SLIDE CHƯƠNG 6 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG :THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Đặc tính trong miền thời gian Sai lệch xác lập Độ quá điều chỉnh Thời gian tăng (thời gian đáp ứng) Thời gian xác lập Đặc tính trong miền tần số Độ lợi biên độ Độ lợi pha Đặc tính bổ sung Độ bền vững Khả năng khử nhiễu

CHƯƠNG 6:

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

6.1 Giới thiệu 6.2 Bộ điều khiển PID 6.3 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số 6.4 Thiết kế trong miền tần số

G c (s)

Feedback compensation

Cấu trúc bộ điều khiển

6.1 GIỚI THIỆU (5)

Các bước thiết kế

1 Xác định các yêu cầu thiết kế

2 Chọn cấu trúc điều khiển và bộ điều khiển

3 Xác định các tham số bộ điều khiển

Bộ điều khiển càng

phức tạp

• Khó thiết kế

• Chi phí thiết kế tăng

• Độ tin cậy giảm

6.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(1)

6.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (2)

Ví dụ về thiết kế bộ điều khiển PID

6.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (3)

6.2.2 Tác dụng của bộ điều khiển PID

Khuếch đại sai lệch Kp

• Tăng tốc độ di chuyển đến giá trị đặt.

• Có thể gây quá điều chỉnh

• Giảm độ quá điều chỉnh

• Nhạy với nhiễu

6.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(4)

Bước 2: Chọn tham số PID như bảng

Controller type Parameters

P KP = 0.5KP0

PI KP = 0.45KP0

Ti = 0.83T0

6.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID(5)

6.2 PID CONTROLLER (6)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

6.2 PID CONTROLLER (10)

Ví dụ: Với hệ trong ví dụ trước, Tu = 0.20s; Tg = 1.1s; R = 5.5

0.5 1

6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM(1)

 Điểm không điểm cực và đáp ứng thời gian

 Các cực phức liên hợp dẫn đến đáp ứng thời gian có dao động ; các cực thực làm đáp ứng thời gian không có dao động

 Các điểm không trong hàm truyền đạt kín gây quá điều chỉnh ngay cả khi hệ không dao động

 Đáp ứng của hệ thống bị chi phối bởi các cực gần gốc trên mặt phẳng s

 Các cực trội càng xa về phía bên trái mặt phẳng s, hệ thống càng nhanh đáp ứng và dải tần sẽ rộng hơn

 Khi một điểm cực và điểm không rút gọn cho nhau, phần đáp ứng

hệ thống ứng với điểm cực sẽ có biên độ nhỏ.

6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM (2)

• Thêm điểm cực làm hệ thống giảm ổn định;

• Thêm điểm không làm hệ thống thêm ổn định;

• Đáp ứng có thể được đẩy nhanh bằng cách loại

bỏ điểm cực vòng hở

6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM(3)

Phương pháp chung

1 Chọn K = Ku ( độ lợi của hệ thống không điều khiển)

để cân bằng giữa trạng thái xác lập và các đặc tính

ổn định

6.3 ROOT LOCUS METHOD (4)

2 Chọn bộ điều khiển mà có thể cải thiện một số điểm

mong muốn của hệ thống chưa điều khiển

3 Với giá trị K đã chọn, chọn các tham số bộ điều khiển Gc

để cân bằng trạng thái xác lập và đặc tính ổn định

4 Với các tham số đã chọn, vẽ quỹ đạo nghiệm khi K thay

đổi, để xem đáp ứng thời gian có thể cải thiện không

5 Nếu đáp ứng thời gian không cải thiện để đạt mục đích

thiết kế, thì lặp lại bước 3 và 4

6.3 PHƯƠNG PHÁP QUỸ ĐẠO NGHIỆM SỐ (5)

6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ(1)

6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ(2)

6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ(3)

Example: PI controller

6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ (4)

Tính chất của bộ điều khiển PI:

• Gc(j)  =  = 20 log10KP Nếu KP <1: cải thiện tính ổn định của hệ thống.

• Góc pha Gc(j) < 0 -> Ảnh hưởng xấu đến tính ổn định Đặt tần số góc của bộ điều khiển  = Ki/Kp càng xa về phía trái của dải tần mong muốn -> không làm suy

giảm độ lợi pha của hệ thống

6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ (4)

Ví dụ: Bộ điều khiển PI

Các bước xác định tham số [Farid page 514]

• Phát họa đồ thị Bode của hàm truyền Gp.

• Xác định độ dự trữ pha mới yêu cầu => xác định tần số cắt biên độ mới ’g

• Xác định Kp từ phương trình

Kp= 10exp(-abs(G’p(j’g)/20)

• Xác định KI theo công thức sau

KI = KP* ’g/10

6.4 THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ (5)