Thiết kế đối tượng cho lò điện trở và cách dùng matlap

Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Lời Nói Đầu
Công nghiệp hiện nay ngày càng được nâng cao mức độ tự động hóa với mục đích
nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng con người ra khỏi vị trí
làm việc độc hại. Để thiết kế các mô hình tự động hóa trong nhà máy công nghiệp thì
người thiết kế cần nắm vững được các kiến thức về lý thuyết điều khiển tự động-bộ
môn cơ bản của ngành tự động hóa. Một trong các kĩ năng mà người học phải có sau
khi học xong bộ môn này là nhận dạng và ổn định các mô hình.
Trong đồ án này em đã biết khảo sát các đường đặc tính thời gian, đặc tính tần số
thông qua Matlab từ đó xác định các thông số để hệ thống ổn định từ đó thiết kế các bộ
điều khiển P, PI, PID đẻ nâng cao chất lượng đầu ra của hệ thống.
Trong quá trình thực hiện đồ án này em đã nhận được rất nhiều giúp đỡ và góp ý từ
các bạn cũng như thầy cô bộ môn, đặc biệt là cô Phạm Thị Hương Sen-Giáo viên bộ
môn của khoa công nghệ tự động trường Đại Học Điện Lực.
Với những kiến thức và hiểu biết còn hạn chế, em rất mong nhận được nhiều hơn nữa
những sự đóng góp bổ sung ý kiến của cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện
hơn, giúp em có kiến thứcc vững chắc để học tập và nghiên cứu sâu hơn trong ngành
tự động.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2014
Sinh Viên
Dương Thị Duyên
Page 1
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Đề bài:
Cho đối tượng cần điều khiển là lò điện trở có hàm truyền đạt:
W(s)=*
Yêu cầu:
1. Vẽ và phân tích các đường đặc tính thời gian, đặc tính tần số của lò điện trở.
2. Thiết kế bộ điều khiển cho lò điện trở sử dụng các luật điều khiển:
-P

-PI
-PID
3. Thiết kế bộ điều khiển cho lò điện trở trong trường hợp có tải. Biết đặc tính cửa
tải có xung vuông, độ rộng xung 40s, chu kì 50s.
Page 2
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Chương 1: Đặc Tính Thời Gian Của Một Khâu
1.1 Định nghĩa
Đặc tính thời gian của hệ thống mô tả sự thay đổi tín hiệu đầu ra của hệ thống khi tín
hiệu đầu vào là hàm xung đơn vị hay hàm nấc đơn vị.
Hàm quá độ:
 Hàm quá độ là đáp ứng của hệ thống khi hệ đang ở trạng thái 0 và được kích
thích bởi tín hiệu bậc thang đơn vị 1(t) ở đầu vào.
 Kí hiệu: h(t)
 Biểu thức: h(t) =[]
Hàm trọng lượng:
 Hàm trọng lượng là đáp ứng của hệ thống khi hệ đang ở trạng thái 0 và được
kích thích bởi các tín hiệu dirac δ(t) ở đầu vào.
 Kí hiệu: g(t)
 Biểu thức: g(t) =[W(s)]
1.2 Khảo sát các đường đặc tính thời gian của lò điện trở có hàm truyền
đạt:
Sử dụng phần mềm matlab để khảo sát các đường đặc tính thời gian.
-Hàm quá độ: Step(W)
-Hàm trọng lượng: impulse(W)
Khai báo đối tượng khảo sát:
Mở cửa sổ Command window gõ lệnh:
W= tf([320],[320 1],’inputdeley’,12.5);
step(W);
Ta nhận được đồ thị sau:

Page 3
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Step Response
Time (sec)
Amplitude
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0
50
100
150
200
250
300
350
System: W
Settling Time (sec): 1.26e+003
System: W
Rise Time (sec): 703
System: W
Final Value: 320
Hình 1: Hàm quá độ
Nhận xét:
• Do bậc của mẫu lớn hơn bậc của tử nên đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ 0.
• Nếu gọi giá trị xác lập của h(t) là h(∞) thì: h(∞)= =320.
• Thời gian lên: 703(s).
• Thời gian xác lập: 1260(s).
 Ta thấy hằng số thời gian T=703s mức độ đáp ứng tương đối chậm, khâu cần
nhiều thời gian mới đạt trạng thái ổn định.
impulse(W);
Page 4

Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
grid on
Ta nhận được đồ thị sau:
Impulse Response
Time (sec)
Amplitude
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
System: W
Peak amplitude: 0.935
At time (sec): 33.9
System: W
Settling Time (sec): 1.29e+003
Hình 2: Hàm trọng lượng g(t)
Nhận xét:
• Hàm trọng lượng của đối tượng là đạo hàm của hàm trọng lượng nên là hàm
mũ suy giảm về 0.
• Hàm có độ dốc lớn.
• Thời gian xác lập là 1285(s).
• Hàm trọng lượng đạt max tại: 0.935

Page 5
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Chương 2: Đặc Tính Tần Số Của Một Khâu
2.1 Định nghĩa
Để biểu diễn đặc tính tần số một cách trực quan, ta có thể dùng đồ thị. Có hai dạng đồ
thị thường được sử dụng là biểu đồ Bode va biểu đồ Nyquist.
Biểu đồ Bode là đồ thị gồm hai thành phần

-Biểu đồ Bode biên độ: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa logarit của đáp ứng biên độ
L( ) theo tần số ⍵ ⍵, biểu diễn biến thiên của khuếch đại tín hiệu theo tần số tín hiệu
vào.
( L(⍵) = 20lgM(⍵) dB)
-Biểu đồ Bode pha: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa đáp ứng pha φ( ) theo tần số⍵
.⍵
• Hoành độ là ⍵ hay log⍵ [dec]
• Tung độ là φ[rad], được xác định trong W(j⍵).
Biểu đồ Nyquist: ( đường cong nyquist ) là đồ thị biểu diễn đặc tính tần số W(j )⍵
trong hệ tọa độ cực ( phần thực P( ), phần ảo Q( ) khi thay đổi từ -∞+∞ ).⍵ ⍵ ⍵
W(s) =
có các hệ số là những số thực cho nó sẽ có giá trị thực nếu s là số thực. Do đó
W(j⍵) = (-j⍵)
Page 6
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
P(⍵)= [W(j⍵) + ], Q(⍵) = [ W(j⍵) – ]

Vậy đặc tính tần số biên pha(nyquist):
-Xây dựng hệ trục với trục hoành P và trục tung Q.
-Khi ⍵ biến thiên vẽ nên đặc tính tần biên pha.
-Đối xứng qua trục hoành nên chỉ cần xây dựng ½ đặc tính khi ⍵
biến thiên từ 0 đến ∞ và lấy đối xứng trục hoành để được toàn bộ

đặc tính.
-Có thể xác định được mô đum A và góc pha φ từ Nyquist.
2.2 Khảo sát các đường đặc tính tần số của lò điện trở.
Sử dụng phần mềm matlab để khảo sát các đường đặc tính tần số.
Khai báo đối tượng kháo sát.
-ffplot(W): đặc tính tần biên pha
Mở của sổ Command window gõ lệnh:
W=tf([320], [320 1],’inputdeley’,12.5);
ffplot(W);
Ta nhận được đồ thị sau:
Page 7
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016
10
0
10
1
10
2
10
3
A m plitude
From u1 to y 1
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016
-200
-150
-100
-50
0
P has e (degrees )

Frequenc y (1/s )
Hình 3: Đặc tính tần biên, tần pha.
Nhận xét:
Page 8
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Nyquist(W);
grid on
Nyquist Diagram
Real Axis
Imaginary Axis
-50 0 50 100 150 200 250 300 350
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 dB
System: W
Peak gain (dB): 50.1
Frequency (rad/sec): 6.25e-011
System: W
Phase Margin (deg): 94
Delay Margin (sec): 1.64
At frequency (rad/sec): 1
Closed Loop Stable? No
Hình 4: Đường cong Nyquist.

Nhận Xét:
• Biểu đồ Nyquist là quỹ đạo của hàm truyền W(j⍵) khi ⍵ biến thiên từ
-+∞.
• Biểu đồ đối xứng qua trục hoành.
• Hệ hở có 1 nghiệm cực nằm bên phải mặt phẳng phức, biểu đồ Nyquist bao
điểm Nyquist (-1;0j).
• Đồ thị bắt đầu từ diểm (320;0) tức là khi ⍵=0.
Page 9
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Bode(W);
Grid on
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
-20
0
20
40
60
System: W
Gain Margin (dB): -17.9
At frequency (rad/sec): 0.128
Closed Loop Stable? No
System: W
Frequency (rad/sec): 1.19
Magnitude (dB): -1.48
Magnitude (dB)
10
-4
10
-3

10
-2
10
-1
10
0
10
1
-7200
-6480
-5760
-5040
-4320
-3600
-2880
-2160
-1440
-720
0
System: W
Phase Margin (deg): 94
Delay Margin (sec): 1.64
At frequency (rad/sec): 1
Closed Loop Stable? No
Phase (deg)
Hình 5: Biểu đồ Bode.
Nhận xét:
• Độ dự trữ biên : 17.9 dB; tần số cắt biên: 0.128 rad/sec.
• Tần số cắt pha: 1.19 rad/sec; độ dự trữ pha: 94 deg.
• Tần số cắt ⍵=1/T=0.003125. Ở dải tần số thấp nó là đường nằm ngang có tung

độ 20logK = 50.1.
Chương 3: Thiết Kế Bộ Điều Khiển
3.1 Luật điều khiển tỉ lệ ( Luật P )
Tín hiệu điều khiển trong quy luật tỉ lệ được hình thành theo công thức:
Page 10
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
- Phương trình vi phân: u(t) = *e(t)
( : gọi là hệ số khuếch đại)
- Hàm truyền: (s) = =
- Hàm đặc tính tần: (j⍵) =
3.2 Luật điều khiển tỉ lệ - tích phân ( Luật PI)
Luật điều khiển PI là cấu trúc ghép song song của khâu P và I. Tín hiệu ra của
bộ PI là tổng tín hiệu ra của hai khâu thành phần.
- Phương trình vi phân: u(t) = *e(t) +
- Hàm truyền: (s) = + = *(1 + )
= : Thời gian tác động trễ)
Ta có:
W(j⍵) = *(1 + )
*
φ(⍵) = -arctan
Tín hiệu ra chậm pha hơn tín hiệu vào một góc nằm trong khoảng (-π/2; 0)
phụ thuộc vào các tham số và tần số của tín hiệu vào. Như vậy tốc độ tác động
của luật PI chậm hơn luật P.

Hình 3.1 Biểu đồ Bode của khâu PI
3.3 Luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân ( Luật PID)
Để tăng tốc độ tác động của quy luật tỉ lệ vi tích phân PI người ta ghép thêm
thành phần vi phân. Có thêm thành phần vi phân làm tăng tốc tác động cho hệ
thống.
- Phương trình vi phân: u(t) =*e(t)+*+

: Hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh PID
: Tốc độ tích phân
: Hệ số vi phân
- Hàm truyền: (s) =++*s=[ 1+*s].
= với là thời gian hiệu chỉnh hay thời gian tác động trễ.
Page 11
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
=: thời gian tác động sớm.
Hình 3.2 Biểu đồ Bode của PID
Đây là bộ điều khiển hoàn hảo nhất, nhanh và chính xác, độ sai số xác lập nhỏ, độ quá
hiệu chỉnh có thể điều chỉnh được. Nhưng nhạy cảm với nhiễu và việc điều chỉnh 3
thông số trên rất phức tạp.
Trên thực tế bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi để diều khiển nhiều loại đối
tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn
chứa… do nó có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng quá độ, giảm độ
quá hiệu chỉnh nếu các thông số của bộ điều khiển được lựa chọn thích hợp.
 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển như sau:
-Ảnh hưởng của các tham số đối với các chỉ tiêu chất lượng được thể hiên trong bảng
sau:
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của các tham số đối với các chỉ tiêu chất lượng
Page 12
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Chỉ tiêu chất
lượng
Thay đổi tham số
Tăng Tăng Tăng
Thời gian đáp
ứng
Giảm Giảm ít Giảm ít
Thời gian quá

độ
Thay đổi ít Giảm Giảm
Độ quá điều
chỉnh
Tăng Tăng Giảm ít
Hệ số tắt dần Thay đổi ít Tăng Giảm
Sai lệch tĩnh Giảm Triệt tiêu Thay đổi ít
Tín hiệu điều
khiển
Tăng Tăng Tăng
Độ dự trữ ổn
định
Giảm Giảm Tăng
Bền với nhiễu
đo
Giảm Thay đổi ít Giảm
3.4. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển.
* Thiết kế bộ điều khiển P,PI,PID bằng phương pháp Zeigler-Nichols.
Đây là phương pháp thông dụng nhất để lựa chọn thông số cho bộ điều khiển PID
thương mại hiện nay. Phương pháp này dựa vào thực nghiệm để thiết kế bộ điều khiển
P,PI,PID bằng cách chọn thông số bộ điều khiển PID tùy theo đặc điểm của từng đối
tượng. Theo Zeigler-Nichols thì để đảm bảo tính ổn định của hệ thống trên cần có các
tham số thỏa mãn bảng sau ứng với từng bộ đk. Bộ điều khiển PID cần thiết kế có hàm
truyền là:
(s)= + +=(1 + + *s)
Zielgler-Nichols đưa ra hai cách chọn thông số bộ điều khiển PID tùy theo đặc điểm
đối tượng.
Cách 1: Dựa vào đáp ứng của hệ hở, áp dụng cho các đối tượng có mô hình xấp xỉ bậc
nhất có trễ hoặc có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm bậc thang có dạng chữ S, ví dụ
nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ…

