Báo cáo thí nghiệm điều khiển số - Nguyễn Anh Tuấn

Điều khiển số, báo cáo, thí nghiệm, báo cáo điều khiển số, TN điều khiển số

1 Sinh viên: Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 20092988 ; Kíp TN: Kíp 2, Thứ 4; Số liệu bài 2: ZOH, Ttm=0.01 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ BÀI SỐ 1: TÌM MÔ HÌNH GIÁN ĐOẠN CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Xác định hàm truyền đạt A, Phương pháp làm bằng tay : R a = 0.25 (Ω); L a = 0.004 (H);T a = L a R a =0.016 (s);J = 0.012 (kgm 2 ); phi = 0.04 (Vs); k e = 236.8;k M =38.2 G  = 1 R  ∗ 1 sT  +1 ∗k  ∗phi ∗ 1 2πJs = 1 0.25 ∗ 1 0.016s+1 ∗38.2 ∗0.04 ∗ 1 0.024πs = 6.112 1.206.10^ −3s  +0.075s   = G  1+k  ∗phi ∗G  = 6.112 01.206.10  ∗s  +0.075 ∗s+57.89 Hk =   s = 6.112 s ( 1.206.10  s  +0.075s+57.89 ) = 6.112 (1.206.10^ −3) ⁄  (   +62.2+48001.6584 ) Sau khi tính toán ta thu được :  = 2.527846×10  .   +2.522585.     −199.32911 ∗ +0.9937695 – Với T I = 0.1ms:  = 2.527846×10  +2.522585×10    −1.9932911+0.9937695 – Với T I = 0.01ms:  = 2.5326866×10  +2.5321613×10    −1.9993704+0.9993752 B,Làm trên matlab : >> Ra=0.25; >> La=0.004; 2 >> Ta=La/Ra; >> J=0.012; >>ke=236.8; >>km=38.2; >>wr=0.04; Hàm truyền hệ hở: >> Gh=1/Ra*tf(1,[Ta 1])*Km*phi*tf(1,[2*pi*J 0]) Transfer function: 6.112 ----------------------- 0.001206 s^2 + 0.0754 s Hàm truyền hệ kín: >> Gk=feedback(Gh,Ke*phi) Transfer function: 6.112 ------------------------------- 0.001206 s^2 + 0.0754 s + 57.89 Kết quả với T1 = 0.1ms - Hàm truyền gián đoạn theo ZOH: >> Gkz1=c2d(Gk,0.1e-003,'ZOH') Transfer function: 2.528e-005 z + 2.523e-005 ------------------------- z^2 - 1.993 z + 0.9938 Sampling time: 0.0001 - Hàm truyền gián đoạn theo FOH: >> Gkz2=c2d(Gk,0.1e-003,'FOH') Transfer function: 8.431e-006 z^2 + 3.367e-005 z + 8.404e-006 ------------------------------------------ z^2 - 1.993 z + 0.9938 3 Sampling time: 0.0001 - Hàm truyền gián đoạn theo TUSTIN: >> Gkz3=c2d(Gk,0.1e-003,'TUSTIN') Transfer function: 1.263e-005 z^2 + 2.525e-005 z + 1.263e-005 ------------------------------------------ z^2 - 1.993 z + 0.9938 Sampling time: 0.0001 Kết quả với T2= 0.01ms - Hàm truyền gián đoạn theo ZOH: >> Gkz4=c2d(Gk,0.01e-003,'ZOH') Transfer function: 2.533e-007 z + 2.532e-007 ------------------------- z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005 - Hàm truyền gián đoạn theo FOH: >> Gkz5=c2d(Gk,0.01e-003,'FOH') Transfer function: 8.443e-008 z^2 + 3.377e-007 z + 8.44e-008 ----------------------------------------- z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005 - Hàm truyền gián đoạn theo TUSTIN: >> Gkz6=c2d(Gk,0.01e-003,'TUSTIN') Transfer function: 1.266e-007 z^2 + 2.532e-007 z + 1.266e-007 ------------------------------------------ z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005 >> step(Gk); hold on; >> step(Gkz1); hold on; 4 >> step(Gkz2); hold on; >> step(Gkz3); hold on; >> step(Gkz4); hold on; >> step(Gkz5); hold on; >> step(Gkz6); hold on; Sau khi thực hiện các lệnh trên ta có đồ thị biểu diễn các hàm gián đoạn trên miền z: - Nhận xét: Qua đồ thị với các hàm truyền đạt trong cùng một chu kỳ ( T=0.1ms với Gkz1, Gkz2, Gkz3) thì hàm truyền gián đoạn theo phương pháp FOH và TUSTIN bám sát với nhau và có biên độ cao hơn so với phương pháp ZOH trong cùng một khoảng thời gian. Xây dựng mô hình trạng thái ĐCMC trên miền thời gian liên tục. Mô hình trạng thái trên miền thời gian liên tục: >> [A,B,C,D]=tf2ss([0 