Bai tap dai mon dieu khien logic

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN – BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI MƠN ĐIỀU KHIỂN SỐ

Họ tên :
Mã số SV
STT trong danh sách
Năm học

:
:
:
:

HÀ NỘI 20………


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN SỐ
STT

Tên sinh viên

MSSV

Số thứ tự thứ tự tự

Khoá

Cho đối hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ vĩnh cửu sử dụng bộ
băm áp cầu H như trên hình vẽ VI-1.
HìnhVI-1. Sơ đồ hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ vĩnh cửu

Q1

Q3

Current Filter
Rf
Lf

C1
Vcc

C2

i



V
Q4

Q2

Load

DC motor

IGBT drive
i(t)

PWM1 PWM2
Control signal
u(k)

ADC
12-bit
i(k)
x(k)

u(k)

UART

CPU
C(z)

y(t)
QEI
y(k)

r(k)

Digital Signal

Controller

Sơ đồ khối của đối tượng điều khiển là bộ băm áp DC-DC lưỡng cực nối tiếp với động
cơ DC kích từ vĩnh cửu được thể hiện trên hình VI-2.


System discrete
and quantizer
u (k )
x1 (k )
x2 ( k )

DA1
AD1
AD2

u (t )
x1 (t )
x2 (t )

K DA1
K AD1
K AD 2

DC motor and H-chopper drive
Kb
va (t )

1
T pw m s  1

1
Ls  R

i (t )

i (t ) Te
Kt

1
Js  K f

 (t )

TL

 (t )

Hình VI-2. Sơ đồ khối của đối tượng điều khiển trong phần Bài tập lớn
Điện trở R và điện cảm L
R=R a + Rf ; L=L a+ Lf
Với Ra , La là điện trở, điện cảm phần ứng động cơ và R f , L f là điện trở, điện cảm của
bộ lọc. Tham số của động cơ và các cảm biến cho trong bảng VI-1. Chú ý, J là mơ men qn
tính quy đổi về trục động cơ của hệ truyền động điện.
Bảng VI-1. Tham số động cơ và cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ
Tham số động cơ
Thứ tự

Ra
(Ω)

La
(H)

Kt
(Nm/A)

Kb
(Vs/rad)

Kf
(Nms/rad)

J
(Kgm2)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

2,00
2,00
2,50
1,70
1,90
1,80
0,65
0,65
0,75
0,36
0,40
0,46
1,06
1,20
1,40
1,90
1,80
0,65

0,65
0,75
1,70
1,90
1,80
0,65
0,65

0,0089
0,0099
0,0159
0,0020
0,0030
0,0050
0,0059
0,0069
0,0079
0,0002
0,0003
0,0005
0,0005
0,0010
0,0020
0,0030
0,0050
0,0059
0,0069
0,0079
0,0020
0,0030

0,0050
0,0059
0,0069

0,0896
0,0896
0,0896
0,0439
0,0439
0,0439
0,0678
0,0678
0,0678
0,1270
0,1270
0,1270
0,2140
0,2140
0,2140
0,0439
0,0439
0,0678
0,0678
0,0678
0,0439
0,0439
0,0439
0,0678
0,0678

0,0896
0,0896
0,0896
0,0439
0,0439
0,0439
0,0678
0,0678
0,0678
0,1270
0,1270
0,1270
0,2140
0,2140
0,2140
0,0439
0,0439
0,0678
0,0678
0,0678
0,0439
0,0439
0,0439
0,0678
0,0678

0,000062
0,000082
0,000082
0,000045

0,000045
0,000055
0,000031
0,000051
0,000061
0,000438
0,000438
0,000438
0,000350
0,000350
0,000350
0,000045
0,000055
0,000031
0,000051
0,000061
0,000045
0,000045
0,000055
0,000031
0,000051

0,000115
0,000215
0,000175
0,000016
0,000021
0,000030
0,000070
0,000075

0,000085
0,000134
0,000174
0,000204
0,000129
0,000189
0,000229
0,000029
0,000032
0,000072
0,000072
0,000082
0,000016
0,000021
0,000030
0,000070
0,000075

Cảm
biến
dòng
Imax(A)
8
8
8
12
12
12
24
24

24
24
24
24
24
24
24
12
12
24
24
24
12
12
12
24
24

Tham
số
Encoder
(ppr)
6000
6000
6000
5000
5000
5000
4000
4000

4000
3600
3600
3600
3000
3000
3000
5000
5000
4000
4000
4000
5000
5000
5000
4000
4000


Thứ tự
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65

66
67
68
69
70
71
72
73

Ra
(Ω)
1,90
1,80
0,65
0,65
1,80
1,70
1,90
1,80
0,65
0,65
0,75
0,36
0,40
0,46
1,06
1,20
0,40
0,46
1,06

1,20
1,40
1,90
1,80
0,65
0,65
0,75
0,65
1,90
1,80
0,65
0,65
1,80
1,70
1,90
1,80
0,65
0,65
0,65
1,90
1,80
0,65
1,20
0,40
0,46
1,06
1,20
1,40
1,90

