lythuyetdieukhien ppt

Thiết kế hệ thông điều khiển liên tục Nôi dung chinh: 1, Khái niệm: 2, Bộ điều khiển PID • Luật điều khiển tỷ lệ P: • Luật điều khiển tích phân I: • Luật điều khiển vi phân D: • Luật điề

Thiết kế hệ thông điều khiển liên tục Nôi dung chinh:

1, Khái niệm:

2, Bộ điều khiển PID

• Luật điều khiển tỷ lệ (P):

• Luật điều khiển tích phân (I):

• Luật điều khiển vi phân (D):

• Luật điều khiển tỷ lệ tích phân (PI):

• Luật điều khiển tỷ lệ - vi phân (PD):

• Luật điều khiển tỷ lệ - vi tích phân (PID):

3,Thiết kế bộ điều khiển (PID) bằng phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn:

4, Thiết kế bộ điều khiển (PID) bằng phương pháp thực nghiệm Ziegler

và Nichols:

1, khái niệm:

Thiết kế là quá trình bổ sung các thiết bị phần cứng cũng như thuật toán phần mền vào hệ thống cho trước để được hệ mới thỏa mãn yêu cầu về tính ổm định , độ chính xác, đáp ứng quá độ,…

2, Bộ điều khiển (PID):

Từ mô hình và yêu cầu kỹ thuật , ta pải chọn luật điều khiển thích hợp cho

hệ thống đưa kết quả của việc thiết kế hệ thống đạt theo mong muốn Các bộ điều khiển PI, PD, PID là bộ điều khiển động mà việc thay đổi tham số của nó có khả năng làm thay đổi đặc tính động và tĩnh của hệ thống

a) Luật điều khiển tỷ lệ (P):

Phương trình vi phân được mô tả động học:

y(t) = Kp*u(t)

Trong đó :

- y(t) là tín hiệu ra của bộ điều khiển

- u(t) là tín hiệu vào

- Km là hệ số khuếch đại của bộ điều khiển

Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace: W(s) = = Kp

Hàm truyền đạt trong miền tần số : W(jɷ) = Kp

Ưu điểm : Bộ điều khiển có tính tác động nhanh khi đầu vào có tín hiệu sai lệch thì tác động ngay tới tín hiệu đầu ra

Nhược điểm: Hệ thông luôn tồn tại sai lệch dư, khi tín hiệu sai lệch đầu vào của bộ điều khiển nhỏ thì không gây tín hiệu tác động điều khiển

b) Luật điều khiển tích phân (I):

Phương trình vi phân mô tả động học:

y(t) =K =

Ti : là hằng số tích phân

Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace: W(s) = =

hàm truyền trong miền tần số: W(jɷ) = .

Ưu điểm : Bộ điều khiển tích phân loại bỏ được sai lệch dư của hệ thống, ít chiệu ảnh hưởng của nhiễu cao tầng

Nhược điểm : Tác động chậm nên tính ổn định của hệ thông kém

c) Luật điều khiển vi phân (D):

Phương trình mô tả động học:

U(t) = Td .

Với :

- e(t) là tín hiệu của bộ điều khiển .

- u(t) là tín hiệu điều khiển

- Td là thời gian vi phân

- Hàm truyền đạt trong miền Laplace: W(s) = = S*Td

hàm truyền đạt trong miền tần số: W(jɷ) = Td *ɷ )

Ưu điểm: luật điều khiển vi phân đáp ứng tính tác động nhanh

Nhược điểm : dể bị tác động của nhiễu cao tầng

d) Luật điều khiển tỉ lệ tích phân (PI)

Phương trình vi phân mô tả quan hệ tín hiệu vào và ra của bộ điều khiển :

U(t) = Kp (e(t) + ).

