BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG doc

Đánh giá chất lượng của hệ thống: Khảo sát định tính quá độ với đầu vào hàm nac đơn vị để tìm độ vọt lố và sai số xác lập của hệ thống... BÀI THÍ NGHIỆM 2 : ỨNG DỤNG SIMULINK MƠ PHỎNG VÀ

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

Tp.HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2009

BÀI THÍ NGHIỆM 1 : ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU

s

8 2

2 2







s s

s G

s

G3 1; H1=s+2Tìm hàm truyền tương đương theo lý thuyết :

G13=G1 // G3 =(s3s)(s15) + 1s =

s s s

s s

15 8

15 9 2

2 3 2

8 2

2 2

s s

s s

s s s s

Gnt = G13 nt G2H1 =

s s

s s s

s s s s

s

s s

s s

s s

120 124

70 20 2

15 9 2 8

4 2

15 8

15 9 2

2 3

4 5

2 3 2

2 3 2

s s s

s s s

s s

s s

s s s

s s

s s s

s s s

135 133

72 20 2

15 9 2

120 124

70 20 2

15 9 2 1

120 124

70 20 2

15 9 2

2 3

4 5

3

2 3

4 5

2 3

2 3

4 5

2 3

Tìm hàm truyền tương đương bằng Matlab:

>> G1 = tf([1 1],conv([1 3],[1 5])) % nhap ham truyen G1

G3

Transfer function:

2 s^3 + 9 s^2 + 15 s

-2 s^5 + -20 s^4 + 7 -2 s^3 + 133 s^ -2 + 135 s

II.Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode:

Khảo sát hệ thống phản hồi âm đơn vị có hàm truyền vòng hở

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 (W c ) 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 1800c)

Độ dự trữ biên : GM = -L(W-II) (dB)

Độ dự trữ pha: þM = 1800+  (wc)

Tìm bằng Matlab

Từ biểu đồ Bode xác định độ

- Tần số cắt biên wc = 0,454rad/s

- Tần số cắt pha w-x = 4,66rad/s

GM = 24,8dB>0

Vậy hệ thống ổn định

>>grid on %ke luoi

>> Gk=feedback(G,1) %ham truyen vong kin

Transfer function:

400

-s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 404

>> step(Gk,10) %ve ham nac

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 Wn = 4

Ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với vòng trò Wn = 4

b) Tìm K để hệ thống có hệ số tắt  =0.7

Ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với đường thẳng  =0.7

c) Tìm K để hệ thống có độ vọt lố POT =25%

POT=EXP(- 1  2



 )Vậy muốn tìm K để hệ thống có độ vọt lố POT = 25% ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS với đường thẳng =0.7

d) Tìm K để hệ thống có thời gian xác lập (tiêu chuẩn 2%) là 4s

Vậy để hệ thống có txl = 4s ta nhấp chuột vào giao điểm của QĐNS đường thẳng n  1

Dựa vào QĐNS ta xác định

- Kgh = 426

- K = 52,4 để hệ thống có Wn = 4

- K = 19,8 để hệ thống có = 0,7

- K = 78,6 để hệ thống có POT = 25%

- K = 174 để hệ thống có txl = 4s

V Đánh giá chất lượng của hệ thống:

Khảo sát định tính quá độ với đầu vào hàm nac đơn vị 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

>> Gk=feedback(424*G,1) %ham truyen vong kin

Với K = Kgh thì hệ thống sẽ nằm ở biên giới ổn định nên đáp ứng ngõ ra có dao động

>> step(Gk,5) %ve ham nac

>> grid on %ke luoi

56 0

56 0 69 0 100

c c

%Như vậy với K=73 thì hê thống có POT=25%

Sai số xác lập của hệ thống:

Exl =11Kp voi Kp=limGk=0.57

57 0 1

1 1

>> step(Gk,5) %ve ham nac

>> grid on %ke luoi

Ta co: POT = 100 46 6 %

75 0

75 0 1 1 100

c c

Sai số xác lập của hệ thống:

p xl

K

e



 1

1

voi KP=limGk =1.25

exl = 0 44

25 1 1

1 1

>> step(Gk,5) %ve ham nac

>>grid on %ke luoi

>> step(Gk,5) %ve ham nac

>> grid on %ke luoi

BÀI THÍ NGHIỆM 2 : ỨNG DỤNG SIMULINK MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT

LƯỢNG HỆ THỐNG

I.A Khảo sát hệ hở,nhận dạng hệ thông theo mô hình Ziegler-Nichols:

Mô hình hệ thống lò nhiệt vòng hở:

a) Chỉnh giá trị hàm nấc bằng 1,thời gian mô phỏng Stop time=600s

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

Vùng trễ

c) Khảo mô hình điều khiển nhiệt độ dùng phương pháp Nichol(điều s khiển PID):

Ziegler-Mô hình điều khiển nhiệt độ PID như sau:

-Tín hiệu đặt vào đầu hàm nấc u(t)=100

-Khâu bào hòa Saturation có giới hạn là upper limit=1,lower limit=0

-Tính giá trị các thông số:

PID(s)=KP + K s I + KDs

Với:

300 30

120 2 , 1 2 , 1

II.A Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC:

Mô hình điều khiển PID tốc độ động cơ DC

-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 =0) và tính độ vọt lố,sai số xác lập,thời gianxác lập của ngõ ra theo bảng sau:

KP 1 10 20 50 100

POT -0,17 -0,01 -0,001 0,0025 0,003

exl 0.5 0,09 0,0476 0,0196 0,0099

-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 định

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:

Chỉnh giá trị hàm nấc bằng 1,thời gian mô phỏng Stop time=600s

- Lò nhiệt được biểu diển bằng hai khâu quán tính nối tiếp Transfer Fcn

- Sum lấy hiệu số tín hiệu đặt và phản hồi

- Relay là khă rơle có trễ

- Mux là bộ ghép kênh , cho phép cửa sổ Scope xem được nhiều tín hiệu, khối Gan1 tỉ lệ tín hiệu ngỏ ra Relay để dễ quan sát trên cùng đồ thị

- Đầu vào hàm nấc : u = 1(t) ; e = Đặt – Phản hồi khi hệ thống có daođộng ổn định

 Vùng trễ : +0.2/-0.2

 Khâu relay: ngõ ra cao:2

Ngõ ra thấp:0

 Vùng trễ : +0.2/-0.2

 Khâu relay: ngõ ra cao:2

Ngõ ra thấp:-2

Tính giá trị 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 ;

Kd = 0.5*KP*L = 0.5*4.8*30 = 72 ;

Sơ đồ khối của khâu hiệu chỉnh như sau :

Đặt các thông số KP , Ki , Kd đã tìm được ở trên vào khối PID , chỉnh hệ sốGan1 bằng 0.3 , thời gian mô phỏng bằng 300s

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 vị trí :

1 Hệ thống điều khiển dung một khâu hiệu chỉnh PID vị trí :

a) Khảo sát hệ thóng điều khiển vị trí hiệu chỉnh PD có tính sư bảo hòa của bộ biến đổi vói các ngõ vào khác nhau :

U(t) =1

Ki = 48.83 ; KP = 29 ; Kd = 2.913

Chạy mô phỏng , ta thấy tín hiệu có dạng như sau :