Lý thuyết điều khiển tự động - Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục - ĐH BK TP HCM
Trang 1LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Giảng viên: TS Huỳnh Thái Hoàng Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TP.HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn
Môn học
Trang 2THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN LIEÂN TUÏC
Chöông 5
Trang 3ỉ Khái niệm
ỉ Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống
ỉ Thiết kế hệ thống dùng phương pháp QĐNS
ỉ Thiết kế hệ thống dùng phương pháp biểu đồ Bode
ỉ Thiết kế hệ thống dùng phương pháp phân bố cực
ỉ Thiết kế bộ điều khiển PID
Nội dung chương 5
Trang 4Khái niệm
Trang 5ỉ Thiết kế là toàn bộ quá trình bổ sung các thiết bị phần cứngcũng như thuật toán phần mềm vào hệ cho trước để được hệ mới thỏa mãn yêu cầu về tính ổn định, độ chính xác, đáp ứng quá độ,…
Khái niệm
Trang 6ỉ Bộ điều khiển nối tiếp với hàm truyền của hệ hở
Hiệu chỉnh nối tiếp
R (s)
G (s) +
Trang 7Điều khiển hồi tiếp trạng thái
ỉ Tất cả các trạng thái của hệ thống được phản hồi trở về ngõ vào
( )
Trang 8Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống
Trang 9ỉ Khi thêm 1 cực có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến về phía trục ảo, hệ thống sẽ kém ổn định hơn, độ dự trữ biên và độ dự trữ pha giảm, độ vọt lố tăng
Ảnh hưởng của cực
Trang 10ỉ Khi thêm 1 zero có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến xa trục ảo, do đó hệ thống sẽ ổn định hơn, độ dự trữ biên và độ dự trữ pha tăng, độ vọt lố giảm
Ảnh hưởng của zero
Trang 11Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm pha
ỉ Đặc tính tần số:
ω
ω
αω
Tj
Tj K
−
= −
1
1 sin 1
αϕ
L
ỉ Chú ý các giá trị trên biểu đồ Bode
) 1 (
1
1 )
s
G C C
ỉ Hàm truyền:
Trang 12Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh trể pha
ỉ Đặc tính tần số:
ω
ω
αω
Tj
Tj K
−
= −
1
1 sin 1
αϕ
ỉ Chú ý các giá trị trên biểu đồ Bode
ỉ Khâu trể pha làm giảm sai
số xác lập
) 1 (
1
1 )
s
G C C
ỉ Hàm truyền:
Trang 13Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm trể pha
) 1 ,
1 (
1
1 1
1 )
2
2 2 1
+
s T
s T s
T
s
T K
Trang 14Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tỉ lệ (P)
ỉ Hệ số tỉ lệ càng lớn sai số xác lập càng nhỏ
của hệ thống hiệu
chỉnh nối tiếp dùng
bộ điều khiển tỉ lệ
với hàm truyền đối
tượng là:
)3)(
2(
10)
(
++
=
s s
s
G
Trang 15Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD)
ỉ Biểu đồ Bode
ỉ Hàm truyền:
)1
()
(s K K s K T s
ỉ Khâu hiệu chỉnh PD là một
trường hợp riêng của khâu hiệu
chỉnh sớm pha, trong đó độ
lệch pha cực đại giữa tín hiệu
ra và tín hiệu vào là ϕmax=90 0 ,
tương ứng với tần số ωmax=+∞
ỉ Khâu hiệu chỉnh PD làm nhanh
đáp ứng của hệ thống, tuy
Trang 16Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD)
ỉ Chú ý: Thời hằng vi phân càng lớn đáp ứng càng nhanh
Trang 17Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)
ỉ Hàm truyền:
)
11
()
(
s T
K s
K K
s
G
I P
I P
ỉ Khâu hiệu chỉnh PI là một
trường hợp riêng của khâu hiệu
chỉnh trể pha, trong đó độ lệch
pha cực tiểu giữa tín hiệu ra và
tín hiệu vào là ϕmin=−90 0 ,
tương ứng với tần số ωmin=0
ỉ Khâu hiệu chỉnh PI làm tăng
bậc vô sai của hệ thống, tuy