Với

- e(t) là tín hiệu vào của bộ điều khiển

- u(t) là tín hiệu ra của bộ điều khiển

- Kp là hệ số khuếch đại

- Ti là thời gian tích phân

Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace

W(s) = = Kp(1 + )

Hàm truyền trong miền tần số :

W(jɷ) = = Kp(1 + )

Do luật điều khiển là tổng hợp của (P) và (I) nên bộ điều khiển triệt tiêu sai lệch dư của hệ thống, đáp ứng tính tác động nhanh

e) Luật điều khiển tỷ lệ - vi phân (PD)

Phương trình vi phân mô tả quan hệ tín hiệu vào ra của bộ điều khiển:

U(t) = kp(e(t) + Td )

Với

- e(t) tín hiệu vào của bộ điều khiển

- u(t) tín hiệu ra của bộ điều khiển

- kp là hệ số khuếch đại

- Td là thời gian vi phân

Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace:

W(s) = = Kp(1+ s*Td) Hàm truyền đạt trong miền tần số :

W(jɷ) = = Kp(1+jɷ*Td)

Dùng bộ điều khiển (PD) có ưu điểm là tác động nhanh của hệ thống, nhung nhược điểm lại là bị tác động mạnh của nhiễu cao tầng

f) Luật điều khiển tỷ lệ - vi phân (PID)

Phương trình vi phân mô tả quan hệ tín hiệu vào ra của bộ điềukhiển:

U(t) = kp(e(t) + +Td )

Với

- e(t) tín hiệu vào của bộ điều khiển

- U(t) tín hiệu ra của bộ điều khiển.

- Kp hệ số khuếch đại

- Td hằng số thời gian vi phân

- Ti hằng số thời gian tích phân

Hàm truyền đạt trong miền ảnh Laplace:

W(s) = = Kp(1 + + Td S) Hàm truyền đạt ttong miền tần số:

W(jɷ) = Kp(1+ j(Td ɷ - )).

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển này sẻ có đầy đủ các tính năng cung như ưu điểm của các luật điều khiển (P), (I),(D).

3, Thiết kế bộ điều khiển (PID) bằng phương pháp hằng số thời gian tổng của kuhn.

Phương pháp thời gian tổng của kunhn được ứng dụng để thiết kế luật điều khiển cho lớp đối tượng có điểm không và điểm cực nằm trên trục thực về bên trái trục ảo.

Đối tượng có mô hình toán học như sau:

Hàm truyền :

( ) ( )

( )

ts

B s

A s

−

=

Trong đó :

( ) (1 1)(1 2)(1 3) (1 )

à

( ) (1 1)(1 2)(1 3) (1 )

v

Với điều kiện các hằng số thời gian ở tử số Tdm phải nhỏ hơn các hằng

số thời gian tương ứng ở mẫu số Tn

Để định nghĩa hằng số thời gian tổng T∑ là:

Khi đó cấu và than số bộ điều chỉnh được xác định như bảng sau

Bộ điều

chỉnh

PID kP(sTn+1)(sTd+1)/sTi 0,5kdt TΣ/3 TΣ/3 TΣ/3

VD: cho đối tượng có hàm truyền đạt như sau:

2

10 ( )

(50 1)(10 1)(5 1)

s

e

G s

−

=

Hằng số thời gian tổng là: T∑ = 50+10+5+2 =67

Kdt =10

- Nếu ta chọn bộ điều khiển có cấu trúc là PI, thì tham số sẻ được xác định là:

Kp = 0.5Kdt =5

Tn = T∑/3 = 22.3

Ti = T∑/2 = 33.5

- Nếu ta chọn bộ điều khiển có cấu trúc PID, thì tham số của nó được xác định là:

Kp = 0.5Kdt = 5

Tn = T∑/3 = 22.3

Td = T∑/3 = 22.3

Ti = T∑/3 = 22.3

Trong thiết kế ta chọn bộ điều chỉnh càng đơn gian càng tốt nên thường chọn bộ PI nếu nó không đáp ứng được thì ta mới chọn

bộ PID

4,Phương pháp Ziegler – Nichols

Trường hợp 1:

Xác định thông số bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng nấc của hệ hở: