Chương 4 : MƠ HÌNH HĨA VÀ THIẾT BỘ ĐIỀUKHIỂN CHO MÁY BAY
4.2Thiết kế bộ điều khiển:
4. Mơ hình hóa và thiết kế bộ điều khiển cho máy bay:
4.2Thiết kế bộ điều khiển:
4.2.1 Vấn đề:
Mục tiêu điều khiển:
- Điều khiển vịng kín góc theta (θ), phi (φ). - Điều khiển vòng hở độ cao z của máy bay. Cơ cấu chấp hành:
- Hai động cơ cánh quạt chính. - Cánh quạt đi.
Kết quả của mơ hình hóa:
. ( + )−0,05. g = 0,05. ̈
̇ =0,601 −0,458 79,74 ̈ =0,0431
50,268
4.2.2 Điều khiển góc theta.
Phương tình vi phân trong miền thời gian:
̈ =0,0431 50,268
Hệ trên là một hệ phi tuyến. Để thiết kế bộ điều khiển cho hệ trên ta tương đương hệ phi tuyến bằng một hàm u(t).
( ) = 0,0431
2 50,268
Sau đó ta tiến hành thiết một bộ điều khiển trong đó sử dụng một vịng điều khiển trong (inner loop).
38 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
̈ =
Laplace hai vế ta được:
( ) ( )=
1
Mơ hình điều khiển: θin
Gc 1/s2
-
+ e u θout
Hình 25: Mơ hình điều khiển
Phương trình hàm truyền của hệ kín:
( ) = 1 +
39 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Đáp ứng hàm step:
Nhận xét: hệ không đáp ứng điều kiện pha: Thiết kế bộ điều khiển sớm pha:
- Yêu cầu điều khiển mong muốn: Độ vọt lố: POT < 30%
Thời gian quá độ: tqd < 0.5 Sai số (tiêu chuẩn 2%) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cặp cực mong muốn: , = −10.5 ± . 10.5 Sau khi thiết kế bộ điều khiển sớm pha khâu bù:
( ) = 526( + 6.2) + 36 Kết quả bộ điều khiển:
40 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Quỹ đạo nghiệm số:
41 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
Qua bộ điều khiển ta được tín hiệu điều khiển U(s) dựa vào sai số e. Laplace ngược ta được tín hiệu điều khiển u(t) như sau:
{ ( )} = ( )526( + 6.2) + 36 = 526. ( )− 29,8 + 36. ( ) = 526. ( )−? ? ? Suy ra: ( ) =???
Theo như giả thuyết ban đầu:
( ) = 0,0431
2 17,961
42 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
= 17,961
0,0431. ( )
Vận tốc này đạt được bằng cánh điều khiển vận tốc động cơ.
4.2.3 Điều khiển hệ góc xoay φ, vị trí z.
Góc xoay phi (φ) và vị trí cao độ z phụ thuộc vào vận tốc góc của hai cánh quạt trên và dưới.
Ta có:
̇ =0,601 −0,458 79,74
. ( + )−0,05. g = 0,05. ̈
Theo yêu cầu của đề tài điều khiển cân bằng góc theta, cao độ z điều khiển vịng hở. Điều khiển theo hệ SISO cho góc theta:
Đặt:
( ) =0,601 −0,458
79,74
Ta có:
̇ = ( )
Laplace để được hàm truyền trong miền tần số:
( ) ( )=
1
43 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
( ) = 21 + 10.4 + 21.5
Tương tự như điều khiển góc , ta Laplace ngược để ra tín hiệu điều khiển: ( ) = { ( )} = ( ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Suy ra:
0,601 −0,458
79,74 = ( )
Do đó để điều khiển góc xoay và cao độ z ta điều khiển vận tốc góc của hai động cơ cánh quạt thỏa hệ:
0,601 −0,458
79,74 = ( )
+ − = 0
Từ hệ trên ta tính được tốc độ của từng động cơ. Bài toán điều khiển quay về giải quyết điều khiển tốc độ hai động cơ cánh quạt chính.
44 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến