Báo cáo điều khiển số ứng dụng - ĐHBK

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

1 1 iều khiển số ứng dụng TS. Nguyễn Thanh Sơn 2 1. Giới thiệu Các hệ thống điều khiển số hay còn gọi là các hệ thống điều khiển dữ liệu lấy mẫu làm việc với các tín hiệu rời rạc theo thời gian.Các hệ thống điều khiển này khác với các hệ thống điều khiển tơng tự trong đó các tín hiệu là liên tục theo thời gian. Một máy tính số sau khi đợc lập trình có thể đợc sử dụng nh một bộ điều khiển số. Khái niệm máy tính số đợc bao hàm các thiết bị tính toán đợc xây dựng từ các hệ vi điều khiển công nghiệp hay máy tính các nhân (Personal Computer/PC). 2 3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số 4 2. Các hệ thống điều khiển số và phép biến đổi z 2.1 Quy trình lấy mẫu và giữ mẫu Một bộ lấy mẫu có thể xem nh là một công tắc đợc đóng lại sau mỗi chu kỳ là T 3 5 Một quá trình lấy mẫu lý tởng có thể xem nh là tích của một chuỗi xung delta hay còn gọi là xung đơn vị nhân với một tín hiệu tơng tự: ( ) ( ) ( ) * r t P t r t= ( ) P t đợc gọi là xung delta hay là xung đơn vị 6 Tín hiệu tơng tự r(t) ( ) ( ) ( ) * r t P t r t= 4 7  Xung delta ®−îc biÓu diÔn nh− sau: ( ) ( ) n P t t nT δ ∞ =−∞ = − ∑ ( ) ( ) ( ) * n r t r t t nT δ ∞ =−∞ = − ∑ Do ®ã ta cã 8 hoÆc ( ) ( ) ( ) * n r t r nT t nT δ ∞ =−∞ = − ∑ Khi 0t < ta cã ( ) 0r t = nªn: ( ) ( ) ( ) * 0n r t r nT t nT δ ∞ = = − ∑ 5 9 ( ) ( ) ( ) * 0n r t r nT t nT δ ∞ = = − ∑ BiÕn ®æi Laplace ta cã: ( ) ( ) * 0 pnT n R p r nT e ∞ − = = ∑ 10  Mét hÖ thèng lÊy mÉu vµ gi÷ mÉu cã thÓ xem nh− lµ mét sù kÕt hîp cña bé lÊy mÉu vµ mét m¹ch gi÷ bËc kh«ng (zero-order hold/ZOH) 6 11 Đáp ứng xung G(t) của một giữ bậc không: ( ) ( ) ( ) G t H t H t T= Trong đó H(t) là hàm bớc nhảy và H(t-T) là hàm bớc nhảy chậm sau một khoảng T giây 12 ( ) ( ) ( ) G t H t H t T= ( ) 1 1 Tp Tp e e G p p p p = = Biến đổi Laplace 7 13 Một bộ lấy mẫu và giữ bậc không có thể bám hay thể hiện gần trung thực tín hiệu tơng tự đầu vào nếu thời gian lấy mẫu T đủ nhỏ 14 2.2 Biến đổi z Toán tử z đợc định nghĩa nh sau: pT z e= Biến đổi z của hàm r(t) ký hiệu là Z[r(t)] = R(z) ( ) ( ) 0 n n R z r nT z = = 8 15 ( ) ( ) 0 n n R z r nT z = = Khai triển thành 1 chuỗi ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 3 0 2 3 .R z r r T z r T z r T z = + + + + 16 Biến đổi z của hàm đơn vị: 9 17  BiÕn ®æi z cña hµm dèc (ramp): 18 BiÕn ®æi z cña hµm mò: 10 19 BiÕn ®æi z cña hµm mò tæng qu¸t: 20  C¸c ph−¬ng ph¸p t×m biÕn ®æi z a)T×m biÕn ®æi z qua b¶ng biÕn ®æi z b)T×m biÕn ®æi z qua biÕn ®æi Laplace . điều khiển số 1-Tiêu chuẩn Jury 2-Tiêu chuẩn Routh-Hurwitz 3-Quỹ tích gốc (Root Locus) 14 27 3. Các bộ điều khiển số Quy trình thiết kế các bộ điều khiển. lệ-tích phân-vi phân (PID controller) Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-vi phân (PID) còn đợc gọi là bộ điều khiển ba thành phần. Bộ điều khiển này đợc sử dụng phổ