thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (907.73 KB, 42 trang )
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
MỤC LỤC
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
LỜI NÓI ĐẦU
!"#$%&'()*+#,-."-/0
#10"%&2304)""-&#$
%&%"#!.56"7.,+0
"!0839&*-$""-&#$:;
:<6."04-=,<#-.">>"
/"7?@%3
ABC/""#$%&D0
+6"7E?.F""-&#$
%&:</G /0<)
F-C/$#!0.F!-#%"3
0HI-J.0/.F""-&#$
%&08.!C-'K+L$"".&
-$;!/.&4!M//+J>"
,30NC/:L?O#-;P9!!.<
QHHI-." 04)""#$%
&3
(HI-J4,-RS3ST!U49E+)FLV
:L0HI-?P"7,-/.FEW
"7-HI-!X!!Y0"%
HI-<.+03Z//[[;/
P!<-;Q/.<6<1,\-8!<-
#
Sinh viên: Nguyễn Văn Sơn
Trần Đình Thiêm
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG VÀ NHẬN DẠNG
]-&*%#""-&#$%&.F
Q.F !4)$!$L-;
/""/+/3
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Mô hình và mục đích của mô hình hóa
9;'^-&7-;,!;/)!"0"8!
-&#$%<<_`,J40L%3
Phân loại mô hình:
a9;+1'^-&%P,<!8!".5%J40
L%
O+1<!$/ /".5%3K<
#6)bb.,7/7Lb)c
;#""/#$3
a9;?'J40L%O-&;6.+!N--;
,-&// !#-`7d6!/8!#$3
/-;?-;/ !'
aRH*X-$ !#6!/$
3
aRHJ40L%/+/,LeL3
a9;/Q<LeL-;P-/0)+0<HY
*ILX/:"3
97&"8!-;'f%!5@!-;O%"<
<--;$0#$)J/:<6-;B<
)D<@!8)J/cF/:""3
1.1.2 Mô hình hóa và các phương pháp mô hình hóa
9;<! /J40L%-;?8!$<!
/-;<!'
f%!)<!+1/ /Le!
$J40L%#/4$-;,
-$ !#6!/8!$3
Ưu điểm:
aRH4 /+1<!Le!".53K"""-;
QJ40L%$)J/3
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Nhược điểm:
a g#J40L%-;b& /b;< .
.,/$/!3
aS%)J/8!-;b&/ !#&<3g+0
#.P !&/4Y2h,-&)J/8!-;
3
aJ40L%-;10";/P/,"-!
)B1
O<!D<<,O8!0"$e`.#/
e;
3
f<-;<!10"Lc80"J40L%H8!$
3
U/?/$#!/$#/
J40L%Y`)8!$!< !.FJJ:-;-!-;
$3
Ưu điểm:
a(>J/5/!-$)J/Y."FH-;
3
aAW/;b--3
Nhược điểm:
a];."FH-;3
aS$#>;)J/3(/;$#$!0Gb&
e!$)/2-,O-F-;
3
[b-8!//-;<!!%#"6!
/-;<!%#--;<!10"3!h%#
/0I/.F!'
1. -/;-;$
2. U40L%-$ !#+16!/."!/."/-!
H-;$
3. +$#6!/--$
4. "+L/!-$
5. i0"5-;%!!-$
6. 9;P-!" ,
1.2 Nhận dạng đối tượng
1.2.1 Định nghĩa
K+L'^68b0+-&-;/.Le`)@
`) /&8!-&#$?/78!<F-&)#J/
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
5)Lb-.+!-&J`eC[3
K<-&//+L /``--;$c
L%!`)!I%#-8!$3
1.2.2 Phân loại
Theo dạng mô hình sử dụng,H!4!//+L
#0"j0")bj/-Y!j$+L-;
;!-$j<!-$+L-;Xj-Y3
Theo dạng tín hiệu thực nghiệm,H!<+L8&+L.5
&3K+L8&")#8&%!)
)340/$"%">3K"#$!
+
G5;><%!#40,OF,
\-!kLb/$#! /+3<
/
+L.5&3S$#,/#$O"&J/+-!);
"#3
Theo cấu trúc,!<+L=)+L=O3K+L=
O/<-;8!$<+%"O
"%#-)/F/)#!8!<3T/0<
-<,d!#$"/-G53R,/!0"
<)+L=)<.N/!-&=,C
,HL0%G58!#$3
Nhận dạng trực tuyến và nhận dạng ngoại tuyến3c0I08!#
+L'"bb:5%0"b!-$8!.&
$<!Y!%#$!kLb+L%
0"3K" /+L6#&+F#)/!<+L
0"3
Theo thuật toán ước lượng!<-&$+/;Lb'.