Page 13
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động


Hình 3.1: Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S
Như vậy ta có thẻ xấp xỉ dưới băng mô hình bậc nhất có trễ với hàm truyền đạt:
=
Với các tham số dược xác định tương ưng với hình vẽ:
T1: khoảng thời gian đầu ra h(t) chưa có phản ứng ngay với kích thich 1(t) tại đầu vào.
K: giá trị giới hạn h(t)
T2: khoảng thời gian trễ
Các thông số bộ điều khiển PID theo phương pháp thứ nhất của Ziegler-Nichols:
Thông số
Bộ ĐK
K
P ∞ 0
PI 0
Page 14
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
PID 0.2 0.5
Với K=320, = 12.5,= 320 ta có:
K
P 0.08 0 0
PI 0.072 125/3 0
PID 0.096 25 6.25
Cách 2: Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ kín, áp dụng cho các đối tượng có khâu tích
phân. Đáp ứng quá độ (hệ hở) của các đối tượng có khâu tích phân tăng đến vô cùng.
Đối với các đối tượng thuộc loại này ta chọn thông số bộ điều khiển PID dựa vào đáp
ứng quá độ của hệ kín như hình b. Tăng dần hệ số khuếch đại K của hệ kín ở hình a
đến giá trị Kgh, khi đó đáp ứng ra của hệ kín ở trạng thái xác lập là dao động với chu

kì

(a)

(b)
Hình: Đáp ứng của hệ kín khi K =
Page 15
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Khi đó thông số của bộ điều khiển P, PI, PID được xác định như sau:
 Đánh giá chỉ tiêu chất lượng ở trạng thái quá độ:
Độ quá điều chỉnh (Percent of Overshoot-POT ): là hiện tượng đáp ứng của hệ thống
trong quá trình quá độ vướt quá giá trị xác lập của nó.
Biểu thức:
Thông thườn quy định cho một hệ thống điều khiển là: = (20:30)%
Thời gian quá độ(Settling Time): là khoảng thời gian được xác định từ thời điểm có
sự thay đổi ở đầu vào đến khi đáp ứng lọt hoàn toàn vào hành lang sai số cho phép

Hình 3.3 Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống
Thời gian tăng tốc (Rise Time): thời gian lên đỉnh = thời gian đáp ứng của hệ thống
tăng từ 10% đến 90% giá trí xác lập của nó.
Page 16
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
3.4 Simulink
Simulink là phần mềm mô phỏng các hệ thống động học trong môi trường Matlab.
Đặc điểm của simulink là lập trình ở dạng sở đồ cấu trúc của hệ thống. Nghĩa là để mô
phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng
thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc chúng ta cần chuyển sang chương trình
simulink dưới dạng các khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc khảo sát.
Trong môi trường simulink có thể tận dụng các khả năng tính toán, phân tích dữ liệu,
đò họa của Matlab, sử dụng các khả năng của Toolbox khác nhau như Toolbox sủ lí tín

hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng điều khiển thích nghi, điều khiển tối
ưu Việc simulink kết hợp với các Toolbox đã tạo ra công cụ rất mạnh để khảo sát
động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong môi trường thống nhất.
*Trình tự thiết kế:
B1: Mở phần mềm hỗ trợ Simulink FileNew
B2: Mở cửa sổ làm việc.
B3: Xây dựng mô hình Simulink.
B4: Nối các khối theo sơ đồ cấu trúc.
B5: Mở các khối.
B6: Thực hiện quá trình mô phỏng.
B7: Ta có thể thay đổi thông số trong quá trình mô phỏng.
B8: Lưu lại hình vẽ được.
3.5 Thiết kế bộ điều khiển
 Thiết kế P:
Theo số liệu đầu bài:
=0.08, =∞, =0
Page 17
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Sơ đồ cấu trúc:

