báo cáo chuyên đề matlap,simulink cho bộ điều khiển PID

Câu 1:Tạo Mfile trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ (biến trạng thái được chọn là x1 = θ; x2 = θ̇ ; x3 = i ), kiểm tra tính điều khiển được và quan sát được của đối tượng điều khiển. 1 1.1 Tạo MFile trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ. 1 1.1.1 Xác định hàm truyền đạt của hệ thống: 1 1.1.2 Xác định phương trình trạng thái: 2 1.2 Kiểm tra tính điều khiển được và quan sát được của hệ thống. 4 1.2.1 Kiểm tra tính điều khiển được: 4 1.2.2 Kiểm tra tính quan sát được 5 Câu 2 .Sử dụng các lệnh Matlab vẽ hàm quá độ, kiểm tra tính ổn định của đối tượng điều khiển trên. 7 2.1Vẽ hàm quá độ trên Matlap 7 2.2 Xét tinh ổn định của hệ thống bằng quỹ đạo nghiệm số: 8 Câu 3 Sử dụng MatlabSimulink thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống, với chỉ tiêu thiết kế: 10 Câu 4 Mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí động cơ 1 chiều (với các thông số đã được thiết kế) trên Simulink. 13 4.1 Sơ đồ hệ thống thiết kế: 13 4.2 Ngõ ra của hệ thống: 13

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hoá

CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa và điều khiển thiết bị điện công nghiệp HỌC PHẦN: Ứng dụng matlab-simulink trong điều khiển

Giảng viên hướng dẫn:

Nhóm sinh viên/Sinh viên thực hiện:

Mã sinh viên: 19810430117

Lớp: D14TDH&DKTBCN1

Trang 2

MỤC LỤC

Câu 1:Tạo M-file trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ (biến trạng thái được chọn là x1 = θ; x2 = θθ̇ ; x3 = i ), kiểm tra

tính điều khiển được và quan sát được của đối tượng điều khiển 1

1.1 Tạo M-File trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ 1

1.1.1 Xác định hàm truyền đạt của hệ thống: 1

1.1.2 Xác định phương trình trạng thái: 2

1.2 Kiểm tra tính điều khiển được và quan sát được của hệ thống 4

1.2.1 Kiểm tra tính điều khiển được: 4

1.2.2 Kiểm tra tính quan sát được 5

Câu 2 Sử dụng các lệnh Matlab vẽ hàm quá độ, kiểm tra tính ổn định của đối tượng điều khiển trên 7

2.1Vẽ hàm quá độ trên Matlap 7

2.2 Xét tinh ổn định của hệ thống bằng quỹ đạo nghiệm số: 8

Câu 3 Sử dụng Matlab/Simulink thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống, với chỉ tiêu thiết kế: 10

Câu 4 Mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí động cơ 1 chiều (với các thông số đã được thiết kế) trên Simulink 13

4.1 Sơ đồ hệ thống thiết kế: 13

4.2 Ngõ ra của hệ thống: 13

[Type here]

Trang 3

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

Đề số 8

Cho hệ thống điều khiển vị trí của động cơ 1 chiều như hình sau

Trong đó: G(s) là hàm truyền của đối tượng điều khiển, C(s) – là hàm truyền của bộ điều khiển Biết đối tượng điều khiển là động cơ có các tham số như sau:

Trang 4

Bài 1 (3 điểm) Cho hệ phương trình vi phân mô tả của động cơ như sau:

= +u

Biết hàm truyền của động cơ mô tả mối quan hệ giữa vị trí của động cơ với điện

áp đặt vào là:

G(s) = =

Tạo M-file trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ(biến trạng thái được chọn là x1 = θ; x2 = θθ ; x3 = i ), kiểm tra tính điều khiển được và quan sát được của đối tượng điều khiển.

2 Sử dụng các lệnh Matlab vẽ hàm quá độ, kiểm tra tính ổn định của đối tượng

điều khiển trên.

3 Sử dụng Matlab/Simulink thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống, với chỉ

tiêu thiết kế:

- Sai số xác lập : không quá 1%

- Độ quá điều chỉnh <10%

- Thời gian quá độ <1s

4 Mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí động cơ 1 chiều (với các thông số đã

được thiết kế) trên Simulink.

[Type here]

Trang 5

Câu 1:Tạo M-file trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ (biến trạng thái được chọn là x1 = θ; x2 = θθ̇ ; x3 =

i ), kiểm tra tính điều khiển được và quan sát được của đối tượng điều khiển

1.1 Tạo M-File trên Matlab xác định hàm truyền đạt và phương trình trạng thái của động cơ.

1.1.1 Xác định hàm truyền đạt của hệ thống:

Hàm truyền của hệ thống là :

G(s) = = (1)

Với :

K=0.0274(V/(rad/s))

J=3,40.(Kg.)