$J/%4) !4)G4)
.,/L%./W/;!2
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
//-7-;'KE<'B];<-;)J/
:<-;<)D#J40L%/\//-7-;
<!="7 !3\ I&<
L%!$#/7Y!3!<;7)G.!$'
gFK$)-V)#0lm/5!%8! /OY-
)-V73R/5!8!-;F0?-;P3!<k
Lb)#L.+!3K!#//!$<%#
-$n-I</0`)$!c3S!#
F'
<Rlopm`)$8! /%3qlopm`)$8!-;
r+$ !4-//3
1.2.3 Các phương pháp nhận dạng
1.2.3.1 Dựa trên đáp ứng quá độ
9;$'
K#-b8!H!L%!/7 /&8!$J/5)
J///5!
.
h</"+!'
a Z+-8!-;
a (/Tsf-;
a ]"+-%-;8!-;
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
]-/4e!/-;<e/N$e<J/5
,.N/-&!-8!bF"0"8!/73
Ví dụ:
U>$ /).+t<e/7.+!h'!%#/
.F!'
]u"0"8!/7-$0[b-lt3vwm^xt3v3
• A#$"xy
• /78!#<L'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
^0/--/7</5w3yy0
z
w3{|0
z
/Y-
}
t
!0
lm,
}
xt
t
xy3
T/0,Le%#/Lb/<c0."I
//!3
0/C-'Tb&" ,8!
/%#-L<<J,0!!#!-$-;<e
`JJ:/5M/-/!-$;b&,-)8!Y
%#M;<\/%!/" ,/!3()"
/0"#-/$,;0)J/
!3
1.2.3.2 Nhận dạng trên miền tần số
~40!1`-<`)/7$J/56$ !
4-3(/))<-&!L'))%")#
`Lc/L)#/3
]))$.N)#<.&•
$p!
/7<.&•
0
$p&#!€3
i/%#-`F/$/!N-L,
!4-3
f%!/$#,/!h/.C-$lZLI
K0 m?<+L-;//8!-;3
Ưu điểm:
a(!-;$•F//EO
3
a9;<,d.6Fe3f$L!&8!#$
J/5h;</,O8!e!P/7#$3
Nhược điểm :
a];J/5e8!-;3K"$<e#+LI
/0<40!!-3, 0"0!<+."
Y!e!<:k!`)!C+L-;;
e.Y3A`<kLb-;F.+!F-b)
)JJ:e-&4.+}`t3
aK!#0$#`)/7--Y!`.#
F6 /< /)F3f<;Y!: !4-F-&
$ !3
aA"6!%"#))%"F)#;,H
Q%#3
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
fc/‚I4)J!/!<
/Lb%3
1.2.3.3 Nhận dạng vòng kín
T/G"%Lb<-//+L=
)<)/,CI3
/0.&!0".N4It5)3/7
!<LL!&h'
?hLeLJ/5'$L!&Fp.&)#!3
Ưu điểm:
aT/0,LeLk#-$F!$/ /;
#3K" /<`)L!&F#)h%&""L!
&3
aKY,d%L%!.&4I-!<-/
/3
a^.P,O8!e3
1.3 Nhận dạng đối tượng thực nghiệm
!"#$%&'()*
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
1.3.1 Xây dựng mô hình toán học
T4.N+8!#$-&.-7'
3
F al-
y
jm
al-
y
jm
•ƒ"L#-`/0l-
t
m
ƒ97P.l-m
Z"G^!!I'
„A-08!.-7' 3
i!#6!&-O!<0")-;&
8!!<!-&4 /).+'
9;-0.-7'
F 3
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Kết luận:$}.-7<-; /)ƒ)4.+3
1.3.2 Tiến hành nhận dạng (thực nghiệm)
SCS-'
a]))$Step3
a!0$#!Workspace.N$To Workspace
C5/7 /&'
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
2
4
6
8
10
12
14
t (second)
Level
-"+L.N.JsLI…!'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
- ?( !L†Lp8!-/0)!X#‡‡ident
aK+L6#'Importdata Time domain data
k!GImportdata!+/."!'
KImport!C5Ok!G!L#Rˆs3
a(Estimate Process Model
a^%!/`)8!$l-%e)42m3
a‰Estimate.Jh)/!!.&!-$-;c3
Kết quả nhận dạng:
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Nhận x\t:K+L.N;bsLI…!8!9!!." ,/)
J/F-;%#-3&!#<L!$JJ:0-V
/3
Kết luận: 9;8!$.-7'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN MIỀN TẦN SỐ
2.1 Thiết kế bộ điều khiển PID
2.1.1 Bộ điều khiển PID
SCH.&Tsf'
Tsf.&"[8!.!.,.!C-'4"lTm
4)4lsm44lfm3
Z&Tsf-;,.N-;!'
< a)#!#l6!)#`!m.&
a)#
a#$"
aN$)4
aN$4
?-;!!<-08!Z]Tsf'
(#$b&/!-$' 39$#$<
--$,4)$CO<
/!-$c3-b0+"t/!'
