De cuong và trả lời cơ sở hệ thống tự động

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN Ghi chú: đề thi gồm câu (1 lý thuyết, tập) câu điểm I, PHẦN LÝ THUYẾT Câu 1: Thế hệ thống điều khiển? Cấu trúc hệ thống điều khiển? Lấy ví dụ hệ thống điều khiển (phân tích thành phần hệ thống, đầu vào đầu ra, phản hồi mà không quan tâm đến hàm truyền) Câu 2: Mô hình toán học ? Các phương pháp mô hình toán học hệ thống điều khiển? Câu 3: Hãy trình bày phép biến đổi laplace? Các tính chất phép biến đổi laplace Tại thường dùng phép biến đổi laplace thay phương trình vi phân tính toán? Câu 4: Tại hệ thống ổn định nghiệm nằm bên trái mặt phẳng phức Tín hiệu hệ thống dao động nào? Câu 5: Phân tích khác tiêu chuẩn ổn định tần số tiêu chuẩn ổn định đại số? Câu 6: Trình bày phương pháp vẽ biểu đồ bode biểu đồ Nyquist hệ thống? Hãy nêu tiêu chuẩn ổn định bode tiêu chuẩn ổn định Nyquist? Câu 7: Các tiêu đánh giá chất lượng khâu quán tính bậc nhất? Câu 8: Hãy phân tích tác dụng điều khiển? Nêu ảnh hưởng khâu hiệu chỉnh sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha tới hệ thống điều khiển? Câu 9: Hãy phân tích tác động khâu P,PI, PD, PID tới hệ thống điều khiển? II, PHẦN BÀI TẬP Các dạng tập: - Tính hàm truyền phương pháp sơ đồ khối, sơ đồ dòng tín hiệu - Tìm phương trình trạng thái, ma trận độ, đáp ứng hệ thống - Đánh giá tính ổn định hệ thống Routh, Hurwitz, Bode, Nyquist, Quỹ đạo nghiệm số - Đánh giá chất lượng hệ thống bậc 2- bậc - Thiết kế điều khiển PID điều khiển sớm trễ pha dung phương pháp quỹ đạo nghiệm số ( giống ví dụ sách) Các tập ví dụ Câu 1: Thực phép biến đổi Laplace ngược hệ thống có hàm truyền sau: Câu 2: Sử dụng phương pháp biến đổi sơ đồ khối sơ đồ dòng tín hiệu (áp dụng công thức Mason) tìm hàm truyền hệ thống sau: a b c d Câu 3: Sử dụng tiêu chuẩn Routh – Hurwitz để xét ổn định hệ thống có phương trình đặc tính sau: a s + 2s + 8s + 4s + = b s + s + 3s + 4s + s + = Bài 4: Cho phương trình đặt tính hệ thống kín: s + 2s + 2s + 4s + 6s + = Hãy xét tính ổn định hệ thống cho biết có nghiệm nằm bên phải mặt phẳng phức? Câu 5: Cho hệ thống có K1=1; K2=4; K3=2; K4=6 Hình 5: Sơ đồ khối hệ thống a Tìm hàm truyền mạch kín: Y(s)/U(s) b Xác định tín hiệu đầu tín hiệu đầu vào U(s) hàm xung đơn vị Sử dụng tiêu chuẩn Routh – Hurwitz khảo sát tính ổn định hệ thống 10 (0,1s + 1) Câu 6: Cho hệ thống có hàm truyền hệ hở Gh (s)= s ( s + 100)( s + 1000) a) Vẽ biểu đồ bode hệ thống ? b) Khảo sát ổn định hệ kín theo tiêu chuẩn bode? Câu 7: Cho hệ thống có hàm truyền hệ hở Gh (s)= (2 s + 1)(3s + 1)(4 s + 1) a) Khảo sát tính ổn định hàm truyền hệ hở? b) Xét tính ổn định hệ kín theo tiêu chuẩn Nyquist? Câu : Cho hệ thống có hàm truyền hệ hở Gh (s)= s + s + 11s + a) Khảo sát tính ổn định hàm truyền hệ hở? b) Xét tính ổn định hệ kín theo tiêu chuẩn Nyquist? Câu 9: Cho hàm truyền hở hệ hồi tiếp âm đơn vị: Gh(s)= K ( s + 5)( s + 40) s ( s + 200)( s + 1000) a) Xác định hàm truyền hệ kín? b) Xác định K theo tiêu chuẩn đại số để hệ kín