báo cáo thí nghiệm hệ thống điều chỉnh tự động

B i 1à : NGHIÊN C U KHÂU ng h c i n hình.ứ Độ ọ để
I. M c ích ụ đ
Kh o sát các khâu ng h c i n hình nh khâu quán tính, khâu dao ng.ả độ ọ để ư độ
Kh o sát c tính quá , c tính biên pha t n s v c tính biên phaả đặ độ đặ độ ầ ố àđặ độ
t n s logarit. nh h ng c a các thông s n các c tính ó. ầ ố ả ưở ủ ốđế đặ đ
II. N i dung v k t qu :ộ à ế ả
1. Khâu quán tính
a. S mô hình hoá khâu quán tính :ơđồ
b. c tính quá h(t).Đặ độ
L n l t thay các giá tr K=5, T=0.5 v K= 5, T=0.2 l y c tính quá ầ ượ ị à để ấ đặ độ


+ Nh n xétậ
Giá tr xác l p v i T=0.5 v T= 0.2 b ng nhau h( )= K = 5.ị ậ ớ à ằ ∞
Th i gian quá v i T= 0.5 l n h n v i T= 0.2. úng v i lýờ độ ớ ớ ơ ớ Đ ớ
thuy t, th i gian quá t l thu n v i h ng s th i gian T.ế ờ độ ỉ ệ ậ ớ ằ ố ờ
Ta có : T = 0.5 > T = 0.2 d n t i tẫ ớ
qda
= 1.96 s > t
qdb
= 0.783s
d c c a c tính quá tr ng h p v i T=0.5 nh h n T=0.2.Độ ố ủ đặ độ ườ ợ ớ ỏ ơ
Th i gian quá c a khâu quán tính do T quy t nh.ờ độ ủ ế đị
c. c tính t n s biên -pha logarit c a khâu quán tính :Đặ ầ ố độ ủ
l y c tính t n s biên pha logarit c a khâu quán tính ta dùng các l nhđể ấ đặ ầ ố độ ủ ệ
sau:
>> w=tf(5,[0.2 1]);
>> bode(w)
K t qu ta c ế ả đượ
T n s g p =5 (rad/s) ầ ố ậ ự
d. c tính Biên -pha c a khâu quán tính. Đặ độ ủ

+V i K= 5 v T= 0.5 ớ à
Dùng các l nh:ệ
>> w=tf(5,[0.2 1])
>> nyquist(w)

c tính biên pha T= 0.2 Đặ độ
2. Khâu dao ng. độ
S mô hình hoá khâu dao ngơđồ độ


c tính quá c a khâuĐặ độ ủ
+V i K=10 , T= 0.5 , = 0. ớ ợ
S mô hình hóa:ơđồ

c tính quá c a khâu:đặ độ ủ
+ V i K=10, T= 0.5 , = 1.ớ ợ
S mô hình hóa:ơđồ

*.Nh n xét.ậ
+V i = 0.4: ng v i dao ng t t d n , có giá tr xác l p h(t)= K=10.ớ ợ ứ ớ độ ắ ầ ị ậ
S dao ng t t d n n=1, th i gian quá tqd= 4.2(s).ố độ ắ ầ ờ độ
Chu kì dao ng t t d n Ttd= 3.43(s) .độ ắ ầ
quá ch nh % = 25.4%.Độ ỉ ọ
+V i = 0 : Quá ng v i giao ng i u ho .ớ ợ độứ ớ độ đ ề à
Biên dao ng A=10.độ độ
Chu kì dao ng Td = 2 *T=3.14(s).độ đ ð
+V i = 1 : Quá ng v i dao ng không có chu kì, g i l khâuớ ợ độ ứ ớ độ ọ à
quán tính
b c hai .Giá tr xác l p h( )= K=10.Th i gian quá tq =ậ ị ậ ∞ ờ độ đ
2.92(s).

