Báo cáo lý thuyết điều khiển tự động - Các đặc tính của hệ thống điều khiển tự động ppt

Sử dụng Matlab để phân tích hệ thống : - Khảo sát các đặc tính trong miền thời gian, trong miền tần số của các khâu động học cơ bản.. - Khảo sát các đặc tính của hệ thống kín và hệ thốn

Bài 1 Các đặc tính của hệ thống điều khiển tự động

I Mục đích

Sử dụng Matlab để phân tích hệ thống :

- Khảo sát các đặc tính trong miền thời gian, trong miền tần số của các khâu động học cơ bản

- Xác định hàm truyền tương đương của hệ thống

- Khảo sát các đặc tính của hệ thống kín và hệ thống hở

II Nội dung

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

1.1 Khâu tích phân

Hàm truyền đạt của khâu tích phân W(s)=

Khảo sát các đặc tính trong miền thời gian và các đặc tính trong miền tần số trong 2

trường hợp K=5, K=20

a K=5

>>w = tf(5,[1 0]);

>> ltiview({'step','impulse','bode','nyquist'},w)

b K=20

>>w = tf(5,[1 0]);

>> ltiview({'step','impulse','bode','nyquist'},w)

 Nhận xét ảnh hưởng của độ suy giảm d đến đặc tính quá độ của khâu bậc 2 :

Qua đồ thị hàm step(w) ở trên ta thấy khi d thay đổi từ 0 đến 1 :

- Biên độ dao động của hàm quá độ càng giảm

- Thời gian dao động giảm , khâu đạt được trạng thái xác lập nhanh hơn

=> Hệ số suy giảm d tăng ảnh hưởng tích cực đến hệ thống

c Hàm nyquist(w)

>> w = tf(20,[100 20*0 1]);

>> nyquist(w)

2 Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống

b Các đặc tính trong miền tần số của hệ thống hở

>> ltiview({'nyquist','bode'},Gh)

3 Khảo sát các đặc tính của hệ thống

Cho hệ thống :

- Viết chương trình xác định hàm truyền đạt của hệ thống với K=8; 17.564411; K=20

- Khảo sát các đặc tính trong miền thời gian của hệ thống kín và các đặc tính trong miền tần số của

>> ltiview({'step','impulse'},Wk) % Cac dac tinh trong mien thoi gian cua he thong kin

>> ltiview({'nyquist','bode'},Wh) % Cac dac tinh trong mien tan so cua he thong ho

>> ltiview({'step','impulse'},Wk) % Cac dac tinh trong mien thoi gian cua he thong kin

>> ltiview({'step','impulse'},Wk) % Cac dac tinh trong mien thoi gian cua he thong kin

 Nhận xét về các đặc tính trong miền thời gian và miền tần số khi K thay đổi

- Các đặc tính trong miền tần số : dạng đặc tính ko thay đổi

- Các đặc tính trong miền thời gian :

- Xác định Kgh của hệ thống theo điều kiện ổn định

- Khảo sát đặc tính của hệ thống tuyến tính có hệ số khuếch đại K thay đổi

- Hiệu chỉnh bộ PID để nâng cao chất lượng hệ thống

II Nội dung

1 Xác định K gh Khảo sát các đặc tính khi K thay đổi

+ Hệ thống ở biên giới ổn định K = Kgh : K= 0.11

>> Wk=feedback(0.11*W1,W2);

>> ltiview({'step','impulse'},Wk)

+ Hệ thống không ổn định K > Kgh : K=0.15

>> Wk=feedback(0.15*W1,W2);

>> ltiview({'step','impulse'},Wk)

 Nhận xét : Các đặc tính trong miền thời gian của hệ kín :

- K < Kgh : hệ thống ổn định, quá trình quá độ tắt dần theo thời gian

- K = Kgh : hệ thống ở biên giới ổn định, quá trình quá độ là dao động có biên độ không đổi

- K > Kgh : hệ thống không ổn định, quá trình quá độ tăng dần theo thời gian

Hệ hở

+ K=0.009

>> Wh=0.009*W1*W2;

>> ltiview({'nyquist','bode'},Wh)

+ K=0.11

>> Wh=0.11*W1*W2;

>> ltiview({'nyquist','bode'},Wh)

+ K=0.15

>> Wh=0.15*W1*W2;

>> ltiview({'nyquist','bode'},Wh)

 Nhận xét : Các đặc tính trong miền tần số của hệ hở :

- K < Kgh : điểm (-1, j0) nằm ngoài đường đặc tính tần số

- K = Kgh : điểm (-1, j0) nằm trên đường đặc tính tần số

- K > Kgh : điểm (-1, j0) nằm trong đường đặc tính tần số

Vậy qua đồ thị hàm quá độ, ta xác định được :

+ Độ quá điều chỉnh : 52.8%

+ Thời gian quá độ : 828s

+ Sai lệch tĩnh : 0

b Hiệu chỉnh bộ PID để nâng cao chất lượng của hệ thống

Thay đổi các tham số KPID, Ti, Td để độ quá điều chỉnh 20 ÷ 25%, thời gian quá độ nhanh hơn Chọn KPID = 1, Ti =100, Td = 10 ( tăng Ti, Td)

>> Wpid=1*(1+tf(1,[100 0])+tf([10 0],[0.05*10 1]));

>> Wdt=tf(4,conv([200 1],[40 1]));

>> W=feedback(Wpid*Wdt,1);

>> step(W)

Vậy sau khi hiệu chỉnh bộ PID, hệ thống có chất lượng tốt hơn trước :

II Nội dung

1 Khảo sát mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ

Các thông số của nhóm

Xây dựng mô hình hệ thống lò nhiệt vòng hở dùng Simulink :

+ Step : tín hiệu hàm bậc thang thể hiện phần trăm công suất cung cấp cho lò nhiệt

Cài đặt các thông số: Step time=0, Initial=0, Final time=1, Stop time=1800

+ Transfer Fcn – Transfer Fcn1 : mô hình lò nhiệt tuyến tính hóa

Tiến hành mô phỏng, lưu tín hiệu vào biến ScopeData

>> plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values) % Ve dap ung

>> grid on % Ke luoi

Ta thu được đồ thị quá trình quá độ của tín hiệu

Kẻ tiếp tuyến tại điểm uốn, ta xác định được giá trị các tham số cho mô hình xấp xỉ L, T, K như hình vẽ

=> Mô hình xấp xỉ :

2 Khảo sát mô hình điều khiển nhiệt độ dùng phương pháp Ziegler-Nichols (điều khiển PID)

Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ PID

- Tín hiệu đặt vào là hàm bậc thang u(t)=100

- Bộ điều khiển PID có các thông số cần tính toán

- Transfer Fcn – Transport Delay : mô hình lò nhiệt tuyến tính hóa

a Tính các giá trị thông số Kp, KI, KD của

khâu PID theo phương pháp

Ziegler-Nichols từ các thông số L, T, K ở trên :

K=200, T=380, L=20

=> Kp = 0.114, KI = 0.0028, KD = 1.14

b Chạy mô phỏng, vẽ đáp ứng

Cài đặt các thông số: Step time=0, Initial=0, Final time=100, Stop time=600

Nhập các thông số cho bộ PID :

Nhập thông số cho mô hình lò nhiệt tuyến tính hóa : K=200, T=380, L=20

Chạy mô phỏng và lưu đáp ứng của các tín hiệu ở Scope

=> Nhận xét: chất lượng ở phương pháp điều khiển PID : thời gian quá độ ngắn, hệ thống nhanh đạt tới trạng thái xác lập

c Chỉnh định các thông số của bộ PID ( độ quá điều chỉnh < 25%)

Khảo sát hệ thống điều khiển trong không gian trạng thái

II Nội dung

Cho đối tượng có hàm truyền :

2 Kiểm tra tính điều khiển được và tính quan sát được của đối tượng

>> co=ctrb(A,B) % Tinh ma tran dieu khien duoc

4 Khảo sát các đặc tính trong miền thời gian và tần số của đối tượng

=> Giống với đồ thị hàm quá độ đã vẽ được ở câu trên

6 Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái để hệ kín nhận các điểm s = -1, s = -2, s = -18 làm các điểm cực

>> K=acker(A,B,[-1 -2 -18]) % Tim ma tran phan hoi trang thai theo ackerman

K =

20.7344 55.9863 35.9999