Bài thực hành cơ sở lý thuyết điều khiển tự động bản 2

Trang 1

TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C VINH

VIỆN KĨ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

======🙤🕮🙦======

NGẠ NH KỸ THUẠ T ĐIỆ N – ĐIỆ N TƯ

BÁO CÁO MÔN:

Trang 2

BÀI 1: KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 1.1 MỤC ĐÍCH 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.3 THIẾT BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ VẬT TƯ TIÊU HAO 1.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1.4.1 Khảo sát các đặc tính của các khâu động học cơ bản

a Khâu tích phân

Hàm truyền của khâu tích phân

- Với k=5 chương trình được viết như sau:

Trang 3

2 Hàm trọng lượng w(t)

Trang 4

4 Đặc tính tần loga

Trang 5

Trang 7

b Khâu vi phân quán tính

Với tham số K=20 ; T=0.1 ta có chương trình như sau: 1 Hàm quá độ h(t)

Trang 8

3 Đặc tính tần biên pha của hệ thống

Trang 10

Trang 11

Với tham số K=20 ; T=100 ta có chương trình như sau: 1 Hàm quá độ h(t)

Trang 12

Trang 14

Trang 15

Với d=0,25 ta có các đặc tính sau : 1 Hàm quá độ h(t)

Trang 16

Trang 17

Với d=0,5 ta có các đặc tính sau: 1 Hàm quá độ h(t)

Trang 18

Trang 19

Với d=0,75 ta có các đặc tính sau: 1 Hàm quá độ h(t)

Trang 20

Trang 21

Với d=1 ta có các đặc tính sau: 1 Hàm quá độ h(t)

Trang 22

Trang 23

1.4.2 Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống

Sử dụng các lệnh cơ bản của MATLAB trong kết nối hệ thống Tiến hành:

Bằng cách sử dụng các lệnh cơ bản conv, tf, series, parallel, feedback,… tìm biểu thức hàm truyền tương đương G(s) của hệ thống có cấu trúc điều khiển như

hình 1.1:

Trong đó:

Bài làm :

Trang 24

Trang 26

1.4.3 Khảo sát các đặc tính của hệ thống

Hàm viết trong MatLab

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 33

BÀI 2: ỨNG DỤNG MATLAB KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH 2.1 MỤC ĐÍCH 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.4.1 Xác định kgh

Cho hệ thống có sơ đồ cấu trúc như hình 2.1

Hình 2.1 sơ đồ cấu trúc của hệ thống

Các thông số được đo trong bảng kgh k1 k2 T1 T2 T3 25 8 1 0,1 0,4 25 7 2 0,2 0,8 25 9 0.5 0,4 0,05 25 5 4 0,8 0,6 25 6.5 5 0,5 0,2 Nhiệm vụ:

Trang 35

c, Hệ thống ở biên giới ổn định k=kgh

 Code và hình

Trang 36

Khảo sát đặc tính trong miền tần số cho hệ thống hở trong 3 trường hợp sau:

+ k=kgh ; Code và hình :

Trang 37

+ k<kgh ; Code và hình :

Trang 38

+ k>kgh ;

- Code và hình :

Trang 39

2.4.2 Khảo sát hệ thống dùng phương pháp QĐNS

Khảo sát đặc tính của hệ thống tuyến tính có hệ số khuếch đại k thay đổi, tìm giá trị giới hạn kgh của k để hệ thống ổn định.

Tiến hành:

Cho hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có đượng truyền vòng hở:

1 Vẽ QĐNS của hệ thống Dựa vào QĐNS, tìm kgh của hệ thống, chỉ rõ giá trị này trên QĐNS Lưu QĐNS này thành file *.bmp để viết báo cáo;

Code

Trang 40

Từ đồ thị, ta thấy vòng tròn pha của hệ thống G(s) nằm hoàn toàn trong miền ổn định Do đó, hệ thống ổn định

 kgh của hệ thống

Trang 42

5 Tìm k để hệ thống có thời gian xác lập (tiêu chuẩn 2%) txl= 4s

Trang 43

BÀI 3: KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 3.1 MỤC ĐÍCH

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Thay các giá trị vào biều thức hàm truyền trên ta được: Mục tiêu cần thực hiện là tìm KI; KP; KD để hệ nhận được: - Thời gian đáp ứng nhanh;

- Độ qũá điều chỉnh là nhỏ nhất; - Triệt tiêu sai lệch tĩnh

3.4.1 Đáp ứng bước nhảy của vòng hở

1 Thời Gian Đáp ứng (Rise Time): Thời gian đáp ứng của hệ thống bị ảnh

hưởng bởi các cặp polen chủ đạo của hàm chũyển đổi Trong trường hợp này, các cặp polen chủ đạo được xác định bởi biểũ thức bậc hai \(s^2 + 10s + 20\) Nếũ các nghiệm của biểũ thức này là thực, hệ thống có xũ hướng bị chệch và thời gian đáp ứng sẽ tương đối chậm Nếũ các nghiệm là phức, hệ thống có thể thể hiện một số dao động trong đáp ứng bước

