Mô hình hóa thí nghiệm bóng và thanh dầm

Mô hình hóa hệ thống, tìm đáp ứng hệ thống theo thời gian.Khảo sát sự phụ thuộc của đáp ứng hệ thống theo điện trở động cơ R thay đổiThiết lập bộ điều khiển sớm trễ pha khảo sát sự phụ thuộc chất lượng điều khiển vị trí theo các tham số bộ điều khiển sớm trễ pha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN:

CƠ SỞ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

TÊN CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU:

BALL AND BEAM

Giáo viên hướng dẫn: TS.BÙI THANH LÂM Sinh viên thực hiện :

Lớp : Cơ Điện Tử 1 – K14

HÀ NỘI - ngày 2, tháng 8, năm 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp:CĐT1

2.Khóa:14

3 Tên Họ và tên: Hoàng Đào Tùng Dương

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề : Mô hình hóa và khảo sát chất lượng, và thiết kế bộ điều khiển của hệ thống.

moment of inertia of the rotor (J) = 0.01 kg.m^2/s^2

* damping ratio of the mechanical system (b) = 0.1 Nms

* electromotive force constant (K=Ke=Kt) = 0.01 Nm/Amp

* electric resistance (R) = 1 ohm

* electric inductance (L) = 0.5 H

* input (V): Source Voltage

* output (theta): position of shaft

* The rotor and shaft are assumed to be rigid

2 Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Mô hình hóa hệ thống, tìm đáp ứng hệ thống theo thời gian

- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.1

- Nội dung 2: Khảo sát sự phụ thuộc của đáp ứng hệ thống theo điện trở động cơ R thay đổi từ 1 đén 100 ohm - Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L2.1

- Nội dung 3: Thiết lập bộ điều khiển sớm trễ pha khảo sát sự phụ thuộc chất lượng điều khiển vị trí theo các tham số bộ điều khiển sớm trễ pha - Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L2.2

3 Sản phẩm nghiên cứu : Bài thu hoạch và các chương trình mô phỏng trên Matlab.

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy định (từ ngày 04/11/2019 đến ngày 29/11/2019)

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những sinh viên khác

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Sách Cơ sở hệ thống tự động, tài liệu Matlab

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

MỤC LỤC

PHẦN 1: YÊU CẦU ĐẶT RA 1

1.1 Chủ đề 1

1.2 Nội dung yêu cầu 1

PHẦN 2: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG 2

2.1 Mô hình hóa hệ thống 2

PHẦN 3: ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG THEO THỜI GIAN 3

3.1 Đáp ứng thời gian của hệ thống ban đầu 3

3.2 Nhận xét 4

PHẦN 4: KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG THEO ĐIỆN TRỞ R 4

4.1 SỰ THAY ĐỔI ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG THEO DIỆN TRỞ R 4

4.2 NHẬN XÉT 5

1

PHẦN 1: YÊU CẦU ĐẶT RA 1.1 Chủ đề

Mô hình hóa, khảo sát chất lượng và thiết kế bộ điều khiển của hệ thống.

Hình 1.1: Mô hình tổng quan Khái quát hệ thống:

* Mô men quán tính của roto (J) = 0.01 kg.m^2/s^2

* Tỉ số giảm chấn của hệ cơ (b) = 0.1 Nms

* Hằng số lực điện động (K=Ke=Kt) = 0.01 Nm/Amp

* Điện trở (R) = 1 ohm

* Độ tự cảm (L) = 0.5 H

* Đầu vào (V): Source Voltage

* Đầu ra (theta): position of shaft

* Roto và trục được coi là cứng

1.2 Nội dung yêu cầu

❖ Nội dung 1: Mô hình hóa hệ thống, tìm đáp ứng hệ thống theo thời gian

❖ Nội dung 2: Khảo sát sự phụ thuộc của đáp ứng hệ thống theo điện trở động

cơ R thay đổi từ 1 đén 100 ohm

❖ Nội dung 3: Thiết lập bộ điều khiển sớm trễ pha khảo sát sự phụ thuộc chất lượng điều khiển vị trí theo các tham số bộ điều khiển sớm trễ pha

2

PHẦN 2: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG 2.1 Mô hình hóa hệ thống

Mô men T của đông cơ tỷ lê ̣với dòng điên phần ứng I theo hằng số 𝐾𝑡 và sức điên đô

thức:

ng phản hồi tỷ lê v ới vân tốc góc của rotor theo hằng số 𝐾𝑒 Ta có biểu

T = Kti

Áp dụng định luật II Niutơn ta có phương trình:

Áp dụng định luật Kirchhoff ta có phương trình:

(1)

L di

dt + Ri = V − K  (2)

Măt khác ta có :

Kt = Ke

Thay (1) vào (2) ta có :

(3)

L di

Biến đổi Laplace phương trình ta được:

Từ phương trình (5) ta có:

3

Thế (7) vào (6) và biến đổi ta được hàm truyền cua động cơ DC (tỉ lệ giữa điện

áp vào và góc quay):

Thay J = 0.01; b = 0.1; K = 0.01; R = 1; L = 0.5; và sử dụng phần mêm

MATLAB, ta có:

PHẦN 3: ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG THEO THỜI GIAN

3.1 Đáp ứng thời gian của hệ thống ban đầu

Đáp ứng thời gian của một hệ thống được thể hiện qua 2 thông số đó là:

❖ Thời gian quá độ (tqd): là thời gian cần thiết để đáp ứng ra từ đó trở đi không vượt qua miền giới hạn sai số 2%

❖ Thời gian xác lập lên (tr): là thời gian cần thiết để đáp ứng ra tăng từ 10% lên đến 90% giá trị xác lập

Sử dụng phần mềm Matlab để tìm đáp ứng của hệ thống theo thời gian

4

3.2 Nhận xét

+ Thời gian quá độ rất lớn

+ Thời gian xác lập lên rất lớn

+ Đồ thị gần như là một đường thẳng tuyến tính

+ Hệ thống không ổn định

PHẦN 4: KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG

THEO ĐIỆN TRỞ R 4.1 SỰ THAY ĐỔI ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG THEO DIỆN TRỞ R

Sử dụng phần mềm Matlab để khảo sát sự phụ thuộc của đáp ứng hệ thống theo điện trở động cơ R thay đổi giá trị từ 1 đến 100ohm

5

4.2 NHẬN XÉT

Khi điện trỏ R tăng thì đáp ứng của hệ thống giảm

6