CHƯƠNG I: BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CƠ BẢN 1.1. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN 1.1.1. TỔNG QUAN Như chúng ta đã được biết, một hệ thống muốn đạt được chất lượng mong muốn thì nhất thiết phải có phản hồi (hệ kín). Lúc thiết kế một hệ thống mạch vòng kín điều khiển phản hồi, trước tiên phải thiết kế tổng thể, tuyển chọn các tham số cơ bản và tính toán các tham số trạng thái ổn định. Như vậy là đã hình thành được hệ thống mạch vòng kín cơ bản, hay còn gọi là hệ thống nguyên thủy. Sau đó cần phải xây dựng mô hình toán học trạng thái động học của hệ thống nguyên thủy, kiểm tra tính ổn định và chất lượng động của nó (thông qua các phần mềm mô phỏng). Nếu hệ thống nguyên thủy không ổn định hoặc chất lượng động không tốt, thì buộc phải cài đặt hiệu chỉnh thích hợp, làm cho hệ thống sau khi hiệu chỉnh có thể thỏa mãn toàn diện yêu cầu đề ra. Tóm lại khi thiết kế một hệ thống điều khiển kinh điển (có sử dụng bộ điều khiển kinh điển) phải trải qua các bước sau: 1. Xây dựng mô hình đối tượng đủ chính xác. 2. Đơn giản hoá mô hình. 3. Tuyến tính hoá mô hình tại điểm làm việc. 4. Chọn bộ điều khiển thích hợp. 5. Tính toán thông số của bộ điều khiển. Để thực hiện việc xác định thông số của bộ điều khiển có rất nhiều phương pháp như phương pháp đường đặc tính tần số với tiêu chuẩn Nyquist hay phương pháp quỹ đạo nghiệm số. Bằng các phương pháp này sẽ tổng hợp được bộ điều khiển ổn định. 6. Kiểm tra bộ điều khiển vừa thiết kế bằng cách ghép nối với mô hình đối tượng điều khiển, nếu kết quả không như mong muốn, phải thiết kế lại theo các bước từ 2 đến 6 cho đến khi đạt được kết quả mong muốn.
CHNG I: B IU KHIN M C BN 1.1 CC B IU KHIN KINH IN 1.1.1 TNG QUAN Nh chỳng ta ó c bit, mt h thng mun t c cht lng mong mun thỡ nht thit phi cú phn hi (h kớn) Lỳc thit k mt h thng mch vũng kớn iu khin phn hi, trc tiờn phi thit k tng th, tuyn chn cỏc tham s c bn v tớnh toỏn cỏc tham s trng thỏi n nh Nh vy l ó hỡnh thnh c h thng mch vũng kớn c bn, hay cũn gi l h thng nguyờn thy Sau ú cn phi xõy dng mụ hỡnh toỏn hc trng thỏi ng hc ca h thng nguyờn thy, kim tra tớnh n nh v cht lng ng ca nú (thụng qua cỏc phn mm mụ phng) Nu h thng nguyờn thy khụng n nh hoc cht lng ng khụng tt, thỡ buc phi ci t hiu chnh thớch hp, lm cho h thng sau hiu chnh cú th tha ton din yờu cu Túm li thit k mt h thng iu khin kinh in (cú s dng b iu khin kinh in) phi tri qua cỏc bc sau: Xõy dng mụ hỡnh i tng chớnh xỏc n gin hoỏ mụ hỡnh Tuyn tớnh hoỏ mụ hỡnh ti im lm vic Chn b iu khin thớch hp Tớnh toỏn thụng s ca b iu khin thc hin vic xỏc nh thụng s ca b iu khin cú rt nhiu phng phỏp nh phng phỏp ng c tớnh tn s vi tiờu chun Nyquist hay phng phỏp qu o nghim s Bng cỏc phng phỏp ny s tng hp c b iu khin n nh Kim tra b iu khin va thit k bng cỏch ghộp ni vi mụ hỡnh i tng iu khin, nu kt qu khụng nh mong mun, phi thit k li theo cỏc bc t n cho n t c kt qu mong mun a b iu khin va thit k vo iu