Báo cáo thí nghiệm buổi 1 môn cơ sở Điều khiển tự Động khảo sát Đặc tính Động học hệ thống

Mô hình nhận dạng được sẽ là cơ sở để thiết kế bộđiều khiển sau này.Ngoài ra, bài thí nghiệm còn khảo sát đáp ứng nấc để từ đó suy ra thời hằng và độ lợi DCcủa động cơ DC.. Mục

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BUỔI 1

MÔN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GVHD: Thầy Lê Quang Thuần

mô hình động cơ DC sẽ được nhận dạng Mô hình nhận dạng được sẽ là cơ sở để thiết kế bộđiều khiển sau này.

Ngoài ra, bài thí nghiệm còn khảo sát đáp ứng nấc để từ đó suy ra thời hằng và độ lợi DCcủa động cơ DC

Mục tiêu sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này:

 Biết cách xây dựng và mô phỏng mô hình thí nghiệm dùng MATLAB Simulink để khảo sát đáp ứng tần số và đáp ứng thời gian của đối tượng tuyến tính

 Nhận dạng được mô hình đối tượng động cơ DC từ đáp ứng tần số và đáp ứng thời gian

II THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM

5.1 Đáp ứng tần số của tốc độ động cơ DC

Trong phần thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đáp ứng tần số cho mô hình bậc nhất động

cơ DC với ngõ vào là điện áp, ngõ ra là tốc độ động cơ

Các bước thí nghiệm:

a) Mở file motor_speed_response.mdl

b) Cài đặt biên độ sóng sine bằng 7.2, tần số 0.4 rad/s

c) Biên dịch chương trình và chạy (xem hướng dẫn ở mục 3.2)

d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định tỉ số biên độ giữa tín hiệu ngõ ra và tín hiệu đặt

A c / A r , xác định độ trễ pha  giữa hai tín hiệu bằng cách đo thời gian t Chú ý: Phải mở Scope trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nếu không máy tính sẽ bị treo.

e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 3 Lưu ý: biên độ tín hiệu phải được tính bằng cách chia

khoảng cách giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho 2 vì giá trị trung bình 0 có thể không xác định chính xác trên scope

f) Lặp lại bước d) và e) với các tần số còn lại như trong Bảng 3, biên độ vẫn giữ nguyênbằng 7.2

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Bảng 3 Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tần số của tốc độ động cơ DC

Hình 2 Lần đo thứ 2

Hình 4 Lần đo thứ 4

Hình 3 Lần đo thứ 3

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 5 Lần đo thứ 5

Hình 6 Lần đo thứ 6

Hình 7 Lần đo thứ 7

Hình 8 Lần đo thứ 8

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 9 Lần đo thứ 9

Hình 10 Lần đo thứ 10

5.2 Đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC

Trong phần thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đáp ứng tần số cho mô hình bậc hai động cơ

DC với ngõ vào là điện áp, ngõ ra là vị trí động cơ

Mở file motor_pos_response.mdl Lặp lại các bước thí nghiệm như trong 5.1 và ghi

lại kết quả vào Bảng 4

Lưu ý: vì giá trị biên độ của vị trí động cơ không đối xứng qua giá trị 0 nên để tính độ lệch pha giữa 2 tín hiệu ta phải dựa vào giá trị đỉnh của 2 tín hiệu ngõ vào và ngõ ra Ta có thể chỉnh khối Gain SCALE (bình thường bằng 1) trong mô hình simulink để việc so sánh 2 đỉnh tín hiệu dễ dàng hơn Nhưng khi thay đổi SCALE thì sau khi tính tỉ số biên độ phải nhớ chia cho SCALE vì ta thay đổi hệ số này chỉ để quan sát đồ thị trên Scope cho dễ dàng hơn.

Bảng 4 Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC

Lần chạy Tần số (rad/s) A c / A r A c / A r (dB) t (s)  (độ)

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 2.1 lần đo thứ 1

Hình 2.2 lần đo thứ 2

Hình 2.3 lần đo thứ 3

Hình 2.4 lần đo thứ 4

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 2.5 lần đo thứ 5

Hình 2.6 lần đo thứ 6

Hình 2.7 lần đo thứ 7

Hình 2.8 lần đo thứ 8

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 2.9 lần đo thứ 9

Hình 2.10 lần đo thứ 10

5.3 Khảo sát đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC

Trong phần thí nghiệm này ta sẽ xác định đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC, từ đó xác định

Các bước thí nghiệm:

a) Mở file motor_step_response.mdl

b) Thay ngõ vào bằng khối Step với giá trị đặt (final value) 7.2

c) Biên dịch chương trình và chạy

d) Mở Scope để xem đáp ứng, xác định thời hằng và độ lợi DC Chú ý: Phải mở Scope

trước khi chạy mô hình hoặc chạy xong mới được mở Scope, nếu không máy tính sẽ bị treo.

