Báo cáo thí nghiệm điều khiển số - Nguyễn Anh Tuấn

Điều khiển số, báo cáo, thí nghiệm, báo cáo điều khiển số, TN điều khiển số

Sinh viên: Nguyễn Anh Tuấn

MSSV: 20092988 ; Kíp TN: Kíp 2, Thứ 4; Số liệu bài 2: ZOH, Ttm=0.01

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ

BÀI SỐ 1: TÌM MÔ HÌNH GIÁN ĐOẠN CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1 0.25∗

1 0.016s + 1∗ 38.2 ∗ 0.04 ∗

1 0.024πs

Hk =

s =

6.112 s(1.206 10 s + 0.075s + 57.89) =

6.112 (1.206.10^ − 3) ⁄ ( + 62.2 + 48001.6584)Sau khi tính toán ta thu được :

=2.527846 × 10 + 2.522585.

− 199.32911 ∗ + 0.9937695 – Với T I = 0.1ms:

=2.527846 × 10 + 2.522585 × 10

− 1.9932911 + 0.9937695 – Với T I = 0.01ms:

Transfer function:

6.112 - 0.001206 s^2 + 0.0754 s + 57.89 Kết quả với T1 = 0.1ms

- Hàm truyền gián đoạn theo ZOH: >> Gkz1=c2d(Gk,0.1e-003,'ZOH')

Transfer function:

2.528e-005 z + 2.523e-005 - z^2 - 1.993 z + 0.9938 Sampling time: 0.0001

- Hàm truyền gián đoạn theo FOH: >> Gkz2=c2d(Gk,0.1e-003,'FOH')

Transfer function:

8.431e-006 z^2 + 3.367e-005 z + 8.404e-006 -

z^2 - 1.993 z + 0.9938

Kết quả với T2= 0.01ms

- Hàm truyền gián đoạn theo ZOH: >> Gkz4=c2d(Gk,0.01e-003,'ZOH')

Transfer function:

2.533e-007 z + 2.532e-007 - z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005

- Hàm truyền gián đoạn theo FOH: >> Gkz5=c2d(Gk,0.01e-003,'FOH')

Transfer function:

8.443e-008 z^2 + 3.377e-007 z + 8.44e-008 -

z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005

- Hàm truyền gián đoạn theo TUSTIN: >> Gkz6=c2d(Gk,0.01e-003,'TUSTIN')

Transfer function:

1.266e-007 z^2 + 2.532e-007 z + 1.266e-007 -

z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 1e-005

>> step(Gk); hold on;

>> step(Gkz1); hold on;

>> step(Gkz2); hold on;

>> step(Gkz3); hold on;

>> step(Gkz4); hold on;

>> step(Gkz5); hold on;

>> step(Gkz6); hold on;

Sau khi thực hiện các lệnh trên ta có đồ thị biểu diễn các hàm gián đoạn trên miền z:

- Nhận xét:

Qua đồ thị với các hàm truyền đạt trong cùng một chu kỳ ( T=0.1ms với Gkz1, Gkz2, Gkz3) thì hàm truyền gián đoạn theo phương pháp FOH và TUSTIN bám sát với nhau và có biên độ cao hơn so với phương pháp ZOH trong cùng một khoảng thời gian

Xây dựng mô hình trạng thái ĐCMC trên miền thời gian liên tục

Mô hình trạng thái trên miền thời gian liên tục:

>> [A,B,C,D]=tf2ss([0 6.112],[0.001206 0.0754 57.89])

A =

Bài thực hành số 2:

Tổng hợp vòng điều chỉnh dòng phần ứng (điều khiển mômen quay)

Với đối tượng là dòng điện, ta coi gần đúng thiết bị chỉnh lưu là khâu tỉ lệ quán tính bậc nhất hằng số thời gian Tt=100µs

Sử dụng mô hình với tần số thời gian Tt=0.01ms và phương pháp ZOH

 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 :

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

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

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

r r z z

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

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

1

r r z z



( )( )

-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

Step Response

Time (sec)