Tìm hàm truyền tương đương của hệ thốngNhập hàm các hàm truyền cho các khối G1,G2,…. dùng lệnh tf .Tùy theo cấu trúc các khối nối tiếp, song song, hồi tiếp mà dùng các lệnh series,parallel, feedback để thực hiện kết nối các khối với nhau .Tìm hàm truyền tương đương của hệ thốngNhập hàm các hàm truyền cho các khối G1,G2,…. dùng lệnh tf .Tùy theo cấu trúc các khối nối tiếp, song song, hồi tiếp mà dùng các lệnh series,parallel, feedback để thực hiện kết nối các khối với nhau .Tìm hàm truyền tương đương của hệ thốngNhập hàm các hàm truyền cho các khối G1,G2,…. dùng lệnh tf .Tùy theo cấu trúc các khối nối tiếp, song song, hồi tiếp mà dùng các lệnh series,parallel, feedback để thực hiện kết nối các khối với nhau .
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 Các lệnh thực Command Window : Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động 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 � � M 180 (c ) 180o 77o 103o � Hệ thống ổn định Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động 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 Đáp ứng hệ thống : Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động GM L( ) 7.27 dB � � M 180 (c ) 180o 203.4o 23.4o Hệ thống khơng 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 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 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 10 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Điều khiển vị trí mơ hình động Kp=5, Ki=1, Kd=0 Pot=31.5% Tqđ=13s Exl=0 46 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Kp=5, Ki=1,Kd=1 Pot=6 Tqđ=16.5s Exl=0 Nhận xét: Khi khơng có khâu vi phân độ vọt lố cao Khi có khâu vi phân độ vọt lố giảm thời gian độ tăng 47 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động B.Báo cáo thí nghiệm I Điều khiển tốc độ động DC Khảo sát ảnh hưởng tham số KP Kp txl (s) POT (%) ess (v/p) 0.02 0.34 1.76 310 0.05 0.342 2.8 154 0.1 0.343 3.5 84 0.2 0.32 4.6 44 0.5 0.365 2.6 18 18.58 3.9 0.2 1.365 36.5 0.5 2.962 55.2 ∞ 58.9 Khảo sát ảnh hưởng tham số KI KI txl (s) POT (%) ess (v/p) 0.02 4.53 0.5 0.05 1.27 0.57 0.1 0.855 8.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lấy mẫu T T txl (s) POT (%) ess (v/p) II 0.005 0.896 10.3 0.01 0.8965 10.9 0.02 0.871 14.8 0.03 0.832 18.24 0.05 1.856 30.72 0.1 2.06 43.85 1.475 0.2 2.988 44.85 2.8 0.5 ∞ ∞ ∞ 0.02 1.329 44.62 31.15 0.05 1.858 44.87 0.33 0.1 2.448 33.62 83.73 Điều khiển vị trí động DC Khảo sát ảnh hưởng tham số KP Kp txl (s) POT (%) ess (v/p) 0.005 1.17 14 35.2 0.02 1.33 34.19 31.15 0.05 1.83 42.3 0.87 Khảo sát ảnh hưởng tham số KI KI txl (s) POT (%) ess (v/p) 0.002 1.465 37,9 18.75 0.005 1.03 4.96 76.6 0.01 1.223 17.48 66 48 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Khảo sát ảnh hưởng tham số KD KD txl (s) POT (%) ess (v/p) 0.0005 1.28 51.82 1.25 0.001 7.22 46.5 30.3 0.05 5.35 19.76 2.55 0.01 0.05 Không khảo sát 0.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lấy mẫu T T txl (s) POT (%) ess (v/p) 0.005 1.8 30 2.6 0.01 3.11 29.9 1.23 0.03 4.48 38.37 0.57 0.05 7.52 54.1 0.3 0.1 ∞ ∞ ∞ III Nhận xét Dựa vào kết thí nghiệm mục 5.1 : Khi KP tăng: - Thời gian xác lập có thay dổi nhỏ - Độ vọt lố tăng - Sai số xác lập giảm không bị loại bỏ Khi KItăng: - Thời gian xác lập lúc đầu có giảm lúc sau lại tăng - Độ vọt lố tăng - Sai số xác lập loại bỏ hoàn toàn Khi tăng thời gian lấy mẫu T: - Thời gian xác lập có thay đổi nhỏ - Độ vọt lố tăng nhanh - Sai số xác lập không đổi 49 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Dựa vào kết thí nghiệm mục 5.2 : Khi Kp tăng: - Thời gian xác lập tăng, tăng chậm - Độ vọt lố tăng - Sai số xác lập dao động nhỏ quanh vị trí cân Khi Ki tăng : - Thời gian xác lập tăng - Độ vọt lố tăng - Sai số xác lập giảm Khi