(NB) Giáo trình Kỹ thuật điều khiển tự động cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm chung, điều khiển và điều chỉnh, các loại điều khiển, điều chỉnh, tín hiệu, các quan hệ trong sơ đồ luồng tín hiệu,...
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tác giả (chủ biên) PHẠM THỊ THÙY DUNG GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG (Lưu hành nội bộ) Hà Nội năm 2012 Tuyên bố quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình với mục đích kinh doanh Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm cơng tác ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BÀI KHÁI NIỆM CHUNG Khái niệm chung Điều khiển học (Cybernetic): Ngành khoa học nghiên cứu q trình điều khiển truyền thơng hệ thống gọi điều khiển học Tuỳ theo đặc điểm đối tượng nghiên cứu, điều khiển học chia thành: điều khiển học kỹ thuật, điều khiển học kinh tế, điều khiển học sinh học, Trong ngành kể trên, điều khiển học kỹ thuật trùng với tự động học, ngành phát triển Trong tài liệu này, đề cập đến vấn đề điều khiển học kỹ thuật Tín hiệu : Thông tin hệ thống điều khiển thể tín hiệu Các tín hiệu dòng điện, điện áp, lực, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, vị trí, vận tốc,… Mỗi phần tử điều khiển nhận tín hiệu vào từ số phần tử hệ thống tạo nên tín hiệu đưa vào phần tử khác Hệ thống giao tiếp với mơi trường bên ngồi thơng qua tín hiệu vào, Thay tên gọi tín hiệu vào, tín hiệu người ta sử dụng khái niệm tác động đáp ứng với nghĩa là: tác động vào hệ thống tín hiệu vào hệ thống có đáp ứng tín hiệu Thơng thường tín hiệu biểu diễn tốn học hàm số thời gian Trong sơ đồ hệ thống, tín hiệu vào, thường biểu diễn mũi tên hình 1.1 Hệ thống điều khiển đơn giản Điều khiển theo mạch hở: điều khiển theo tác động đặt trước (hay điều khiển theo chương trình), tức nhiệm vụ điều khiển đặc trưng lượng vào x(t) định sẵn trước cấu đặt cấu chương trình, kết điều khiển phụ thuộc vào nhiệm vụ điều khiển Hình 1: Sơ đồ khái quát hệ điều khiển theo mạch hở Ưu điểm: Điều khiển theo mạch hở có ưu điểm hệ điều khiển có cấu trúc đợn giản Nhược điểm: độ xác khơng cao can thiệp vào kết điều khiển Ứng dụng: phạm vi ứng dụng hạn chế Điều khiển theo ngun lý mạch kín hay điều khiển có phản hồi q trình điểu khiển sử dụng thơng tin qua mạch phản hồi tạo thành mạch vòng kín hệ thống Q trình điều khiển có sử dụng thơng tin kết điều khiển thông qua mạch phản hồi để tạo tín hiệu (tác động điều khiển) CCĐK, tạo thành mạch vòng kín hệ thống điều khiển, gọi hệ thống điều khiển theo mạch kín hay điều khiển có phản hồi Sơ đồ khái quát hệ thống điều khiển theo mạch kín trình bày hình 1.5 Hệ thống điều khiển theo mạch kín thực chất hệ thống ĐKTĐ, trình điều khiển xảy mà khơng có tham gia trực tiếp người q trình điều khiển hồn tồn thiết bị thực Mạch phản hồi đưa tín hiệu trở lại đầu vào, hình 1.4 mạch phản hồi chính, để phân biệt với mạch phản hồi khác có hệ thống ĐKTĐ, mạch