ĐỒ án điều KHIỂN hệ THỐNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (604.45 KB, 25 trang )
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
LỜI NÓI ĐẦU
Lý thuyết và kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động cho các quá trình
sản xuất, các quy trình công nghệ, các đối tượng công nghiệp, quốc phòng, y
tế…trong những năm gần đây đã có những bước nhảy vọt nhờ sự phát triển
mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính và công nghệ thông tin.
Vai trò của lý thuyết và kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động đã ngày
càng trở nên quan trọng cho sự phát triển của thế giới nói chung, cũng như
của Việt Nam nói riêng. Đặt biệt khi sự xuất hiện liên tiếp của các dây
truyền hệ thống tự động hóa ngày một hiện đại và phức tạp thì sự đòi hỏi
một đội ngũ cán bộ kỹ thuật viên có đủ trình độ để am hiểu, điều khiển và
vận hành… chúng trở thành vấn đề sống còn cho sự phát triển của nền kinh
tế công nghiệp của đất nước ở hiện tại cũng như trong tương lai.
Vì vậy việc đào tạo đội ngũ này trở nên rất quan trọng. Nhất là ở bậc
đại học lý thuyết và kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động là học phần chiếm
nhiều tiết học nhất đối với các sinh viên các ngành kỹ thuật điển hình là
ngành Cơ Điện Tử .Chúng em được những môn học liên quan đến nó như:
Điều Khiển Hệ Thống 1, Điều Khiển Hệ Thống 2, Điều Khiển Hệ Thống 3
và Đồ Án Điều Khiển Hệ Thống.
Đó là lý do em được giao đề tài: “Example: Frequency Design
Method for DC Motor Speed Control” (Ví Dụ: Về Phương Pháp Thiết Kế
Bộ Điều Khiển Cho Tốc Độ Động Cơ DC Theo Cách Đáp Ứng Tần Số)
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 1
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
trong học phần Đồ Án Điều Khiển Hệ Thống này nhằm củng cố các kiến
thức lý thuyết đã được học.
Em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Chí Ngôn, các quý thầy cô
trong bộ môn đã tận tình hướng dẩn, giúp đở em trong suốt quá trình thực
hiện đồ án này.
Trong quá trình thực hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu xót,
sai lầm vì với lượng kiến thức còn khá hạn hẹp… mong quý thầy cô góp ý
chỉ bảo.
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN THÀNH NAM
MỤC LỤC
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 2
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
NHIỆM VỤ 1: DỊCH CÁC TRANG TÀI LIỆU TIẾNG ANH SAU
SANG TIẾNG VIỆT.
Example: Frequency Design Method for DC
Motor Speed Control
Drawing the original Bode plot
Adding proportional gain
Plotting the closed-loop response
Adding a lag controller
From the main problem, the dynamic equations and the open-loop transfer
function of DC Motor Speed are:
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 3
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
and the system schematic looks like:
For the original problem setup and the derivation of the above equations,
please refer to the Modeling a DC Motor page.
With the 1 rad/sec step input, the design criteria are:
•
Settling time less than 2 seconds
•
Overshoot less than 5%
•
Steady-state error less than 1%
Create a new m-file and type in the following commands (refer to the main
problem for the details of getting those commands).
J=0.01;
b=0.1;
K=0.01;
R=1;
L=0.5;
num=K;
den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)];
Drawing the original Bode plot
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 4
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
The main idea of frequency-based design is to use the Bode plot of the openloop transfer function to estimate the closed-loop response. Adding a
controller to the system changes the open-loop Bode plot, therefore changing
the closed-loop response. Let's first draw the Bode plot for the original openloop transfer function. Add the following code to the end of your m-file, and
then run it in the Matlab command window.
bode (num,den)
You should get the following Bode plot:
Adding proportional gain
From the bode plot above, we see that the phase margin can be greater than
about 60 degrees if w is less than 10 rad/sec. Let's add gain to the system so
the bandwidth frequency is 10 rad/sec, which will give us a phase margin of
about 60 degrees. To find the gain at 10 rad/sec, you can try to read it off the
Bode plot (it looks to be slightly more than -40 dB, or 0.01 in magnitude).
