THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ

THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ

Nhóm sinh viên thực hiện:

1.Lê Văn Tín SHSV:20072923 2.Nguyễn Kim Tần SHSV:20072534

3.Nguyễn Thanh Tùng SHSV:20073331 Lớp: TBĐ1-K52

Gz4 T=0.01ms Phương pháp trích mẫu: ZOH

Hà Nội , 28/4/2011

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ

Bài thực hành số 1 : Tìm mô hình gián đoạn của ĐCMC

Mô hình động cơ 1 chiều :

1 Tìm hàm truyền đạt của mô hình

2.Sử dụng lệnh trong MATLAB để tìm hàm truyền đạt trên miền ảnh z theo các phương pháp FOH, ZOH, TUSTIN

 Với chu kì trích mẫu 0,1ms:

>> Gz1=c2d(Gk,0.0001,'foh') % Phương pháp FOH

 Với chu kì trích mẫu 0,01ms:

>> Gz2=c2d(Gk,0.00001,'foh') % Phương pháp FOH

Transfer function:

8.442e-008 z^2 + 3.376e-007 z + 8.44e-008

-

z ^2 - 1.999 z + 0.9994

Sampling time: 1e-005

>> Gz4=c2d(Gk,0.00001,'zoh') % Phương pháp ZOH

Transfer function:

2.533e-007 z + 2.532e-007

-

z^2 - 1.999 z + 0.9994

Sampling time: 1e-005

>> Gz6=c2d(Gk,0.00001,'tustin') % Phương pháp TUSTIN

Sampling time: 1e-005

Ta thu được hàm truyền đạt trên miền ảnh z theo các phương pháp trên như sau:

 Với T=0,1ms

Ta thấy trong 1 chu kì trích mẫu phương pháp FOH và TUSTIN cho kết quả xấp

xỉ nhau, khác với phương pháp ZOH

+ Với T=0,01ms

- Dựa vào đồ thị ta thấy sự khác biệt rõ ràng hơn giữa 3 phương pháp

So với trường hợp T=0.1ms thì hệ dao động nhiều hơn do các điểm cực đã bị đẩy

ra xa hơn, gần với biên của đường tròn đơn vị

Bài thực hành số 2 : Tổng hợp vòng điều chỉnh dòng phần ứng (điều khiển mômen quay)

-Hàm truyền đạt của mô hình đối tượng ĐK dòng :

 Ta thu được hàm truyền của đối tượng dòng như sau:

Sampling time: 1e-005

>>Gr=L*A/(1-L*B) % Hàm truyền của bộ điều khiển

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

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Sampling time: 1e-005

>>Gr=L*A/(1-L*B) %Hàm truyền đạt của bộ điều khiển

Transfer function:

2103 - 7624 z^-2 + 7242 z^-3 - 1720 z^-4

-

1 - 0.2542 z^-1 - 0.7299 z^-2 - 0.2382 z^-3 + 0.2223 z^-4

Sampling time: 1e-005

>>Gk=L*B % Hàm truyền đạt của hệ kín khi có bộ điều khiển

Transfer function:

0.2542 z^-1 + 0.7299 z^-2 + 0.2382 z^-3 - 0.2223 z^-4

Sampling time: 1e-005

>>step(Gk) % Hàm mô phỏng đặc tính của hệ kín khi có bộ điều khiển

3.Thiết kế bộ điều chỉnh theo phương pháp cân bằng mô hình :

A ) Giả sử sau 2 bước, giá trị của đối tượng điều khiển sẽ đuổi kịp giá trị đặt của đại lượng chủ đạo, tức hàm truyền đạt vòng kín sẽ là :

Gw(z)=x1.z-1+x2.z-2 Với điều kiện x1+x2=1

+) Chọn GW(z)=0.6.z-1+0.4.z-2

Bộ điều khiển cần tìm :

x 10-40

Sampling time: 1e-005

>> Gr=Gw/[Gz4*(1-Gw)] % Hàm truyền đạt của bộ điều khiển

Transfer function:

0.6 - 0.7424 z^-1 - 0.219 z^-2 + 0.3617 z^-3

-

0.0001209 + 4.436e-005 z^-1 - 0.0001185 z^-2 - 4.676e-005 z^-3 Sampling time: 1e-005

Sampling time: 1e-005

B.Mô phỏng khảo sát đặc điểm vòng ĐC đã thiết kế :

Kết quả mô phỏng:

GR(z)=

) ( 1

) ( ) (

1

z G

z G z

G W

W

% Chương trình sử dụng Matlab tìm hàm truyền đạt của bộ điều khiển và kết quả mô phỏng