phản hồi phụ hay mạch phản hồi hiệu chỉnh sê xét phần sau sách Mạch phản hồi mạch phản hồi xác định nguyên lý làm việc hệ thống ĐKTĐ Mạch phản hồi sơ đồ hình1.5 mạch phản hồi gián tiếp thực thơng qua cấu đo lường có tên gọi phản hồi khác đơn vị, CCĐL tạo tốn tử biến đổi tín hiệu khác Trong thực tế có hệ thống ĐKTĐ, chất vật lý tỷ lệ giống tín hiệu tín hiệu vào, phản hồi hệ phản hồi trực tiếp, có nghiã lượng đưa trực tiếp so sánh với lượng vào không thơng qua CCĐL Phản hồi trực tiếp gọi phản hồi đơn vị, tốn tử truyền tín hiệu mạch phản hồi Hình 1.6 trình bày sơ đồ khái qt hệ thống ĐKTĐ mạch kín có phản hồi trực tiếp Hình 1: Sơ đồ khối khái quát hệ thống điều khiển theo nguyên lý mạch kín (có phản hồi) BÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU CHỈNH Điều khiển Điều khiển tổ chức q trình tiến triển theo quy luật nhằm thực mục đích định Hệ thống điều khiển: tập hợp linh kiện, máy móc theo trình tự cần thiết để thực nhiệm vụ điều khiển gọi hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển trực tiếp điều khiển khơng trực tiếp Hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển trực tiếp hay không trực tiếp Hệ thống điều khiển trực tiếp hệ thống điều khiển khơng có q trình khuếch đại tín hiệu (ở cần hiểu tín hiệu từ cấu đo lường) Tín hiệu từ cấu đo lường trực tiếp tác động lên cấu chấp hành Hệ thống điều khiển không trực tiếp (gián tiếp) hệ thống điều khiển tín hiệu từ cấu đo lường khuếch đại nhờ nguồn lượng bên đưa đến cấu chấp hành hoạt động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống mà q trình điều khiển thực mà khơng có tham gia trực tiếp Sơ đồ nguyên lý sơ đồ mô tả đến chi tiết phần tử có hệ thống mà qua hiểu tương đối cặn kẽ nguyên lý tác động hệ thống ĐKTĐ Sơ đồ nguyên lý bao gồm sơ đồ nguyên lý chi tiết sơ đồ nguyên lý đơn giản Sơ đồ khối sơ đồ diễn tả phần tử tạo nên hệ thống dạng khối ô vuông riêng biệt, rõ tên gọi khối mối liên hệ khối dạng mũi tên chiều truyền tín hiệu hệ thống Sơ đồ chức sơ đồ khối khối rõ chức mà khối thực hệ thống (như chức đo lường, biến đổi, khuếch đại, hiệu chỉnh, chấp hành, v.v ) Hình 1: Sơ đồ khối khái quát hệ thống điều khiển tự động Thiết bị hay cấu điều khiển (CCĐK) gọi điều khiển (controller) tập hợp phần lại hệ thống có nhiệm vụ thực q trình điều khiển, tạo tác động điều khiển tác động trực tiếp lên ĐTĐK để bảo đảm trình cần điều khiển xảy theo quy luật mong muốn Đối tượng điều khiển (ĐTĐK) thiết bị kỹ thuật mà xảy q trình cần điều khiển (thí dụ mà cần trì nhiệt độ, mà cần điều khiển toạ độ dao cắt, nó, động mà cần điều chỉnh tốc độ hay góc quay nó, v.v ) VD: lò nhiệt, máy cơng cụ, máy bay cần điều khiển đường bay, anten rađa cần điều khiển góc quay Đối với hệ thống ĐKTĐ đầu vào đầu hệ đầu vào có đặt tín hiệu vào hay lượng vào hệ Các tín hiệu tác động: Tác động nhiễu: tác động gây sai lệch kết qủa điều khiển, tức làm cho kết điều khiển (lượng ra) thay đổi không theo