Tài liệu Điều khiển hệ thống 1 - Chapter 6 pdf

Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh  Ảnh hưởng của cực: • Khi thêm một cực có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiế

Trang 1

Điều khiển hệ thống 1

System and Control

Thạc sĩ Ngô Quang Hiếu

Bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí

Khoa Công Nghệ - Đại học Cần Thơ

Email: nqhieu@ctu.edu.vn

Trang 2

System and Control Ngo Quang Hieu

LOGOĐiều khiển hệ thống 1

Chương 6 Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

Trang 3

 Thiết kế là toàn bộ quá trình bổ sung các thiết bị phần cứng cũng như thuật toán phần mềm vào hệ cho trước để được hệ mới thõa mãn yêu cầu về tính ổn định, độ chính xác, đáp ứng quá độ

 Bộ điều khiển: P, PI, PD, PID, sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, … được nối tiếp với hàm truyền hệ hở

 Phương pháp thiết kế: Quỹ đạo nghiệm số, biểu đồ Bode, hồi tiếp trạng thái

Trang 4

Control parameters

Trang 5

Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

Các bộ điều khiển thương mại

 Bộ điều khiển nhiệt độ: ON-OFF Control, PID Control, …

 Bộ điều khiển lưu lượng, mức lưu chất

 Mạch điều khiển tốc độ và vị trí động cơ DC, AC

 Bộ điều khiển áp suất

 Other, …

Trang 6

LOGO

Tác động điều khiển

 Điều khiển 2 vị trí hay điều khiển ON-OFF – Two positions control

 Điều khiển tỉ lệ (P) - Proportional control

1

2

, ( ) 0 ( )

Trang 7

K s

( )

E s U s( )





Trang 8

Trang 10

LOGO

Mạch điều khiển tích phân

1 0 0

1

( )

t out in

R C

 

Trang 12

Trang 13

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh

 Ảnh hưởng của cực:

• Khi thêm một 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 vọt lố tăng

Trang 14

LOGO

 Ảnh hưởng của zero:

• Khi thêm một zero có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì

QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến ra xa trục ảo, hệ thống sẽ

ổn định hơn, độ vọt lố giảm

Trang 15

 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tỉ lệ:

10 ( )

Trang 16

LOGO

 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ:

10 ( )

• Thời hằng vi phân càng lớn, thời gian đáp ứng càng nhanh

• Hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ làm nhanh đáp ứng hệ thống nhưng

làm cho hệ thống nhạy với tần số cao

Trang 17

 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ:

10 ( )

• Thời hằng tích phân càng nhỏ, độ vọt lố càng cao

• Hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ làm tăng độ vọt lố và thời gian quá

độ

Trang 18

LOGO

 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ:

Trang 19

 So sánh ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh

Trang 20

LOGO

Thiết kế dùng phương pháp QĐNS

 Khi thiết kế hệ thống dùng phương pháp QĐNS, hai điều kiện pha

và biên độ phải được thõa mãn

 Phương trình đặc trưng của hệ thống:

Trang 21

 Bộ điều khiển tỉ lệ - Xác định KP

• Vẽ quỹ đạo nghiệm số tương ứng

• Tương ứng với hệ số suy giảm (damping ratio) được cho, kẻ

một đường thẳng từ gốc tọa độ O hợp với phần âm trục thực một góc  = arccos(ξ)

• Xác định cực của hệ kín tại giao điểm của quỹ đạo với đường

thẳng vừa vẽ

• Xác định chiều dài đoạn thẳng từ cực vừa xác định đến các

cực và zero của hệ hở và dùng điều kiện biên độ để xác định KP

Trang 22

Trang 23

Ví dụ 1

( ) 2.04 ( ) ( 1)( 4) 2.04

C s

Trang 24

LOGO

Ví dụ 1

( ) 2.04 ( ) ( 1)( 4) 2.04

C s

Trang 25

 Bộ điều khiển vi phân tỉ lệ - Xác định KP, KD

• Vẽ quỹ đạo nghiệm số tương ứng

• Tương ứng với hệ số suy giảm (damping ratio) và thời hằng

của hệ thống kín, kẻ một đường thẳng từ gốc tọa độ O hợp với phần âm trục thực một góc  = arccos(ξ)

Trang 26

LOGO

 Bộ điều khiển vi phân tỉ lệ - Xác định KP, KD

• Xác định cực và zero của hệ hở Xác định vị trí của zero z0cần bù để thỏa mãn điều kiện pha

• Ước lượng chiều dài đoạn thẳng từ cực vừa xác định đến tất

cả các cực và zero Áp dụng điều kiện biên độ để tìm KD KP được xác định từ hàm truyền của bộ điều khiển

Trang 27

Ví dụ 2

• Giả sử GC(s) là bộ điều khiển tỉ lệ Xác định giá trị của K để

hệ thống có hệ số suy giảm tới hạn và hệ số suy giảm là 0.707 Tìm thời hằng tương ứng trong hai trường hợp

• Với GC(s) là bộ điều khiển vi phân tỉ lệ (PD) Xác định các thông số bộ điều khiển để hệ thống có hệ số suy giảm là 0.707

và thời hằng là 0.5s

 Cho hệ thống có sơ đồ khối như hình vẽ:

Trang 28

LOGO

Ví dụ 2

• Quỹ đạo nghiệm số của hệ thống và giá trị tương ứng của K:

• Tại giá trị suy giảm tới

Trang 30

LOGO

Ví dụ 2

• Đáp ứng hệ thống

Trang 31

 Bộ điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) - Xác định KP, KI

• Xác định các thông số KP, KI như bộ điều khiển PD

( )

I P

P P

Trang 32

• Sai số xác lập là 0 với ngõ vào là hàm nấc (step function)

 Cho hệ thống có sơ đồ khối như sau với GC(s) là bộ điều khiển PI:

Trang 34

LOGO

Ví dụ 3

• Đáp ứng hệ thống

Trang 35

Thiết kế bộ điều khiển PID

 Xác định các thông số của bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng nấc của hệ thống hở

Trang 36

LOGO

Trang 37

 Xác định các thông số của bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng của

Trang 38

LOGO

Trang 39

z p

phase lead phase lag

Trang 40

System and Control

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
Tác giả	Ngo Quang Hieu
Trường học	Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Tài liệu điều khiển hệ thống
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	1,7 MB