BÁO cáo THÍ NGHIỆM cơ sở điều KHIỂN tự ĐỘNG bài 1 KHẢO sát đặc TÍNH ĐỘNG học hệ THỐNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
GVHD: Lê Quang Thuần
Nhóm:
Sinh viên:
TPHCM, tháng 8 năm 2020


BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG
Ngày thực hiện thí nghiệm:4/6/2020
I. Kết quả thí nghiệm:
1. Đáp ứng tấn số của tốc độ động cơ DC:

Bảng 3. Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tần số của tốc độ động cơ DC
Lần chạy

Tần số
(rad/s)

1

0.4

75.18

37.52

-0.714

-16.36

2

0.6

73.84

37.36

-0.688

-23.65

3

0.8

70.52

36.97

-0.537

-24.61

4

1

69.38

36.82

-0.487

-27.90

5

2

62.35

35.90

-0.353

-40.45

6

4

43.55

32.78

-0.275

-63.03

7

6

28.43

29.07

-0.218

-74.94

8

8

20.58

26.27

-0.189

-86.63

9

10

15.65

23.89

-0.158

-90.68

10

20

7.97

18.03

-0.102

-116.88

Ac
Ac
¿
(dB)=20
log(
Ar
Ar

Ac / Ar

Ac / Ar (dB)

ω
Φ(độ)=360 .

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 0.4 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 0.6 (rad/s)

∆t
2π

∆t (s)

φ (độ)


● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 0.8 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 1 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 2 (rad/s)


● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 4 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 6 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 8 (rad/s)


● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 10 (rad/s)

2. Đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC:
Bảng 4. Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC
Lần
chạy

Tần số (rad/s)

AC/Ar

AC/Ar (dB)

∆t (s)

φ (độ)

1

0.4

1148.18

61.2

-4.00

-91.67

2

0.6

717.79

57.12

-2.754

-94.68

3

0.8

576.1

55.21

-2.100

-96.26

4

1

447.71

53.02

-1.796

-102.90

5

2

227.77

47.15

-1.030

-118.03


6

4

65.46

36.32

-0.564

-129.26

7

6

32.28

30.18

-0.401

-137.85

8

8

17.30

24.76

-0.317

-145.30

9

10

12.36

21.84

-0.279

-159.86

10

20

3.19

10.08

-0.155

-177.62

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 0.4 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 0.6 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 0.8 (rad/s)


● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 1 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 2 (rad/s)

● Hình ảnh mô phỏng tại tần số 4 (rad/s)


● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 6 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 8 (rad/s)


● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 10 (rad/s)

● Hình ảnh mơ phỏng tại tần số 20 (rad/s)

3. Khảo sát đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC:
Bảng 5. Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tốc độ động cơ DC theo thời gian với
điện áp đầu vào khác nhau
τ
Lần
Điện áp
Tốc độ xác lập
K
chạy
động cơ (V)
(vòng/phút)
600
0.83
0.48
1
7.2

2

9.6

845

0.88

0.49

3

12

1087

0.91

0.47

4

14.4

1322

0.92

0.48

5

16.8

1568

0.93

0.49


Giá trị trung bình
● Hình ảnh mơ phỏng tại lần chạy 1

● Hình ảnh mơ phỏng tại lần chạy 2

● Hình ảnh mơ phỏng tại lần chạy 3

● Hình ảnh mô phỏng tại lần chạy 4

0.894

0.482


● Hình ảnh mơ phỏng tại lần chạy 5

II.Báo cáo, nhận xét kết quả thí nghiệm:
1. Từ bảng số liệu ở Bảng 3 và Bảng 4, vẽ biểu đồ đáp ứng tần số tìm được (Bode biên

độ và Bode pha) trong 2 trường hợp, xác định độ lợi DC và hằng số thời gian của
hệ thống trong 2 trường hợp 5.1 và 5.2 ?
- Đồ thị Bode biên độ trong trường hợp 5.1


- Đồ thị Bode pha trong trường hợp 5.1


- Đồ thị Bode biên độ trong trường hợp 5.2

- Đồ thị Bode pha trong trường hợp 5.2

Kết luận:
- Trường hợp 5.1:
Độ lợi DC K = 75.5, thời hằng τ = 0.5 vì ωn = 2 rad/s
Hàm truyền:
- Trường hợp 5.2:
Độ lợi DC K = 450, thời hằng τ = 0.5 vì ωn = 2 rad/s
Hàm truyền:


2. Độ dốc (dB/dec) trong biểu đồ biên độ xấp xỉ bằng bao nhiêu? Nó có phù

hợp với độ dốc của hệ thống bậc nhất đối với trường hợp 5.1 và hệ thống
bậc hai đối với trường hợp 5.2 hay không?
- Trường hợp 5.1:
Độ dốc trong biểu đồ biên độ xấp xỉ -22dB/dec. Theo lý thuyết thì độ dốc
hệ thống bậc nhất là -20dB/dec nên có thể xem độ dốc trong thí nghiệm phù
hợp với lý thuyết. Cịn giá trị 20log(Ac/Ar) trước tần số gãy thay đổi không
nhiều.