Kd tăng : - Thời gian xác lập tăng - Độ vọt lố giảm - Sai số xác lập có xu hướng tăng sau lại giảm Thời gian lấy mẫu T tăng: - Khi T tăng thời gian xác lập ban đầu tăng sau giảm - Độ vọt lố tăng nhanh - Sai số xác lập tăng 50 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động BÀI THÍ NGHIỆM QUẠT VÀ TẤM PHẲNG A.Chuẩn bị thí nghiệm B.Báo cáo thí nghiệm I Thí nghiệm : Khảo sát vật lý hệ thống - Khảo sát liên hệ điện áp tốc độ quạt : K1 V - Khảo sát ảnh hưởng tốc độ quạt với góc nghiêng hệ : k0 � Trường hợp : Vị trí Điện áp (V) 10 12 14 16 18 Tốc độ () 549.6 741.4 932.8 1121 1310 1498 1685 Góc () 2.556 4.428 6.516 92.675 93.28 10.55 93.5714 13.36 91.6 8.316 93.4166 93.625 15.08 93.6111 1.47 1.4 1.3 1.155 1.07 1.04 0.93 (.107) Đồ thị K1 K0 51 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 91.95 92.7625 93.22 93.5 93.5 93.3125 16.92 93.0555 1.28 1.23 1.29 1.25 1.22 1.19 1.05 (.107) Đồ thị K1 K0 52 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 lúc 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 : 53 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động - Thơng 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 Trường hợp : Vị trí Kgh= 0.951 Tu= 0.744 54 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động - Đáp ứng hệ thống Kgh : - Thông số điều khiển : KP=KP1= 0.5706 KI=KI1= 1.5539 KD=KD1= 0.053 - 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 55 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Ảnh hưởng vị trí : Khi quạt vị trí xa so với vị trí Kgh tăng thời gian Tu lại giảm Khảo sát ảnh hưởng thông số điều khiển a Ảnh hưởng KP Thí nghiệm POT (%) KP=0.5KP0 KP=KP0 KP=2KP0 2,88 4.3 txl (s) 3.45 2.8 4.1 ess 0.08 0.1 0.04 Nhận xét : Khi Kp tăng độ vọt lố , thời gian xác lập , sai số xác lập hệ thơng giảm sau tăng trở lại b Ảnh hưởng KI Thí nghiệm POT (%) txl (s) KI=0.5KI0 KP=KI0 KP=2KI0 3.25 4.34 5.5 4.5 1.1 56 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động ess 0.21 0.15 0.1 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 KD=KD0 KD=2KD0 3.62 2.9 3.8 txl (s) 2.95 3.12 2.47 ess 0.06 0.028 0.028 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 Còn thơng số KI phù hợp lý thuyết , khơng loại bỏ hồn toàn sai số xác lập Khảo sát kết điều khiển góc đặt khác Thí nghiệm POT (%) txl (s) ess 5o 10o 15o 3.4 5.2 2.75 0.076 0.01 0.17 57 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Nhận xét : Khi thay góc đặt độ vọt lố , thời gian xác lập , sai số xác lập hệ thơng 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 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) 13.1 15.12 14.12 14.94 14.68 14.26 -0.1 -0.2 -0.3 -0.3 -0.2 -57.3 -171.89 -257.83 -229.18 o () -5.73 Biếu đồ Bode cho hệ thống : 58 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= -14.94 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) 12.2 13.4 15.44 15.1 15.08 14.68 -2 -0.5 -0.3 -0.4 -0.25 -0.2 -11.46 -28.65 -85.94 -229.18 -214.86 -229.18 o () Biếu đồ Bode cho hệ thống : 59 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= -15.1 dB - Độ dự trữ biên M= 60 ... chậm đáp ứng độ dẫn đến ổn định khuếch đại nhiễu tín hiệu phép vi phân sai số 23 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động BÀI THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG I... lập : 26 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động - QĐNS sau cài đặt thiết kế : c Vẽ đáp ứng độ hệ thống sau hiệu chỉnh 27 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Nhận xét : Ta thấy hệ thống sau thiết kế th a. .. phân sai số 21 Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Tự Động Khảo sát mơ hình điều khiển vị trí động Xây dựng mơ hình điều khiển vị trí động sau : a Chỉnh thời gian mô Stop time = 50s Thực khảo sát hệ thống