Đang tải... (xem toàn văn)
Đặc tính trong miền thời gian Sai lệch xác lập Độ quá điều chỉnh Thời gian tăng (thời gian đáp ứng) Thời gian xác lập Đặc tính trong miền tần số Độ lợi biên độ Độ lợi pha Đặc tính bổ sung Độ bền vững Khả năng khử nhiễu
CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 Giới thiệu 6.2 Bộ điều khiển PID 6.3 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số 6.4 Thiết kế miền tần số 4/22/2019 Automatic Control Systems CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 GIỚI THIỆU (1) r(t) e(t) - Đối tượng Gp(s) y(t) Đặc tính miền thời gian - Sai lệch xác lập - Độ điều chỉnh - Thời gian tăng (thời gian đáp ứng) - Thời gian xác lập Đặc tính miền tần số - Độ lợi biên độ - Độ lợi pha Bộ điều khiển (Bộ bù) Gc(s) 4/22/2019 Automatic Control Systems Đặc tính bổ sung - Độ bền vững - Khả khử nhiễu CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 GIỚI THIỆU (2) Cấu trúc điều khiển r(t) u(t) e(t) y(t) Gp(s) Gc(s) - Series (cascade) compensation r(t) u(t) e(t) y(t) Gp(s) - Gc(s) Feedback compensation 4/22/2019 Automatic Control Systems CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 GIỚI THIỆU (3) r(t) u(t) e(t) Gcf(s) y(t) Gp(s) Gc(s) - Forward compensation with series compensation Gcf(s) r(t) u(t) e(t) Gc(s) y(t) Gp(s) - Feedforward compensation 4/22/2019 Automatic Control Systems CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.1 GIỚI THIỆU (4) Các điều khiển (compensator) Name Gc(s) Remark P K Phase-Lag (Low pass) (Bù sớm pha) K(s+z)/(s+p) z>p Phase-Lead (High pass) K(s+z)/(s+p) (Bù trễ pha) z10 P KP = 0,3R/Kg KP = 0,7R/Kg 7,5 < R < 10 PI KP = 0,35R/Kg Ti = 1,2 Tg KP = 0,6R/Kg Ti = Tg < R < 7,5 PID KP = 0,6R/Kg Ti = Tg Td = 0,5 Tu KP = 0,95R/Kg Ti = 1,35 Tg Td = 0,47 Tu 4/22/2019 Automatic Control Systems 15 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.2 PID CONTROLLER (10) Ví dụ: Với hệ ví dụ trước, Tu = 0.20s; Tg = 1.1s; R = 5.5 Step Response 1.5 Nichols CHR overdamped CHR 20% overshoot Amplitude Dao động 20% overshoot 0.5 KP = 3.31 Ti = 1.1 Td = 0.10 0 0.5 1.5 2.5 KP = 5.22 Ti = 1.49 Td = 0.094 3.5 4.5 Time (sec) 4/22/2019 Automatic Control Systems 16 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM(1) Điểm không điểm cực đáp ứng thời gian Các cực phức liên hợp dẫn đến đáp ứng thời gian có dao động ; cực thực làm đáp ứng thời gian khơng có dao động Các điểm khơng hàm truyền đạt kín gây điều chỉnh hệ không dao động Đáp ứng hệ thống bị chi phối cực gần gốc mặt phẳng s Các cực trội xa phía bên trái mặt phẳng s, hệ thống nhanh đáp ứng dải tần rộng Khi điểm cực điểm không rút gọn cho nhau, phần đáp ứng hệ thống ứng với điểm cực có biên độ nhỏ 4/22/2019 Automatic Control Systems 17 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM (2) Tổng quát Thêm điểm cực điểm zeros • Thêm điểm cực làm hệ thống giảm ổn định; • Thêm điểm khơng làm hệ thống thêm ổn định; Loại bỏ điểm cực điểm khơng • Đáp ứng đẩy nhanh cách loại bỏ điểm cực vòng hở 4/22/2019 Automatic Control Systems 18 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM(3) Phương pháp chung Chọn K = Ku ( độ lợi hệ thống không điều khiển) để cân trạng thái xác lập đặc tính ổn định 4/22/2019 Automatic Control Systems 19 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.3 ROOT LOCUS METHOD (4) Chọn điều khiển mà cải thiện số điểm mong muốn hệ thống chưa điều khiển Với giá trị K chọn, chọn tham số điều khiển Gc để cân trạng thái xác lập đặc tính ổn định Với tham số chọn, vẽ quỹ đạo nghiệm K thay đổi, để xem đáp ứng thời gian cải thiện khơng Nếu đáp ứng thời gian khơng cải thiện để đạt mục đích thiết kế, lặp lại bước 4/22/2019 Automatic Control Systems 20 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM SỐ (5) 4/22/2019 Automatic Control Systems 21 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ(1) Đặc tính miền tần số Thời gian tăng (thời gian đáp ứng) dải thông tỉ lệ nghịch với Độ dự trữ biên độ pha lớn đỉnh cộng hưởng Mr nhỏ, cải thiện độ dao động 4/22/2019 Automatic Control Systems 22 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ(2) Quy trình Phân tích hệ thống khơng điều khiển, xác định đặc tính hệ thống Chọn điều khiển Phân tích đồ thị Bode điều khiển tính chất Xác định tham số điều khiển 4/22/2019 Automatic Control Systems 23 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ(3) Example: PI controller 4/22/2019 Automatic Control Systems 24 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ (4) Tính chất điều khiển PI: • Gc(j) = = 20 log10KP Nếu KP Ảnh hưởng xấu đến tính ổn định Đặt tần số góc điều khiển = Ki/Kp xa phía trái dải tần mong muốn -> không làm suy giảm độ lợi pha hệ thống 4/22/2019 Automatic Control Systems 25 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ (4) Ví dụ: Bộ điều khiển PI Các bước xác định tham số [Farid page 514] • Phát họa đồ thị Bode hàm truyền Gp • Xác định độ dự trữ pha yêu cầu => xác định tần số cắt biên độ ’g • Xác định Kp từ phương trình Kp= 10exp(-abs(G’p(j’g)/20) • Xác định KI theo công thức sau KI = KP* ’g/10 4/22/2019 Automatic Control Systems 26 CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ (5) Ví dụ 4500 K G p ( s) s s 361.2 ’g 170rad/s KP = 0.084 KI = 1.36 4/22/2019 Automatic Control Systems 27 ... Systems CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6. 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (2) Ví dụ thiết kế điều khiển PID 4/22/2019 Automatic Control Systems CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6. 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (3) 6. 2.2... Systems CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6. 1 GIỚI THIỆU (5) Các bước thiết kế Xác định yêu cầu thiết kế Chọn cấu trúc điều khiển điều khiển Xác định tham số điều khiển • Khó thiết kế Bộ điều khiển. .. lợi pha Bộ điều khiển (Bộ bù) Gc(s) 4/22/2019 Automatic Control Systems Đặc tính bổ sung - Độ bền vững - Khả khử nhiễu CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN 6. 1 GIỚI THIỆU (2) Cấu trúc điều khiển r(t)