quy luật mong muốn Phân loại: Nhiễu nội (nhiễu bên trong): thay đổi tham số nguồn nuôi, điện áp… Nhiễu bên ngoài: thay đổi tốc độ gió, áp suất khí tác động lên đối tượng bay, thay đổi nhiệt độ môi trường, nhấp nhô mặt đường tác động lên hệ ổn định tháp pháo xe tăng Các nguyên lý xây dựng hệ thống ĐKTĐ Các hệ thống ĐKTĐ xây dựng nguyên lý sau Hình 1.6 Sơ đồ khái quát hệ thống ĐKTĐ mạch kín có phản hồi trực tiếp (phản hồi đơn vị) Nguyên lý điều khiển theo sai lệch Hệ thống điều khiển theo nguyên lý sai lệch, hay nguyên lý phản hồi leeh tho^’ng` he^ nhờ có mạch phản hồi, hệ thống ln có q trình so sánh thơng tin nhiệm vụ điều khiển (tín hiệu vào) kết điều khiển (tín hiệu ra) hệ Nếu chúng tồn sai lệch CCĐK tạo tín hiệu điều khiển tác động lên ĐTĐK theo hướng để khử bỏ sai lệch Nhờ mà ĐTĐK ln trì quy luật biến đổi mong muốn Ngun lý có tên gọi nguyên lý Polzunov-Watt, theo tên hai nhà kỹ thuật Nga Anh người sáng chế hệ thống ĐCTĐ mực nước tốc độ quay máy nước (thế kỷ XVIII) Nguyên lý điều khiển theo nhiễu loạn hay điều khiển theo nguyên lý bù nhiễu Bản chất nguyên lý điều khiển theo nhiễu (hay nói đầy đủ điều khiển theo nguyên lý bù nhiễu) chỗ: nhiễu đo (thường nhiễu tác động lên ĐTĐK) biến đổi thành tác động điều khiển (thông qua CCĐK) tác động lên ĐTĐK với mục đích bù trừ ảnh hưởng chúng lên kết điều khiển Khi điều khiển theo nguyên lý mục đích đạt tới bù trừ hồn tồn tác động nhiễu định Hệ thống ĐKTĐ trường hợp coi bất biến (không phụ thuộc) tác động nhiễu Nguyên lý điều khiển theo nhiễu có tên gọi ngun lý Pônsêlê (tên nhà kỹ thuật Pháp người sử dụng nguyên lý kỹ thuật) Sơ đồ khối khái quát hệ thống ĐKTĐ làm việc theo nguyên lý bù nhiễu trình bày hình 1.8 Nhiễu f(t) CCĐL nhiễu x(t) u*(t) CCĐK ĐTĐK y(t) Sơ đồ khái quát hệ thống ĐKTĐtác động theo nguyên lý bù nhiễu VD: Hệ thống điều khiển ổn định đường bay tên lửa phòng khơng với cảm biến đo áp suất khí quyển, đo tốc độ gió, đo gia tốc tải, đo góc xoay tốc độ xoay tên lửa, v.v đưa vào hệ thống điều khiển để ổn định đường bay tên lửa Nhược điểm: bù trừ một vài nhiễu đo được, không ngăn chặn ảnh hưởng nhiễu thứ yếu, không đo Ưu điểm: tính bất biến khơng phải tuyệt đối phụ thuộc vào tính ổn định tham số CCĐK ĐTĐK, mức độ xác ổn định tham số mạch bù trừ Ứng dụng: hệ thống ĐKTĐ xây dựng theo nguyên lý bù nhiễu sử dụng cách độc lập Nguyên lý điều khiển hỗn hợp Hệ thống xây dựng theo nguyên lý điều khiển hỗn hợp hệ thống kết hợp nguyên lý điều khiển theo mạch hở theo mạch kín, tức kết hợp điều khiển theo sai lệch điều khiển theo nhiễu Sơ đồ khối khái quát hệ thống trình bày hình 1.9 CCĐL nhiễu SS x(t) - (t) CCĐK u*(t) Nhiễu f1 f2 fn(t) ĐTĐK y(t) z(t) CCĐL Phản hồi Hình 1.9 Sơ đồ khối khái quát hệ thống ĐKTĐ hỗn hợp Hệ thống hỗn hợp tận dụng ưu điểm hai nguyên lý trên: nhờ mạch bù nhiễu khắc phục ảnh hưởng tác động nhiễu chủ yếu nhờ có mạch phản hồi thực q trình điều khiển hạn chế tác động nhiễu lại Các