- Trường hợp 5.2:
Độ dốc trước tần số gãy ωn=2 rad/s xấp xỉ -22dB/dec và sau tần số cắt là 38.5 dB/dec. Theo lý thuyết thì độ dốc khâu tích phân lý tưởng tại tần số gãy
ω=1 rad/s là -20dB/dec còn sau ωn = 2 là -40dB/dec nên có thể xem độ dốc
trong thí nghiệm phù hợp với lý thuyết.
3. Từ biểu đồ pha ở trường hợp 5.1, hãy xác định tần số tại đó đáp ứng hệ

thống trễ pha so với tín hiệu đặt một góc 45o ? Giải thích về mối liên hệ của
tần số này với hằng số thời gian của hệ thống?
Từ biểu đồ bode pha ở trường hợp 1, ta thấy tại = 1.3 thì tín hiệu ra trễ pha
45 so với tín hiệu vào.
o

Theo lý thuyết thì tại tần số gãy ω = 2 chính là giá trị hằng số thời gian của
hệ thống và tín hiệu ra trễ pha 45o so với tín hiệu vào. Nhưng trên đồ thị Bode
pha thì ta xác định được vị trí trễ pha 45o lại là 1.3 rad/s, điều này có thể do sai
số lúc làm thí nghiệm và sai số của thiết bị.
4. Dự đoán về độ lợi của hệ thống khi tín hiệu đặt có tần số rất cao? Độ trễ

pha đối với tần số này?
Theo lý thuyết, đối với hệ thống bậc nhất thì độ lợi |G(jω)| và góc pha
G(jω) có thể biểu diễn theo ω như sau:
và
Nên khi hàm truyền hệ thống không đổi, tăng tần số tín hiệu đặt vào lên
rất cao thì độ lợi hệ thống sẽ tiến về 0 và độ trễ pha tiến dần về -90o.
5. So sánh hằng số thời gian và độ lợi DC trong 2 trường hợp 5.1 và 5.3 ?

Khi so sánh hai trường hợp 5.1 và 5.3 ta nhận thấy rằng giá trị hằng số
thời gian đo đạc được từ hai trường hợp gần như bằng nhau. Có chênh lệch
nhưng khơng đáng kể.
Về độ lợi DC thì ta cũng ghi nhận được giá trị K ở trường hợp 5.3 khác

với ở trường hợp 5.1 khi 2 giá trị chênh lệch khá lớn. Tại vì để xác định chính
xác được độ lợi K thì cần đo ở giá trị ω nhỏ để giảm sai số.


BÀI 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỐ
Ngày thực hiện thí nghiệm:22/4/2021

I.Kết quả thí nghiệm:
4. Điều khiển tốc độ động cơ DC:
a.
Khảo sát ảnh hưởng của tham số KP
Bảng 1. Khảo sát ảnh hưởng của tham số 𝐾𝑃 (𝐾𝐼 = 0, 𝐾𝐷 = 0)
KP
Thời gian lên (s)
Thời gian xác lập (s)
Độ vọt lố(%)
Sai số xác lập (v/p)

0.02

0.05

0.1

0.5

1

0.315

0.285

0.37

0.44

0.445

0.685

0.565

0.55

0.60

0.615

0

0

0

0

0

382.3

184.2

95.3

6.5

0.06

● Hình ảnh mô phỏng

KP = 0.02


KP = 0.05

KP = 0.1


KP = 0.5

KP = 1


b.

Khảo sát ảnh hưởng của tham số KI
Bảng 3. Khảo sát ảnh hưởng của tham số KI (KP = 0.02, KD = 0)
KI
0.02
0.035

0.05
0.075
0.1
2.005
0.835
0.625
0.44
0.44
Thời gian lên
(s)
5.54
2.25
2.335
2.595
2.485
Thời gian xác
lập (s)
0
0
2.61
13.44
25.88
Độ vọt lố (%)
Sai số xác lập
(v/p)

2

1.1

● Hình ảnh mơ phỏng

KI = 0.02

0

0

0


KI = 0.035

KI = 0.05


KI = 0.075

KI = 0.1


c. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lấy mẫu T
Bảng 4. Khảo sát ảnh hưởng của tham số T (KP = 0.02, KI = 0.1, KD = 0)
T
Thời gian lên
(s)
Thời gian xác
lập (s)
Độ vọt lố (%)

0.005

0.01

0.02

0.03

0.05

0.44

0.44

0.44

0.45

0.45

2.485

2.45

2.42

2.64

2.7

25.88

26.75

28

30.75

32.75

0

0

0

0

0
Sai số xác lập
(v/p)
● Hình ảnh mơ phỏng

T = 0.005


T = 0.01

T = 0.02

T = 0.03

T = 0.05


a.

2. Điều khiển vị trí động cơ DC:
Khảo sát ảnh hưởng của tham số KP
Bảng 5.Khảo sát ảnh hưởng của tham số KP (KI = 0, KD =

0)
KP

0.005

0.05

0.1

0.2

0.5

Thời gian lên (s)

0.845

0.285

0.285

0.285

0.28

Thời gian xác lập
(s)
Độ vọt lố (%)

1.255

2.205

2.6

3

∞

0

40.1

39.9

39.8

39.2

Sai số xác lập (độ)

527.1

5.3

9

4

Hệ thống ở
biên giới ổn
định

● Hình ảnh mơ phỏng

KP = 0.005


KP = 0.05

KP = 0.1