khin i tng thc v kim tra quỏ trỡnh lm vic ca h thng Nu cha t cỏc ch tiờu cht lng thỡ thit k li t bc n bc cho n t cht lng mong mun Tng hp mt b iu khin vi cỏc chc nng hon ho ph thuc rt nhiu vo cỏc nh chuyờn mụn Quỏ trỡnh tng hp s rỳt ngn li vỡ ch cũn phi thc hin bc 4, nu ó cú mụ hỡnh i tng Xõy dng mụ hỡnh hu ớch l mt ũi hi rt khú thc hin, vỡ bờn cnh nhng hiu bit tt v lý thuyt, cũn ũi hi nhiu v kinh nghim nhn dng h thng m ch yu da vo kinh nghim cng nh s hiu bit v i tng Vừ Quang Vinh Dng Quc Hng -1- Chuyờn iu khin m B iu chnh (hay b iu khin) ó núi trờn c to thnh nh b khuch i thut toỏn Cú th cú cỏc b iu chnh l: Khuch i t l (P), vi phõn t l (PD), tớch phõn t l (PI), v vi tớch phõn t l (PID) a B iu khin t l: P Tớn hiu u ca b iu khin l: u(t)=Kp.e(t) Trong ú Kp l h s khuch i t l Thnh phn t l (Kp) cú tỏc dng lm tng tc ỏp ng ca h, v lm gim, ch khụng trit tiờu sai s xỏc lp ca h Mun gim nh sai lch tnh phi tng h s khuch i nhng ú tớnh dao ng ca h thng s tng lờn v h thng d mt n nh b B iu khin vi phõn t l: PD Tớn hiu u ca b iu khin l: u(t)=Kp.e(t) + KD.de(t)/dt To thnh hiu chnh vt trc, tng nhanh tc tỏc ng (nhanh hn c quy lut t l), nhng thnh phn vi phõn s phn ng vi cỏc nhiu cao tn cú biờn nh v khụng lm gim sai lch d ng thi chớnh xỏc trng thỏi n nh li b nh hng Vỡ vy ch s dng nhng ni ũi hi nhy tỏc ng nhanh (iu khin tay mỏy) c B iu khin tớch phõn t l: PI Tớn hiu u ca b iu khin l: u(t ) = K p e(t ) + K I e(t )dt B iu chnh PI to thnh tớn hiu chm sau cú th m bo c chớnh xỏc trng thỏi n nh, nhng li b hn ch v nhy c B iu khin vi tớch phõn t l: PID de(t ) dt B iu chnh PID to thnh cú c u im ca tt c cỏc b iu chnh ó núi trờn, cú th nõng cao ton din tớnh nng iu khin ca h thng, nhng mch in v cỏch th nghim li phc hn Mc tiờu ca chỳng ta l tu thuc vo cu trỳc ca i tng iu khin v cỏc yờu cu c th m chn cỏc lut iu khin trờn mt cỏch hp lý (cn c vo nhng Tớn hiu u ca b iu khin l: u(t ) = K p e(t ) + K I e(t )dt + K D ch tiờu cht lng nh max (lng quỏ iu chnh), n (s ln dao ng), Tq (thi gian quỏ , St (sai lch tnh)) 1.1.2 V D MINH HA Bõy gi chỳng ta s lm rừ chc nng ca b iu khin kinh in cng nh s nh hng ca chỳng n cht lng ca h thng iu khin t ng Gi s thit k mt h thng iu khin t ng cho mt i tng cú hm truyn: W = s + 10 s + 20 Vừ Quang Vinh Dng Quc Hng -2- Chuyờn iu khin m a ỏp ng ca h h S Simulink Hỡnh 1.1a Kt qu mụ phng khuch i ca h l 1/20, vỡ vy vi tớn hiu vo n v thỡ giỏ tr ngừ l 0.05 Sai s xỏc lp tng ng l 0.95, khỏ ln Hn na thi gian quỏ khong 1.5s Vy ta cn thit k b iu khin nhm lm gim thi gian tng trng v thi gian quỏ , ng thi trit tiờu sai s xỏc lp b Khi cú b iu khin v cú mch vũng phn hi õm S Simulink * Khi b iu khin l b khuch i (P): KI = KD = t KP = 300 ta c kt qu mụ phng nh sau: Vừ Quang Vinh Dng Quc Hng -3- Chuyờn iu khin m hỡnh 1.1b Kt qu mụ phng KP = 300 th trờn cho thy b iu khin t l lm gim c thi gian tng trng ln sai s xỏc lp nhng li lm tng vt, v gim thi gian quỏ mt chỳt * Khi b iu khin l b t l - vi phõn (PD): KI = t KP = 300, KD = 10 ta c kt qu mụ phng nh sau: Hènh 1.1c Kt qu mụ phng KP = 300, KD = 10 th trờn cho thy b iu vi phõn lm gim vt v thi gian quỏ , v nh hng mt chỳt n thi gian tng trng v sai s xỏc lp * Khi b iu khin l b t l - tớch phõn (PI): KD = t KP = 30, KI = 70 Ta gim thnh phn Kp vỡ b iu khin tớch phõn cng lm gim thi gian tng trng v lm tng vt (tỏc ng kộp) Ta c kt qu mụ phng nh hỡnh 1.1d th trờn cho thy b iu khin tớch phõn ó trit tiờu sai s xỏc lp Vừ Quang Vinh Dng Quc Hng -4- Chuyờn iu khin m Hènh 1.1d Kt qu mụ phng KP = 30, KI = 70 * Khi b iu khin l b t l - tớch phõn vi phõn (PID) t KP = 1000, KI = 300, KD = 50 ta c kt qu mụ phng nh sau: Hỡnh 1.1e Kt qu mụ phng KP = 1000, KI = 300, KD = 50 Vy ta c mt h thng ỏp ng khụng cú vt, thi gian tng trng nhanh v khụng tn ti sai s xỏc lp Trong thc t, nhiu gii phỏp tng hp b iu khin kinh in thng b b tc gp nhng bi toỏn cú phc ca h thng cao, phi tuyn ln, s thng xuyờn thay i trng thỏi v cu trỳc ca i tng , , hoc gi thit nu cú th tng hp c phm vi lý thuyt thỡ thc hin cng gp khụng ớt khú khn v giỏ thnh v tin cy ca sn phm Nhng khú khn ú s khụng cũn l nan gii b iu khin c thit k trờn c s logic m v cng n gin hn vic thc hin gii phỏp ny B iu khin c thit k trờn c s logic m c gi l b iu khin m Vừ Quang Vinh Dng Quc Hng -5- Chuyờn iu khin m iu khin m chim mt v rt quan trng iu khin hc k thut hin i Ngay bui u, iu khin m ó em li s ngc nhiờn ỏng k rng hon ton trỏi vi tờn gi ca nú, k thut iu khin ny ng ngha vi chớnh xỏc v kh nng thc hin So vi cỏc gii phỏp k thut t trc n c ỏp dng tng hp cỏc h thng iu khin, phng phỏp tng hp h thng bng b iu khin m ch nhng u im sau õy : + Khi lng cụng vic thit k gim i nhiu i tng khụng cn s dng mụ hỡnh i tng vic tng hp h thng + B iu khin m hiu hn so vi cỏc b iu khin khỏc (c v k thut) v d dng thay i + i vi cỏc bi toỏn thit k cú phc cao, gii phỏp dựng b iu khin m cho phộp gim lng tớnh toỏn v giỏ thnh sn phm + Trong nhiu trng hp b iu khin m lm vic n nh hn, bn vng (robust) hn v cht lng iu khin cao hn hiu rừ hn v iu khin m chỳng ta cn nghiờn cu mt s khỏi nim c bn v logic m cng nh b iu khin m 1.2 KHI NIM C BN hiu rừ khỏi nim M l gỡ ta hóy thc hin phộp so sỏnh sau : Trong khỏi nim hp kinh in hm ph thuc àA(x) nh ngha trờn A: àA(x) Ch cú hai giỏ tr l nu xA hoc nu xA Hỡnh 1.1 mụ t hm ph thuc ca x hm àA(x), ú A c nh ngha nh sau: A={xR2[...]... ca R trong khụng gian R3 thỡ R s l mt li 3 chiu, trong dú ti mi im nỳt trờn li l mt giỏ tr ca àR(x;y) (hỡnh 1.4.2b) Hỡnh 1.4.2b Biu din R trong li 3 chiu * Thuật toán xây dựng luật chung của nhiều mệnh đề hợp thành Tng quỏt hoỏ phng phỏp mụ hỡnh hoỏ trờn cho p mnh hp thnh gm: R1: Nu =A1 Thỡ = B1 hoc (1.32a) R2: Nu =A2 Thỡ = B2 hoc (1.32b) Rp: Nu =Ap Thỡ = Bp hoc (1.32c) Trong ú cỏc giỏ tr m A1, ... àR(x;y) (hỡnh 1.4.2b) Hỡnh 1.4.2b Biu din R li chiu * Thuật toán xây dựng luật chung nhiều mệnh đề hợp thành Tng quỏt hoỏ phng phỏp mụ hỡnh hoỏ trờn cho p mnh hp thnh gm: R1: Nu =A1 Thỡ = B1