Báo cáo thí nghiệm Cơ sở tự động ĐHBK

Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động BÀI THÍ NGHIỆM PHẦN A : ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG I Tìm hàm truyền tương đương hệ thống Nhập hàm hàm truyền cho khối G1,G2,… dùng lệnh tf Tùy theo cấu trúc khối nối tiếp, song song, hồi tiếp mà dùng lệnh series, parallel, feedback để thực kết nối khối với Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Các lệnh thực Command Window : Nhận xét : Ta thấy với hỗ trợ lệnh Matlab, ta tính nhanh hàm truyền tương đương sơ đồ khối nhanh chóng so với phương pháp thủ cơng Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động II Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm có hàm truyền hở : G(s)  K ( s  0.2)( s  8s  20) a Với K=10, vẽ biểu đồ Bode biên độ pha hệ thống khoảng tần số ( 0.1 , 100 ) b Tìm tần số cắt biên, độ dự trữ pha, tần số cắt pha, độ dự trữ biên hệ thống c Hệ thống ổn định : GM   L( )  24.8dB    o o o M  180   (c )  180  77  103    Hệ thống ổn định d Vẽ đáp ứng độ hệ thống với đầu vào hàm nấc đơn vị khoảng thời gian t=0-10s Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động e Với K=400 làm lại bước a-d Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Đáp ứng hệ thống : GM   L( )  7.27dB   o o o M  180   (c )  180  203.4  23.4   Hệ thống không ổn định :  Nhận xét : Khi K tăng nhiều làm cho hệ thống tính ổn định Với việc dùng Matlab để vẽ biểu đồ Bode ta khảo sát tính ổn định hệ thống III Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Nyquist Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm có hàm truyền hở : G(s)  K ( s  0.2)( s  8s  20) a Với K=10, vẽ biểu đồ Nyquist hệ thống b Tìm tần số cắt biên, độ dự trữ pha, tần số cắt pha, độ dự trữ biên hệ thống Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Ta thấy độ dự trữ pha độ dự trữ biên hệ thống giống xác định biểu đồ Bode Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động c Hệ thống ổn định : đường cong Nyquist hệ hở không bao điểm ( -1,j.0 ) theo chiều dương ( ngược chiều kim đồng hồ )  thay đổi ( 0,  ) d Với K=400 làm lại bước a-c Biểu đồ Nyquist : Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Ta thấy độ dự trữ pha độ dự trữ biên hệ thống giống xác định biểu đồ Bode Hệ thống khơng ổn định : đường cong Nyquist hệ hở bao điểm ( -1,j.0 ) ½ theo chiều dương ( ngược chiều kim đồng hồ )  thay đổi ( 0,  ) Nhận xét : Cũng tương tự biểu đồ Bode, ta dùng Matlab để vẽ biểu đồ Nyquist để khảo sát tính ổn định hệ thống cho kết giống sử dụng biểu đồ Bode Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động IV Khảo sát hệ thống dùng phương pháp QĐNS Khảo sát hệ thống hồi tiếp âm có hàm truyền hở : G( s)  K ( s  3)( s  8s  20) a Vẽ quỹ đạo nghiệm số hệ thống.Dựa vào QĐNS tìm Kgh ? Để tìm Kgh ta nhấp chuột vào vị trí cắt QĐNS trục ảo Ta tìm Kgh= 428 b Tìm K để hệ thống có tần số dao động tự nhiên n  Để tìm K ta nhấp vào vị trí giao điểm QĐNS vòng tròn n  Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Ta tìm Kgh= 3.65 c Tìm K để hệ thống có hệ số tắt   0.7 Để tìm K ta nhấp vào vị trí giao điểm QĐNS đường thẳng   0.7 Ta tìm Kgh= 20.1 10 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Nhận xét : Khi điện áp vào tăng K1 có xu hướng tăng, K0 có xu hướng giảm Trường hợp : Vị trí Điện áp (V) 10 12 14 16 18 Tốc độ ( ) 551.7 742.1 932.2 1122 1309 1493 1675 Góc ( ) 2.232 3.888 6.408 11.95 15.16 16.92 91.95 92.7625 93.22 93.5 93.5 1.28 1.25 1.22 (.107) 1.23 1.29 93.3125 93.05556 1.19 1.05 Đồ thị K1 K0 74 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Nhận xét : Khi điện áp vào tăng K1 có xu hướng tăng sau lại giảm chậm lại , K0 l c đầu giảm sau tăng lên tiếp tục giảm nhanh Nhận xét chung : Từ trường hợp ta thấy, Khi điện áp vào tăng K1 có xu hướng tăng, K0 có xu hướng giảm Ảnh hưởng vị trí : Khi quạt vị trí gần hệ số k tăng giảm dần , quạt vị trí xa hệ số k khơng ổn định, có lúc tăng lúc giảm II Thí nghiệm :Thiết kế điều khiển PID dung phương pháp ZiegerNichols Trường hợp : Vị trí Kgh= 0.9 Tu= 0.81 - Đáp ứng hệ thống Kgh : 75 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động - Thông số điều khiển : KP=KP0= 0.54 KI=KI0= 1.33 KD=KD0= 0.0546 - Đáp ứng hệ thống : - Các thông số sau thiết kế : + Thời gian lên : 1.7 s + Thời gian xác lập : 2.6 s 76 