bao cao thuc hanh li thuyet dieu khien tu dong

Tạo lập hàm truyền đạt của một hệ điều khiển liên tục tuyến tính trong Matlab...3 4.2.. Tìm hàm truyền đạt của một hệ điều khiển tự động liên tục tuyến tính bao gồm nhiều khối ghép nối v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO THỰC HÀNH HỌC PHẦN: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

MỤC LỤC

BÀI 1: TẠO LẬP VÀ GHÉP NỐI CÁC MÔ HÌNH HÀM TRUYỀN ĐẠT 2

I.Cơ sở lí thuyết 2

1 Khái niệm hàm truyền đạt 2

2 Tạo lập hàm hàm truyền đạt trong MATLAB 2

II Nội Dung Thực Hành 3

4.1 Tạo lập hàm truyền đạt của một hệ điều khiển liên tục tuyến tính trong Matlab 3

4.2 Tìm hàm truyền đạt của một hệ điều khiển tự động liên tục tuyến tính bao gồm nhiều khối ghép nối với nhau trong Matlab (bai12a) 3

BÀI 2: KHẢO SÁT TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 5

I Cơ Sở Lý Thuyết 5

1 Hàm đặc tính tần số 5

2 Đặc tính thời gian 6

II Nội Dung Thực Hành 6

4.1 Vẽ đặc tính tần số của hệ điều khiển tự động 6

Bài 3: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 15

I: Cơ sở lý thuyết 15

II: Nội dung thực hành 15

Bài 4: Đánh giá quá trình quá độ của hệ điều khiển tự động 29

I: Cơ sở lí thuyết 29

II: Nội dung thực hanh 29

Bài 5:Tổng hợp và khảo sát bộ điều khiển PID 33

I: Cơ sở lí thuyết: 33

II: Nội dung thực hành: (bai51) 33

BÀI 1: TẠO LẬP VÀ GHÉP NỐI CÁC MÔ HÌNH HÀM

TRUYỀN ĐẠT.

I.Cơ sở lí thuyết

1 Khái niệm hàm truyền đạt

- Hàm truyền đạt là tỷ số giữa ảnh Laplace của tín hiệu ra và ảnh Laplace của tín hiệu vào với các điều kiện ban đầu bằng 0

-Đây là dạng hợp thức của hàm truyền đạt Là 1 phân thức trong đó có

tử và mẫu đều là 1 đa thức đối với biến s (m≤n)

2 Tạo lập hàm hàm truyền đạt trong MATLAB

Hàm truyền đạt của hệ: Sử dụng lệnh sys=zpk(Z,P,k)

• Nếu 2 hàm truyền đạt ghép nối tiếp nhau, sử dụng lệnh:

sys=series(sys1,sys2)

• Nếu có trên 2 hàm ghép nối tiếp, sử dụng lệnh:

sys=sys1*sys2*….*sysn

• Nếu 2 hàm truyền đạt ghép song song, sử dụng lệnh:

sys=parallel(sys1,sys2)

• Nếu 2 hàm truyền đạt ghép nối phản hồi âm, sử dụng lệnh: sys=feedback(sys1,sys2)

Phản hồi âm đơn vị: sys2=1

Nếu 2 hàm truyền đạt ghép nối phản hồi dương , sử dụng lệnh: sys=feedback(sys1,-sys2)

Phản hồi dương đơn vị: sys2=-1)

II Nội Dung Thực Hành

4.1 Tạo lập hàm truyền đạt của một hệ điều khiển liên tục tuyến tính trong Matlab (bai11)

BÀI 2: KHẢO SÁT TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN

1.1.Đặc tính tần số Logarit (Biểu đồ Bode)

- Bản chất của Đặc tính tần số Logarit là khảo sát riêng rẽ sự thay đổi của biên độ và pha theo tần số cho nên nó bao gồm 2 đặc tính khác nhau

- Câu lệnh: Bode(sys)

1.2.Đặc tính tần số biên-pha (Biểu đồ Nyquist)

- Đặc tính tần số biên-pha là đường cong mà hàm G(jω)-được đĩnh ω)-được đĩnh ) vẽ lên mặt phẳng phức khi tần số ω)-được đĩnh thay đổi liên tục từ 0->+∞

- Trong trường hợp ω)-được đĩnh : -∞ -> +∞ thì G(jω)-được đĩnh ω)-được đĩnh ) sẽ thay đổi thành 2 nửa đối xứng qua trục hoành

II Nội Dung Thực Hành

4.1 Vẽ đặc tính tần số của hệ điều khiển tự động

Ta thấy khi k không đổi, T thay đổi thì cả biên độ và pha đều thay đổi.

T có giá trị nhỏ hơn sẽ có biên độ và pha lớn hơn

Ta thấy khi T không đổi, k thay đổi thì biên độ thay đổi còn pha

không thay đổi k càng nhỏ biên độ càng nhỏ

c)(bai21c)

Khi T không đổi, k thay đổi, đặc tính tần số sẽ vẽ lên mặt phẳng phức

2 đường cong K càng bé đường cong càng nhỏ

Với T và không đổi, k thay đổi Đặc tính thời gian sẽ có biên độ cànglớn khi k càng lớn.

