Báo cáo điều khiển số ứng dụng - ĐHBK

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

Điều khiển số ứng dụng

TS Nguyễn Thanh Sơn

1 Giới thiệu

Các hệ thống điều khiển số hay còn gọi là các hệ

thống điều khiển dữ liệu lấy mẫu làm việc với các tín

hiệu rời rạc theo thời gian.Các hệ thống điều khiển

này khác với các hệ thống điều khiển tương tự trong

đó các tín hiệu là liên tục theo thời gian

Một máy tính số sau khi được lập trình có thể được

sử dụng như một bộ điều khiển số Khái niệm máy

tính số được bao hàm các thiết bị tính toán được xây

dựng từ các hệ vi điều khiển công nghiệp hay máy

tính các nhân (Personal Computer/PC)

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số

2 C ác hệ thống điều khiển số và phép

biến đổi z

2.1 Quy trình lấy mẫu và giữ mẫu

Một bộ lấy mẫu có thể xem nh− là một công tắc đ−ợc

đóng lại sau mỗi chu kỳ là T

Một quá trình lấy mẫu lý tưởng có thể xem như là tích

của một chuỗi xung delta hay còn gọi là xung đơn vị

*

0 n

Mét hÖ thèng lÊy mÉu vµ gi÷ mÉu cã thÓ xem nh− lµ

mét sù kÕt hîp cña bé lÊy mÉu vµ mét m¹ch gi÷ bËc

kh«ng (zero-order hold/ZOH)

Một bộ lấy mẫu và giữ bậc không có thể bám hay thể

hiện gần trung thực tín hiệu tương tự đầu vào nếu

thời gian lấy mẫu T đủ nhỏ

0

n n

Biến đổi z của hàm dốc (ramp):

Biến đổi z của hàm mũ:

Biến đổi z của hàm mũ tổng quát:

Các phương pháp tìm biến đổi z

a)Tìm biến đổi z qua bảng biến đổi z

b)Tìm biến đổi z qua biến đổi Laplace

2 ổn định của hệ thống điều khiển số

Giả thiết ta có hàm truyền của hệ thống điều khiển

số vòng kín có dạng như sau:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )1

r z = +GH z = D z

( )

1 + GH z = 0 được gọi là phương trình đặc tính

Các giá trị mà ở đó N(z)=0 được gọi là các không (zeros)

Các giá trị của z làm cho D(z)=0 được gọi là các cực

Hệ điều khiển tương tự ổn định nếu tất cả các cực

nằm bên trái mặt phẳng p, nằm ở biên giới ổn định

nếu một hay nhiều cực nằm trên trục ảo

Hệ thống điều khiển số ổn định nếu tất cả các cực

nằm trong vòng tròn đơn vị, nằm ở biên giới ổn định

nếu một hay nhiều cực nằm trên vòng tròn đơn vị

2.2 Các phương pháp dùng để phân tích ổn định

các hệ thống điều khiển số

1-Tiêu chuẩn Jury

2-Tiêu chuẩn Routh-Hurwitz

3-Quỹ tích gốc (Root Locus)

3 C ác bộ điều khiển số

Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số gắn với việc

xây dựng mô hình chính xác của quá trình

Sau đó thuật toán điều khiển được phát triển để đạt

được đáp ứng của đầu ra hệ thống theo mong muốn

3.1 Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển số

Xây dựng hàm truyền trong mặt p sau đó biến đổi hàm

truyền sang miền z

Hàm truyền của hệ thống được mô hình như là một hệ

thống số và bộ điều khiển được thiết kế trực tiếp trong

miền z

HÖ thèng ®iÒu khiÓn thêi gian rêi r¹c

Hµm truyÒn hÖ kÝn cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè

( ) ( )

1

= +

3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”:

Bộ điều khiển “dead-beat” là một bộ điều khiển mà

tín hiệu đầu ra có dạng nhảy cấp giống nh− tín hiệu

đầu vào nh−ng trễ so với đầu vào một hoặc vài chu

kỳ lấy mẫu Hàm truyền của hệ kín khi đó sẽ là:

= k

D z

3.1.2 Bé ®iÒu khiÓn Dahlin

Ph¶n øng yªu cÇu cña hÖ thèng trong mÆt ph¼ng p

Bé ®iÒu khiÓn tû lÖ-tÝch ph©n-vi ph©n (PID) cßn ®−îc gäi

lµ bé ®iÒu khiÓn ba thµnh phÇn Bé ®iÒu khiÓn nµy ®−îc

sö dông phæ biÕn trong ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh

p i i

K K T

11