Môn thực tập hệ thống điều khiển tự động báo cáo bài số 2 ứng dụng matlab trong khảo sát tính ổn định của hệ thống

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN Mơn: Thực tập hệ thống điều khiển tự động Báo cáo số Ứng dụng Matlab khảo sát tính ổn định của hệ thống SVTH: TRẦN NHẬT CƯỜNG MSSV: 20151446 Tp Hồ Chí Minh ngày 10 tháng năm 2023 MỤC LỤC 2.1 Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode .1 2.1.1 Mục đích thí nghiệm 2.1.3 Yêu cầu thí nghiệm 2.2 Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Nyquist 2.2.1 Mục đích thí nghiệm 2.1.3 Yêu cầu thí nghiệm 2.3 Khảo sát hệ thống dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số 2.3.1 Mục đích thí nghiệm 2.3.3 Yêu cầu thực hiện 2.4 Bài tập .11 2.5 Câu hỏi mở 19 2.1 Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode 2.1.1 Mục đích thí nghiệm Từ biểu đồ Bode hệ hở G(s), tìm tần số cắt biên,pha dự trữ, tần số cắt pha, biên dự trữ Dựa vào kết tìm để xét tính ổn định hệ hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền vịng hở G(s) 2.1.3 Yêu cầu thực hiện Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền vịng hở G ( s )= K ( s+0.2)(s +8 s+20) a Với K=10, vẽ biểu đồ Bode biên độ pha hệ hở khoảng tần số (0.1, 100) b Dựa vào biểu đồ Bode tìm tần số cắt biên, pha dự trữ, tần số cắt pha, biên dự trữ Lưu biểu đồ Bode thành file *.bmp, chèn vào file word để viết báo cáo Chú ý phải rõ giá trị tìm biểu đồ Bode c Hãy xét tính ổn định hệ thống kín, giải thích d Hãy vẽ đáp ứng độ hệ thống với đầu vào hàm nấc đơn vị khoảng thời gian t=0÷10s để minh họa kết luận câu c Lưu hình vẽ để báo cáo e Với K=400 thực lại yêu cầu từ câu a→d a Với K=10, vẽ biểu đồ Bode biên độ pha hệ hở khoảng tần số (0.1, 100) Bode Diagram Magnitude (dB) -20 -40 -60 -80 Phase (deg) -100 -90 -180 -270 10-1 100 101 102 Frequency (rad/s) b Dựa vào biểu đồ Bode tìm tần số cắt biên, pha dự trữ, tần số cắt pha, biên dự trữ Lưu biểu đồ Bode thành file *.bmp, chèn vào file word để viết báo cáo Chú ý phải rõ giá trị tìm biểu đồ Bode w c =0.454 → ∅ w =−76.6 → ∅ M =103.4 w−π =4.63 → Lw =−24.8 → GM=24.8 c −π c Hãy xét tính ổn định hệ thống kín, giải thích Hệ thớng ởn định vì đợ dự trữ pha và độ dự trữ biên đều dương ∅ M =103.40 , GM =24.8 d Hãy vẽ đáp ứng độ hệ thống với đầu vào hàm nấc đơn vị khoảng thời gian t=0÷10s để minh họa kết luận câu c Lưu hình vẽ để báo cáo e Với K=400 thực lại yêu cầu từ câu a→d Vẽ biểu đồ Bode biên độ pha hệ hở khoảng tần số (0.1, 100) Bode Diagram Magnitude (dB) 40 20 -20 -40 -60 Phase (deg) -90 -180 -270 10-1 100 Frequency (rad/s) 101 102 Dựa vào biểu đồ Bode tìm tần số cắt biên, pha dự trữ, tần số cắt pha, biên dự trữ Lưu biểu đồ Bode thành file *.bmp, chèn vào file word để viết báo cáo Chú ý phải rõ giá trị tìm biểu đồ Bode w c =6.7 , w−π =4.63 Hãy xét tính ổn định hệ thống kín, giải thích Hệ thớng khơng ởn định vì độ dự trữ pha và độ dự trữ biên đều âm ∅ M =−23.4 0, GM =−7.27 Hãy vẽ đáp ứng độ hệ thống với đầu vào hàm nấc đơn vị khoảng thời gian t=0÷10s để minh họa kết luận câu c Lưu hình vẽ để báo cáo 2.2 Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Nyquist 2.2.1 Mục đích thí nghiệm Từ biểu đồ Nyquist hệ hở G(s), tìm tần số cắt biên,pha dự trữ, tần số cắt pha, biên dự trữ Dựa vào kết tìm để xét tính ổn định hệ hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền vòng hở G(s) 2.2.3 Yêu cầu thực Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền vịng hở G(s): G ( s )= K ( s+0.2)(s +8 s+20) a Với K=10, vẽ biểu đồ Nyquist hệ thống b Dựa vào biểu đồ Nyquist tìm pha dự trữ, biên dự trữ (theo dB) So sánh với kết câu 2.1.2 Lưu biểu đồ Bode thành file *.bmp, chèn vào file word để viết báo cáo c Hãy xét tính ổn định hệ thống kín, giải thích d Với K=400 thực lại yêu cầu từ câu a→c a Với K=10, vẽ biểu đồ Nyquist hệ thống b Dựa vào biểu đồ Nyquist tìm pha dự trữ, biên dự trữ (theo dB) So sánh với kết câu 2.1.2 Lưu biểu đồ Bode thành file *.bmp, chèn vào file word để viết báo cáo So sánh kết quả hoàn toàn giống c Hãy xét tính ổn định hệ thống kín, giải thích Đường cong Nyquist của hệ hở G(s) khơng bao điểm (-1, j0) nên hệ kín ổn định d Với K=400 thực lại yêu cầu từ câu a→c Hãy vẽ biểu đồ Nyquist hệ thống Dựa vào biểu đồ Nyquist tìm pha dự trữ, biên dự trữ (theo dB) So sánh với kết câu 2.1.2 Lưu biểu đồ Bode thành file *.bmp, chèn vào file word để viết báo cáo So sánh kết quả giớng hoàn toàn Hãy xét tính ổn định hệ thống kín, giải thích Hệ kín khơng ởn địnhvì đường Nyquist của hệ hở G(s) bao điểm (-1, j0) vòng Hãy xét tính ổn định hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền vòng hở là: G ( s )= s ( s+1)(s +2) Hệ thống ổn định vì độ dự trữ pha và độ dự trữ biên đều dương ∅ M =53.40 , GM =15.6 dB G ( s )= s (s +1) Ta thấy ∅ M =−41