BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG doc

TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SVTH : TRẦN ĐĂNG PHAN MSSV : 910467D Lớp : 09DD2N Tp.HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2009 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN BÀI THÍ NGHIỆM 1 : ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG. I. Tìm hàm truyền tương của hệ thống : )5)(3( 1 1 1 ++ + = ss s G ; ; 82 2 2 ++ = ss s G s G 1 3 = ; H 1 =s+2 Tìm hàm truyền tương đương theo lý thuyết : G 13 =G 1 // G 3 = )5)(3( 1 ++ + ss s + s 1 = sss ss 158 1592 23 2 ++ ++ G 2 H 1 = G 2 ht H 1 = 842 )2( 82 1 82 2 2 2 ++ = + ++ + ++ ss s s ss s ss s Gnt = G 13 nt G 2 H 1 = sssss sss ss s sss ss 12012470202 1592 842 . 158 1592 2345 23 223 2 ++++ ++ = ++++ ++ G(s)= sssss ss sssss sss sssss sss 13513372202 1592 12012470202 1592 1 12012470202 1592 2345 3 2345 23 2345 23 ++++ ++ = ++++ ++ + ++++ ++ Tìm hàm truyền tương đương bằng Matlab: >> G 1 = tf([1 1],conv([1 3],[1 5])) % nhap ham truyen G 1 Transfer function: s + 1 TRANG 2 G2 H1 G1 G3 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN s^2 + 8 s + 15 >> G 2 = tf([1 0],[1 2 8]) % nhap ham truyen G 2 Transfer function: s s^2 + 2 s + 8 >> G 3 = tf(1,[1 0]) % nhap ham truyen G 3 Transfer function: 1 - s >> H 1 = tf([1 2],1) % nhap ham truyen H 1 Transfer function: s + 2 >> G 13 =parallel(G1,G3) % tinh ham truyen tuong duong cua G 1 va G 3 Transfer function: 2 s^2 + 9 s + 15 s^3 + 8 s^2 + 15 s >> G 2 H 1 =feedback(G 2 ,H 1 ) % tinh ham truyen tuong duong cua G 2 ,H 1 Transfer function: s 2 s^2 + 4 s + 8 >> G td = series(G 13 ,G 2 H 1 ) % tinh ham truyen tuong duong cua G 13 ,G 2 H 1 Transfer function: 2 s^3 + 9 s^2 + 15 s 2 s^5 + 20 s^4 + 70 s^3 + 124 s^2 + 120 s TRANG 3 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN >> G = feedback(G td ,1) % ham truyen vong kin Transfer function: 2 s^3 + 9 s^2 + 15 s 2 s^5 + 20 s^4 + 72 s^3 + 133 s^2 + 135 s II.Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode: Khảo sát hệ thống phản hồi âm đơn vò có hàm truyền vòng hở G(s)= ( ) ( ) 2 0.2 8 20 K s s s+ + + a) Với K=10 vẽ biểu đồ bode biên độ và pha hệ thống trong khoảng tần số(0.1,100) >> TS=10 % nhap tu so cua G(s) TS = 10 >> MS = conv([1 0.2],[1 8 20]) % nhap mau so cua G(s) MS = 1.0000 8.2000 21.6000 4.0000 >> G = tf(TS,MS) % nhap ham truyen G(s) Transfer function: 10 s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 4 >> bode(G,{0.1,100}) % ve bieu do bode cua ham truyen trong khoang (0.1,100) >>grid on % ke luoi TRANG 4 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN b) dựa vào biểu đồ bode tìm tần sồ cắt biên,độ dự trữ pha,độ dự trữ biên của hệ thống: Tìm theo lý thuyết: Tần số cắt biên ( c W ) là tần số mà tại đó biên độ của đặc tính tần số bằng 1 (hay bằng 0 dB) Tần số cắt pha (W- II ) là tần số tại đó pha của đặc tính tần số bằng –II (hay bằng 180 0 c) Độ dự trữ biên : GM = -L(W -II ) (dB) Độ dự trữ pha: þM = 180 0 + ϕ (w c ) Tìm bằng Matlab Từ biểu đồ Bode xác đònh độ - Tần số cắt biên w c = 0,454rad/s - Tần số cắt pha w -x = 4,66rad/s - Độ dự trữ biên : GM = 24.8 dB - Độ dự trữ pha : þ M = 103.3 0 - So VD xác đònh bằng lý thuyết và bằng Matlab thì kết quả là giống nhau. - Điều kiện ổn đònh của hệ thống dựa vào biểu đồ Bode là: - : GM >0 ÞM>0 Theo biểu đồ Bode ta nhận thấy : GM = 24,8dB>0 ÞM180 0 + (-76,7 0 ) =103,3 0 >0 TRANG 5 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN Vaäy heä thoáng oån ñònh c) Vẽ đáp ứng quá độ của hàm nấc : >> G k =feedback(G,1) % ham truyen vong kin Transfer function: 10 s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 14 >> step(G k ,10) % ve ham nac d) K = 400. >> TS=400%nhap tu so cua G(s) TS = 400 >> MS=conv([1 0.2],[1 8 20]) %nhap mau so cau G(s) TRANG 6 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN MS = 1.0000 8.2000 21.6000 4.0000 >> G=tf(TS,MS) %nhap ham truyen G(s) Transfer function: 400 s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 4 >> bode(G,{0.1,100}) %ve bieu do bodecua ham truyen trong khoang (0.1,100) >>grid on %ke luoi >> G k =feedback(G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 400 s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 404 TRANG 7 TN IU KHIN T NG SV : TRN NG PHAN >> step(G k ,10) %ve ham nac IV. Kho sỏt h thng dựng QNS : a)Veừ QẹNS cuỷa heọ thoỏng, tỡm Kgh cuỷa heọ thoỏng : >> TS=1 %nhap tu so cua G(s) TS = 1 >> MS=conv([1 3],[1 8 20]) %nhap mau so cau G(s) MS = 1 11 44 60 >> G=tf(TS,MS) %nhap ham truyen G(s) Transfer function: TRANG 8 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN 1 s^3 + 11 s^2 + 44 s + 60 >> rlocus(G) %ve QDNS cua ham truyen >>grid on %ke luoi Đễ tìm Kgh của hàm ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với trực ảo. a) Tìm K để hệ thống có tần số dao động tự nhiên W n = 4 Ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với vòng trò W n = 4 b) Tìm K để hệ thống có hệ số tắt ξ =0.7 Ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với đường thẳng ξ =0.7 . c) Tìm K để hệ thống có độ vọt lố POT =25% POT=EXP(- 2 1 ξ ξπ − ) Vậy muốn tìm K để hệ thống có độ vọt lố POT = 25% ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với đường thẳng ξ =0.7 . d) Tìm K để hệ thống có thời gian xác lập (tiêu chuẩn 2%) là 4s Ta có : T xl = 14 4 =⇒= n n s ξω ξω TRANG 9 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN Vậy để hệ thống có txl = 4s ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS đường thẳng 1= n ξω Dựa vào QĐNS ta xác đònh - Kgh = 426 - K = 52,4 để hệ thống có W n = 4 - K = 19,8 để hệ thống có ξ = 0,7 - K = 78,6 để hệ thống có POT = 25% - K = 174 để hệ thống có t xl = 4s V. Đánh giá chất lượng của hệ thống: Khảo sát đònh tính quá độ với đầu vào hàm nac đơn vò để tìm độ vọt lố và sai số xác lập của hệ thống. a) Vd K= Kgh tìm ở phần trên , voi K=Kgh=424 >> G k =feedback(424*G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 424 s^3 + 11 s^2 + 44 s + 484 >> step(G k ) %ve ham nac >>grid on TRANG 10 [...]... LK K TRANG 16 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN II.A Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC: Mô hình điều khiển PID tốc độ động cơ DC TRANG 17 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN -Tín hiệu đặt vào đầu hàm nấc u(t)=100 -Khâu Saturation có giới hạn là upper limit=30,lower limit= -30 a.Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time =10s.Thực hiện khảo sát hệ thống vơí bộ điều khiển P (KI =0,KD... lượng của bộ điều khiển PI tốt hơn bộ điều khiển P vì bộ điều khiển PI có exl ổn đònh c Thực hiện khảo sát hệ thống vơí bộ điều khiển PID (KP =2,KI =2) và tính độ vọt lố,sai số xác lập,thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau: KD 0,1 0,2 0,5 1 2 POT 0,11 0.1 0,104 0,16 exl 0.333 0,333 0,333 0,333 txl 3 3 3.4 3.8 TRANG 20 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN TRANG 21 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN... PID , chỉnh hệ số Gan1 bằng 0.3 , thời gian mô phỏng bằng 300s TRANG 27 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN BÀI THÍ NGHIỆM 5: ỨNG DỤNG SIMULINK MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ I Khảo sát mô hình hệ thống điều khiển vò trí : 1 Hệ thống điều khiển dung một khâu hiệu chỉnh PID vò trí : a) Khảo sát hệ thóng điều khiển vò trí hiệu chỉnh PD có tính sư bảo hòa của bộ biến đổi vói các ngõ... -Nhận xét: Khi KD tăng thì chất lượng của hệ thống không thay đổi.Vì