BÀI THÍ NGHIỆM điều KHIỂN số

Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Bài thí nghiệm Điều khiển BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ Cho đối tượng điều khiển động điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu cần điều khiển tốc độ có tham số sau : Mô men quán tính (J) = 0.01*(N mod 10 + 1) = 0.08 ( kgm2) Hệ số ma sát (B) = 0.1*(N mod + 1) = 0.3 ( Nms ) Hằng số động (K=Ke=Kt) = N*0.1 = 1.7 ( Nm/A ) Điện trở phần ứng (R) = 1*(N mod + 1) = ( Ohm ) Điện cảm phần ứng (L) = (N mod + 1) = ( mH ) Với N = 17 Yêu cầu : Mô hình hóa động (điều khiển tốc độ động điện áp phần ứng) a Tìm hàm truyền đạt liên tục hàm truyền đạt xung b Tìm mô hình không gian trạng thái liên tục rời rạc với biến trung gian tốc độ dòng điện phần ứng Thiết kế vòng điều chỉnh tốc độ cho đối tượng trường hợp : điều khiển liên tục điều khiển số Với yêu cầu : - Thời gian độ > du_lieu; + Khởi động mô Simulink + Vẽ đồ thị tốc độ dòng điện phần ứng >> do_thi; Ta thu kết : Toc dong co n [vong/p] 3000 2000 1000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.6 0.7 0.8 Dong dien phan ung iA [A] 80 60 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Time t Hình Đồ thị tốc độ động dòng điện phần ứng ĐCMC Xác định hàm truyền đạt hệ thống : >> Wtd=1/RA*tf(1,[TA 1])*k*1/(2*pi*B)*tf(1,[Tm 1]); >> Wtd=feedback(Wtd,k) Transfer function: 0.3006 -0.0002667 s^2 + 0.2677 s + 1.511 Xác định hàm truyền đạt miền ảnh z với chu kỳ trích mẫu 0.01 : Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Bài thí nghiệm Điều khiển >> Wtd_z=c2d(Wtd,0.01) Transfer function: 0.009905 z + 0.001075 z^2 - 0.9449 z + 4.373e-005 Sampling time: 0.01 Xác định mô hình trạng thái động chiều : >> [A B C D]=tf2ss(0.3006,[0.0002667 0.2677 1.511]) A= 1.0e+003 * -1.0037 -5.6655 0.0010 B= C= 1.0e+003 * 1.1271 D= Xác định mô hình không gian trạng thái rời rạc : >> [A1 B1 C1 D1]= tf2ss([0.009905 0.001075],[1 -0.9449 4.373e-005]) A1 = 0.9449 -0.0000 1.0000 B1 = C1 = 0.0099 0.0011 D1 = Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Bài thí nghiệm Điều khiển THIẾT KẾ VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ Sisotool công cụ giúp thiết kế hệ thống điều khiển tuyến tính hồi tiếp đầu vào, đầu Các khâu hiệu chỉnh sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, P, PI, PD, PID thiết kế với trợ giúp công cụ Tuy nhiên, Sisotool công cụ thiết kế tự động mà công cụ trợ giúp thiết kế người thiết kế phải hiểu rõ lý thuyết điều khiển tự động, nắm chất khâu hiệu chỉnh sử dụng công cụ * Trình tự thiết kế : Ta khởi động công cụ sisotool với hàm truyền đối tượng biết : >> Wtd Transfer function: 0.3006 -0.0002667 s^2 + 0.2677 s + 1.511 >> sisotool(Wtd) Xuất hộp thoại Control and Estimation Tools Manager hộp thoại SISO Design for SISO Design Task Trong hộp thoại Control and Estimation Tools Manager chọn thẻ Archtiture Ta thấy cấu trúc hệ thống bao gồm khối sau : + Đối tượng điều khiển (plant) G: nhận giá trị Wtd + Cảm biến (sensor) H : H + Bộ lọc (prefilter) : + Khâu hiệu chỉnh C : chưa thiết kế nên để Chọn hộp thoại SISO Design for SISO Design Task lúc xuất đồ thị đặc tính hệ thống sau nhập liệu : Quỹ đạo nghiệm số hệ thống mở ( OL1 ), biểu đồ Bode hệ thống mở ( có độ trữ pha dự trữ biên ) Để xem đáp ứng độ hệ kín ta chọn [Analsis]→ [Response to Step Command] Ta thấy hệ kín ổn định chưa đáp ứng yêu cầu đề Trở lại hộp thoại Control and Estimation Tools Manager → [Automated Tuning], thẻ [Design method] chọn [PID Tuning] Chọn loại điều khiển PI phương pháp điều chỉnh Internal Model Control (IMC) based tuning Ta thu kết điều chỉnh PI sau : C = 156.76 × + 0.17 s 26.6492 s + 156.76 = s s Sử dụng simulink mô hệ thống : Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Bài thí nghiệm Điều khiển Tai 26.6492s+156.76 1/RA s Toc Gain Transfer Fcn2 k TA.s+1 Transfer Fcn 1/(2*pi*B ) Gain1 n Tm.s+1 Transfer Fcn Gain2 To Workspace Gain3 k n Hình Mô hình simulink vòng điều chỉnh tốc độ Ta thu kết : Toc dong co (vong/p) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình Đáp ứng hệ thống liên tục có vòng điều chỉnh tốc độ Nhận xét : + Hệ thống ổn định + Độ điều chỉnh : 0.393% + Thời gian độ : 0.0685s Như điều chỉnh PI đáp ứng yêu cầu đề Tương tự ta thu kết điều chỉnh PI cho hệ thống số sau : C = 1.0691× + 0.17 w w Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Với : w = Bài thí nghiệm Điều khiển z −1 ; Ts = 0.01 Ts Ta có mô hình hệ thống động với vòng điều chỉnh tốc độ miền z : Tai Toc Zero -Order Hold 18.1747s+106.91 0.5666 0.01953 s z-4.54e-005 z-0.9632 Transfer Fcn Zero -Order Hold 60 Gain1 Discrete Transfer Fcn Discrete Transfer Fcn1 1.7 Gain Hình Mô hình simulink ĐCMC với điều chỉnh tốc độ miền z Hình Đáp ứng hệ thống miền z Scope Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Bài thí nghiệm Điều khiển KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG KHI TẢI CỦA ĐỘNG CƠ THAY ĐỔI Ta kiểm tra đặc tính hệ cách tạo đột biến phụ tải MW >> du_lieu; >> T_MW=0.25; >> MW=100; >> plot(t,n*60); >> title('Toc dong co (vong/p)','FontSize',12); >> axis([0.24 0.7 12500 13500]); Đáp ứng hệ thống với điều khiển liên tục : Toc dong co (vong/p) 1.35 x 10 1.34 1.33 1.32 1.31 1.3 1.29 1.28 1.27 1.26 1.25 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 Hình Đáp ứng hệ thống với điều khiển liên tục tải thay đổi Trần Xuân Hiền – Đ3 CNTĐ số Bài thí nghiệm Điều khiển Đáp ứng hệ thống với điều khiển số : Hình Đáp ứng hệ thống với điều khiển số tải thay đổi 10