ỉ Biểu đồ Bode
Trang 18Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)
ỉ Chú ý: Thời hằng tích phân càng nhỏ độ vọt lố càng cao
Trang 19Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID)
ỉ Biểu đồ Bode:
ỉ Khâu hiệu chỉnh PID:
Ø làm nhanh đáp ứng
K K
( )
s T
K s
K s
=
⇔
Trang 20So sánh các khâu hiệu chỉnh PD PI PID
Trang 21Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số
Trang 22Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS
trên QĐNS của hệ thống sau khi hiệu chỉnh bằng công thức:
* 2 , 1
−
i
i n
* 1
0
*
)arg(
)arg(
180 góc từ các cực của G s đến cực s
cáctừ
góc
)1(
)
/1(
)/
1
()
T
s K s
Thời
POTlố
Trang 23Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt)
Vẽ 2 nữa đường thẳng bất kỳ xuất phát từ cực quyết định sao cho 2 nữa đường thẳng này tạo với nhau một góc bằng φ* Giao điểm của hai nữa đường thẳng này với trục thực là vị trí cực và zero của khâu hiệu chỉnh
Có hai cách vẽ thường dùng:
Ø PP đường phân giác (để cực và zero của khâu H/C gần nhau)
Ø PP triệt tiêu nghiệm (để hạ bậc của hệ thống)
* 1
s
1)
()
Trang 24Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS
ỉ Yêu cầu: thiết kế khâu hiệu chỉnh G C (s) để đáp ứng quá độ của hệ thống sau khi hiệu chỉnh thỏa: POT<20%; tqđ < 0,5 sec (tiêu chuẩn 2%)
50+
s s
)1(
)
/1(
)/
1
()
T
s K s
ỉ Vì yêu cầu thiết kế cải thiện đáp ứng quá độ nên khâu hiệu chỉnh cần thiết kế là khâu sớm pha
Trang 25Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 1: Xác định cặp cực quyết định
2
0 1
⇒ ξ
707,
=
n
ωChọn
2 2
* 2 ,
1 = − ± j 1 − = − 0 , 707 × 15 ± j15 1 − 0 , 707
s ξωn ωn ξCặp cực quyết định là:
Trang 26Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 2: Xác định góc pha cần bù
5 , 10 arctan
5 , 10
5 , 10 arctan
1800
) 6 , 117 135
=φCách 1:
1800 1 2
) 6 , 117 135
=
φ
Trang 27Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 3: Xác định cực và zero của khâu sớm pha
(pp đường phân giác)
s *
β1
O
P x
2
ˆ sin
2 2
ˆ sin
x P O OP
2 2
ˆ sin
2 2
ˆ sin
x P O OP
OC
Trang 28Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 4: Xác định hệ số khuếch đại
1)
()( =s* =
s
C s G s G
1)
55
,105
,10)(
5,105
,10(
50
285
,105
,10
85
,105
,10
=+
+
−+
−+
+
−
++
−
⇔
j j
j
j
K C
185
,1115
41,20
5079
,10
=
⇔ K C
28
87
,6)
G C
Trang 29QĐNS của hệ thống sau khi hiệu chỉnh sớm pha
Trang 30Đáp ứng của hệ thống sau khi hiệu chỉnh sớm pha
Đáp ứng của hệ thống
Trang 31Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng QĐNS
)1(
)
/1(
)/
1
()
T
s K s
Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế
ỉ Bước 1: Xác định β từ yêu cầu về sai số xác lập
1 =
Trang 32Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng QĐNS
ỉ Yêu cầu: thiết kế khâu hiệu chỉnh G C (s) sao cho hệ thống sau khi hiệu chỉnh có sai số đối với tín hiệu vào là hàm dốc là 0,02 và đáp ứng quá độ thay đổi không đáng kể
3(
10
++ s s
s
)1(
)
/1(
)/
1
()
T
s K s
ỉ Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế là khâu trể pha:
Trang 33Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 1: Xác định β
83
0)
4)(
3(
10lim
)(
lim
0
++
V
Hệ số vận tốc trước khi hiệu chỉnh:
5002
,0
Hệ số vận tốc mong muốn:
50
83.0