e) Lặp lại các bước b) đến d) cho các giá trị còn lại ở Bảng 5

Bảng 5 Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tốc độ động cơ

DC theo thời gian với điện áp đầu vào khác nhau

Lần chạy Điện áp động

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 3.1 lần đo thứ 1

Hình 3.2 lần đo thứ 2

Hình 3.3 lần đo thứ 3

Hình 3.4 lần đo thứ 4

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Hình 3.5 lần đo thứ 5

Báo cáo thí nghiệm

Trương Nguyễn Anh Dũng

1 Từ bảng số liệu ở Bảng 3 và Bảng 4, vẽ biểu đồ đáp ứng tần số tìm được ( Bode biên độ

và Bode pha) trong 2 trường hợp, xác định độ lợi DC và hằng số thời gian của hệ thốngtrong 2 trường hợp 5.1 và 5.2 ?

Trường hợp 5.1 Biểu đồ Bode biên độ và Bode pha của bảng 3

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Từ kết quả tính được dựa vào bảng số liệu trên ta thu được độ lời DC

K= 55.415 và hằng số thời gian của hệ thống là 0.4687

D a vào đáp ng t n s c a h b c nh t trong trự ứ ầ ố ủ ệ ậ ấ ường h p này bi u đ có ợ ể ồ khi ti n đ n ế ế +∞ thì đ d c luôn b ng ộ ố ằ -20dB/dec và đ tr pha ti n t i g n b ng -ộ ễ ế ớ ầ ằ

900 Vì v y khi đ d tr pha vậ ộ ự ữ ượt -900 thì không th tính để ược K và t đ i chi uố ếsang b ng 3 khi ả  = 8, 10 và 20 ( rad/s) chúng ta không th tính đ c do đã v t -ể ượ ượ

900

Trường hợp 5.2 Biểu đồ Bode biên độ và Bode pha của bảng 4

Bộ môn Điều khiển Tự động – Khoa Điện-Điện tử - ĐH Bách Khoa TPHCM

Từ kết quả tính được dựa vào bảng số liệu trên ta thu được độ lời DC

K= 284.596 và hằng số thời gian của hệ thống là 0.495

2 Độ dốc (dB/dec) trong biểu đồ biên độ xấp xỉ bằng bao nhiêu? Nó có phù hợp với độ dốccủa hệ thống bậc nhất đối với trường hợp 5.1 và hệ thống bậc hai đối với trường hợp 5.2hay không?

Trường hợp 5 1:

• Khi ω < 1 rad/s độ dốc hệ thống xấp xỉ 0 dB/dec

• Khi ω > 1 rad/s độ dốc hệ thống xấp xỉ -20 dB/dec

Trường hợp 5.2 :

• Khi ω <1 rad/s độ dốc hệ thống xấp xỉ -20 dB/dec

• Khi ω > 1 rad/s độ dốc hệ thống xấp xỉ -40 dB/dec

Vời trường hợp 5.1 và trường hợp 5.2 đều phù hợp với độ dốc của hệ thống

• hệ thống bậc nhất đối với trường hợp 5.1 khi tần số ngõ vào hệ thống bé hơn tầnsố gãy thì độ dốc của hệ thống là 0 dB/dec, khi tần số ngõ vào hệ thống lớn hơntần số gãy thì độ dốc của hệ thống là -20 dB/dec

• hệ thống bậc hai đối với trường hợp 5.2 khi tần số ngõ vào hệ thống bé hơn tầnsố gãy thì độ dốc của hệ thống là -20 dB/dec, khi tần số ngõ vào hệ thống lớnhơn tần số gãy thì độ dốc của hệ thống là -40 dB/dec

3 Từ biểu đồ pha ở trường hợp 5.1, hãy xác định tần số tại đó đáp ứng hệ thống trễ pha sovới tín hiệu đặt một góc 450? Giải thích về mối liên hệ của tần số này với hằng số thờigian của hệ thống?

5 So sánh hằng số thời gian và độ lợi DC trong 2 trường hợp 5.1 và 5.3 ?

H ng s th i gian t i trằ ố ờ ạ ường h p ợ 5.1 là τ = 0.4687 và t i trạ ường h p ợ 5.3 là τ =0.4378

→ H ng s th i gian t i 2 trằ ố ờ ạ ường h p là ợ không l ch nhau quá nhi u 0.03 có th xem ệ ề ể

nh là x p x b ng nhauư ấ ỉ ằ

Đ l i DC t i trộ ợ ạ ường h p 1 là K = ợ 55.415 và t i trạ ường h p 3 là K = ợ 0.7602

→ Đ l i t i 2 trộ ợ ạ ường h p chênh l ch ợ ệ quá l n.ớ