nguyên lý điều khiển gọi hệ thống ĐKTĐ kinh điển Một số nguyên lý điều khiển mới: điều khiển tối ưu, điều khiển bền vững, nguyên lý điều khiển mờ, nguyên lý điều khiển nơ-ron Phân loại hệ thống điều khiển tự động Các hệ thống ĐKTĐ khác nhiều khía cạnh: đặc điểm truyền tín hiệu, tính chất tác động, số lượng tín hiệu vào ra, chất tốn học hệ thống nhiều đặc tính khác Tính chất đa dạng hệ thống ĐKTĐ đòi hỏi phải phân loại để có phương pháp khảo sát, nghiên cứu thích hợp đề phương pháp tính tốn, thiết kế chúng Việc phân loại tiến hành theo dấu hiệu phân loại khác Phân loại theo nguyên lý xây dựng Các hệ thống ĐKTĐ phân chia thành loại: hệ thống ĐKTĐ theo mạch hở, hệ thống ĐKTĐ theo mạch kín hệ thống ĐKTĐ hỗn hợp Phân loại theo tính chất tác động đầu vào Tuỳ thuộc vào tính chất tác động đầu vào x(t) hệ thống ĐKTĐ phân thành loại sau; Hệ thống điều khiển theo số hay gọi hệ thống tự ổn định hệ thống có lượng vào x(t) khơng thay đổi (const) Nhiệm vụ của hệ thống ĐKTĐ trì một vài đai lượng vật lý giá trị không đổi Đây hệ thống ĐCTĐ VD: Các hệ thống ĐCTĐ tốc độ loại động cơ, hệ thống ĐCTĐ điện áp, tần số máy phát, hệ thống ĐCTĐ nhiệt độ, áp suất, nồng độ dung dịch ngành sản xuất công nghệ, v.v Hệ thống điều khiển theo chương trình hệ thống ĐKTĐ có lượng vào x(t) hàm biết trước dạng chương trình điều khiển VD: Các hệ điều khiển đường bay định trước máy bay không người lái, hệ thống điều khiển tự động máy công cụ: bào, phay, tiện với chương trình định trước nhớ máy tính số (máy CNC) Hệ thống ĐKTĐ bám, gọi tắt hệ bám hệ thống ĐKTĐ có lượng vào x(t) hàm trước thay đổi theo quy luật Nhiệm vụ hệ thống ĐKTĐ bảo đảm lượng y(t) phải "bám" theo thay đổi lượng vào x(t) VD: Các hệ hệ bám đồng góc dùng hệ thống xen-xin khí tài hay máy cơng cụ, hệ thống bám vô tuyến điện tử đài ra-đa, v.v Phân loại theo dạng tín hiệu sử dụng hệ thống ĐKTĐ Theo dạng (hay phương pháp biến đổi truyền) tín hiệu hệ thống ĐKTĐ, có hệ thống ĐKTĐ tác động liên tục hệ thống ĐKTĐ tác động gián đoạn Hệ thống ĐKTĐ tác động liên tục (gọi tắt hệ liên tục) hệ mà tất phần tử hệ có lượng hàm liên tục theo thời gian Hệ thống ĐKTĐ tác động gián đoạn (gọi tắt hệ thống ĐKTĐ gián đoạn, hay hệ rời rạc) hệ có chưa phần tử gián đoạn, tức phần tử có lượng vào hàm liên tục lượng hàm gián đoạn theo thời gian Tuỳ thuộc vào tính chất gián đoạn lượng ra, hệ gián đoạn phân chia thành: hệ thống ĐKTĐ xung, hệ thống ĐKTĐ kiẻu rơ-le hệ thống ĐKTĐ số Hệ thống ĐKTĐ xung hệ có gián đoạn tín hiệu thay đổi xảy qua khoảng thời gian xác định (còn gọi gián đoạn theo thời gian) 10 Bước 2: Lấy khối tín hiệu vào, khối hàm truyền khối tín hiệu tương ứng thư viện Labruary Sounrce, Continous Sinks tương ứng cách kéo, rê chuột thả vào cửa sổ Unitled Mở khối sounrce chọn khối Constan Mở khối Continous chọn khốn Transfer Fcn Mở khối Sinks chọn Scope Bước 3: Thực nối khối Nháy chuột vào vị trí đầu khối constan vừa giữ chuột vừa rê đến đầu