R=5 (ꭥ)

L=35(mH)

b = 3,5077.(N.m.s)

Thay số vào phương trình (1) ta được hàm truyền :

G(s) = = (2)

Biểu diễn hàm truyền hệ thống trên Matlab :

Ta có các lệnh sau :

%khai báo các thông số của hệ thống%

J = 3.40E-6;

b = 3.5077E-6;

Trang 6

K = 0.0274;

R = 5 ;

L = 35E-3;

% biểu diễn hàm truyền trên matlab%

s = tf('s');

P_motor = K/(s*((J*s+b)*(L*s+R)+K^2))

1.1.2 Xác định phương trình trạng thái:

Từ phương trình vi phân

= +u

Ta xác định được các ma trận

Ma trận trạng thái A=

Ma trận tín hiệu vào B =

Ma trận tín hiệu ra C = [1 0 0 ]

Biểu diễn trong Matlab ta dùng những lệnh sau :

A = [0 1 0

2

Sinh viên thực hiện:

Trang 7

0 -b/J K/J

0 -K/L -R/L]

B = [0;0;1/L]

C =[1 0 0 ]

D =[0]

motor_ss = ss(A,B,C,D)

Trang 8

1.2 Kiểm tra tính điều khiển được và quan sát được của hệ thống.

1.2.1 Kiểm tra tính điều khiển được:

Từ các ma trận:

Ta thành lập được ma trận điều khiển được :M=[B AB]

Suy ra Mc có hạng = 2 , Rank(Mc)=2

Vậy hệ thống điều khiển được

Biểu diễn trong Matlab ta dùng những lệnh sau:

M=[B A*B]

4

Trang 9

1.2.2 Kiểm tra tính quan sát được

Từ các ma trận:

Ta thành lập ma trận quan sát được Mq =

Suy ra Mq có hạng bằng 1 , Rank (Mq) =1

Vậy hệ thống quan sát được

Trang 10

Kiểm tra Rank(Mq) trên Matlab :

6

Trang 11

Câu 2 Sử dụng các lệnh Matlab vẽ hàm quá độ, kiểm tra tính ổn định của đối tượng điều khiển trên.

2.1Vẽ hàm quá độ trên Matlap

Ta dùng lệnh sau:

Step(P_motor);

Nhận xét: Đáp ứng ngõ ra của hệ thống là hàm dốc đơn vị.

Vẽ đáp ứng ngõ ra của hàm truyền hệ kín, ta dùng lệnh:

num = 0.0274;

den = [1.183*E-07 , 1.702*E-05 , 0.0007683 ];

Trang 12

Ngõ ra đáp ứng của hệ kín

Ngõ ra đáp ứng của hệ thống ổn định

2.2 Xét tinh ổn định của hệ thống bằng quỹ đạo nghiệm số:

Ta dùng lệnh :

8

Trang 13

Đồ thị quỹ đạo nghiệm số.

Nhận xét: Các cực của hệ thống trên quỹ đạo nghiệm số đều nằm bên trái trục ảo Suy ra hệ thống ổn định

Trang 14

Câu 3 Sử dụng Matlab/Simulink thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống, với chỉ tiêu thiết kế:

- Sai số xác lập : không quá 1%

- Độ quá điều chỉnh <10%

- Thời gian quá độ <1s

Thiết lập bộ điều khiển P :

Ta dùng những câu lệnh sau :

Kp = 100;

C = pid(Kp);

sys_cl = feedback(C*P_motor,1);

step(sys_cl)

10

Trang 15

Quan sát ngõ ra của hệ thống :

Nhận xét: Hệ thống có sự ổn định ngay lúc đầu nhưng sau 1 thời gian thì hệ thống bắt

đầu dao động lớn ,có sai số xác lâp

Thiết kế bộ điều khiển PI:

Ta dùng những câu lệnh sau:

Kp = 80;

Ki = 2;

C = pid(Kp,Ki);

step(sys_cl,[0:0.01:4]);

Trang 16

Quan sát ngõ ra của hệ thống :

12

Trang 17

Nhận xét:

Thiết kế bộ điều khiển PID

Ta dùng những câu lệnh sau:

Kp = 1.5;

Ki = 1;

Kd = 0.1;

C = pid(Kp,Ki,Kd);

t = 0:0.001:1;

step(sys_cl,t);

Biểu diễn trong matlab:

Trang 18

Quan sát ngõ ra của hệ thống:

Nhận xét : sau khi tiết kế bộ PID , ta thấy độ quá điều chỉnh < 10%, cụ thể là 7,16%

và thời gian xác lập đã < 1s, đáp ứng với yêu cầu của đề bài

Câu 4 Mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí động cơ 1 chiều (với các thông số

đã được thiết kế) trên Simulink.

4.1 Sơ đồ hệ thống thiết kế:

4.2 Ngõ ra của hệ thống:

14

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	541,79 KB