La
(H)
0,0030
0,0050
0,0059
0,0069
0,0050
0,0020
0,0030
0,0050
0,0059
0,0069
0,0079
0,0002
0,0003
0,0005
0,0005
0,0010
0,0003
0,0005
0,0005
0,0010
0,0020
0,0030
0,0050
0,0059
0,0069
0,0079
0,0069
0,0030

0,0050
0,0059
0,0069
0,0050
0,0020
0,0030
0,0050
0,0059
0,0059
0,0069
0,0030
0,0050
0,0059
0,0010
0,0003
0,0005
0,0005
0,0010
0,0020
0,0030

Tham số động cơ
Kt
Kb
Kf
(Nm/A) (Vs/rad) (Nms/rad)
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439

0,0439
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,0678
0,0678
0,000051
0,0439
0,0439
0,000055
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,0678
0,0678
0,000051
0,0678
0,0678
0,000061
0,1270

0,1270
0,000438
0,1270
0,1270
0,000438
0,1270
0,1270
0,000438
0,2140
0,2140
0,000350
0,2140
0,2140
0,000350
0,1270
0,1270
0,000438
0,1270
0,1270
0,000438
0,2140
0,2140
0,000350
0,2140
0,2140
0,000350
0,2140
0,2140
0,000350
0,0439

0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,0678
0,0678
0,000051
0,0678
0,0678
0,000061
0,0678
0,0678
0,000051
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,0678
0,0678
0,000051
0,0439

0,0439
0,000055
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,0678
0,0678
0,000031
0,0678
0,0678
0,000051
0,0439
0,0439
0,000045
0,0439
0,0439
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,2140

0,2140
0,000350
0,1270
0,1270
0,000350
0,1270
0,1270
0,000350
0,2140
0,2140
0,000045
0,2140
0,2140
0,000055
0,2140
0,2140
0,000031
0,0439
0,0439
0,000051

J
(Kgm2)
0,000021
0,000030
0,000070
0,000075
0,000030
0,000016
0,000021

0,000030
0,000070
0,000075
0,000085
0,000134
0,000174
0,000204
0,000129
0,000189
0,000174
0,000204
0,000129
0,000189
0,000229
0,000029
0,000032
0,000072
0,000072
0,000082
0,000075
0,000021
0,000030
0,000070
0,000075
0,000030
0,000016
0,000021
0,000030
0,000070
0,000070

0,000075
0,000021
0,000030
0,000070
0,000129
0,000189
0,000229
0,000029
0,000032
0,000072
0,000072

Cảm
biến
dòng
Imax12
(A)
12
24
24
12
24
12
12
24
24
24
12
12
12

24
12
8
8
8
12
12
12
24
24
24
24
24
12
12
24
24
12
24
12
12
24
12
12
12
24
24
24
24
24

12
12
24
24

Tham
số
Encoder
(ppr)
5000
5000
4000
4000
5000
3000
5000
5000
4000
4000
4000
5000
5000
5000
4000
5000
6000
6000
6000
5000
5000

5000
4000
4000
4000
3600
3600
6000
6000
6000
5000
5000
5000
4000
4000
4000
3600
3600
3600
3000
3000
3000
5000
5000
5000
5000
4000
4000


Thứ tự

74
75
76
77
78
79
80

Ra
(Ω)
1,80
0,65
0,65
0,75
0,65
1,90
1,80

La
(H)
0,0050
0,0059
0,0069
0,0079
0,0069
0,0030
0,0050

Tham số động cơ
Kt

Kb
Kf
(Nm/A) (Vs/rad) (Nms/rad)
0,0439
0,0439
0,000061
0,0678
0,0678
0,000045
0,0678
0,0678
0,000045
0,0678
0,0678
0,000055
0,0678
0,0678
0,000031
0,0439
0,0439
0,000051
0,0439
0,0439
0,000045

J
(Kgm2)
0,000082
0,000016
0,000021

0,000030
0,000070
0,000075
0,000021

Cảm
biến
dòng
Imax24
(A)
12
12
12
24
24
12

Tham
số
Encoder
(ppr)
4000
3600
3600
6000
6000
6000
5000

Tham số của bộ băm áp cầu H, bộ lọc và thời gian lấy mẫu cho trong bảng VI-2.