ổn định? Câu 10: Cho hệ hở hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền: K G(s)= s ( s + 2)( s + 3) a) Vẽ quĩ đạo nghiệm số hệ thống? b) Tìm K để hệ thống kín ổn định theo phương pháp quỹ đạo nghiệm số? Câu 11: Cho hệ hở hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền G(s) = K ( s + 6) ( s + 2)( s + 8s + 25) a) Vẽ quĩ đạo nghiệm số hệ thống? b) Tìm K để hệ thống kín ổn định theo phương pháp quỹ đạo nghiệm số? Bài 12: Vẽ quĩ đạo nghiệm số xác định K để hệ thống ổn định? G(s) = K ( s + 6) ( s + 2)( s + 8s + 2) Câu 13: Cho hệ thống điều khiển kín có sơ đồ khối sau: Biết rằng: K= 9; G ( s ) = ; s( s + 3) Hàm đầu vào hàm nấc đơn vị: r(t)=1(t) a) Hãy xác định hàm truyền hệ thống? b) Hãy đánh giá tiêu chất lượng hệ thống ? (Sai lệch tĩnh, độ vọt lố, thời gian xác lập theo tiêu chuẩn 2%, thời gian tăng lên) Bài 14: Hệ thống điều khiển hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền hệ hở G(s)= K s(s + ) a) Xác định độ vọt lố thời gian xác lập (sử dụng tiêu chuẩn xác lập 2%) hệ thống? b) Xác định phạm vi giới hạn K để thời gian xác lập < 1s? Câu 15: Cho hệ thống điều khiển có sơ đồ khối sau: Biết hàm đầu vào hàm nấc đơn vị: r(t)=1(t) a) Hãy xác định hàm truyền hệ thống? b) Hãy đánh giá tiêu chất lượng hệ thống? (Sai lệch tĩnh, độ vọt lố, thời gian xác lập theo tiêu chuẩn 2%, thời gian tăng lên) Câu 16: Cho sơ đồ khối hệ điều khiển môtơ có phản hồi tốc độ máy phát tốc a) Xác định hàm truyền hệ kín? b) Tìm giới hạn K1 để hệ kín ổn định? Câu 17: Cho hàm truyền hệ hở hệ điều khiển có hồi tiếp âm: G(s)= Trong đó: K ( Với a, K hệ số thực ) s ( s + a)( s + 30) Thời gian tăng lên: t r = − 0.4167ς + 2.917ς (0 < ς < 1) ωn Hệ số tắt dần ς = 0.5 ; Thời gian tăng tốc tr = giây Tìm giá trị a K? Câu 18: Cho hệ thống hình vẽ Tín hiệu vào hàm bậc thang đơn vị r(t)=1(t) Đặc tính đầu có độ vọt lố 25.4% thời điểm tp=3 giây Tìm giá trị K T? Câu 19: Cho hệ thống điều khiển phản hồi âm đơn vị với hàm truyền hệ hở G(s) = K (1 + s )(1 + s) s ( s + s + 1) a) Xác định sai số xác lập với tín hiệu vào hàm bậc thang? b) Xác định sai số xác lập với tín hiệu vào hàm Ramp r(t)=t? Bài 20: Cho mô hình hệ thống điều khiển động điện chiều mô tả dạng sơ đồ khối hình vẽ a) Xác định sai số xác lập theo K, Kb, Km với tín hiệu vào r(t)=1(t)? b) Cho Km=1; Kb= 0.05 xác định K để sai số xác lập =1? Bài 21: Cho hệ thống điều khiển kín có sơ đồ khối sau: Biết rằng: K= 9; G ( s ) = ; s( s + 3) Hàm đầu vào hàm nấc đơn vị: r(t)=1(t) a) Hãy xác định hàm truyền hệ thống? b) Hãy đánh giá tiêu chất lượng hệ thống ? (Sai lệch tĩnh, độ vọt lố, thời gian xác lập theo tiêu chuẩn 2%, thời gian tăng lên) Bài 22: Hệ thống điều khiển vị trí máy vẽ đồ thị mô hình hóa dạng sơ đồ khối hình vẽ Trong R(s) tín hiệu đầu vào vị trí mong muốn, Y(s) tín hiệu vị trí thực a) Xác định sai số xác lập vị trí hệ thống với tín hiệu vào dạng bậc thang? b) Xác định tham số K để độ vọt lố hệ thống với tín hiệu vào dạng bước nhảy? Bài 23: Cho hệ thống điều khiển có sơ đồ khối sau: Biết hàm đầu vào hàm nấc đơn vị: r(t)=1(t) a) Hãy xác định hàm truyền hệ thống? b) Hãy đánh giá tiêu chất lượng hệ thống? (Sai lệch tĩnh, độ vọt lố, thời gian xác lập theo tiêu chuẩn 2%, thời gian tăng lên) Bài 24: Cho hàm truyền hệ hở hệ điều khiển có hồi tiếp âm: K với a, K hệ số thực s ( s + a)( s + 30) a) Tìm giá trị a K cho hệ số tắt dần ς = 0.5 ; thời gian tăng tốc G(s)= đáp ứng bậc thang đơn vị gần 1s − 0.4167ς + 2.917ς (0 < ς < 1) Cho t r = ωn Với tr thời gian tăng tốc gần b) Với giá trị a K tìm sai số hệ với tín hiệu vào là hàm bậc thang đơn vị hàm Ramp Bài 25: Cho hệ thống điều khiển kín hình vẽ Xác định Kp KD cho Kv=1000; ς = 0.5 Câu 26: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng G(s) điều khiển PI có hàm truyền: G(s)= 100 ; s + 10 s + 100 GPI ( s ) = K p + KI s Cho: Hệ số vận tốc Kv = 10 Hệ số tắt δ = 0,5 Xác định tham số điều khiển PI ? Câu 27: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng G(s) điều khiển PD có hàm truyền: G(s)= 10000 ; GPD ( s) = K p + K D s s ( s + 10) Cho: Thời gian xác lập giây (theo tiêu chuẩn 2%) Độ vọt lố 5% Xác định tham số điều khiển PD ? Câu 28: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng G(s) điều khiển PID có hàm truyền: G(s)= K 100 ; GPID ( s) = K p + K D s + I s + 10 s + 100 s Cho: Hệ số vận tốc KV = 100 Thời gian xác lập giây (theo tiêu chuẩn 2%) Độ vọt lố 5% Xác định tham số điều khiển PID? Câu 29: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng G(s) điều khiển có hàm truyền Gc(s): K + αTs G(s)= (α < 1) ; GC ( s ) = s ( s + 5) + Ts Cho: Phương trình đặc trưng có hai nghiệm phức với hệ số tắt 0.707 Hệ số vận tốc Kv = 10 Xác định tham số điều khiển trễ pha? Bài 30: Thiết kế hệ thống dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số: Cho hệ thống điều khiển hình vẽ Biết G ( s ) = 50 , thiết kế khâu hiệu chỉnh Gc(s) để đáp ứng độ s( s + 5) hệ thống sau hiệu chỉnh thỏa mãn: POT < 20%, t qđ[...]...Bài 37: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng là G(s) và bộ điều khiển PI có hàm truyền: G(s)= 100 ; s + 10 s + 100 2 GPI ( s ) = K p + KI s Cho: Hệ số vận tốc Kv = 10 Hệ số tắt δ = 0,5 Xác định các tham số bộ điều khiển PI ? Bài 38: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng là G(s) và bộ điều khiển PD có hàm truyền: G(s)=... 39: Hệ điều khiển tự động hồi tiếp âm đơn vị với hàm truyền đối tượng là G(s) và bộ điều khiển có hàm truyền Gc(s): K 1 + αTs G(s)= (α < 1) 2 ; GC ( s ) = s ( s + 5) 1 + Ts Cho: Phương trình đặc trưng có hai nghiệm phức với hệ số tắt 0.707 Hệ số vận tốc Kv = 10 Xác định các tham số bộ điều khiển trễ pha? Bài 40: Động cơ điện một chiều được mô tả bởi sơ đồ khối như hình vẽ Biết rằng Ra = La = J= b=1; hệ. .. các tham số bộ điều khiển trễ pha? Bài 40: Động cơ điện một chiều được mô tả bởi sơ đồ khối như hình vẽ Biết rằng Ra = La = J= b=1; hệ số Km = 1 a) Xác định sai số xác lập của hệ thống khi kích thích đầu vào vận tốc là r(t)= 1(t) và Kb=1 b) Xác định Kb để khi r(t)= 1(t) thì độ vọt lố là 15%