. dyT y k
Chương 5 Thiết kế hệ thống ĐKTĐ…
5.1 Giới thiệu chung
• Thiết kếmột hệthống điều khiển tuyến tính có thểđược thực hiện trong miền thời gian hoặc trong miền tần số. Ví dụ, khi đầu vào có dạng bậc thang, xung Diract hoặc là đường parabol và cần xác định độchính xác thì ta tiến hành phân tích hệ thống trong miền thời gian. Khi xét các chỉ tiêu nhưđộquá điều chỉnh cực đại, thời gian đáp ứng, thời gian quá độthì việc phân tích hệtrong miền thời gian đem lại hiệu quảrõ rệt. Trong miền tần số, ta thường xét đồthịBode, toạđộcác điểm cực, đồ thi biên độ- pha và biểu đồ Nichols. Đối với hệbậc hai, ta có thểdễdàng xác định mối quan hệgiữa các đặc điểm trong miền thời gian và trong miền tần số nhưng với các hệthống có bậc cao hơn, việc này rất khó thực hiện.
• Hầu hết các phương pháp thiết kếmột hệthống điều khiển thông thường đều có cấu hình “cứng”. Nhiệm vụ ởđây là phải chọn bộđiều khiển có cấu trúc như thếnào? Bộđiều khiển là cơ cấu có cấu trúc nhất định và thông sốcó thể thay đổi trong phạm vi nhất định. Khác với bộđiều khiển, khâu điều khiển được lắp ráp với thông sốcốđịnh, sau đó tính toán đối với một đối tượng cụthể. Chức năng của bộđiều khiển và khâu điều khiển là như nhau. Có thểmắc cả khâu điều khiển và bộđiều khiển trong cùng một hệthống đểnâng cao chất lượng.
12/31/2009 Vũ Anh Đào - PTIT 1
• Theo chức năng, bộđiều khiển được phân thành các loại là bộđiều khiển tỉlệ(P - Proportional), bộđiều khiển tích phân (I – Integration), bộđiều khiển tỉlệ- tích phân (PI), bộđiều khiển tỉlệ- vi phân (PD - Proportional Derivative) và bộđiều khiển tỉlệvi tích phân (PID). • Vịtrí của bộđiều khiển trong một hệthống điều khiển tương đối linh hoạt. Hình 5.1 biểu diễn một sốcấu hình hệthống thường được sửdụng
Chương 5. Thiết kế hệ thống ĐKTĐ…
Hình 5.1. Cấu hình hệ thống điều khiển tự động
C O u e x y u e x y a. C O u e x y b. C A B u y e x c. C2 O u e x y C1 d. C2 O y e x C1 u e. C2 O y e x C1 u f.
• Hệthống trên hình 5.1 a, b, c chỉyêu cầu một bộđiều khiển, thậm chí nó dùng được cho hệthống có nhiều hơn một tham số thay đổi. Nhược điểm của các hệ thống này là nó giới hạn các chỉtiêu kỹthuật yêu cầu.
• Bộđiều khiển thường sửdụng trong các hình 5.1 d, e, f là PID vì nó xửlý tín hiệu vào theo ba thành phần là tỉlệ, vi phân và tích phân. Do các tín hiệu này rất dễnhận ra và phân biệt trong miền thời gian nên bộđiều khiển PID được sửdụng đểphân tích hệthống trong miền thời gian.
• Sau khi đã chọn được cấu hình cho bộđiều khiển, người điều khiển lại phải chọn cách điều khiển cho phù hợp với đối tượng nhằm thoảmãn các chỉtiêu kỹthuật đã đặt ra.
• Tiếp theo là chọn thông sốcho bộđiều khiển. Các thông sốnày thường là một hoặc nhiều thông sốcủa hàm truyền đạt của bộđiều khiển. Cách thông thường là sửdụng công cụphân tích đã giới thiệu ởcác chương trước đểxác định sự ảnh hưởng của từng tham sốriêng rẽlên hệthống. Dựa vào thông tin này mà các tham sốđược chọn nhằm thoảmãn các yêu cầu đặt ra
• Khithiết kếphải vạch ra được các điểm chính hay tìm được luật thiết kế. Trong miền thời gian thì sửdụng phương pháp biến đổi Laplace (mặt phẳng p) còn trong miền tần sốthì sửdụng đồthị biên độ- pha.
12/31/2009 Vũ Anh Đào - PTIT 3
Chương 5. Thiết kế hệ thống ĐKTĐ…
5.2 Các phương pháp nâng cao chất lượng hệthống
• Khi đã xác định được tham sốtối ưu của thiết bịđiều khiển mà vẫn không đáp ứng được chất lượng của quá trình điều khiển thì ta phải tìm các biện pháp khác đểnâng cao chất lượng, đó là thay đổi cấu trúc của hệthống điều khiển tựđộng.
5.2.1 Phương pháp bù tác động nhiễu
• Trong hệthống điều khiển tựđộng thường có nhiễu tác động làm ảnh hưởng chất lượng của quá trình điều khiển. Nếu các nhiễu này đo được thì có thểsửdụng nguyên lý bất biến bù tác động nhiễu đểnâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống. Nếu có một nhiễu nào đó tác động lên hệthống nhưng cảtín hiệu ra và sai lệch đều không đổi thì hệthống bất biến với tác động của nhiễu đó. Như vậy, nếu chúng ta xây dựng được hệthống bất biến với nhiễu tác động thường xuyên thì chất lượng của quá trình điều khiển được nâng cao rất nhiều. Nhiễu của hệthống được chia ra làm hai loại là nhiễu phụtải và nhiễu đặt trước.
5.2.1.1 Bù nhiễu phụtải
• Hệthống điều khiển tựđộng chịu tác động của nhiễu phụtải z(t). Yêu cầu đặt ra là phải xây dựng lại hệthống sao cho nó bất biến với tác động đó. Muốn vậy, trong hệ thống phải ghép thêm phần tửbù với hàm truyền đạt Wb(p) như hình 5.2.
• Đểy(t)bất biến với nhiễu z(t), nghĩa là khi cóz(t)tác động thìy(t)vẫn cốđịnh thì cấu trúc của hệthống phải thỏa mãn điều kiện:
• Vậy, hàm truyền đạt của phần tửbù phải được xây dựng theo công thức:
12/31/2009 Vũ Anh Đào - PTIT 5
Chương 5. Thiết kế hệ thống ĐKTĐ…( ) ( ) ( ). 1 . 2 3( ) 0