BảngVI-2. Tham số bộ băm áp cầu H, bộ lọc và thời gian lấy mẫu
của hệ thống
Bộ băm áp cầu H
Bộ lọc
Điện
Thời gian
Độ phân giải
Điện
Điện
áp
Tần số
Thứ tự
lấy mẫu
của giá trị
cảm
nguồn
băm
trở R f
T (sec)
điều khiển
Lf (H)
Vcc
fpwm (Hz)
(Ω)
(bit)
(V)
31
32
1
36

15000
12
0,5
0,006
0,0020
33
34 36
2
10000
12
0,5
0,006
0,0025
35
36
3
36
5000
12
0,5
0,006
0,0030
37
38 32
4
15000
10
0,5
0,006
0,0035

39
40
5
24
10000
10
0,5
0,006
0,0035
41
42 24
6
5000
10
0,7
0,008
0,0035
43
44 32
7
15000
10
0,7
0,008
0,0040
45
46
8
24
10000

10
0,7
0,008
0,0040
47
48 24
9
5000
10
0,7
0,008
0,0040
49
50
10
48
15000
12
0,7
0,008
0,0040
51
52 48
11
10000
12
0,8
0,009
0,0045
53

54
12
48
5000
12
0,8
0,009
0,0050
55
56 90
13
15000
10
0,8
0,009
0,0040
57
58 90
14
10000
10
0,8
0,009
0,0045
59
60
15
90
5000
10

0,8
0,009
0,0050
61
62 32
16
15000
12
0,51
0,006
0,0020
63
64
17
24
10000
12
0,52
0,006
0,0025
65
66 24
18
5000
12
0,53
0,006
0,0030
67
68

19
32
15000
10
0,54
0,006
0,0035
69
70 24
20
10000
10
0,55
0,006
0,0035
71
72 24
21
5000
10
0,71
0,008
0,0035
73
74
22
48
15000
10
0,72

0,008
0,0040
75
76 48
23
10000
10
0,74
0,008
0,0040
77
78
24
48
5000
12
0,75
0,008
0,0040
79
80 90
25
15000
12
0,76
0,008
0,0040
81
82 90
26

10000
12
0,81
0,009
0,0045
83
84 24
27
5000
10
0,85
0,009
0,0050
85
86 24
28
15000
10
0,82
0,009
0,0040
87
88
29
48
10000
10
0,83
0,009
0,0045

89
90 48
30
5000
12
0,85
0,009
0,0050


Yêu cầu thực hiện : Phần nội dung viết tay, phần mơ phỏng kết quả
Phần lý thuyết

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
1.
2.
3.
4.
5.
6.

7.
8.

1. Trình bày cấu trúc chung hệ thống điều khiển số ?
2. Các tính chất của phép biến đổi Z ?
3. Phương pháp thiết kế PID theo phương pháp gán điểm cực
I.
Phần thiết kế
A. Các nhóm có thứ tự LẺ (phương án điều khiển phản hồi đầu ra)
Xác định hàm truyền đạt G ( s )=Y ( s)/U (s) và phương trình trạng thái liên tục
( A , B , C , D ) mơ tả đối tượng điều khiển.
Rời rạc hóa mơ hình đối tượng dưới hai dạng: hàm truyền đạt rời rạc G( z ), phương
trình trạng thái rời rạc ( A d , Bd ,C d , D d ) với thời gian lấy mẫu cho trong bảng VI-2.
Lượng tử hóa mơ hình dưới dạng hàm truyền đạt và phương trình trạng thái. Chú ý tín
hiệu dịng điện được đưa vào kênh A/D có độ phân giải 12-bit.
Khảo sát tính ổn định của đối tượng thông qua hàm truyền đạt rời rạc
Khảo sát chất lượng động, chất lượng tĩnh của đối tượng khi chưa có điều khiển (hệ
thống vịng hở)
Thiết kế bộ điều khiển PID( z ) theo phương pháp áp đặt điểm cực để hệ thống có chất
lượng động: t s 5=10 T (T là chu kỳ lấy mẫu) và lượng quá điều chỉnh POT =5 %.
Khảo sát chất lượng tĩnh của hệ thống kín
Mơ phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm Matlab&Simulink
B. Các nhóm có thứ tự CHẴN (phương án điều khiển phản hồi trạng thái)
Xác định hàm truyền đạt G ( s )=Y ( s)/U (s) và phương trình trạng thái liên tục
( A , B , C , D ) mô tả đối tượng điều khiển.
Rời rạc hóa mơ hình đối tượng dưới hai dạng: hàm truyền đạt rời rạc G( z ), phương
trình trạng thái rời rạc ( A d , Bd ,C d , D d ) với thời gian lấy mẫu cho trong bảng VI-2.
Lượng tử hóa mơ hình dưới dạng hàm truyền đạt và phương trình trạng thái. Chú ý tín
hiệu dịng điện được đưa vào kênh A/D có độ phân giải 12-bit.
Khảo sát tính điều khiển được và tính quan sát được của đối tượng
Khảo sát chất lượng động, chất lượng tĩnh của đối tượng khi chưa có điều khiển (hệ
thống vòng hở)

Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái theo phương pháp áp đặt điểm cực để hệ
thống có chất lượng động: t s 5=20 T (T là chu kỳ lấy mẫu) và lượng quá điều chỉnh
POT =5 %.
Thiết kế bộ quan sát trạng thái với yêu cầu chất lượng động: t s 5=10 T (T là chu kỳ lấy
mẫu), lượng quá điều chỉnh POT =5 %.
Mô phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm Matlab&Simulink