vào khối Transfer Fcn, nhả chuột SIMULINK tự tạo đường nối mũi tên theo hướng từ khối Constan đến đến khối Transfer Fcn Tương tự ta nối khối Transfer Fcn hiển thị Scope Hình 13: Sơ đồ mơ hình hóa chưa cài đặt tham số Bước 4: Thực đặt tham số chi khối Đối với khối constan, Click chuột vào khối constan xuất hộp thoại khối, đặt lại tham số ấn Apply OK, hệ thống tự động hiệu chỉnh 62 Hình 14: Cài đặt tham số cho khối Constan Đặt tham số cho khố Transfer Fcn: Click chuột vào biểu tượng khối xuất mà hình hội thoại sau: Hình 15: Cài đặt tham số cho khối Transfer Fcn 63 ta thấy s+1 Trong khối Transfer Fcn khối biểu diễn dạng Vector viết theo chiều s+1 giảm dần số mũ s để biểu diễn hàm truyền Numerator coefficents biểu diễn tham số tử số, Denominator tolerance biểu diễn mẫu số Mặc định ban đầu tử số [1], mẫu số [1 1] Do để đặt lại tham số cho hàm truyền Transfer Fcn có dạng tử [5] mẫu [2 1] Kết thúc click chuột vào Apply OK 2s+1 Bước 5: Đổi tên Vào Save as gõ tên Vidu1.mdl Chú ý: Khi đặt tên cho file khơng sử dụng phím Space Bước 6: Cho hệ thống làm việc , quan sát kết chạy mô phỏng: Vào biểu tương scope vào quan sát đặt tính đầu hệ thống Bước 7: Nhận xét đánh giá 64 PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG Để mơ hình hóa hệ thống điều chỉnh tự động, có số phương pháp khác nhau thường sử dụng 02 phương pháp: Phương pháp 1: Dựa vào sơ đồ cấu trúc hệ thống Phương pháp 2: Dựa vào phương trình trạng thái Ưu điểm phương pháp sử dụng khối thư viện Simulink Matlab để m ô nút, khâu động học điển hình, tạo tín hiệu thể rõ ảnh hưởng khâu chất lượng hệ thống trình điều chỉnh Ưu điểm phương pháp dựa vào việc chuyển phương trình hàm truyền vào – thành phương trình trạng thái, từ xây dựng sơ đồ cấu trúc vector mơ hình hóa phương trình trạng thái Giải phương trình trạng thái ta nhận đại lượng cần điều chỉnh hàm trạng thái hệ thống Ví dụ mơ hình hệ thống điều chỉnh tự động giả sử hệ có cấu trúc hình sau: Hình 2.1 sơ đồ cấu trúc ví dụ 2.1 với hệ số K1 = 5; K2 = 1, K3 = 5, T2 = 0.5s ta có hệ thống có mơ hình hóa sau: Hình 2.2 mơ hình hóa hệ thơng ví dụ 2.1 Phản ứng đầu hệ thống 65 Hình 2.3 kết hiển thị hình scope Xây dựng chương trịn dưạ vào phương trình trạng thái >> w1=tf(5); % Hàm truyền thứ W1 Transfer function: >> w2=tf([1],[1 1]) ; % Hàm truyền thứ W2 Transfer function: s+1 >> w3=tf(4) ; % Hàm truyền thứ W3 Transfer function: >> w4=tf([1],[1 0]) ; % Hàm truyền thứ W4 Transfer function: s >> w=w1*w2*w3*w4;% Hàm truyền tổng hàm truyền mắc nối tiếp với Transfer function: 20 s^2 + s 66 >> wk=feedback(w,1);% Tính hàm truyền phản hồi hệ thống Transfer function: 20 -s^2 + s + 20 >> step(wk) >> Step Response 1.8 1.6 1.4 Amplitude 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Time (seconds) Hình 2.4 Tín hiệu đầu xây dựng đặt tính biên độ Logarit đặc tính tần số pha Logarit khâu hàm số truyền Wk ( s ) 20 s s 20 để vẽ đặc tính tần số Logarit khâu ta