dkms chuong 3 8758

Chương 3. Các bộ điều khiển số


Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số gắn liền
với việc xây dựng mơ hình chính xác của q
trình (hay cịn gọi là mơ hình chính xác của đối
tượng điều khiển).



Sau đó thuật toán điều khiển được phát triển để
đạt được đáp ứng đầu ra theo mong muốn.

1
1

Chương 3. Các bộ điều khiển số
Chúng ta có thể sử dụng một số phương pháp
sau đây để thiết kế các hệ thống điều khiển số.

2
2



Xây dựng hàm truyền trong mặt phẳng p sau đó
biến đổi hàm truyền sang miền z.



Hàm truyền của hệ thống được mơ hình như là

một hệ thống số và bộ điều khiển được thiết kế
trực tiếp trong miền z.


Chương 3. Các bộ điều khiển số
Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số trong mặt
phẳng z có thể được tóm tắt như sau:

3



Xác định hàm truyền của hệ thống sử dụng
phương pháp tốn học hoặc bằng cách phân
tích phản ứng theo thời gian.



Biến đổi hàm truyền sang mặt phẳng z.



Thiết kế bộ điều khiển số trong mặt phẳng z.



Thực thi thuật tốn điều khiển với máy tính số.

3

Chương 3. Các bộ điều khiển số

4
4


Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1 Các bộ điều khiển số

5
5

Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1 Các bộ điều khiển số
Hàm truyền của hệ thống 3.3 có dạng như sau:

Y z
D  z  HG  z 

R  z  1  D  z  HG  z 

(3.1)

Chúng ta ký hiệu hàm truyền của hệ kín T  z 
có dạng như sau:
6
6

T z 

Y z

R z

(3.2)


Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1 Các bộ điều khiển số
Từ phương trình (3.1) và (3.2) ta xác định được
hàm truyền của bộ điều khiển cần được thiết kế
như sau:

Dz 

1  T z 


HG  z  1  T  z  

(3.3)

7
7

Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1 Các bộ điều khiển số




8
8

Phương trình (3.3) có nghĩa là chúng ta có thể
thiết kế được bộ điều khiển số nếu biết được mơ
hình hay hàm truyền của quá trình.
Bộ điều khiển D  z  phải được thiết kế sao cho
hệ là ổn định và có thể được thực thi bằng các
phần cứng khác nhau.


Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”
Bộ điều khiển “dead-beat” là một bộ điều khiển
mà đầu ra có dạng nhảy cấp như tín hiệu đầu
vào nhưng trễ so với đầu vào một hoặc một vài
chu kỳ lấy mẫu.

T  z   z  k ở đây k  1 (3.4)
9
9

Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”
Từ phương trình (3.3), hàm truyền của bộ điều
khiển cần được thiết kế có dạng như sau:

1  z k 
Dz 



HG  z  1  z  k 
10
10

(3.5)


Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”
Ví dụ 3.1:
Thiết kế bộ điều khiển “dead-beat” cho hệ thống
với đối tượng điều khiển có hàm truyền như sau:

e 2 p
G  p 
1  10 p
11
11

Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”
Hàm truyền của hệ kín có dạng như sau:
 e2 p
1  e  pT


HG  z   Z 
G  p    1  z 1  Z 


 p

 p 1  10 p  

Giả thiết chu kỳ lấy mẫu T=1 giây ta có:

12
12

1/10


HG  z   1  z 1  z 2 Z 

 p 1/10  p  


Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”

HG  z   1  z

1

z 1  e0,1 

 z  z  1 z  e  z



2

1  e 
0,1

3

0,1

1  e 0,1 z 1

0, 095 z 3
HG  z  
1  0,904 z 1
13
13

Chương 3. Các bộ điều khiển số
3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat”
Do đó ta có

1  0, 904 z 1  z  k 
Dz 
0, 095 z 3 1  z  k 
Giả thiết

14
14

k  3 ta có

1  0, 904 z 1  z 3  z 3  0,904 z 2
D z 

0, 095 z 3 1  z 3  0, 095  z 3  1