển PI cho tốc độ động cơ a Theo tiêu chuẩn tích phân bình phương: Chọn r1 và r0 để IQ= nhỏ nhất Ta có: chọn r0=50 ek=wk+wk-1(a1-1)+wk-2(a2-a1)–wk-3a2–ek-1(a1-1+r0b1)–ek-2(a2– a1+r0b2 +r1b1)–ek3(r1b2... e0(r1b2– a2) = 1 – 1.4177e7r1 Thay vào điều kiện tìm giá trị nhỏ nhất ta được: r1= 8.1387e6, Giá trị |r1|≤ r0*(1-r0*b1) = 49.99 chọn r1=-49.72, Ta có: sơ đồ mô phỏng trên Simulink: Vũ Thế Cường Page 17 Kết quả thu được: Nhận xét: ta thấy hệ có thời gian quá độ thấp hơn nhiều so với đặc tính ban đầu chưa có bộ PI (ban đầu khoảng 40s, sau khi có bộ ĐC 0.04s) , Độ quá điều chỉnh đạt được rất nhỏ cỡ 0.5% . simulink cho bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead - Beat Hình 10: Kết quả mô phỏng simulink với bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead – Beat BÀI 3: TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC. Cường Page 12 Hình 7: Mô phỏng simulink cho bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead - Beat Hình 8: Kết quả mô phỏng simulink với bộ điều khiển thiết kế bằng phương pháp Dead - Beat 2.1.3. Văn Trường MSSV : 20102391 Kíp thí nghiệm : Kíp 2 ngày thứ 6 tuần 29,32,37 Số liệu được giao : G iz5 ,L z1 ,L z2 1.1 Mô hình gián đoạn của ĐCMC Động cơ có các tham số: - Điện trở phần ứng : RA=250mΩ. -