*K t lu n : D ng c tính quá h(t) quy t nh b i tham s .ế ậ ạ đặ độ ế đị ở ốợ
+V i < 1 dao ng t t d n có chu kì t i giá tr xác l p.ớ ợ độ ắ ầ ớ ị ậ
+V i = 1 dao ng i u ho .ớ ợ độ đề à
+V i > 1 dao ng t t d n phi chu kì t i giá tr xác l p.ớ ợ độ ắ ầ ớ ị ậ
Ho n to n úng lý thuy t nghiên à à đ ế
c. c tính biên - pha lôgarit.Đặ độ
+ V i K=10 , T= 0.5 , = 0.4. ớ ợ




+V i K=10, T= 0.5 , = 0.ớ ợ



+ V i K=10, T= 0.5 , = 1. ớ ợ



d. c tính biên - pha.Đặ độ
+ V i K=10 , T= 0.5 , = 0.4.ớ ợ


+ V i K=10 , T= 0.5 , = 0.ớ ợ



+ V i K=10 , T= 0.5 , = 1.ớ ợ

B i 2à : Nghiên c u các khâu ng h c t ng ng ứ độ ọ ươ đươ
I. M c íchụ đ
S d ng ph n m m MATLAB-SIMULINK xác nh hàm sử ụ ầ ề để đị ố
truy n, c tính quá và c tính t n s c a khâu ng h cề đặ độ đặ ầ ố ủ độ ọ
t ng ng trong các tr ng h p: hai khâu m c n i ti p vàươ đươ ườ ợ ắ ố ế
song song v i nhau.ớ
II.N i dung ộ
a.Xây d ng s mô hình hoá:ự ơđồ
*S c u trúc c a hai khâu m c n i ti p:ơđồ ấ ủ ắ ố ế
- ng v i Kứ ớ
1
(s)=2/(0,4s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1):

- ng v i Kứ ớ
1
(s)=3/(0,5s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1):

*S c u trúc c a hai khâu m c song song:ơđồ ấ ủ ắ
- ng v i Kứ ớ
3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s^2+2*0,8*0,5s+1):


- ng v i Kứ ớ

3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s^2+1):
b. V c tính quá h(t):ẽđặ độ
*Tr ng h p hai khâu m c n i ti p:ườ ợ ắ ố ế
-Tr ng h p hai khâu m c n i ti p v i Kườ ợ ắ ố ế ớ
1
(s)=2/(0,4s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1):
Sau khi xây d ng c mô hình v i các tham s ã cho, ta l p c c tínhự đượ ớ ố đ ậ đượ đặ
quá cho hai khâu n i ti p nh sau:độ ố ế ư
-Tr ng h p hai khâu m c n i ti p v i các h s Kườ ợ ắ ố ế ớ ệ ố
1
(s)=3/(0,5s+1), K
2
(s)=4/
(0,8s+1)ta thu c c tính quá h(t) nh sau:đượ đặ độ ư
Nh n xétậ : c tuy n quá c a 2 khâu quán tính có d ng nh 1 khâu quánđặ ế độ ủ ạ ư
tính nh ng có th i gian quá v giá tr xác l p l n h n.ư ờ độ à ị ậ ớ ơ
T hai c tính quá xét cho hai tr ng h p ng v i các h s cho tr c khácừ đặ độ ườ ợ ứ ớ ệ ố ướ
nhau, ta th y giá tr xác l p ph thu c v o l n c a h ng s th i gian T.ấ ị ậ ụ ộ à độ ớ ủ ằ ố ờ
*Tr ng h p hai khâu m c song song:ườ ợ ắ
-V i Kớ
3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s^2+2*0,8*0,5s+1), sau khi ch y s taạ ơ đồ
nh n c c tính quá h(t) nh sau:ậ đượ đặ độ ư

-V i Kớ
3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s^2+1), ta có d ng c tính quá nhạ đặ độ ư
sau:

Nh n xétậ : i v i h g m hai khâu m c song song, d ng c tính quá phĐố ớ ệ ồ ắ ạ đặ độ ụ
thu c r t nhi u v o giá tr c a h s t t d n t ng i ộ ấ ề à ị ủ ệ ố ắ ầ ươ đố ợ. tr ng h p th nh tở ườ ợ ứ ấ
( =0.5ợ ) c tuy n có d ng dao ng t t d n, giá tr xác l p h( ) m c tuy nđặ ế ạ độ ắ ầ ị ậ ∞ àđặ ế
ti m c n n l 7. Tr ng h p th hai, khi h s t t d n t ng i ệ ậ đế à ườ ợ ứ ệ ố ắ ầ ươ đố =0ợ c tínhđặ
có d ng dao ng v i chu k dao ng riêng l Tạ độ ớ ỳ độ à
1
=5.02s, biên c a dao ngđộ ủ độ
l 5. H th ng l m t khâu dao ng i u ho .à ệ ố à ộ độ đề à
c. Tìm h m s truy n t ng ng v c tính biên – pha logarit:à ố ề ươ đươ àđặ độ
*Tìm h m s truy n t ng ng c a hai khâu m c n i ti p:à ố ề ươ đươ ủ ắ ố ế
-V i Kớ
1
(s)=2/(0,4s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1), dùng các l nh sau:ệ
>> w1=tf(2,[0.4 1]);
>> w2=tf(4,[0.8 1]);
>> w=w1*w2

Transfer function:
8

0.32 s^2 + 1.2 s + 1

h m s truy n t ng ng c a h l :à ố ề ươ đươ ủ ệ à

W(s) = 8/(0,32s
2
+1,2s+1).
-V i Kớ
1
(s)=3/(0,5s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1)
>> w1=tf(3,[0.5 1]);
>> w2=tf(4,[0.8 1]);
>> w=w1*w2

Transfer function:
12

0.4 s^2 + 1.3 s + 1
Ta tìm c h m s truy n t ng ng nh sau:đượ à ố ề ươ đươ ư
W(s) = 12/(0,4s
2
+1,3s+1).
-V c tính biên – pha logarit c a hai khâu m c n i ti p:ẽđặ độ ủ ắ ố ế
-V i Kớ
1
(s)=2/(0,4s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1), sau khi tìm c h m s truy n t ngđượ à ố ề ươ
ng c a hai khâu m c n i ti p, s d ng h m BODE c a MATLAB ta nh nđươ ủ ắ ố ế ử ụ à ủ ậ
c c tính t n s logarit nh sau:đượ đặ ầ ố ư

-V i Kớ
1
(s)=3/(0,5s+1), K
2
(s)=4/(0,8s+1) ta tìm c các c tính t n s logaritđượ đặ ầ ố
nh sau:ư


*Tìm h m s truy n t ng ng c a hai khâu m c song song:à ố ề ươ đươ ủ ắ
-V i Kớ
3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s^2+2*0,8*0,5s+1):
>> w1=tf(2,[0.4 1]);
>> w2=tf(5,[0.8^2 2*0.8*0.5 1]);
>> w=w1+w2

Transfer function:
1.28 s^2 + 3.6 s + 7

0.256 s^3 + 0.96 s^2 + 1.2 s + 1
Ta tìm c bi u th c h m s truy n t ng ng nh sau:đượ ể ứ à ố ề ươ đươ ư
W(s) = (1,28s
2
+3,6s+7)/(0,256s
3
+0,96+1,2s+1).
-V i Kớ
3

(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s
2
+1):
>> w1=tf(2,[0.4 1]);
>> w2=tf(5,[0.8^2 0 1]);
>> w=w1+w2

Transfer function:
1.28 s^2 + 2 s + 7

0.256 s^3 + 0.64 s^2 + 0.4 s + 1
Ta tìm c h m s truy n t ng ng nh sau:đượ à ố ề ươ đươ ư
W(s) = (1,28s
2
+2s+7)/(0,256s
3
+0,64s
2
+0,4s+1).
*V c tính biên – pha logarit c a hai khâu m c song song:ẽđặ độ ủ ắ
-V i Kớ
3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s^2+2*0,8*0,5s+1), t bi u th c h m truy nừ ể ứ à ề
t ng ng, s d ng h m BODE c a MATLAB, ta v c c tuy n nh sau:ươ đươ ử ụ à ủ ẽđượ đặ ế ư