Khi T và ξ không đổi, k thay đổi Đặc tính thời gian cũng sẽ có biên

Với k và ξ không đổi, T thay đổi Đặc tính thời gian có T càng nhỏ sẽ

Với k và ξ không đổi, T thay đổi Đặc tính thời gian có T càng nhỏ sẽ

có tần số càng lớn và ngược lại

Bài 3: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU

- Tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Mikhailov

+ Điều kiện cần và đủ để hệ liên tục tuyến tính ổn định là biểu đồ vecto của đa thức đặc tính A(jω)-được đĩnh ) quay n góc phần tư) quanh điểm gốc tọa độ ngược chiều kim đồng hồ khi tần số thay đổi từ (0), trong đó n là bậc của hệ

+ khi thay đổi từ ( ) thì biểu đồ vecto của đa thức đặc tính gồm hai thành phần đối xứng nhau qua trục hoành Trong trường hợp này thì điều kiện cần và đủ để hệ đã cho ổn định là biểu đồ vecto quayquanh gốc tọa độ một góc nπ ngược chiều kim đồng hồ

- Tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Nyquist

Điều kiện cần và đủ để hệ mạch vòng kín ổn định là:

+ Khi hệ hở ổn định hoặc biên giới ổn định thì đặc tính tần số biên pha của hệ hở không bao điểm (-1, jω)-được đĩnh 0) trên mặt phẳng phức

+ Khi hệ hở không ôn định thì đặc tính tần số biên pha của hệ hởbao điểm (-1,jω)-được đĩnh 0) m lần khi thay đổi từ - trong đó m là số ngiệm của phương trình đặc tính của hệ hở có phần thực dương

II: Nội dung thực hành.

Tính ổn định hệ thống theo điều kiện ổn định bằng việc tiệp nghiệm từ phương trình đặc tính

Bài 3.4.1 với k=2 (bai31c)

Kết luận: hệ ổn định vì tất cả nghiệm nằm bên trái trục ảo

Bải 3.4.1 với k =4 (bai31d)

Kết luận: hệ ổn định vì tất cả nghiệm nằm bên trái trục ảo.

Bài 3.4.1 với k = 8 (bai31e)

Kết luận: hệ biên giới ổn định vì tất cả nghiệm nằm bên trái trục

ảo và có nghiệm năm trên trục ảo và các nghiệm còn lại nằm bên trái trục ảo

Bài 3.4.1 với k =15(bai31f)

Kết luận: hệ không ổn định vì có hai nghiệm bên phải trục ảo.

- Tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Mikhailov

Kết Luận: hệ ổn định vì bao quanh điểm gốc tọa độ vào quay 3πlần ngược chiều kim đồng hồ có n = 3

Bài 3.4.2 với k =8 (bai32e)

Bài 3.4.2 với k = 15 (bai 32f)

Kết Luận: Hệ không ổn định vì không bao quanh điểm gốc tọa độ.

- Tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Nyquist

Kết luận: hệ không ổn định vì hệ hở là hệ không ổn định nhưng lại không bao điểm (-1, jω)-được đĩnh 0)

Bài 3.4.3 với k =2 (bai33c)

Bài 4: Đánh giá quá trình quá độ của hệ điều khiển tự động I: Cơ sở lí thuyết.

+ Thời gian quá độ: Tqd: là thời gian tính từ thời điểm ban đầu đến thời điểm mà đặc tính thời gian của đầu ra bắt đầu đi vào dải yxl

và sau đó không ra khỏi vùng này nữa

+ Độ quá điều chỉnh: : = yMAX – yxl là sai lệch giữa giá trị lớn nhất và giá trị xác lập của đầu ra

+ Số lần dao động n: là số lần đặc tính thời gian dao động xung quanh giá trị xác lập nhưng chỉ tính đến thời điểm kết thúc của quá trình quá độ

II: Nội dung thực hanh.

tqd=t(k)

Nhận xét:

Bài 5:Tổng hợp và khảo sát bộ điều khiển PID I: Cơ sở lí thuyết:

Tổng hợp bộ điều khiển PID bằng phường pháp tối ưu độ lớn khi đối tượng là khâu quán tính bậc 1:

r=tf([1],[1 0])sysh2=series(r,sysh1)sys2=feedback(sysh2,1)hold on

step(sys2,'r')Nhận xét:

+Với hệ không có bộ điều khiển Pid data 1:

Sai lệch tĩnh lớnQuá trình quá độ sảy ra giao độngThơi gian quá độ khoảng 2.27s+Với hệ có bộ điều khiển PidSai lệch tĩnh nhỏ

Quá trình quá độ không sảy ra dao độngThời gian quá độ lớn hơn trường hớp trên khoảng 3.3sBài 5.2: (bai52)

num=[2]

p=[0.2 1]

den=conv(conv(conv(conv(conv(p,p),p),p),p),p)

sysh1=tf(num,den)

+Với hệ có bộ điều khiển PidSai lệch tĩnh nhỏ

Quá trình quá độ sảy ra dao động ítThời gian quá độ lớn hơn trường hớp trên khoảng 9s