Đáp ứng đầu ra:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4

1.6
1.8
Ta có các thông số cụ thể sau:
= 203s
%= 67.4%
 Nhận xét: Ta thấy thời gian quá độ của hệ tương đói nhỏ nhưng độ quá điều
chỉnh vượt quá yêu cầu thiết kế > 20%. Hệ thống chưa đạt yêu cầu chất lượng.
Ta cần điều chỉnh lại bộ điều khiển làm giảm thời gian quá độ và độ quá điều
Page 18
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
chỉnh. Ta giảm thành phần Kp sẽ làm giảm độ quá điều chỉnh (có tác động đến
thời gian quá độ.
 Với Kp = 0.05 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Nhận xét: Độ quá điều chỉnh quá lớn cần chỉnh định Kp nhỏ hơn.
 Với Kp = 0.03 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.1
0.2
0.3
0.4

0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Nhận xét:
• = 60.39s
Page 19
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
• %= 1.67%
 Hệ thống đạt yêu cầu chất lượng với độ quá điều chỉnh <20%.
 Thiết kế bộ PI:
Sơ đồ cấu trúc: (theo số liệu đầu bài)
Đáp ứng đầu ra:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ta có các thông số chỉ tiêu như sau:
= 237s
σ%=116.4%
Page 20
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
-Nhận xét: Ta thấy thời gian quá độ tương đối lớn hơn nữa độ quá điều chỉnh quá lớn
>20%. Hệ thống chưa đạt yêu cầu thiết kế. Ta cần hiệu chỉnh lại bộ điều khiển để đáp
ứng yêu cầu thiết kế.

 Như bảng 3.1 đã phân tích:
- Khi giảm thành phần Kp sẽ làm giảm độ quá điều chỉnh( tác động đến thời
gian quá độ).
- Khi giảm thành phần Ki sẽ dẫn đến tác động kép là giảm độ quá điều chỉnh
nhưng tăng thời gian quá độ.
 Với Kp= 0.06, Ki= 0.001728 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Nhận xét: Độ quá điều chỉnh tăng thêm so với ban đầu, ta giảm thêm thành
phần Kp
 Với Kp = 0.03445, Ki=0.001728 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
Page 21
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1

1.2
1.4
Nhận xét: Độ quá điều chỉnh giảm rõ rệt nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu thiết
kế do độ quá điều chỉnh >20% => ta giảm Kp và Ki xuống.
 Với Kp =0.025 ,Ki =0.001 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Page 22
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
Nhận xét: Ta có các thông số chỉ tiêu như sau: = 80.39s, σ%= 12.1%. Thời gian quá
độ còn tương đối lớn, ta có thế điều chỉnh thêm.
 Với Kp= 0.022, Ki= 0.0007 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Nhận xét : Độ quá điều chỉnh bằng 0, nhưng thời gian quá độ lại tăng.
 Với Kp= 0.035, Ki= 0.00011 ta có đáp ứng đầu ra như sau:

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
X: 59.75
Y: 1.067
Nhận xét: Ta có thông số sau:
Page 23
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
• Ts = 59.75s
• σ % = 6.7 < 20%.
 Hệ thống đạt chỉ tiêu chất lượng thiết kế.
 Thiết kế bộ PID:
Theo số liệu đầu bài:
= 0.096, = 0.00384, = 0.6
Sơ đồ cấu trúc:
Đáp ứng đầu ra:
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2

1.4
1.6
1.8
2
 Nhận xét: Hệ thống không ổn định, ta cần chỉnh định lại các thông số sau
cho hệ ổn định và đáp ứng yêu cầu chất lượng.
Hệ thống chưa ổn định là do Kd quá lớn ta cần giảm Kd xuống.
 Với : = 0.096, = 0.0034, = 0.2 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
Page 24
Đồ Án Môn: Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Nhận xét:
Hệ thống đã ổn định nhưng thời gian quá độ còn lớn (Ts= 187s), độ quá điều chỉnh (σ
%= 119.7) >20% chưa đạt yêu cầu về chất lượng. Ta cần chỉnh lại bộ điều khiển giảm
độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ.
 Như bảng 3.1 đã phân tích:
- Khi giảm thành phần Kp sẽ làm giảm độ quá điều chỉnh( tác động đến thời
gian quá độ).
- Khi giảm thành phần Ki sẽ dẫn đến tác động kép là giảm độ quá điều chỉnh
nhưng tăng thời gian quá độ.
- Khi tăng thành phần Kd sẽ làm giảm cả thời gian quá độ và độ qúa điều chỉnh.
 Với Kp = 0.06, Ki= 0.002, Kd = 0.2 ta có đáp ứng đầu ra như sau:
Page 25