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Trường hợp : Vị trí Kgh= 0.951 Tu= 0.744 - Đáp ứng hệ thống Kgh : - Thông số điều khiển : KP=KP1= 0.5706 KI=KI1= 1.5539 KD=KD1= 0.053 77 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động - Đáp ứng hệ thống : - Các thông số sau thiết kế : + Thời gian lên : 1.5 s + Thời gian xác lập : 2.6 s Nhận xét chung : Sau thiết kế hệ thống ổn định , thời gian lên thời gian xác lập hai trường hợp xấp xỉ Ảnh hưởng vị trí : Khi quạt vị trí xa so với vị trí Kgh tăng cịn thời gian Tu lại giảm 78 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Khảo sát ảnh hưởng thông số điều khiển a Ảnh hưởng KP Thí nghiệm POT (%) KP=0.5KP0 KP=KP0 KP=2KP0 4.3 2,88 txl (s) 3.45 2.8 4.1 ess 0.08 0.1 0.04 ết thí nghiệm:  Kp = 0.5 Kp0  Kp = 2Kp0 79 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Nhận xét : Khi Kp tăng độ vọt lố , thời gian xác lập , sai số xác lập hệ thơng giảm sau tăng trở lại 80 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động b Ảnh hưởng KI Thí nghiệm POT (%) txl (s) ess KI=0.5KI0 KP=KI0 KP=2KI0 3.25 4.34 5.5 4.5 1.1 0.21 0.15 0.1 ết thí nghiệm:  Ki = 0.5 Ki0 81 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Ki = Ki0 Nhận xét : Khi KI tăng độ vọt lố hệ thơng tăng , thời gian xác lập , sai số xác lập hệ thống giảm c Ảnh hưởng KD Thí nghiệm POT (%) KD=0.5KD0 3.62 KD=KD0 2.9 KD=2KD0 3.8 txl (s) 2.95 3.12 2.47 ess 0.06 0.028 0.028 t thí nghiệm:  Kd = 0.5 Kd0 82 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Kd = 2Kd0 83 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Nhận xét : Khi KD tăng độ vọt lố , thời gian xác lập , hệ thông giảm sau tăng trở lại Sai số xác lập hệ thông lúc đầu tăng lúc sau không đổi Ảnh hưởng thông số KP,KI,KD đến chất lượng điều khiển : Điều khiển tỉ lệ (KP) có ảnh hưởng làm giảm thời gian lên làm giảm không loại bỏ sai số xác lập Điều khiển tích phân (KI) loại bỏ sai số xác lập làm đáp ứng độ xấu Điều khiển vi phân (KD) có tác dụng làm tăng ổn định hệ thống, giảm vọt lố cải thiện đáp ứng độ So sánh lý thuyết với kết mô : ảnh hưởng thơng số KP,KD khơng phù hợp với lý thuyết Cịn thơng số KI phù hợp lý thuyết , khơng loại bỏ hồn tồn sai số xác lập 84 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Khảo sát kết điều khiển góc đặt khác Thí nghiệm POT (%) 5o txl (s) ess 10o 15o 7.5 0.076 0.01 0.17 Nhận xét : Khi thay góc đặt độ vọt lố , thời gian xác lập , sai số xác lập hệ thông giảm sau tăng trở lại Ở điểm làm việc tĩnh khác : góc lớn nhỏ 10o khơng có độ vọt lố, thời gian xác lập sai số xác lập lại lớn Giải thích : Khi góc q lớn q nhỏ qn tính phẳng tác động môi trường làm cho hệ thống nhiều thời gian để xác lập làm cho sai số xác lập lớn 85 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Thí nghiệm : Trường hợp : Vị trí 0.1 10 15 20 A/Ao 4.52 5.7 5.08 5.58 5.42 5.17 L(dB) 6.55 7.56 7.06 7.47 7.34 7.13 -0.1 -0.2 -0.3 -0.3 -0.2 -5.73 -57.3 -171.89 -257.83 -229.18 (o ) Biếu đồ Bode cho hệ thống : 86 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Xác định tần số cộng hưởng hệ thống, độ dự trữ biên độ dự trữ pha - Tần số cộng hưởng o = rad/s - Độ dự trữ biên GM= -7.46 dB - Độ dự trữ biên M= Trường hợp : Vị trí 0.1 10 15 20 A/Ao 4.07 4.68 5.91 5.69 5.67 5.42 L(dB) 6.1 6.7 7.72 7.55 7.54 7.34 -2 -0.5 -0.3 -0.4 -0.25 -0.2 -11.46 -28.65 -85.94 -229.18 -214.86 -229.18 (o ) 87 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Biếu đồ Bode cho hệ thống : Xác định tần số cộng hưởng hệ thống, độ dự trữ biên độ dự trữ pha - Tần số cộng hưởng o = rad/s - Độ dự trữ biên GM= -7.6 dB - Độ dự trữ biên M= 88 ... Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Tần số rad s  Tần số rad s 39 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Tần số 20 rad s  Đáp ứng Bode biên độ tốc độ động : 40 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Đáp... -179.2 41 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Tần số 0.4 rad s  Tần số 0.6 rad s 42 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Tần số rad s  Tần số 20 rad s 43 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động  Đáp ứng... độ dự trữ biên hệ thống Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Ta thấy độ dự trữ pha độ dự trữ biên hệ thống giống xác định biểu đồ Bode Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động c Hệ thống ổn định : đường cong