• T/$-LI3
• T/$$J73
2.1.2 Phương pháp tối ưu module
2.1.2.1 Ý tưởng phương pháp
U>CHhO-bFFZ]Tsf<-0
$F-0 -08!#)'
F
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
gF--$- P!-E L,$<&&
F$3
K+0.& !-$8!.C
ZLI-0#) P!-E F3f,
$0F#)!3
2.1.2.2 Lớp mô hình áp dụng
T/$-LIJ40L%80"bb#!-$.&
Tsf/$<-0LT}TtTy3
• Khâu quán tính bậc nhất (PT1)
a $4T}'
a Z&4)4'
a A-0#O' F
a A-0#)'
x‡
a P!-E-&L,$<&&F '
• Khâu quán tính bậc hai (PT2)
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
a $4Tt'
a Z&Ts'
F
a A-0#O' '
a A$F-0#OO4T}x‡
• Khâu quán tính bậc ba (PT3)
a $4Ty'
a Z&Tsf'
F
a A-0#O4TyhOLO4T}"'
a g%O4T}'
2.1.2.3 Bảng tổng hợp thiết kế
KE4)O-b!<.,G"""8!/$
-LI'
9;$ ^+ !-$
T}'
s'
c0 aaaaaaaa
Tt'
Ts'
aaaaaaaa
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Ty'
Tsf'
2.1.3 Phương pháp tối ưu đối xứng
2.1.3.1 Ý tưởng phương pháp
K+0%"8!/$-LI$Rlm,G5
- /&lm8!<,?w<L6S3
U>CHFZ]Tsf<-0 $F
-0 -08!#)'
F -0#O3
x‡
gF - -$ - P! -E L, $
L,$P3
ZCZLI--$8!-0#O C- 3
f,$ .CZLI!!-.!c3])#'
#O--$F.CZLI,'
gFL-0#O0!+0$/Lb/
$$J7')4a /).+)4a /).+!3
2.1.3.2 Lớp mô hình áp dụng
• $)4ƒ /).+3
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
]$<-0L)4a /).+'
F.&Ts' #Oh<-0$F-
0--$O-bF3
I#Š}‹ELVL[!/!-$8!.&TsJ/
5!'
a U/5!?& /: <8!#) `
%!‡}l!F& /:Pm" #)h
;G5
a )
a )
• $)4ƒ /).+!3
]$L)4a /).+t'
F.&Tsf'
F'
( #Oh<-0$F--$O-b3
I#Š}‹ELVL[!/!-$8!.&TsfJ/
5!'
a (
a U/5!?& /: <8!#) `
%!‡}l!F& /:Pm3#);<
!& " #)h;G53
a )
a )
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
2.1.3.3 Bảng tổng hợp thiết kế
KE4)O-b!<.,G"""8!/$$
J7'
9;$ ^+ !-$
Tasa}' Ts'
Πaaaaaaaa
Tasat'
Tsf'
2.1.3.4 Ví dụ minh họa đối tượng bình mức
~}!E+L-;$.-7F-0!'
•Lb.,""F$Tasa}!<.&TsF'
9;P.N9!!.F-.F,0'
]" ,-;P'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.5
1
1.5
Dap ung y(t)
t (second)
Nhận x\t: S!#@.N;& /:Y! /&
$F -Z]Jk1O3
(HZ]Jk1'
9;P9!!.'
]" ,-;P'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Dap ung y(t)
t (second)
2.2 Phương pháp điều khiển theo mô hình nội (IMC)
(H8!#$]I-;&'
<'
• '9;)J/8!$]
• '9;F8!$l; !-;<!m
+(,(-$
^-)#,C:!# )#P
#$,C.Y3
Z"GC'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
!"#$.&/
"" !
0$(.1&.20
Bước 1:U/5-; 8!$
Bước 2:U/5 I;7
K" ;4 ,!"/ t'
a !;%8!
a !%8!
Bước 3:K" ;4 ,"".&!4 ,
(.& I;7'
<'
a 8P\0-%8!.&!J!b,!#L.&40!
)
a .+8!.&.c.+k-V8! .N!l4 ,m
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Bước 4:!< )I.7
S!"" !<.&'
345
"".&$<-;'
!<'
(x}
g+0.&""'
2.3 Phương pháp thiết kế bộ điều khiển dự báo Smith
(//"".&Y<,"$;<
el m3$F/$<e//""<`
;%#`#%#<d3
VkLb//<S-!!0[L%./!'
U>/$<4e'
F 8! ;7!4+-e3
(H#$'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Z"GC!
0$(.1&6.74$#8
Bước 1:"".& I//
E."l$-LI$$J733m /:`
F3
Bước 2:U40L%.& I;7'
345
"".&L%./S-$'
!<'
!"".& I/$-LI'
!<'
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Trần Đình Thiêm- Nguyễn Văn Sơn. KSTN-ĐKTĐ-K55 Trang
