Luận văn thí nghiệm môn hệ thống điều khiển số

9 BÀI THỰC HÀNH SỐ 2: TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG PHẦN ỨNG ĐIỀU KHIỂN MOMEN QUAY Với đối tượng là dòng điện, ta coi gần đúng thiết bị chỉnh lưu là khâu tỉ lệ quán tính bậc nhất hằn

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ

Họ tên sinh viên : Lê Trung Kiên Lớp : Điều khiển tự động 2 –K53 SHSV : 20081443

Hàm truyền Gz(4) Phương pháp xấp xỉ FOH với T=0.01ms Ngày thí nghiệm: Kíp 1 thứ 4 tuần 31,34,36

Hà Nội, 5-2012

2

MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU:

Dựa vào các phương trình mô tả động cơ 1 chiều, ta đi đến sơ đồ mô tả động

cơ như sau:

Trong đó động cơ có các tham số sau đây:

3

BÀI THỰC HÀNH SỐ 1

TÌM MÔ HÌNH GIÁN ĐOẠN CỦA ĐCMC

- Xác định các hàm truyền trên miền ảnh z ứng với T1=0.1ms và

T2=0.01ms

- Mô phỏng so sánh kết quả với nhau

- Xây dựng mô hình trạng thái của DCMC trên miền liên tục và mô phỏng đáp ứng bước nhảy của mô hình thu được

Chương trình Matlab:

% Bai thuc hanh 1: Tinh toan mo hinh gian doan

display( 'Ham Truyen lien tuc he ho' )

Sampling time (seconds): 0.0001

Hàm truyền gián đoạn theo FOH với T1:

Sampling time (seconds): 0.0001

Hàm truyền gián đoạn theo ZOH với T1:

5

6

Nhận xét:

Trong cùng một chu kì thì phương pháp Tustin và FOH cho kết quả rất gần nhau và khác so với ZOH

Kết quả thu được với T2

Hàm truyền gián đoạn theo Tustin với T2:

Sampling time (seconds): 1e-005

Hàm truyền gián đoạn theo FOH với T2:

7

Xây dựng mô hình trạng thái DCMC và mô phỏng đáp ứng ứng với chu kì

T=0.1s và T2=0.01s

Chương trình MatLab:

% Xay dumg mo hinh khong gian trang thai

% Mo hinh lien tuc

c =

x1 x2

y1 0 4.948

d = u1 y1 0.1027

Đáp ứng quá độ:

c =

x1 x2

y1 0 4.948

d = u1 y1 0.05773

Đáp ứng quá độ:

9

BÀI THỰC HÀNH SỐ 2:

TỔNG HỢP VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG PHẦN ỨNG (ĐIỀU

KHIỂN MOMEN 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=100 µm ta có hàm truyền của mạch phần ứng

Sampling time (seconds): 1e-005

1 Thiết kế bộ điều khiển dòng theo phương pháp Dead-Beat với L(z^-1) là

Sampling time (seconds): 1e-005

Bo dieu khien Gidk

Sampling time (seconds): 1e-005

Ham truyen he kin Gk

Transfer function:

0.05884 + 0.1904 z^-1 - 0.09666 z^-2 - 0.0372 z^-3

Sampling time (seconds): 1e-005

% Dap ung qua do

step(Gk)

%Ham Truyen he kin G=L(z^-1)*B(z^-1)

display( 'Ham truyen he kin' )

Gk=L*filt(B,1,0.01e-3)

% Dap ung qua do

step(Gk)

Nhận xét:

Ta thấy khi dùng bộ ĐK Deat-Beat 1 đầu ra đạt giá trị xác lập sau 4 chu kì trích mẫu, khi dùng

bộ ĐK Deat-Beat 2 đầu ra đạt giá trị xác lập sau 5 chu kì trích mẫu Bộ ĐK Deat-Beat 2 bắt đầu làm cho đối tượng trên có dao động, chất lượng không bằng bộ ĐK Deat-Beat 1