POT,exl , txl không đổi Chất lượng của bộ điều khiển PID tốt hơn bộ điều khiển P vàPI vì bộ điều khiển PID ổn đònh TRANG 22 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN BÀI THÍ NGHIỆM 4: ỨNG DỤNG SIMULINK MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỊ NHIỆT A KHẢO SÁT HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ : 1) Khảo sát hệ hở, nhận dạng hệ thống theo mơ hình Ziegler-Nichols:... plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values) >> grid on %ke luoi T=120; L=30 b) Khảo sát mô hình điều khiển nhiệt độ ON-OFF: TRANG 14 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN Mô hình điều khiển nhiêt độ ON-OFF như sau: Tín hiệu đặt vào hàm nấc u(t)=100 A + C.Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time=600s TRANG 15 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN b Vùng trễ 1/-1 5/-5 10/10 20/20 ∆e1 − ∆e 2 4 12 17 1.5 7 12... ngắt lúc này giảm xuống và rất nhỏ.Trong thực tế , ta không thể thực hiện bộ điêù khiển ON-OFF như thế được.vì khó điều khiển động cơ.Vùng trễ lựa chọn bằng 5/-5 là hợp lý.vì sai số ngõ ra vừa đủ và dễ điều khiển đông cơ nhất c) Khảo mô hình điều khiển nhiệt độ dùng phương pháp ZieglerNichol (điều s khiển PID): Mô hình điều khiển nhiệt độ PID như sau: -Tín hiệu đặt vào đầu hàm nấc u(t)=100 -Khâu bào hòa... dao động ổn đònh • Vùng trễ : +0.2/-0.2 • Khâu relay: ngõ ra cao:2 Ngõ ra thấp:0 TRANG 24 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN • Vùng trễ : +0.2/-0.2 • Khâu relay: ngõ ra cao:2 Ngõ ra thấp:-2 TRANG 25 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN • Vùng trễ : +0.05/-0.05 • Khâu relay: ngõ ra cao:2 Ngõ ra thấp:0 • Vùng trễ : +0.05/-0.05 • Khâu relay: ngõ ra cao:1 Ngõ ra thấp:0 3) Hệ thống điều khiển. .. function: 73 TRANG 12 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN s^3 + 11 s^2 + 44 s + 133 >> step(Gk,5) >>grid on >> hold on >> Gk=feedback(178*G,1) %ve ham nac %ke luoi %ham truyen vong kin Transfer function: 178 s^3 + 11 s^2 + 44 s + 238 >> step(Gk,5) >> grid on %ve ham nac %ke luoi TRANG 13 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN BÀI THÍ NGHIỆM 2 : ỨNG DỤNG SIMULINK MƠ PHỎNG... exl 0.5 0,09 0,0476 0,0196 0,0099 txl 0.7 0,6 0,55 0,55 0,55 TRANG 18 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN TRANG 19 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN -Nhận xét: Khi KP càng tăng thì chất lương của hệ thống càng tốt.Vì thơì gian xác lập nhỏ, exl , POT nhỏ, đdộ chính xác cao b Thực hiện khảo sát hệ thống vơí bộ điều khiển PI (KP =2,KD =0) và tính độ vọt lố,sai số xác lập,thời gian xác lập... thấp:0 3) Hệ thống điều khiển nhiệt độ hiệu chỉnh Ziegler – Nichols (điều khiển PID) : Tính giá trò của bộ hiệu chỉnh PID theo Ziegler – Nichols chols từ thông số L và T của câu 1 Bộ hiệu chỉnh có hàm truyền PID = KP + Ki/s + Kd.s Trong đó : KP =(1.2*T)/L = 1.2*120/30 = 4.8 ; Ki = KP/2*L = 4.8/2*30 = 0.08 ; TRANG 26 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN Kd = 0.5*KP*L = 0.5*4.8*30 = 72 ; Sơ đồ khối . TỬ-VIỄN THÔNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SVTH : TRẦN ĐĂNG PHAN MSSV : 910467D Lớp : 09DD2N Tp.HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2009 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN BÀI THÍ NGHIỆM 1. =300. TRANG 16 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN II.A Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC: Mô hình điều khiển PID tốc độ động cơ DC TRANG 17 TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG. hiện bộ điêù khiển ON-OFF như thế được.vì khó điều khiển động cơ.Vùng trễ lựa chọn bằng 5/-5 là hợp lý.vì sai số ngõ ra vừa đủ và dễ điều khiển đông cơ nhất c) Khảo mô hình điều khiển nhiệt độ