THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC

Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC Nội dung chương • • • • • • • Khái niệm Ảnh hưởng khâu hiệu chỉnh đến chất lượng hệ thống Thiết kế hệ thống dùng phương pháp QĐNS Thiết kế hệ thống dùng phương pháp biểu đồ Bode Thiết kế hệ thống dùng phương pháp phân bố cực Thiết kế điều khiển PID Khái niệm Khái niệm • Thiết kế tồn q trình bổ sung thiết bị phần cứng thuật toán phần mềm vào hệ cho trước để hệ thỏa mãn yêu cầu tính ổn định, độ xác, đáp ứng độ,… Hiệu chỉnh nối tiếp • Bộ điều khiển nối tiếp với hàm truyền hệ hở • Các điều khiển: sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, P, PD, PI, PID,… • Phương pháp thiết kế: QĐNS, biểu đồ Bode Điều khiển hồi tiếp trạng thái • Tất trạng thái hệ thống phản hồi trở ngõ vào • Bộ điều khiển: • Phương pháp thiết kế: phân bố cực, LQR,… Ảnh hưởng khâu hiệu chỉnh đến chất lượng hệ thống Ảnh hưởng cực • Khi thêm cực có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở QĐNS hệ kín có xu hướng tiến phía trục ảo, hệ thống ổn định hơn, độ dự trữ biên độ dự trữ pha giảm, độ vọt lố tăng Ảnh hưởng zero • Khi thêm zero có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở QĐNS hệ kín có xu hướng tiến xa trục ảo, hệ thống ổn định hơn, độ dự trữ biên độ dự trữ pha tăng, độ vọt lố giảm 10 Ảnh hưởng khâu hiệu chỉnh sớm pha • Hàm truyền: • Đặc tính tần số: • Chú ý giá trị biểu đồ Bode • Khâu sớm pha cải thiện đáp ứng độ (POT, tqđ, ) 11 Phương pháp Zeigler − Nichols Trường hợp Bộ điều khiển PID: 66 Phương pháp Zeigler − Nichols Trường hợp Thí dụ: Hãy thiết kế điều khiển PID điều khiển nhiệt độ lị sấy, biết đặc tính độ lò sấy thu từ thực nghiệm có dạng sau: 67 Phương pháp Zeigler − Nichols Trường hợp Xác định thông số điều khiển PID dựa vào đáp ứng hệ kín biên giới ổn định 68 Phương pháp Zeigler − Nichols Trường hợp Bộ điều khiển PID: 69 Phương pháp Zeigler − Nichols Trường hợp Thí dụ: Hãy thiết kế điều khiển PID điều khiển vị trí góc quay động DC, biết sử dụng điều khiển tỉ lệ thực nghiệm ta xác định K=20 vị trí góc quay động trạng thái xác lập dao động với chu kỳ T= sec Theo kiện đề Theo pp Zeigler – Nichols: 70 Phương pháp giải tích thiết kế điều khiển PID Thí dụ: Hãy xác định thông số điều khiển PID cho hệ thống thỏa mãn yêu cầu: − Hệ có cặp nghiệm phức với − Hệ số vận tốc KV = 100 Giải: Hàm truyền điều khiển PID cần thiết kế: 71 Phương pháp giải tích thiết kế điều khiển PID • Hệ số vận tốc hệ sau hiệu chỉnh: => => • Theo yêu cầu đề => • Phương trình đặc trưng hệ sau hiệu chỉnh: => (1) 72 Phương pháp giải tích thiết kế điều khiển PID • Phương trình đặc trưng mong muốn có dạng: => => (2) • Cân hệ số hai phương trình (1) (2), suy ra: => Kết luận 73 Thiết kế điều khiển hồi tiếp trạng thái dùng phương pháp phân bố cực 74 Điều khiển hồi tiếp trạng thái • Đối tượng: Bộ điều khiển: • Phương trình trạng thái mơ tả hệ thống kín: u cầu: Tính K để hệ kín thỏa mãn chất lượng mong muốn 75 Tính điều khiển Đối tượng: • Ma trận điều khiển được: • Điều kiện cần đủ để hệ thống điều khiển là: 76 Phương pháp phân bố cực Nếu hệ thống điều khiển được, tính K để hệ kín có cực vị trí • Bước 1: Viết phương trình đặc trưng hệ thống kín det[sI − A + BK ] = • Bước 2: Viết phương trình đặc trưng mong muốn (1) (2) cực mong muốn • Bước 3: Cân hệ số hai phương trình đặc trưng (1) (2) tìm vector hồi tiếp trạng thái K 77 Phương pháp phân bố cực Thí dụ: Cho đối tượng mơ tả phương trình trạng thái: Hãy xác định luật điều khiển u(t ) = r (t ) − Kx(t ) cho hệ thống kín có cặp cực phức với −20 cực thứ ba cực thực 78 Phương pháp phân bố cực • Phương trình đặc trưng hệ thống kín => (1) • Phương trình đặc trưng mong muốn (2) 79 Phương pháp phân bố cực • Cân hệ số hai phương trình (1) (2), suy ra: • Giải hệ phương trình trên, ta được: => Kết luận 80