sử dụng hàm bode Cấu trúc lệnh: Bode(num,dem) hình soạn thảo Matlab ta thực sau: >> num=20; % khai báo tử số num = 20 >> den=[1 20] % khai báo mẫu số 67 den = 1 20 >> wk=tf(num,den); % Hàm truyền Transfer function: 20 -s^2 + s + 20 >> bode(num, den); %vẽ đặc tính tần số pha Logarit Bode Diagram 20 10 Magnitude (dB) -10 -20 -30 -40 -50 -60 Phase (deg) -45 -90 -135 -180 -1 10 10 10 10 Frequency (rad/s) Hình 2.5 Đặc tính tần số biên độ Logarit ví dụ 2.1 Đối với tốn có nhiều khâu mắc song song nối tiếp ta cần chuyển hàm truyền tương đương vẽ đặc tính tính tần số biên độ pha Logarit hệ thống 68 Nyquist Diagram Imaginary Axis -1 -2 -3 -4 -5 -3 -2 -1 Real Axis Hình 2.6 Đặc tính tần số biên độ pha hệ thống ví dụ 2.1 Một số hàm Matlab dùng để khảo sát hệ thống: Đáp ứng xung Impulse Đáp ứng nấc Step Biểu đồ Bode Bode Biểu đồ Nyquist Nyquist Khảo sát đặc tính động Ltiview 69 PHẦN 2: CÁC BÀI TOÁN THỰC HÀNH BÀI 1: NGHIÊN CỨU KHÂU ĐỘNG HỌC ĐIỂN HÌNH Mục đích: Làm quen với việc sử dụng phần mềm Matlab Simulink để xây dựng mơ hình hóa khâu động học Lấy đặc tính độ h(t) khâu quán tính, khâu bậc nghiên cứu ảnh hưởng thông số đặc tính khâu động học điển hình lấy đặc tính biên độ pha loga khâu quán tính khâu bậc 2, xét ảnh hưởng thơng số đặc tính tần số - biên độ pha loga hai khâu Yêu cầu: Biết sử dụng phần mềm Matlab Simulink để xây dựng sơ đồ mơ hình hóa hệ thống đơn giản Sử dụng số hàm Bode, Nyquist để xây dựng đặc tính tần số cho khâu đơn giản Củng cố kiến thức môn học Kỹ thuật điều khiền tự động điều chỉnh, đặc tính độ khâu động học điển hình, cách xác định thời gian Tqđ, cách tính thời gian độ khóa điều chỉnh % đặc tính độ h(t), cách xác định độ dự trữ ổn định biên độ pha, tần số đặc tính tần số biên độ pha Loga Nội dung thực hành 3.1 Nội dung 1: Mơ hình hóa khâu qn tính bậc Mơ hình hóa khâu qn tính theo sơ đồ hình sau: Mơ hình hóa khâu qn trinh Thay đổi thông số K, T để thấy ảnh hưởng đặc tính độ cho trường hợp: 70 Trường hợp K T Trường hợp 1: 0.5 Trường hợp 2: 0.2 3.2 Mơ hình hóa khâu qn tính bậc Mơ hình hóa khâu qn tính theo sơ đồ hình sau: mơ hình hóa khâu dao động bậc Mơ hình hóa khâu quán trính bậc với tham số trường hợp Thay đổi thông số tương ứng theo trường hợp để thấy ảnh hưởng chúng đặc tính độ Trường hợp K T Trường hợp 1: 10 0.5s 0.4 Trường hợp 2: 10 0.5s Trường hợp 10 0.5s Xây dựng đặc tính độ h(t) đặ tính biên độ pha tần số chúng Xây dựng đặc tính biên độ pha – tần số cho khâu quán tính khâu bậc nêu Hoàn thiện báo cáo theo mẫu: Các bước thực hiện: Bước 1: Khởi động phần mềm, mở cửa sổ Simulink chọn New Bước 2: Lấy khối tín hiệu tương ứng theo sơ đồ mơ hình hóa cách vào khối thư viện tương ứng, kéo, rê chuột thả vào cửa sổ Unitled 71 Bước 3: Thực nối khối Bước 4: Thực đặt tham số chi khối Đặt tham số: Click chuột vào khối cần đặt tham số xuất cửa sổ hộp thoại khối đó, đặt lại tham số ấn OK, Simulink tự động điều chỉnh tham số Đặt thời gian cho