Trang 34Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 2: Chọn zero của khâu trể pha
Cực của hệ thống trước khi hiệu chỉnh là nghiệm của phương trình:
0)
(
)4)(
3(
101
++
+
⇔
s s
3
2 , 1
s
j s
⇒ Cực quyết định của hệ thống trước khi hiệu chỉnh là: s1,2 = 1 − ± j
017,
0(
11
0
1,
0)
s
Trang 35Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 4: Xác định hệ số khuếch đại
1)
()( =s* =
s
C s G s G
1)
4)(
3(
10
0017,
0
1,
0
*
=+
++
s s
s K
1)
41
)(
31
)(
1(
10
)0017,
01
(
)1,01
(
++
−+
+
−+
−+
+
−
++
−
⇒
j j
j j
j
K C
10042
s1*,2 = 1,2 = −1±
Để đáp ứng quá độ không thay đổi đáng kể:
+
Trang 36QĐNS của hệ thống sau khi hiệu chỉnh trể pha
QĐNS trước khi hiệu chỉnh QĐNS sau khi hiệu chỉnh
Trang 37Đáp ứng của hệ thống sau khi hiệu chỉnh trể pha
Trang 38Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS
)()
()
(s G 1 s G 2 s
Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế
đáp ứng quá độ
ỉ Bước 2: Đặt G1(s)= G (s) G C1(s)
Thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha G C2(s) mắc nối tiếp vào G1(s)
để thỏa mãn yêu cầu về sai số xác lập mà không thay đổi đáng kể đáp ứng quá độ của hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh sớm pha
Trang 39Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS
ỉ Yêu cầu: thiết kế khâu hiệu chỉnh G C (s) sao cho hệ thống sau khi hiệu chỉnh có cặp cực phức với ξ = 0.5, ωn =5 (rad/sec) và hệ số vận tốc K V =80
4+
s s
ỉ Vì yêu cầu thiết kế cải thiện đáp ứng quá độ và sai số xác lập nên khâu hiệu chỉnh cần thiết kế là khâu sớm trể pha:
Trang 40Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 1: Thiết kế khâu sớm pha G C1(s)
2 2
* 2 ,
1 = − ± j 1 − = − 0 , 5 × 5 ± j5 1 − 0 , 5
s ξωn ωn ξ
33 , 4 5
, 2
* 2 ,
s = − ±Cặp cực quyết định:
Góc pha cần bù:
)(
1800 1 2
φ = − + +
)115120
Trang 41Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS (tt)
Chọn zero của khâu sớm pha triệt tiêu cực tại –0.5 của G (s):
φ*
A B
–1/αT1
–1/T1
5,01
1
=+
= OA AB T
5,0+
s
5
4 60
sin
55
sin 76
4 sin
ˆ sin
A PA
AB
5 , 0
=
OA
Trang 42Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS (tt)
Tính K C1: 1( ) ( ) =s* =1
s
C s G s G
1)
5,0(
4
5
5,0
33 , 4 5 , 2
++
s K
25,6
1 =
C
K
)5(
25)
()()
025
,6)
G C
⇒
Trang 43Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS (tt)
ỉ Bước 2: Thiết kế khâu trể pha G C2(s)
2
2 2
1)
(
T s
T
s K
5(
25lim
)(
Trang 44Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS (tt)
− Xác định zero của khâu trể pha thỏa điều kiện:
5,2)
33,45
,2Re(
)Re(
2
=+
−
=
<< s j T
β
16,01
.(
16
1
1.1
2 2
2
=
T
⇒
Trang 45Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trể pha dùng QĐNS (tt)
++
)01,0(
)16,0
(01,1)
G C
Hàm truyền khâu trể pha:
− Tính K C2 dựa vào điều kiện biên độ:
01.1
2 =
C
K
1)
()
s
C s G s G
101
,033
,45
,2
16,033
,45
,
2
++
−
++
Trang 46Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
dùng phương pháp biểu đồ Bode
Trang 47Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode
)1(
1
1)
s
Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế
ỉ Bước 1: Xác định K C để thỏa mãn yêu cầu về sai số xác lập
P P
C K K
K = * / hoặc K C = K V* / K V hoặc K C = K a* / K a
ỉ Bước 2: Đặt G1(s)=K C G(s).Vẽ biểu đồ Bode của G1(s)
ỉ Bước 3: Xác định tần số cắt biên của G1(s) từ điều kiện:
0)
Trang 48Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode
ỉ Bước 7: Xác định tần số cắt mới (tần số cắt của hệ sau khi hiệu chỉnh) dựa vào điều kiện:
α
ω ) 10lg(
sin
1
ϕ
ϕ α
trữ biên hay không? Nếu không thỏa mãn thì trở lại bước 5
giải giải tích thì có thể xác định ωC (bước 3), ΦM (bước 4) và ω’ C
(bước 7) bằng cách dựa vào biểu đồ Bode
Trang 49Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode
ỉ Yêu cầu: thiết kế khâu hiệu chỉnh G C (s) sao cho hệ thống sau khi hiệu chỉnh có
4+
s s
;20
Trang 50Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 1: Xác định K C
Hệ số vận tốc của hệ sau khi hiệu chỉnh là:
C C
s
C s
s s Ts
Ts sK
s G s sG
)2(
4
1
1lim
)()(
lim
0 0
++
*
=
= V C
4
10)
()
(
1 s = K G s = s s +
)15
,0(
20)
Trang 51Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ωc =6
-40dB/dec
ΦM
2 -20dB/dec 26
Trang 52Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 3: Tần số cắt của hệ trước khi hiệu chỉnh
Theo biểu đồ Bode: ωC ≈ 6 (rad/sec)
ỉ Bước 4: Độ dự trữ pha của hệ khi chưa hiệu chỉnh
ϕ
⇒
θ
ϕmax = ΦM * − ΦM + (chọn θ=7)
Trang 53Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 6: Tính α
ỉ Bước 7: Tính số cắt mới dựa vào biểu đồ Bode:
0 0 max
max
37sin1
37sin1
sin1
Trang 55Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 9: Kiểm tra lại điều kiện biên độ
Theo biểu đồ Bode sau khi hiệu chỉnh GM* = +∞, do đó thỏa mãn điều kiện biên độ đề bài yêu cầu
ỉ Kết luận: Khâu hiệu chỉnh sớm pha cần thiết kế có hàm truyền là
s
s s
G C
056,
01
224,
0
110)
(
++
=
Trang 56Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode
)1(
1
1)
s
Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế
ỉ Bước 1: Xác định K C để thỏa mãn yêu cầu về sai số xác lập
P P
C K K
K = * / hoặc K C = K V* / K V hoặc K C = K a* / K a
ỉ Bước 2: Đặt G1(s)=K C G(s).Vẽ biểu đồ Bode của G1(s)
ỉ Bước 3: Xác định tần số cắt biên mới sau khi hiệu chỉnh dựa vào điều kiện:
là độ dự trữ pha mong muốn,
1 j C′ =
G
hoặc
Trang 57Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode
trữ biên hay không? Nếu không thỏa mãn thì trở lại bước 3
ỉ Chú ý: Trong trường hợp hệ thống phức tạp khó tìm được lời giải
Trang 58Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode
ỉ Yêu cầu: thiết kế khâu hiệu chỉnh G C (s) sao cho hệ thống sau khi hiệu chỉnh có
.0)(
1(
1
+
s s
;5
)1(α <
Trang 59Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 1: Xác định K C
Hệ số vận tốc của hệ sau khi hiệu chỉnh là:
C C
s
C s
s s
s Ts
Ts sK
s G s sG
++
1
1lim
)()(
lim
0 0
⇒
ỉ Bước 2: Đặt G1(s) = K C G(s)
⇒
)15
.0)(
1(
5)
(
1 s = s s + s +
G
Trang 60Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode (tt)
-20dB/dec
-60dB/dec -40dB/dec
2 1
14
Trang 61Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 3: Xác định tần số cắt mới dựa vào điều kiện
θ ω
ϕ ′ = − 0 + Φ * +
Theo biểu đồ Bode ta có: ωC′ ≈ 0.5 (rad/sec)
ỉ Bước 4: Tính α từ điều kiện:
0
1(ωC′ ) = −180 + 40 + 5
ϕ
⇒
Trang 62Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode (tt)
ỉ Bước 5: Chọn zero của khâu trể pha thỏa:
5.0
005
,0126,
0
11
(
)120
(5)
G C
Kết luận
Trang 63Thí dụ TK khâu hiệu chỉnh trể pha dùng biểu đồ Bode (tt)