Sampling time: 1e-005

>> Gr=Gw/[Gz4*(1-Gw)] % Hàm truyền đạt của bộ điều khiển

Transfer function:

2 - 2.808 z^-1 - 2.095 z^-2 + 4.712 z^-3 - 1.809 z^-4

-

0.0001209 - 0.0001249 z^-1 - 0.0003547 z^-2 + 0.0001249 z^-3 + 0.0002338z^-4 Sampling time: 1e-005

>> step(Gw) % Hàm mô phỏng đặc tính của hệ khi có bộ điều khiển

Kết quả mô phỏng

x 10-40

0.5 1 1.5 2 2.5

+Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp Dead-Beat thì sai lệch tĩnh cũng trở về

0 nhưng ta không thể áp đặt quĩ đạo mong muốn

Bài thực hành số 3 : Tổng hợp vòng điều chỉnh tốc độ quay

-Theo phương pháp cân bằng mô hình ta có hàm truyền hệ kín của phần điều chỉnh dòng là : GiW(z)=0.6.z-1+0.4.z-2

-Do đó ta có hàm truyền đạt của đối tượng điều khiển vòng điều chỉnh tốc độ là :

1

Kết hợp với điều kiện ở trên ta chọn r1= –20

Vậy bộ điều khiển theo tiêu chuẩn tích phân bình phương :

1



 =

( )( )

-Đa thức đặc tính của hàm truyền chủ đạo :

N(z)=P(z).A(z)+R(z).B(z)

=(z-1).(z3+a1.z2)+(r0.z+r1).(b1.z2+b2z+b3)

N(z)=z4+(a1-1+b1.r0).z3+ (-a1+b1.r1+b2.r0).z2 +( b3.r0+b2.r1)z+ b3.r1

-Giả sử điểm cực của đối tượng chủ đạo là z1,z2,z3,Z4 thì ta có :

Vậy bộ điều khiển : GR(z)= . .

3.Mô phỏngkhảo sát với bộ điều khiển thu được :

a.Giá trị đặt động cơ thay đổi dưới dạng bước nhảy :

1)Trong phương pháp theo tiêu chuẩn tích phân bình phương : GR=.

Đặc tính thu được khi có bộ điều khiển:

Sai lệch điều chỉnh:

Nhận xét: Chất lượng của hệ đáp ứng tốt với yêu cầu đặt ra

2)Trong phương pháp gán điểm cực :

Công thức bộ điều khiển: GR(z)= . .

Đặc tính của hệ:

Sai lệch tĩnh:

Nhận xét:Với bộ điều khiển thiết kế ở trên ta thấy:

+) Độ quá điều chỉnh lớn,thời gian xác lập dài Chưa đáp ứng được yêu cầu đặt

ra

Cần hiệu chỉnh lại các tham số của bộ điều khiển để đạt được chất lượng động học tốt hơn:

Bộ điều khiển sau khi hiệu chỉnh: : GR(z)=

+) Sơ đồ Simulink mô phỏng với bộ điều khiển sau hiệu chỉnh:

Kết quả mô phỏng đặc tính của hệ:

Sai lệch tĩnh:

Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy độ quá điều chỉnh vẫn tương đối lớn(khoảng 30%), thời gian xác lập: 0.002s Để chất lượng động học tốt hơn ta nên chọn điểm cực nằm gần gốc tọa độ

b.Phụ tải thay đổi đột biến dưới dạng bước nhảy : (momen tải có dạng bước nhảy)

Với bộ điều khiển PI lập theo tiêu chuẩn tích phân bình phương :

GR=

+) Kết quả mô phỏng đặc tính của hệ

+)Sai lệch điều chỉnh:

Với bộ điều khiển theo phương pháp gán điểm cực :

Công thức bộ điều khiển: GR(z)=

+) Kết quả mô phỏng đặc tính của hệ khi có nhiễu tác động

+)Sai lệch tĩnh:

Nhận xét: Với cả 2 bộ điều khiển, khi có phụ tải thay đổi đột biến dưới dạng bước nhảy, chất lượng động học của hệ xấu hơn, sai lệch điều chỉnh lớn hơn, thời gian quá độ dài hơn

Bài thực hành số 4 : Tổng hợp bộ ĐC tốc độ quay trên KGTT

A.Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ quay theo 2 phương pháp:

 Phản hồi trạng thái sao cho đáp ứng có dạng PT1( điểm cực nhận giá trị thực dương trên miền z)

B Mô phỏng 2 bộ điều khiển phản hồi trạng thái

Với chu kỳ trích mẫu là: T=0.1s

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18

Step Response

Time (sec)

0 50 100 150 200 250

2 4 6 8 10 12 14 16 18

Step Response

Time (sec)