THIẾT KẾ-BỔ SUNG KHÂU ĐIỀU CHỈNH VÀO HỆ THỐNG KHÔNG CÓ VÒNG KÍN

THIẾT KẾ-BỔ SUNG
KHÂU ĐIỀU CHỈNH VÀO
HỆ THỐNG KHÔNG CÓ
VÒNG KÍN
Nhóm 4:
GV giảng dạy: Huỳnh Thái Hoàng
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Mở đề:
Giới hạn ứng dụng của các bài toán bổ sung, thiết kế hệ thống điều khiển nối
tiếp:

Phải biết được đặc tính động học của hệ hở.
R(s)
+
C(s)
-
( )
G s
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Mở đề:
Giới hạn ứng dụng của các bài toán bổ sung, thiết kế hệ thống điều khiển nối
tiếp:

Phải mở vòng kín để khảo sát đặc tính động học của hệ hở.

Không thể áp dụng nếu hệ thống không có vòng kín
R(s)
+
C(s)
-
( )

G s
R(s)
C(s)
( )
G s
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha

Muốn bổ sung một khâu trễ pha, hệ thống phải có dạng:
R(s)
+
C(s)
-
( ) ( )
1
1
1
c
s
G s K
s
βτ
β
τ
+
= <
+
( )
G s
( )

1
1
c
s
G s K
s
ατ
τ
+
=
+
H(s)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4

Từ hàm truyền ban đầu, giả sử có dạng như sau:
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
R(s)
C(s)
( )
bb
G s
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4

Thực hiện biến đổi
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
R(s)
C(s)
( )
bb
G s

+
-
+
+
( )
bb
G s
E(s)
R(s)
R
N
(s)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4

Thực hiện biến đổi
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
C(s)
( )
bb
G s
+
-
+
+
( )
bb
G s
E(s)
R(s)
R

N
(s)
( ) ( )
( )
, 1= −
bb
G s feedback G s
( )
( )
( )
1
=
−
bb
bb
G s
G s
G s
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4

Thực hiện biến đổi
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
C(s)
+
-
( )
G s
E(s)
R
N

(s)
( ) ( )
( )
, 1= −
bb
G s feedback G s
( )
( )
( )
1
bb
bb
G s
G s
G s
=
−
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
o
Trên, ta đã thực hiện biến đổi tương đương một hàm truyền không có vòng
kín (hoặc không mở vòng được) thành hàm truyền có vòng kín, đảm bảo có thể áp
dụng các lý thuyết về phương pháp hiệu chỉnh nối tiếp kinh điển đã biết.
Tóm lại, các bước tiến hành gồm có:

Tương đương hàm truyền ban đầy thành hàm truyền có 2 vòng hồi tiếp,
với vòng hồi tiếp dương bên trong và hồi tiếp âm ở ngoài.

Thiết kế khâu hiệu chỉnh cho vòng kín có hàm truyền mở vòng là G(s)


Hệ thống thực sự sau hiệu chỉnh sẽ có dạng:
C(s)
+
-
+
( )
bb
G s
E(s)
R(s)
R
N
(s)
( )
c
G s
+
Ứng dụng:
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Trong phạm vi phần này, xin đưa ra ví dụ dựa trên bài báo của hai tác
giả đã đưa ra ý tưởng.

Ví dụ 1: Xét động cơ DC sau (Kích từ dạng nối tiếp)
Ứng dụng:
( )
4 2 3
5 3 4 2 3
2.5330 10 1.5915 10 1
1.0340 10 9.9761 10 3.2960 10 2
− −

− − −
× + × +
=
× + × + × +
bb
s s
G s
s s s
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4

Ví dụ 1:
G
bb
(s)
V(s) ω(s)

Thực hiện biến đổi:
( ) ( )
( )
( )
( )
, 1
1
= − =
−
bb
bb
bb
G s
G s feedback G s

G s
Ứng dụng: Ví dụ 1(Kết quả)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Thời gian xác lập khi điểm zero của khâu hiệu chỉnh thay
đổi
Thời gian xác lập(seconds)
Tọa độ điểm zero được chọn
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Khoảng đạt giá trị nhỏ nhất
Ứng dụng: Ví dụ 1(Kết quả)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Độ vọt lố khi điểm zero của khâu hiệu chỉnh thay đổi
Độ vọt lố
Tọa độ điểm zero được chọn
Ứng dụng: Ví dụ 1(Kết quả)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Khoảng đạt giá trị nhỏ nhất
Ứng dụng: Ví dụ 1(Kết quả)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Dựa trên các hình vẽ, ta chọn zero=10:
№
Vậy: pole = 0.2
№
Khâu bù chỉnh thu được:
( )
10
0.2
c
s
G s

s
+
=
+
Từ đó, ta có các kết quả đáng quan tâm sau:
Ứng dụng: Ví dụ 1(QĐNS)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Quỹ đạo nghiệm số của hệ thống trước hiệu chỉnh (G
bb
)
Ứng dụng: Ví dụ 1(QĐNS)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Khi có thêm khâu hiệu chỉnh, phân bố cực và zero thay đổi
Ứng dụng: Ví dụ 1 (Đáp ứng với hàm nấc đơn vị)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Đã hiệu chỉnh
Trước hiệu chỉnh
Kết luận: Khâu trễ pha thêm vào không làm mất đi
các tính chất quá độ của hệ thống trước bù chỉnh.
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4

Bài toán đặt ra là thiết kế khâu trễ pha để giữ lại các tính chất
tốt của quá trình hệ thống quá độ, và cải thiện đáp ứng xác lập.
C(s)
+
-
+
( )
bb

G s
E(s)
R(s)
R
N
(s)
( )
c
G s
+

Nếu biến đổi tương đương:
R
N
(s)
( )
1c
G s
R(s)
( )
bb
G s
C(s)
Thiết kế và bổ sung khâu điều khiển trễ pha
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
o
Ta có các kết quả sau:
( )
( )
( )

( )
( )
1
1 1
=
+ −
c
c
c bb
G s
G s
G s G s

Nếu phân bố cực của G
c1
không làm ảnh hưởng
đáng kể tới hệ thống ban đầu thì đáp ứng quá độ sẽ
không thay đổi đáng kể.
Với nhận xét đó, ta xét lại ví dụ trên:
Ví dụ 1: (Xét ảnh hưởng tới hệ thống chưa bù chỉnh)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Kết luận: Dạng quỹ đạo nghiệm số không thay đổi
Ví dụ 1: (Xét ảnh hưởng tới hệ thống chưa bù chỉnh)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4
Trước hiệu chỉnh
Sau hiệu chỉnh
Kết luận: Đáp ứng quá độ của khâu hiệu chỉnh rất tốt, đồng thời sai số
xác lập giảm đáng kể. POT=0, Tset=0.698s, Steady State error=0
Ví dụ 1: (Kết luận)
Thiết kế và bổ sung khâu động học dạng nối tiếp Nhóm 4


Ta thấy rằng việc bổ sung và hiệu chỉnh khâu trễ pha vào hệ thống
không làm mất đi tính tốt vốn có của hệ thống, lại cải thiện đáng kể sai
số xác lập, làm hệ thống có tính chất tốt hơn.

Vấn đề đặt ra là: Có phải cách thiết kế, bù chỉnh một khâu động học
vào hệ thống có sẵn dạng “mờ” như trong đề tài này nêu ra bị giới hạn
cho khâu trễ pha?
Cách giải quyết vấn đề sẽ vẫn như khi ta giải quyết cho khâu
trễ pha, nghĩa là cũng theo những bước tuần tự đã nêu.
Lời đáp là không, ta có thể mở rộng cho các khâu
động học khác, ví dụ khâu sớm pha, hoặc sớm trễ pha, PID
Phần 2: Phương pháp tối ưu trong thiết kế
Phương pháp tối ưu trong thiết kế hệ thống Nhóm 4

Nêu vấn đề:

Tại sao tôi gọi phương pháp này là tối ưu trong thiết kế? Các bạn thử
đặt ra các tình huống sau:
Có thể đưa ra yêu cầu khắc khe hơn: bạn muốn tất cả những yếu tố
trên đạt trong một biên giới nào đó, và muốn tối ưu kết quả của mình.
Bạn muốn thiết kế/bù chỉnh một hệ thống, sao cho hệ thống
mới có POT, hoặc Tset, hoặc SSE bị giới hạn bởi giá trị nào đó,
đồng thời muốn các tính chất còn lại là tối ưu.

Vấn đề thứ hai đặt ra: liệu cách ta thường làm trong bài toán thiết
kế khâu trễ pha dùng QĐNS có phải là “Không ảnh hưởng đáng kể” tới
đáp ứng quá độ của hệ thống trước khi hiệu chỉnh nếu các điểm cực và
zero tiến tới 0?