-20dB/dec
-60dB/dec -40dB/dec
2 1
Trang 64Thiết kế bộ điều khiển PID
Trang 65Phương pháp Ziegler − Nichols Trường hợp 1
ỉ Xác định thông số bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng nấc của hệ hở
Đối tượng
K
t c(t)
Trang 66Phương pháp Zeigler − Nichols Trường hợp 1
s T
K s
I
P C
11
)(
R (s)
+
Đối tượngPID
Trang 67Phương pháp Ziegler − Nichols Trường hợp 1
khiển PID điều khiển nhiệt độ
của lò sấy, biết đặc tính quá
độ của lò sấy thu được từ thực
nghiệm có dạng như sau:
0 150
480
1440 2
1 2
1
T
K P
sec 960 480
024
0 ) (
150
=
K
sec 1440 min
24
T
sec 480 min
8
T
Trang 68Phương pháp Ziegler − Nichols Trường hợp 2
ỉ Xác định thông số bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng của hệ kín ở biên giới ổn định
Trang 69Phương pháp Ziegler − Nichols Trường hợp 2
s T
K s
I
P C
11
)(
R (s)
+
Đối tượngPID
Trang 70Phương pháp Ziegler − Nichols Trường hợp 2
quay của động cơ DC, biết rằng nếu sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ
thì bằng thực nghiệm ta xác định được khi K=20 vị trí góc quay động cơ ở trạng thái xác lập là dao động với chu kỳ T= 1 sec
1 1
12 )
=
gh
T
ỉ Theo dữ kiện đề bài
ỉ Theo pp Zeigler – Nichols:
12 20
6 0 6
0 1 125
0 125
Trang 71Phương pháp giải tích thiết kế bộ điều khiển PID
hệ thống thỏa mãn yêu cầu:
− Hệ có cặp nghiệm phức với ξ=0.5 và ωn=8
− Hệ số vận tốc K V = 100
ỉ Giải: Hàm truyền bộ điều khiển PID cần thiết kế:
s
K s
K K
s
Trang 72Phương pháp giải tích thiết kế bộ điều khiển PID
ỉ Hệ số vận tốc của hệ sau khi hiệu chỉnh:
)()(
0
K K
s s
G s sG
s
C s
s
K s
K
⇒ s3 + (10 +100K D)s2 + (100 +100K P)s +100K I = 0 (1)
Trang 73Phương pháp giải tích thiết kế bộ điều khiển PID
ỉ Phương trình đặc trưng mong muốn có dạng:
0)
2)(
(s + a s2 + ξωn s +ωn2 =
0)
648
)(
(s + a s2 + s + =
⇒
064
)648
()
+
=+
a K
a K
a K
I
P D
64100
648
100100
8100
14,12
25.156
D
P
K K a
⇒
Trang 74Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái dùng phương pháp phân bố cực
Trang 75Điều khiển hồi tiếp trạng thái
ỉ Bộ điều khiển: u ( t ) = r ( t ) − Kx ( t )
( )
)()
(][
)(
t c(t
t r t
t
Cx
B x
BK A
(
)()
()
(
t t
c
t u t
t
Cx
B Ax
x&
ỉ Đối tượng:
Trang 76Tính điều khiển được
ỉ Ma trận điều khiển được:
(
)()
()
(
t t
c
t u t
t
Cx
B Ax
Trang 77Phương pháp phân bố cực
Nếu hệ thống điều khiển được, có thể tính được K để hệ kín có cực tại vị trí bất kỳ
(2) sẽ tìm được vector hồi tiếp trạng thái K
0]
det[s I − A + BK = (1)
0)
),1(
, i n
p i = là các cực mong muốn
(2)
Trang 78Phương pháp phân bố cực
(
)()
()
(
t t
c
t u t
t
Cx
B Ax
4
10
0
01
0
B
ỉ Hãy xác định luật điều khiển sao cho hệ thống kín có cặp cực phức với và cực thứ ba là cực thực tại −20
10
;6,
= ωnξ
)()
()
(t r t t
Trang 79Phương pháp phân bố cực
ỉ Phương trình đặc trưng của hệ thống kín
0 ] det[s I − A+ BK =
ỉ Phương trình đặc trưng mong muốn
0 )
2 )(
20 (s + s2 + ξωn s +ωn2 =
1 3 0
3 7
4
1 0
0
0 1
0
1 0 0
0 1 0
0 0 1
k s
⇒
(1)0
) 12 10
4 ( )
21 10
3 7 ( )
3 3
s
⇒
Trang 80Phương pháp phân bố cực
ỉ Cân bằng các hệ số của hai phương trình (1) và (2), suy ra:
=
−+
+
=+
+
200012
104
34021
103
7
323
3
2 1
3 2
1
3 2
k k
k k
k
k k
ỉ Giải hệ phương trình trên, ta được:
17
839,
3
578,
220
3 2 1
k k k
=
K
ỉ Kết luận