Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG (NO3 TH1) Giáo viên hướng dẫn Th s Lê Thị Thanh Tâm Sinh[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO THỰC HÀNH-THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG (NO3-TH1) Giáo viên hướng dẫn:Th.s Lê Thị Thanh Tâm Sinh viên: Lê Đức Hiếu Lớp:ĐTĐ62ĐH Mã sinh viên:91674 Hải Phòng 2021-2022 Nội dung cac bài bao cao Bài 1: Tạo lập và ghép nối cac mô hình hàm truyền đạt Bài 2:Khao sat tính chất động học của hệ điều khiển tự động Bài 3:Khao sat tính ổn đinh của hệ thống điều khiển tự động Bài 4:Đanh gia qua trình qua độ của hệ thống điều khiển tự động Bài 5:Tổng hợp và khao sat bộ điều khiển PID Bà̀i : TẠO LẬP VÀ GHÉP NỐI CÁC MÔ HÌNH HÀM TRUYỀN ĐẠT I Cơ sở lý thuyết Khái niệ̣m về̀ hà̀m truyề̀n đạ̣t củ̉a hệ̣ liên tục tuyến tí́nh Gỉa sử hệ điều khiển cho mơ tả phương trình vi phân tổng qt: n n d y(t ) a a n dtn d n y(t) n1 dt d mu(t dy(t) dt ) a0 y(t) a1 bm Trong đó, ao , a1, , an , b0 , b1, , m n bm b dt m d m 1u(t m du(t) b ) b0u(t) dt dt m1 không đổ theo thời gian thỏa mãn điều kiện Hàm truyền đạt hệ liên tục tuyến tính tỷ số ảnh Laplace tín hiệu với ảnh Lapace tín hiệu vào hệ kích thích từ trạng trái không(với điều khiện ban đầu 0): u(0) du(t) | t dt dy(t) dt y(0) Ký hiệu: d n 1u(t) dt dn | y(t) t Công thức tổng quát: b t0 dt (s) bsm (s) | Y (s) G(s) GU | t m n as n b sm n m1 a s n1 bs as 0 Đây dạng hợp thức hàm truyền đạt Là phân thức có tử mẫu đa thức biến s (m < n) Tạ̣o lậ̣p hà̀m truyề̀n đạ̣t củ̉a hệ̣ điề̀u khiể̉n liên tục tuyến tí́nh Matlab: a.Đối với hàm truyền đạt dạng: bsm G1 b a sn (s) a s n m n sm b b s a s m1 n1 Với m n Câu lệnh tạo lập hàm truyền G1(S) matlab: 1 0 Cách num1=[bm bm-1 …b0]; den1=[an an-1 …a0]; Sys1=tf(num1,den1 ) b.Đối với dạng: Cách2 sys1=tf([bm bm-1 …b0],[ an an-1 …a0]) G (s) k (s z ) (s z2 ) (s zm ) (s p )(s p ) (s p ) Câu lệnh tạo lập hàm truyền G2(s) matlab: Cách z=[z1 z2 …zm]; p=[p1 p2 …pn]; k=k1; sys2=zpk(z,p,k) sys2=zpk([z1 z2 …zm],[ p1 p2 … pn],k) Cách ghé́p nố́i mơ hì̀nh hà̀m truyề̀n đạ̣t Matlab a Ghé́p nố́i tiếp: - Hai hệ ghép nối tiếp với nhau: sys=series(sys1,sys2) - Ba hệ ghép nối tiếp với trở lên: sys=sys1*sys2*sys3*…*sysn b Ghé́p song song: - Hai hệ ghép nối song song với nhau: sys=parallel(sys1,sys2) - Ba hệ ghép song song với trở lên: sys=sys1+sys2+sys3+…+sysn c Ghé́p phản hồi: - Phản hồi âm: sys=feedback(sys1,sys2) - phản hồi dương: sys=feedback(sys1,-sys2) Tì̀m hà̀m truyề̀n đạ̣t củ̉a hệ̣ điề̀u khiể̉n liên tục tuyến tí́nh bao gồm nhiề̀u khố́i ghé́p nố́i với matlab: Bước1: Xác định cách ghép nối nhánh hệ ( xác định nhánh trước đến nhánh nhánh sau cùng) Bước 2: Tạo lập hàm truyền đạt hệ vào matlab Bước 3: Sử dụng câu lệnh matlab để tìm hàm truyền hệ với cách ghép nối theo nhánh ( théo nhánh trước, nhánh nhánh ngoaig sau) Hàm truyền đạt hệ thuộc nhánh hàm truyền đạt tồn hệ m II Thự̣c hà̀nh 4.1 Tạ̣o lậ̣p hà̀m truyề̀n đạ̣t củ̉a mộ̣t hệ̣ điề̀u khiể̉n liên tục tuyến tí́nh Matlab: s3−3 s2 +5 s−1 a, G(x) = b, G(x) = a, num1=[1 -3 -1]; den1=[4 -1 -1 1]; sys1=tf(num1,den1) Transfer function: s^3 - s^2 + s - s^4 - s^3 + s^2 - s + b, z=[]; p=[-2 -4]; k=5; sys2=zpk(z,p,k) Zero/pole/gain: (s+2) (s+4) s4−s3 +2 s2−s+1 ¿¿ 4.2 Tì̀m hà̀m truyề̀n đạ̣t củ̉a mộ̣t hệ̣ điề̀u khiể̉n tự̣ độ̣ng liên tục tuyến tí́nh bao gồm nhiề̀u khố́i ghé́p nố́i với Matlab: a, sys1=tf([1 -2],[3 1 -1]); sys2=tf([1 1],[1 -3]); sys3=tf([1 -3],[1 -2 2]); sys4=tf([2 -1],[3 2]); sys12=series(sys1,sys2); sys123=parallel(sys12,sys3); sys=feedback(sys123,sys4) Transfer function: s^6 - 42 s^5 + 25 s^4 + 50 s^3 + 59 s^2 - s - 26 s^7 - 30 s^6 - s^5 + 46 s^4 - 22 s^3 + s^2 - 53 s + 25 b, sys1=tf([1],[1 0]); sys2=tf([1],[1 1]); sys3=tf([1],[1 2]); sys4=tf([1],[1 0]); sys5=tf([2],[1 1]); sys234=sys2*sys3*sys4; sys2345=feedback(sys234,-sys5); sys12345=series(sys1,sys2345); sys6=feedback(sys12345,1/sys4); sys=feedback(sys6,1) Transfer function: s+1 s^5 + s^4 + s^3 + s^2 + c, sys1=tf([1],[1 0]); sys2=tf([1],[1 1]); sys3=tf([1],[1 2]); sys4=tf([1],[1 0]); sys5=tf([2],[1 1]); sys6=tf([1 1],[1 -5]); sys23=series(sys2,sys3); sys235=feedback(sys23,-sys5); sys1235=series(sys1,sys235); sys7=series(sys6,1/sys3); sys8=feedback(sys1235,sys7); sys84=series(sys8,sys4); sys=feedback(sys84,1) Transfer function: s^2 - s - s^6 - s^5 - 14 s^4 - 21 s^3 + s^2 - s – Bà̀i 2: KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG I.Lý thuyết Đặc tí́nh độ̣ng họ̣c củ̉a mộ̣t khâu Các đặc tính tần số: bao gồm đặc tính tần số biên pha (biểu đồ Nyquist) đặc tính số logrit (biểu đồ Bode) 1 Đặc tí́nh tần số́ biên pha (biể̉u đồ Nyquist): Là đường cong mà hàm đặc tính tần số G(jɷ) vẽ lên mặt phẳng phức tần số ɷ thay dổi lien tục từ →+∞ Trên thực tế, ɷ thay đổi liên tực từ -∞→+∞ đường đặc tính tần số biên pha gồm hai phần đối xứng qua trục hoành Câu lệnh matlab: nyquist(sys) 1.2 Đặc tí́nh tần số́ logrit (biể̉u đồ bode): G( j ) A( ).e j( ) Đặc tính tần số biên độ logarit: l( ) 20lg A( )(dB) Trục hồng đặc tính tần số biên độ logarit chia theo tỉ lệ lg với mục đích khảo sát đặc tính với dài rộng tần số khoảng vẽ hẹp Đặc tính tần số pha lagarit: biểu diễn phụ thuộc góc pha vào tần số : ( ) Đặc tính tần số logarit xét miền tần số Câu lệnh matlab: bode(sys) Các đặc tí́nh thời gian: Là đặc tính biểu diễn thay đổi tín hiệu hệ theo thời gian Vì có nhiều dạng tín hiệu khác nên thơng thường người ta khảo sát hai loại tín hiệu sau: 2.1.Hà̀m trọ̣ng lượ̣ng g(t): Là tín hiệu hệ tín hiệu vào xung Dirac Câu lệnh:Nyquist(sys) 2.2.Hà̀m độ̣ h(t): Là tín hiệu hệ tín hiệu vào hàm bậc thang Câu lệnh:step(sys) *Nhậ̣n xé́t:Nếu mộ̣t hệ̣ tọ̣a độ̣ muố́n vẽ nhiề̀u đường đặc tí́nh ta dùng Câu lệnh:hold on Tí́nh ổ̉n định củ̉a củ̉a hệ̣ điề̀u khiể̉n tự̣ độ̣ng Để xác định tính ổn định hệ điều khiển tự động ta phải tìm nghiệm phương trình đặc tính Nếu phương trình đặc tính có bậc trở lên việc tìm nghiệm gặp nhiều khó khăn Câu lệnh matlab: roots(den) II Thự̣c hà̀nh 4.1.Vẽ đặc tí́nh tần số́ củ̉a hệ̣ điề̀u khiể̉n tự̣ độ̣ng: a, sys1=tf([1],[0.2 1]); sys2=tf([2],[0.2 1]); bode(sys1) hold on bode(sys2) Ta thấ́y T khơng đổ̉i, k thay đổ̉i thì̀ biên độ̣ thay đổ̉i cịn pha khơng thay đổ̉i, k cà̀ng nhỏ biên độ̣ cà̀ng nhỏ b, sys1=tf([1],[0.2 1]); sys2=tf([1],[0.3 1]); bode(sys1) hold on bode(sys2)