Báo cáo thí nghiệm điều khiển số

Báo cáo thí nghiệm điều khiển số

Bài 1: Tìm mô hình gián đoạn của ĐCMC

Sơ đồ cấu trúc của ĐCMC kích từ độc lập

Các tham số của động cơ:

Hàm truyền đạt của đối tượng dòng phần ứng:

Câu 1: Tìm mô hình gián đoạn của Gi(s) bằng phép biến đổi z

Với = 0.1ms →

= 0.01ms →

Hàm truyền trên miền Z:

-1.6e-006 s^2 + 0.0161 s + 1

>> step(Gi)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

z^2 - 1.362 z + 0.3656

>> Giz5 = c2d(Gi,T1,'tustin')

Transfer function:

0.004154 z^2 + 0.008307 z + 0.004154 - z^2 - 1.327 z + 0.3313

z^2 - 1.904 z + 0.9043

>>Giz8 = c2d(Gi,T2,'tustin')

Transfer function:

5.951e-005 z^2 + 0.000119 z + 5.951e-005 -

z^2 - 1.904 z + 0.9042

Câu 3: Mô phỏng và khảo sát các MHGĐ thu được ở câu 1 & câu 2

Nhập bằng tay Giz1 và Giz2:

>> Giz1 = tf([0.009176376 0.006577356],[1 -1.361648932 0.365587365],0.1e-3)Transfer function:

0.009176 z + 0.006577

-z^2 - 1.362 z + 0.3656

>> Giz2 = tf([0.00012091 0.000116922],[1 -1.904212613 0.904272071],0.01e-3)Transfer function:

Phóng to đồ thị đáp ứng:

0.0167 0.0168 0.0168 0.0169 0.0169 0.017 0.017 0.017 2.592

2.594 2.596 2.598 2.6 2.602 2.604

Nhận xét:

- Khi T = 0.01ms, kết quả mô phỏng đồ thị của 3 phương pháp ZOH, FOH,TUSTIN đều bám sát nhau và gần sát với kết quả biến đổi bằng tính tay

Hệ có thời gian quá độ rất lớn so với Ttm

- Khi T = 0.1ms, có sự khác biệt khá lớn giữa đồ thị áp ứng của các

phương pháp

Câu 4: Xây dựng mô hình trạng thái của ĐCMC

Hàm truyền đạt của động cơ 1 chiều có dạng:

Nhận xét: Với chu kỳ trích mẫu 0.1s, đáp ứng bước nhảy gần như bỏ qua quá trình

quá độ Còn với chu kỳ trích mẫu 0.01s, đáp ứng đã bám gần giống với đáp ứng của hệ liên tục

Bài 2: Tổng hợp vòng điều chỉnh dòng phần ứng (điều khiển momen

quay)

Đối tượng Giz4 (tính theo phương pháp FOH, Ttm1 = 0.1e-3(s))

Thiết kế bộ điều khiển dòng theo phương pháp Dead-Beat, Lz1 và Lz2

1. Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp Dead-Beat bậc 1

-Sampling time: 0.0001

>> Gz4=filt([b0 b1 b2],[a0 a1 a2],0.1e-3)

Transfer function:

0.003298 + 0.01046 z^-1 + 0.001998 z^-2 -

1 - 1.362 z^-1 + 0.3656 z^-2

>> Gk1=(Gri*Gz4)/(1+Gri*Gz4)

Transfer function:

0.08077 + 0.1106 z^-1 - 0.4938 z^-2

- 0.0547 z^-3 + 0.7352 z^-4

- 0.289 z^-5 - 0.1604 z^-6

+ 0.05889 z^-7 + 0.01642 z^-8

1 - 1.362 z^-1 + 0.3656 z^-2 + 1.388e-017 z^-4 + 3.469e-018 z^-5

>>step(Gk1)

>>hold on

Ta được:

x 10-30

Mô phỏng với Simulink:

Kết quả:

0.9457 - 2.822 z^-1 + 2.768 z^-2 - 0.9309 z^-3 + 0.2426 z^-4 - 0.3321 z^-5 + 0.1269 z^-6 + 0.008528 z^-7 - 0.006555 z^-8 - 7.606e-019 z^-9 + 1.914e-018 z^-

Kết quả:

Nhận xét: Đầu ra đạt ổn định sau 4 chu kỳ trích mẫu.

Bài 3: Tổng hợp vòng điều chỉnh tốc độ quay

1. Xác định hàm truyền đạt trên miền ảnh z của đối tượng

Đối tượng tốc độ ở bài này được tính bằng :

Chuyển sang miền ảnh với số mũ âm, Ttm1=0.1e-3(s)

Dùng matlab :

>> Gn = tf(20.27,[0.0002 1 0])

2. Tổng hợp bộ điều chỉnh PI theo phương pháp gán điểm cực

Viết lại hàm truyền đạt đối tượng:

Đa thức đặc tính của hàm truyền chủ đạo:

Giả sử điểm cực của đối tượng chủ đạo là thì ta có:

Chọn z1=0.8, z2=0.85

Cân bằng hệ số ta tính được: r0 = 594.12

r1 = -487.11

z3 = 0.63

Vậy bộ điều khiển:

Sơ đồ mô phỏng simulink

Sơ đồ Simulink kiểm tra sai lệch

Nhận xét: Bình phương sai lệch tiến về 0

Sơ đồ Simulink với tác động của nhiễu đầu vào

Nhận xét: Mặc dù có tác động của nhiễu đầu vào nhưng bộ điều khiển vẫn đưa

r r z z

Sử dụng Optimization toolbox của Matlab:

Ta có mô hình hàm truyền của đối tượng được tính theo phương pháp gián đoạn hóa từ mục 1 như sau:

Nhận xét: độ quá điều chỉnh nhỏ, thời gian xác lập ngắn.

Sơ đồ Simulink với tác động của nhiễu đầu ra:

Nhận xét: Mặc dù có tác động của nhiễu đầu ra nhưng bộ điều khiển vẫn đưa hệ

thống về giá trị cân bằng

Sơ đồ Simulink kiểm tra sai lệch:

Nhận xét: Bình phương sai lệch tiến về 0

Bài 4: Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ quay cho ĐCMC

Mô hình trạng thái của đối tượng :

Theo câu 4 bài 1 :

Tất cả các đối tượng đều điều khiển được và quan sát được.

2 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ quay theo pp phản hồi trạng thái để đáp ứng

có dạng PT1 :

Phản hồi trạng thái sao cho đáp ứng dạng PT1 :

Thực hiện trên matlab :

*Nhận xét: Ở cả hai trường hợp với Ttm3 = 0.1s và Ttm4=0.01s thì ta thấy.

- Theo phương pháp phản hồi trạng thái sao cho đáp ứng có dạng PT1 thì sau nhiềuchu kỳ trích mẫu, đầu ra mới xác lập

- Theo phương pháp đáp ứng hữu hạn thì sau 2 chu kỳ trích mẫu đầu ra đạt giá trị xác lập do 2 điểm cực được gán đều nằm ở gốc tọa độ