-V i Kớ

3
(s)=2/(0,4s+1), K
4
(s)=5/(0,8s
2
+1) ta thu c c tính t n s biên –đượ đặ ầ ố độ
pha logarit nh sau:ư


d. Kh o sát tính n nh c a h th ng có s c mô hình hoá nh sau:ả ổ đị ủ ệ ố ơđồđượ ư

Sau khi ch y s , ta nh n c th c tính quá nh sau:ạ ơđồ ậ đượ đồ ị đặ độ ư

*Xác nh các c tr ng c a h th ng t th c a c tính quá :đị đặ ư ủ ệ ố ừđồ ị ủ đặ độ
- Giá tr t i vô cùng: h( ) = 1.ị ạ ∞
-Th i gian quá (tờ độ
qđ
):T trên th ta tìm c: từ đồ ị đượ
qđ
=2,34 s
- quá i u ch nh:Độ đề ỉ
δ = 17,5%.
- S chu k dao ng: n = 1 (chu k ). ố ỳ độ ỳ

*Nh n xét các k t qu thu cậ ế ả đượ
Sau khi cho ch y s mô hình hoá, ta nh n c c tính quá c a h .ạ ơđồ ậ đượ đặ độ ủ ệ
T th ta th y h th ng l m vi c n nh v c tính ti m c n n giá tr xácừ đồ ị ấ ệ ố à ệ ổ đị à đặ ệ ậ đế ị
l p l h( ) = 1 sau 1 chu k dao ng, th i gian quá l Tậ à ∞ ỳ độ ờ độ à
qđ
=2.34 (s). Nh v yư ậ

th i gian quá v n còn l n.Vì v y h th ng n y có th s d ng c trong th c tờ độ ẫ ớ ậ ệ ố à ể ử ụ đượ ự ế
sau khi thêm m t s b c hi u ch nh.ộ ố ướ ệ ỉ

B i 3: Nghiên c u các ph ng phápà ứ ươ
hi u ch nh h th ng KT v ch t l ngệ ỉ ệ ố Đ Đ à ấ ượ
quá trình i u khi nđề ể
I.M c ích ụ đ
Nghiên c u tác d ng c a hi u ch nh n i ti p v hi u ch nh ph n h i ph ứ ụ ủ ệ ỉ ố ế à ệ ỉ ả ồ ụ
i v i ch t l ng c a quá trình i u ch nh.đố ớ ấ ượ ủ đề ỉ
II.N i dung thí nghi m: ộ ệ
a.Tr ng h p a:ườ ợ Khi ch a s d ng khâu hi u ch nh s mô hình hoá h th ng ư ử ụ ệ ỉ ơđồ ệ ố
nh hinh d i:ư ướ

Ch y s l y k t qu , nh n c c tính quá h(t) nh hình sauạ ơđồ ấ ế ả ậ đượ đặ độ ư


*Nh n xét:ậ Khi ch a hi u ch nh , th c tính quá h(t) nh n c có d ng ư ệ ỉ đồ ị đặ độ ậ đượ ạ
t ng tr ng theo th i gian, h th ng không n nh.ă ưở ờ ệ ố ổ đị
b.Tr ng h p b: Khi ch có khâu hi u ch nh n i ti p. Có s mô hình hoá nhườ ợ ỉ ệ ỉ ố ế ơ đồ ư
sau :

Ch y s l y k t qu , nh n c c tính quá h(t) nh hình d i âyạ ơđồ ấ ế ả ậ đượ đặ độ ư ướ đ


* Nh n xét: Khi h th ng ch s d ng khâu hi u ch nh n i ti p, th bi u di nậ ệ ố ỉ ử ụ ệ ỉ ố ế đồ ị ể ễ
c tính h(t) có d ng t ng tr ng theo th i gian: h th ng l m vi c không nđặ ạ ă ưở ờ ệ ố à ệ ổ
nh.đị
c.Tr ng h p c: S mô hình hoá c a h th ng khi s d ng khâu hi u ch nhườ ợ ơ đồ ủ ệ ố ử ụ ệ ỉ
song song (ph n h i ph ) :ả ồ ụ
S mô ph ngơđồ ỏ