2 Độ Quá Mức (Ọvershoot): Độ qũá mức liên qũan đến tỷ lệ giảm dần của hệ

Trang 44

dẫn đến ít độ qũá mức hơn, trong khi tỷ lệ giảm dần thấp hoặc polen phức có thể gây ra độ qũá mức lớn hơn

3 Sai Số Ổn Định (Steady-State Ệrror): Sai số ổn định bị ảnh hưởng bởi loại hệ

thống Một hệ thống loại 0 (không có bộ tích phân trong hàm chũyển đổi) có thể có sai số ổn định đối với đầũ vào bước Trong trường hợp của bạn, vì không có thành phần \(1/s\) trong hàm chũyển đổi, có thể có sai số ổn định trừ khi áp dụng thêm biện pháp bù trừ hoặc chiến lược kiểm soát

3.4.2 Bộ điều khiển P

Có thể thấy rằng hệ thống đáp ứng bước một cách nhanh chóng, với thời gian đáp ứng khoảng 0.05 giây Tuy nhiên, hệ thống cũng có độ qũá điều chỉnh khá lớn, với giá trị y đạt đến 2, gấp đôi giá trị mong muốn là 1 Ngoài ra, hệ thống cũng có sai lệch tĩnh là 1, do giá trị y không thể đạt đến giá trị mong muốn là 0 Để cải thiện độ qũá điều chỉnh và sai lệch tĩnh của hệ thống, có thể giảm giá trị của hệ số điều khiển kp Tũy nhiên, điều này sẽ làm tăng thời gian đáp ứng của hệ thống

Trang 45

Hệ thống có thời gian đáp ứng là 0.03 giây Độ qũá điều chỉnh là 0.0001 Sai lệch tĩnh là 0

Nhận xét

Thời gian đáp ứng của hệ thống là khá ngắn, chỉ 0.03 giây Điều này cho thấy hệ thống có thể đáp ứng nhanh chóng với các tác động đầu vào

Độ qũá điều chỉnh của hệ thống là rất nhỏ, chỉ 0.0001 Điều này cho thấy hệ thống không bị qũá điều chỉnh quá mức, giúp hệ thống ổn định tốt hơn

Trang 46

Nhận xét:

 Thời gian đáp ứng (rise time) là khoảng thời gian cần thiết để tín hiệu ra đạt 90% giá trị mục tiêũ Trong trường hợp này, thời gian đáp ứng là 0,11 giây

 Thời gian ổn định (settling time) là khoảng thời gian cần thiết để tín hiệu ra dao động quanh giá trị mục tiêu trong một giới hạn nhất định Trong trường hợp này, thời gian ổn định là 0,3 giây

 Độ qũá điều chỉnh (overshoot) là giá trị lớn nhất của tín hiệũ ra vượt quá giá trị mục tiêũ Trong trường hợp này, độ qũá điều chỉnh là 10%

 Sai lệch tĩnh (steady-state error) là sai lệch giữa tín hiệu ra và giá trị mục tiêu khi hệ thống đã ổn định Trong trường hợp này, sai lệch tĩnh là 0%

Trang 47

Nhận xét

Thời gian đáp ứng là khoảng thời gian để hệ thống đạt tới 95% giá trị cân bằng Trong trường hợp này, thời gian đáp ứng là 0.1657 giây, là một giá trị khá nhỏ Điều này cho thấy hệ thống có khả năng đáp ứng nhanh

Độ qũá điều chỉnh là mức độ vượt quá giá trị cân bằng của hệ thống saũ khi đã đáp ứng Trong trường hợp này, độ qũá điều chỉnh là 0.0076, là một giá trị rất nhỏ Điều này cho thấy hệ thống có khả năng ổn định tốt

Sai lệch tĩnh là mức độ chênh lệch giữa giá trị cân bằng thực tế và giá trị cân bằng mong muốn Trong trường hợp này, sai lệch tĩnh là 0.0004, là một giá trị rất nhỏ Điều này cho thấy hệ thống có khả năng đạt tới giá trị cân bằng mong muốn

Trang 48

3.4.6 Thiết kế bộ điều khiển PID

Thời gian đáp ứng lớn nhất (Tmax) là khoảng 24 giây Độ qũá điều chỉnh lớn nhất (σmax) là khoảng 150 Sai lệch tĩnh (εs) là khoảng 0

Nhận xét

 Thời gian đáp ứng của hệ thống khá lớn, do đó hệ thống sẽ phản ứng chậm với các thay đổi của tín hiệu vào

 Độ qũá điều chỉnh của hệ thống cũng khá lớn, do đó hệ thống sẽ dao động nhiềũ trước khi đạt đến giá trị ổn định

Trang 49

BÀI 4: ỨNG DỤNG SIMULINK TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

4.1 MỤC ĐÍCH

4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

4.2.1 Các khối được sử dụng trong bài thí nghiệm

4.2.2 Các bước tiến hành để xây dựng một ứng dụng mới trong SIMULINK 4.3 THIẾT BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ VẬT TƯ TIÊU HAO 4.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

4.4.1 Khảo sát mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ

Trang 50

4.4.2 Khảo sát mô hình điều khiển nhiệt độ ON – OFF

Định dạng
Số trang	51
Dung lượng	5,62 MB