Bài giảng mô phỏng thiết kế hệ thống tự động chương 4 đh giao thông vận tải

 Ứng dụng phương pháp biểu đồ Bode để thiết kế hệ thống Ứng dụng phương pháp phân bố cực để thiết kế hệ thống  Thiết kế bộ điều khiển PID 1/2/2012... Khái niệm  Thiết kế là toàn bộ q

1/2/2012 1

MÔ PHỎNG THIẾT KẾ

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Khoa Cơ Khí-Bộ môn Kỹ thuật máy

-&&O&& -CHƯƠNG IV TỔNG HỢP HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH

 Ứng dụng phương pháp biểu đồ Bode để thiết kế hệ thống

 Ứng dụng phương pháp phân bố cực để thiết kế hệ thống

 Thiết kế bộ điều khiển PID

1/2/2012

Khái niệm

 Thiết kế là toàn bộ quá trình bổ sung các thiết bị phần cứng cũng nhưthuật toán phần mềm vào hệ cho trước để được hệ mới thỏa mãn yêucầu về tính ổn định, độ chính xác, đáp ứng quá độ,

1/2/2012

Hiệu chỉnh nối tiếp

 Bộ điều khiển nối tiếp với hàm truyền của hệ hở

 Các bộ điều khiển: sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, P, PD, PI, PID,

 Phương pháp thiết kế: QĐNS, biểu đồ Bode

1/2/2012

1/2/2012 5

Điều khiển hồi tiếp trạng thái

 Tất cả các trạng thái của hệ thống được phản hồi về ngõ vào

 Bộ điều khiển:

 Phương pháp thiết kế: phân bố cực, LQR,

1/2/2012 6

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng hệ thống

2

1/2/2012 7

Ảnh hưởng của cực

 Khi thêm 1 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 dữ trữ biên và độ dự trữ pha giảm, độ vọt lố tăng

1/2/2012 8

Ảnh hưởng của zero

 Khi thêm 1 zero có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì QĐNS của

hệ kín có xu hướng tiến xa trục ảo, do đó hệ thống sẽ ổn định hơn, độ

dự trữ biên và độ dự trữ pha tăng, độ vọt lố giảm

1/2/2012 9

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm pha

1/2/2012 10

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh trễ pha

1/2/2012 11

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm trễ pha

 Tín hiệu ra của khâu tỉ lệ luôn trùng pha với tín hiệu vào

 Thời gian tác động nhanh  Làm việc ổn định với mọi đối tượng

 Hệ số khuyếch đại càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ

1/2/2012 13

 Nhược điểm:

 Luôn tồn tại sai số xác lập khi đối tượng điều khiển tĩnh

 Khi tăng hệ số khuyếch đại có thể làm tăng tính dao động của hệthống (độ vọt lố càng cao)  đưa hệ thống tới mất ổn định

 Trong công nghiệp, quy luật tỉ lệ P thường được sử dụng cho nhữngtrường hợp cho phép có sai số xác lập

 Để giảm sai số xác lập, khâu tỉ lệ được xây dựng theo quy luật:

u0: là điểm làm việc của hệ thống

Khâu hiệu chỉnh tỉ lệ (P)

u t  u  K e t

1/2/2012 14

Đáp ứng của hệ thống hiệu

chỉnh nối tiệp dùng bộ điều

khiển tỉ lệ với hàm truyền

1/2/2012 15

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân (I)

 Hàm truyền:

: hằng số thời gian tích phân

 Tín hiệu điều khiển:

 Ưu điểm:

 Triệt tiêu sai số xác lập

 Nhược điểm:

 Tín hiệu ra luôn chậm pha so với tín hiệu vào là /2  thể hiện tính

tác động chậm của khâu tích phân  it sử dụng trong công nghiệp

  I C

_ +

I

I

1 T

1/2/2012 16

Đáp ứng của hệ thống hiệu

chỉnh nối tiệp dùng bộ điều

khiển tích phân với hàm

truyền đối tượng là:

 Không làm giảm sai số xác lập

 Thành phần vi phân sẽ phản ứng với nhiễu có tần số cao làm choquá trình điều khiển không như mong muốn

pha cực đại giữa tín hiệu ra và tín

với tần số

 Hằng số thời gian vi phân TD

càng lớn thì đáp ứng càng nhanh

1/2/2012 20

Ví dụ

1/2/2012 21

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)

 Hàm truyền:

 Tín hiệu điều khiển:

: hằng số thời gian tích phân

I

K T

K



1/2/2012 22

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)

 Nhược điểm:

 Vì đặc tính pha của khâu PI:

 Nếu tín hiệu ra luôn chậm pha so với tín hiệu vào một khoảng từ

0  /2 làm tốc độ tác động của khâu PI  đối tượng có nhiễu

tác động liên tục mà đòi hỏi độ chính xác điều khiển cao thì khâu

1/2/2012 23

Nhận xét

 Khâu hiệu chỉnh PI là trường

hợp riêng của khâu trễ pha,

trong đó độ lệch pha cực tiểu

giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào

1/2/2012 27

Ví dụ 2

T I : hằng số thời gian tích phân

T D: hằng số thời gian vi phân

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh PID

1/2/2012 29

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh PID

 Bộ điều khiển PID trong thực tế có dạng:

 Khi TD = 0,  = 1  bộ điều khiển trở thành bộ điều khiển PI

 Khi TI rất lớn, TD và  rất nhỏ  bộ điều khiển trở thành PD:

 Khi TI không quá lớn, .TD << 1  bộ điều khiển thành PID

1/2/2012 32

So sánh các khâu hiệu chỉnh PD, PI và PID