12

3 Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp cân bằng mô hình:

 Giả sử sau 2 bước đáp ứng của đối tượng đuổi kịp giá trị đặt khi đó

ta có ( ) với điều kiện | |

Giả sử chọn bộ điều khiển ( )

Sampling time (seconds): 1e-005

Mô phỏng:

% Mo phong

Gk=feedback(GRi*Giz,1)

step(Gk)

13

 Tương tự giả sử sau 3 bước đáp ứng của đối tượng đuổi kịp giá trị

đặt khi đó ta có ( ) + với điều kiện | |

Giả sử chọn bộ điều khiển ( )

Nhận xét: Thiết kế theo phương pháp deadbeat hay cân bằng mô hình đều có

thể đưa hệ thống về điểm cân bằng sau N chu kì chọn trước (Trong bài này là 2

và 3) tuy nhiên thiết kế theo cân bằng mô hình ta có thể áp đặt quỹ đạo mong

muốn còn deadbeat thì không

14

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

1

r r z z

Ta có chương trình tính sai phân :

Từ đó tìm được r1=-20

Để IQ nhỏ nhất ta tính được r1 kết hợp với điều kiện ở trên ta chọn r1= –20

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

GR(z)=

2.Tổng hợp bộ điều khiển PI cho tốc độ theo phương pháp gán điểm cực

Hàm truyền đối tượng có dạng:

2

2 1

( ) ( )

1 1

16

3.Mô phỏngkhảo sát với bộ điều khiển thu được

3.1.Mô phỏng đặc tính thu được

3.1.1.Phương pháp theo tiêu chuẩn tích phân bình phương : GR=

Hình 3.1.1 Đặc tính và sai lệch với bộ PI theo tiêu chuẩn tích phân bình phương

17

3.1.2.Phương pháp theo tiêu chuẩn gán điểm cực :

1 1

30 30 ( )

Hình 3.1.2 Đặc tính và sai lệch với bộ PI theo gán điểm cực

Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy độ quá điều chỉnh tương đối (khoảng 16%), thời gian

xác lập: 0.02s

Để chất lượng động học tốt hơn ta nên chọn điểm cực nằm gần gốc tọa độ

18

3.2.Mô phỏng đặc tính khi có tải thay đổi:

3.2.1 Giá trị tải dưới dạng bước nhảy với bộ PI theo tích phân bình phương

Hình 3.2.1 Đặc tính và tổng bình phương sai lệch với bộ PI theo tích phân bình phương

19

3.2.2 Giá trị tải thay đổi dưới dạng bước nhảy với bộ điều khiển gán điểm cực

Hình 3.2.2 Đặc tính và sai lệch với bộ PI theo gán điểm cực

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

20

3.3.Mô phỏng đặc tính khi có thay đổi giá trị đặt

3.3.1 Mô phỏng đặc tính với bộ điều khiển PI theo tích phân bình phương

Hình 3.1.1 Đặc tính và sai lệch với bộ PI theo tiêu chuẩn tích phân bình phương

21

3.3.1 Mô phỏng đặc tính với bộ điều khiển PI theo gán điểm cực

Hình 3.2.1 Đặc tính và sai lệch với bộ PI theo gán điểm cực

Nhận xét: Với cả 2 bộ điều khiển, khi có giá trị đặt 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

1.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ quay theo phương pháp gán điểm cực

Chọn 2 điểm cực của hệ thống là p1 0.4,p2  0.6 ta có chương trình matlab

p=[0.4 0.6];

[A,B,C,D]=ssdata(G_ss_rr1);

[A1,B1,C1,D1]=ssdata(G_ss_rr2);

k1=acker(A,B,p) % Bo dieu khien ung voi T=0.1s

k2=acker(A1,B1,p) % Bo dieu khien ung voi T=0.1s