6.112],[0.001206 0.0754 57.89]) A = 5 1.0e+004 * -0.0063 -4.8002 0.0001 0 B = 1 0 C = 1.0e+003 * 0 5.0680 D = 0 Mô hình gián đoạn với chu kỳ trích mẫu T=0.1s >> [A1,B1]=c2d(A,B,0.1) A1 = -0.0438 -2.9271 0.0001 -0.0399 B1 = 1.0e-004 * 0.6098 0.2166 >> H1=ss(A1,B1,C,D,0.1) a = x1 x2 x1 -0.04376 -2.927 x2 6.098e-005 -0.03995 b = u1 6 x1 6.098e-005 x2 2.166e-005 c = x1 x2 y1 0 5068 d = u1 y1 0 Sampling time: 0.1 Discrete-time model. >> step(H1); hold on Đáp ứng quá độ: Mô hình gián đoạn với chu kỳ trích mẫu T=0.01s >> [A2,B2]=c2d(A,B,0.01) A2 = -0.4989 -133.8566 0.0028 -0.3245 B2 = 0.0028 0.0000 7 >> H2=ss(A2,B2,C,D,0.01) a = x1 x2 x1 -0.4989 -133.9 x2 0.002789 -0.3245 b = u1 x1 0.002789 x2 2.759e-005 c = x1 x2 y1 0 5068 d = u1 y1 0 Sampling time: 0.01 Discrete-time model. >> step(H2); hold on Kết quả: Đáp ứng quá độ 8 Bài thực hành số 2: Tổng hợp vòng điều chỉnh dòng phần ứng (điều khiển mômen quay). Với đối tượng là dòng điện, ta coi gần đúng thiết bị chỉnh lưu là khâu tỉ lệ quán tính bậc nhất hằng số thời gian Tt=100µs. Sử dụng mô hình với tần số thời gian Tt=0.01ms và phương pháp ZOH Chương trình Matlab: >> Tt=100e-006; >> G=tf(1,[Tt 1])*1/Ra*tf(1,[Ta 1]) Transfer function: 4 --------------------------- 1.6e-006 s^2 + 0.0161 s + 1 >> Gz=c2d(G,0.01e-3,'zoh') Transfer function: 0.0001209 z + 0.0001169 ----------------------- z^2 - 1.904 z + 0.9043 Sampling time: 1e-005 Gz4=filt([0 0.0001209 0.0001169],[1 -1.904 0.9043],0.01e-3) Transfer function: 0.0001209 z^-1 + 0.0001169 z^-2 ------------------------------- 1 - 1.904 z^-1 + 0.9043 z^-2 Sampling time: 1e-005 9  Ta thu được hàm truyền của đối tượng dòng như sau: G i (z) = .  .   . .  1.Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp Dead-Beat với L(z -1 )=l 0 +l 1 .z -1 . -Từ G i (z) ở trên, ta có B(z -1 )=b 0 +b 1 .z -1 +b 2 .z -2 . A(z -1 )=a 0 +a 1 .z -1 +a 2 .z -2 . với b 0 =0 , b 1 =0.0001209, b 2 =0,0001169. a 0 =1, a 1 = -1.904 , a 2 =0.9043. -Theo phương pháp Dead-Beat ta tìm được : l 0 = 0 2 0 1 0 ( ) i i a a a b    =1448.1 ; l 1 = 1 2 0 1 0 ( ) i i a a a b     = 2757.1 Do đó : L(z -1 )=1448.1+2757.1z -1 -Từ đó ta xác định được bộ điều khiển G R (z -1 ) = 1 1 1 1 ( ). ( ) 1 ( ). ( ) L z A z L z B z      % Chương trình Matlab tìm bộ điều khiển: >>l0=1448.1;l1=2757.1; >>L=filt([l0 l1],[1],0.01e-3) Transfer function: 1448 + 2757 z^-1 Sampling time: 1e-005 >>Gr=L*A/(1-L*B) % Hàm truyền của bộ điều khiển Transfer function: 1448 - 3940 z^-2 + 2493 z^-3 ------------------------------------------------------ 1 - 0.1751 z^-1 - 0.5026 z^-2 - 0.3223 z^-3 >>Gk=L*B % Hàm truyền đạt của hệ kín. 10 Transfer function: 0.1751 z^-1 + 0.5026 z^-2 + 0.3223 z^-3 Sampling time: 1e-005 >>step(Gk) % Mô phỏng đặc tính của hệ kín khi có bộ điều khiển.  Ket qua mo phong: 2.Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp Dead-Beat với L(z -1 )=l 0 +l 1 .z -1 +l 2 .z -2 -Theo phương pháp Dead-Beat ta tìm được : l 0 =   (       ) . ∑     =2102.9 ; l 1 =   (       ) . ∑     = 4004; l 2 =   (       ) . ∑     = -1901.7 0 1 2 x 10 -4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Step Response Time (sec) Amplitude . - 1.9 04 z^-1 + 0.9 043 z^-2 Sampling time: 1e-005 >> Gr=Gw/[Gz4*(1-Gw)] % Hàm truyền đạt của bộ điều khiển 14 Transfer function: 0.6 - 0. 742 4 z^-1. ----------------------- z^2 - 1.9 04 z + 0.9 043 Sampling time: 1e-005 Gz4=filt([0 0.0001209 0.0001169],[1 -1.9 04 0.9 043 ],0.01e-3) Transfer function: 0.0001209