Ch y s l y k t qu , nh n c c tính quá h(t) nh hình sauạ ơđồ ấ ế ả ậ đượ đặ độ ư

* Nh n xét: Khi h th ng ch s d ng khâu hi u ch nh song song, th bi u di nậ ệ ố ỉ ử ụ ệ ỉ đồ ị ể ễ
c tính h(t) có d ng không i theo th i gian: h th ng l m vi c n nh. Nh ngđặ ạ đổ ờ ệ ố à ệ ổ đị ư
quá i u ch nh l t ng i l nđộ đ ề ỉ à ươ đố ớ
d.Tr ng h p d : Khi h th ng s d ng c hai khâu hi u ch nh :ườ ợ ệ ố ử ụ ả ệ ỉ

Ch y s l y k t qu , nh n c c tính quá h(t) nh hình vạ ơđồ ấ ế ả ậ đượ đặ độ ư ẽ
* Nh n xét:ậ Khi h th ng s d ng c hai khâu hi u ch nh n i ti p v song song,ệ ố ử ụ ả ệ ỉ ố ế à
th bi u di n c tính quá h(t) c a h th ng có d ng không i theo th iđồ ị ể ễ đặ độ ủ ệ ố ạ đổ ờ
gian, quá i u ch nh nh v th i gian quá t ng i nh h th ng l m vi cđộ đề ỉ ỏ à ờ độ ươ đố ỏ ệ ố à ệ
n nh. ổ đị
*T các s li u trên th ta có nh ng giá tr c a thông s i u ch nhừ ố ệ đồ ị ữ ị ủ ốđề ỉ

T
hc
= 0.564s
δ =11%
n =1
V y h th ng t c các tiêu chu n ánh giá.ậ ệ ố đạ đượ ẩ đ
4. K t lu n: ế ậ
+ So sánh hai tr ng h p sau (c & d) ta th y: khi ch m c thêm khâu hi u ch nhườ ợ ấ ỉ ắ ệ ỉ
song song thì c tính quá h(t) c a h th ng không i theo th i gian, nên hđặ độ ủ ệ ố đổ ờ ệ
th ng n nh nh ng có th i gian quá v quá ch nh l n. Còn khi s d ng cố ổ đị ư ờ độ àđộ ỉ ớ ử ụ ả
hai khâu hi u ch nh n i ti p v song song thì h th ng c ng n nh nh ng có th iệ ỉ ố ế à ệ ố ũ ổ đị ư ờ
gian quá v quá ch nh nh h n, hay h th ng có tính n nh cao h n.độ àđộ ỉ ỏ ơ ệ ố ổ đị ơ
+ Qua b i thí nghi m n y giúp h c viên s d ng t t ph n m m mô ph ngà ệ à ọ ử ụ ố ầ ề ỏ
MATLAB xây d ng s mô hình hoá h th ng trên c s bi t c s c uđể ự ơđồ ệ ố ơ ở ế đượ ơđồ ấ
trúc c a h th ng, v l m rõ c v s nh h ng c a các khâu hi u ch nh nủ ệ ố à à đượ ề ự ả ưở ủ ệ ỉ đế
ch t l ng c a h th ng.ấ ượ ủ ệ ố