q trình mơ phỏng: Vào menu Simulation chọn Parameters xuất cửa sổ SIMULINK CONTROL PANEL, gõ vào START TIME STOP TIME giá trị thời gian quan sát OK Bước 5: Đổi tên Chú ý: Khi đặt tên cho file không sử dụng phím Space Bước 6: Cho hệ thống làm việc , quan sát kết chạy mô phỏng: Vào biểu tương scope vào quan sát đặt tính đầu hệ thống Bước 7: Nhận xét đánh giá Thực nội dung thực hành Báo cáo thực Lớp: ………………………… Họ tên: ………………… BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BÀI SỐ: …………… Nội dung thực hành Mục đích Các nội dung thực Kết Ghi lại các: Dạng đồ thị nhận được: hàm độ, hàm Bode, hàm Nyquist Hàm số truyền hệ thống hở, hệ thống kín Nhận xét: Bằng kiến thức lý thuyết học nhận xét 72 BÀI 2: NGHIÊN CỨU CÁC MẠCH LIÊN KẾT CƠ BẢN CÁC KHÂU ĐỘNG HỌC Mục đích, u cầu Tìm hàm truyền tương đương khâu mắc nối tiếp, mắc song song xây dựng mơ hệ thống, khảo sát tính ổn định hệ thống nội dung Lập sơ đồ mô hình hóa cho hai trường hợp khâu mắc nối tiếp mắc song song Xây dựng mơ hình hóa cho trường hợp cụ thể Vẽ đặc tính độ h(t) mắc nối tiếp mắc song song Sơ đồ cấu trúc hai khâu mắc nối tiếp Sơ đồ cấu trúc hai khâu mắc song song Khi khâu mắc nối tiêp Trường hợp Trường hợp 73 0.4s W2 (s ) 0.8s Khi khâu mắc song song 0.5s W2 (s ) 0.8s W1 ( s ) W1 ( s ) Trường hợp W3 ( s ) 0.4s W4 ( s ) 0.8s * 0.8 * 0.5s Trường hợp 0.4s W4 (s ) 0.8s W3 ( s ) Xác định hàm số truyền tương đương hai khâu mắc nối tiếp mắc song song trường hợp Vẽ đặc tính tần số biên độ pha – loga cho trường hợp mắc nối tiếp mắc song song Khảo sát tính ổn định hệ thống Sơ đồ cấu trúc hệ thống Hãy lập mơ hình hóa, chạy sơ đồ để lấy kết Xác định đặc trưng Tqđ, h , n, độ điều chỉnh (%) Nhận xét tính ổn định hệ thống 74 BÀI 3: PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH TỰ ĐỘNG VÀ ĐÁN GIÁ CHẤT LƯỢNG HIỆU CHỈNH Nội dung cho hệ thống điều chỉnh tự động có sơ đồ cấu trúc sau Sơ đồ cấu trúc hệ thố ng tự động điều chỉnh Các thông số: K 10 0.104 6.3 35.6 0.027 0.53 T(s) 0.06 0.03 0.134 0.143 Lập sơ đồ mơ hình hóa hệ thống Xét trường hợp sau: Trường hợp 1: Khi chưa sử dụng khâu hiệu chỉnh Khi khâu hiệu chỉnh nối tiếp Khi có khâu phản hồi phụ 75 Khi sử dụng khâu hiệu chỉnh BÀI 4: PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH DAO ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG PHI TUYẾN BÀI 5: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH DỪNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN BỐ NGHIỆM 76 ... quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình. .. học kỹ thuật, điều khiển học kinh tế, điều khiển học sinh học, Trong ngành kể trên, điều khiển học kỹ thuật trùng với tự động học, ngành phát triển Trong tài liệu này, đề cập đến vấn đề điều khiển. .. thống Q trình điều khiển có sử dụng thơng tin kết điều khiển thông qua mạch phản hồi để tạo tín hiệu (tác động điều khiển) CCĐK, tạo thành mạch vòng kín hệ thống điều khiển, gọi hệ thống điều khiển