Bài tập lớn Cơ sở hệ thống tự động - Đại học Công nghiệp Hà Nội - HaUI

Đề cương sẽ đầy đủ để các bạn làm bài kiểm tra thường xuyên và bài thi trắc nghiệm kết thúc học phần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI



BÀI TẬP LỚN

CƠ SỞ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

Chủ đề:MÔ HÌNH HÓA VÀ KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG, VÀ THIẾT KẾ

BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG

2023 - 2024

Khảo sát G1 đáp ứng thời gian theo t 10

II NỘI DUNG 2 12

II.1 KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA K1,K2 LÊN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 12

III NỘI DUNG 3 18

III.1 THIẾT LẬP BỘ ĐIỀU KHIỂN SỚM PHA VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN LÊN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 18

Khảo sát sự ảnh hưởng kc tới chất lượng điều khiển 19

Ảnh hưởng của a tới chất lượng điều khiển: 21

IV KẾT LUẬN VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM 26

V TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN 26

V.1 Tài liệu tham khảo 26

V.2 Phương tiện thực hiện 26

I NỘI DUNG 1

YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hệ thống treo xe buýt tốt phải có khả năng bám đường tốt, đồng thời vẫn mang lại cảmgiác thoải mái khi đi qua các đoạn đường gập ghềnh và hố Khi xe buýt gặp bất kỳchướng ngại vật nào trên đường (ví dụ như hố chậu, vết nứt và mặt đường không bằngphẳng), thân nhanh chóng biến mất Vì khoảng cách X1-W rất khó đo và độ biến dạngcủa lốp (X2-W) là không đáng kể, chúng tôi sẽ sử dụng khoảng cách X1-X2 thay vìX1-W làm đầu ra trong bài toán

Sự gập ghềnh trên đường (W) trong bài toán này sẽ được mô phỏng bằng đầu vàobước Bước này có thể thể hiện chiếc xe buýt đang thoát ra khỏi ổ gà Chúng tôi muốnthiết kế một bộ điều khiển phản hồi để đầu ra (X1-X2) có độ vọt lố nhỏ hơn 5% vàthời gian giải quyết ngắn hơn 5 giây Ví dụ, khi xe buýt chạy lên bậc cao 10 cm, thân

xe buýt sẽ dao động trong phạm vi +/- 5 mm và trở lại hành trình êm ái trong vòng 5giây

Thiết lập vật lý

Mô hình vật lý

Hệ thống treo là bộ phận quan trọng trong thiết kế của xe Khi đi qua những đoạnđường "ổ gà" gồ ghề, hệ thống này loại bỏ những dao động thẳng đứng, hạn chế cácảnh hưởng cơ học đến khung và các chi tiết kim loại, tránh việc xe bị "chồm" lên quánhiều, đồng thời đem lại sự thoải mái cho người ngồi trong xe Thiết kế hệ thống treo

ô tô là một vấn thú vị và đầy thử thách Khi hệ thống treo được thiết kế, chúng ta cần

mô hình ¼ chiếc xe (một trong bốn bánh xe) được sử dụng để đơn giản hóa vấn đề lên

1 hệ lò xo giảm chấn Sơ đồ của hệ thống này được thể hiện như sau:

I.1 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG

Phương trình vi phân của hệ thống :

Nhận xét:

Hệ đứng yên ở trạng thái cân bằng(tĩnh)(cho phép trọng lượng được phép bỏqua)

Giả sử cả lò xo và giảm chấn (damper), đều tuyến tính

Ta chọn chiều dương theo hướng 𝑥1 𝑣à 𝑥2 như hình vẽ

Phân tích M1 ta tưởng tượng M2 cố định:

Phân tích M2 ta tưởng tượng M1 và mặt đất cố định.

Ta có:

Ta có: Fs2= k2(X2−W) (3)

Fd2= -b2(X´2−W´ ) (4)

Theo định luật II Newton:

G1(s) = nump/denp G2(s) = num1/den1

I.2 XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG

Xét tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn roots

Nhập lệnh vào matlab:

Chúng ta có thể sử dụng MATLAB để hiển thị hệ thống ban đầu thực hiện (mà không

có bất kỳ thông tin phản hồi nào) Thêm các lệnh sau đây vào chương trình và chạy nó trong cửa sổ lệnh MATLAB để xem phản ứng của hệ thống theo thời gian, U(s)

M1 = 2500;

M2 = 420;

K1 = 80000;

Đầu ra C(t): C(t) max=2.26*10-5

C(t)xl=1.25*10-5

Từ biểu đồ của đáp ứng vòng hở cho một bước đơn vị lực tác động đầu vào,chúng ta thấy rằng hệ thống đang được giảm chấn Mọi người ngồi trong xe buýt sẽcảm thấy dao động rất nhỏ Nhưng xe buýt mất một khoảng thời gian rất lâu để đạtđược trạng thái ổn định( thời gian xác lập quá lớn)

II NỘI DUNG 2

Nhận xét:

Ta thấy khi thay đổi giá trị của hệ số cản K1 từ 10,000 đến 90,000 N/m tương ứng với

5 đường màu khác nhau trong biểu đồ, khi giá trị K1 càng tăng thì biên độ đỉnh , độvọt lố, thời gian xác lập đều giảm => dao động càng giảm

legend( 'k2 = 200000','k2=400000','k2 = 600000', 'k2 = 800000','k2 = 1000000'); xlabel('thoi gian');

ylabel('toa do');

Nhận xét:

Ta thấy khi thay đổi giá trị của hệ số cản K2 từ 200,000 đến 1,000,000 N/m tươngứng với 5 đường màu khác nhau trong biểu đồ, khi giá trị K2 càng tăng thì biên độđỉnh , độ vọt lố, thời gian xác lập đều tăng => dao động càng tăng

xlabel('thoi gian');

ylabel('toa do');

axis([0 10 0 000025]);

legend( 'b2 = 1000','b2=2000','b2= 3000', 'b2 = 4000','b2 = 5000','b2 = 6000','b2= 7000','b2 = 8000','b2 = 9000','b2 = 10000');

III NỘI DUNG 3

III.1 THIẾT LẬP BỘ ĐIỀU KHIỂN SỚM PHA VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN LÊN CHẤT LƯỢNG

title(' Do thi hamtruyen')

xlabel('thoi gian');

ylabel('goc thera');

grid on;

hold on;

Khi kc=1, T=1 và a=1 ( a: alpha), hệ thống vẫn mất ổn định

Khảo sát sự ảnh hưởng kc tới chất lượng điều khiển

Lần lượt thay đổi các giá trị của kc, và giữ nguyên giá trị T=1 và a=1:

Ta có code mẫu để thay đổi Kc thông số bộ điều khiển sớm pha:

Dựa vào đồ thị ta thấy, khi kc tăng lên làm cho hệ thống tăng tính ổn định nhưng lại làm cho hệ thống dao động mạnh

Ảnh hưởng của a tới chất lượng điều khiển:

Lần lượt thay đổi các giá trị của a, và giữ nguyên giá trị kc=200, T=1:

title ('anh huong a toi chat luong dieu khien');

legend(' a=10',' a=20',' a=50',' a=100');

NHẬN XÉT: Khi a tăng, làm cải thiện tính ổn định của hệ thống và làm cho hệ thống nhanh tiến tới ổn định hơn

Ảnh hưởng của T tới chất lượng điều khiển:

Lần lượt thay đổi các giá trị của T, và giữ nguyên giá trị kc=200, a=100;

G1=tf(nump,denp) ;

kc=200;

T=0,5

a=100;

title ('anh huong a toi chat luong dieu khien');

legend(' a=0,5',' a=0,7',' a=1',' a=2');

Khi T tăng, độ vọt lố,thời gian xác lập của hệ thống đều được cải thiện và dao động của hệ thống cũng được cải thiện và giảm đi rõ rệt

IV KẾT LUẬN VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM

1 Đối với vấn đề này, phương pháp để thiết kế khâu điều khiển sớm pha điều khiển hệthống đầy đủ Chúng ta có thể đạt được yêu cầu bằng cách chỉ thay đổi tham số của

Gc Tuy nhiên trong nhiều trường hợp khi chọn thay đổi bộ tham số của bộ điều khiểnsớm pha có thể làm cho độ vọt lố hoặc thời gian xác lập tăng lên rất nhiều hay làm tínhiệu không ổn định và bị nhiễu

2 Kinh nghiệm và bài học thu được: Củng cố lại các kiến thức bộ môn Cơ sở hệ thống

tự động Nắm được cách mô hình hóa hệ thống, khảo sát hệ thống, thiết kế được bộđiều kiển sớm pha Biết cách sử dụng phần mền Matlab trong việc khảo sát, mô phỏng

và thiết kế hệ thống, vẽ và khai thác đồ thị trên Matlab

V TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

V.1 Tài liệu tham khảo

1 Control tutorials for MATLAB & Simulink – University of Michigan Thesetutorials were originally developed by Prof Bill Messnerat Carnegie Mellon and Prof.Dawn Tilbury

2 Matlab and Simulink tutorials on Mathworks website

3 Tài liệu thí nghiệm lý thuyết điều khiển

4 Sách Cơ sở hệ thống tự động

V.2 Phương tiện thực hiện

MatlabR2014 a – Producted and Designed by MATHWORKS