B i 4à : phân tích quá trình
t dao ng trong h Th ng phi tuy nự độ ệ ố ế
I>M c ích _yêu c u:ụ đ ầ
- S d ng ph n m m matlap-simulink xây d ng s mô hình hoá h th ng phiử ụ ầ ề để ự ơđồ ệ ố
tuy nế
Nghiên c u hi n t ng t dao ng trong h th ng phi tuy nứ ệ ượ ự độ ệ ố ế
- Xét s nh h ng c a các thông s h th ng v I u ki n ban u i v i t daoựả ưở ủ ố ệ ố à đ ề ệ đầ đố ớ ự
ng trong h th ng phi tuy n.độ ệ ố ế
Yêu c u:xâyd ng c s mô hình hoá c a h th ng phi tuy n.Bi t phân tíchầ ự đượ ơ đồ ủ ệ ố ế ế
ánh giá hi n t ng t dao ng trong h th ng phi tuy n.đ ệ ượ ự độ ệ ố ế
II>N I DUNGộ
1>Tr ng h p1ườ ợ :Xét hi n t ng t dao ng (tín hi u v o xệ ượ ự độ ệ à
v
(t)=0). Khi
K1=10;K2=0.2; K3=25;T
1
=1s;T
2
=0.01s. i u ki n ban u c a khâu tich phân=0.2.đề ệ đầ ủ
S mô ph ng h th ng phi tuy n theo s c u trúc ơđồ ỏ ệ ố ế ơđồ ấ
Ch y s v i XYGraph cho ta th :ạ ơđồ ớ đồ ị
V i Scope1 cho ta s :ớ ơđồ
V i Scope cho ta s :ớ ơđồ
Rõ r ng t th ta có nh n xét h th ng l 1 h th ng n nh.à ừđồ ị ậ ệ ố à ệ ố ổ đị
L p l i quá trình n y i v i tr ng h p khi ta thay i u ki n ban u c a khâu ặ ạ à đố ớ ườ ợ đề ệ đầ ủ
tích phân l i t 0.2 sang 2.ạ ừ
Ch y s v i XYGraph cho ta th :ạ ơđồ ớ đồ ị
Còn ch y Scope cho ta th :ạ đồ ị
i v i Scope1 cho ta th : Đố ớ đồ ị
Trên các th c ng cho ta h lúc n y l 1 h n nh. H n n a n nh còn cao đồ ị ũ ệ à à ệổ đị ơ ử độổ đị

h n so v i tr ng h p tr c ơ ớ ườ ợ ướ
Mô ph ng h th ng v l a ch nỏ ệ ố à ự ọ
ph ng án hi u ch nhươ ệ ỉ
H c viên th c hi n: Lê Anh Tuy nọ ự ệ ế

s 92Đề ố
Cho h th ng có s c u trúc nh hình v , hãy mô ph ng h th ng b ngệ ố ơđồ ấ ư ẽ ỏ ệ ố ằ
MATLAP SIMULINK. Hãy m c thêm m ch hi u ch nh ho c thay i tham sắ ạ ệ ỉ ặ đổ ố
trong khâu hi u ch nh ã có h th ng l m viêc n nh.ệ ỉ đ để ệ ố à ổ đị
a ra ý ki n phân tích v s l a ch n ph ng án hi u ch nh.Đư ế ề ự ự ọ ươ ệ ỉ

Yêu c u: - V d ng c tính h(t) ng v i s ban u.ầ ẽ ạ đặ ứ ớ ơđồ đầ
- S d ng các h m truy n c a MATLAP tính h m truy n t m chử ụ à ề ủ để à ề đạ ạ
h W, h m truy n t m ch kín Wk c a h th ng khi ch a hi u ch nh,ở à ề đạ ạ ủ ệ ố ư ệ ỉ
v c tính quá b ng h m step(w).ẽđặ độ ằ à
- V s h th ng khi ã th c hi n hi u ch nh.ẽ ơđồ ệ ố đ ự ệ ệ ỉ
- Phân tích h th ng, l y các ch tiêu ch t l ng theo th i gian trên cệ ố ấ ỉ ấ ượ ờ đặ
tính h(t). Tính h( ), (%), n, tq ? Ch tiêu ch t l ng theo t n s l y∞ δ đ ỉ ấ ượ ầ ố ấ
trên c tính t n s biên pha, c tính t n s biên pha logarit?đặ ầ ố độ đặ ầ ố độ
B i l mà à
1. V d ng c tính h(t) ng v i s ban u:ẽ ạ đặ ứ ớ ơđồ đầ
S h th ng ban u:ơđồ ệ ố đầ