The bode command, invoked with left-hand arguments, can also be used to
give you the exact magnitude:
[mag,phase,w] = bode(num,den,10)
mag =
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 5
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
0.0139
To have a gain of 1 at 10 rad/sec, multiply the numerator by 1/0.0139 or
approximately 72.
num = 70*num
and rerun your m-file. You should have the following Bode plot:
Plotting the closed-loop response
From the plot above we see that the phase margin is now quite large. Let's
see what the closed-loop response look like. Add a % in front of the bode
commands and add the following code to the end of your m-file:
[numc,denc]=cloop(num, den, -1);
t=0:0.01:10;
step(numc,denc,t)
You will see the following plot:
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 6
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
The settling time is fast enough, but the overshoot and the steady-state error
are too high. The overshoot can be reduced by reducing the gain a bit to get
a higher phase margin, but this would cause the steady-state error to
increase. A lag controller is probably needed.
Adding a lag controller
We can add a lag controller to reduce the steady-state error. At the same
time, we should try to reduce the overshoot by reducing the gain. Let's
reduce the gain to 50, and try a lag controller of
which should reduce the steady-state error by a factor of 1/0.01 = 100 (but
could increase the settling time). Go back and change your m-file so it looks
like the following:
num=K;
den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)];
num=50*K;
z=1;
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 7
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
p=0.1;
numa=[1 z];
dena=[1 p];
numb=conv(num,numa);
denb=conv(den,dena);
bode(numb,denb)
Rerun the file and you will get this plot:
The phase margin looks good. The steady-state error is predicted to be about
1/40dB or 1%, as desired. Close the loop and look at the step response. Add
the following lines of code to the end of you m-file and rerun.
[numc,denc]=cloop(numb, denb, -1);
t=0:0.01:10;
step(numc,denc,t)
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 8
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Now you have a step response that meets the design requirements. The
steady-state error is less than 1%, the overshoot is about 5%, and the settling
time is about 2 seconds.
***********************************************************************
**BẢN DỊCH TIẾNG VIỆT NHƯ SAU:
Ví Dụ: Về Phương Pháp Thiết Kế Bộ Điều Khiển
Cho Tốc Độ Động Cơ DC Theo Cách Đáp Ứng
Tần Số.
Những vấn đề chính:
- Vẽ biểu đồ Bode.
- Thêm vào khâu tỉ lệ.
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 9
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
- Vẽ đáp ứng vòng lặp kín.
- Thêm vào một khâu hiệu chỉnh trể pha.
Từ những vấn đề chính ở trên, các phương trình động lực học ta có
hàm truyền vòng hở của tốc độ động cơ DC là:
(Đối với ví dụ này, chúng tôi sẽ giả định các giá trị sau cho các tham số vật
lý. Những giá trị này được bắt nguồn từ thực nghiệm của một động cơ thực
sự trong phòng thí nghiệm điều khiển học của Carnegie Mellon.
* Mômen quán tính của rotor (J) = 0,01 kg.m ^ 2 / s ^ 2
* Hệ số ma sát của các bộ phận cơ khí (b) = 0.1 NMS
*Hằng số điện động (K = Ke = Kt) = 0.01 Nm / Amp
* Điện trở dây quấn (R) = 1 ohm
* Hệ số tự cảm (L) = 0,5 H
* (V): điện áp đặt lên cuộn dây của motor
* Góc θ (theta): vị trí của trục quay (ngõ ra của mô hình)
*I là dòng điện chạy trong cuộn dây của motor
* Các cánh quạt và trục được giả định là cứng nhắc )
Và sơ đồ khối của hệ thống như sau:
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 10
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Với : Controller là bộ điều khiển, Plant là đối tượng điều khiển.
Đối với những vấn đề được thiết lập ban đầu và dẩn xuất của các
phương trình trên xin tham khảo phần mô phỏng động cơ DC.
Với tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị 1 rad/s, tiêu chuẩn cần thiết kế là:
s
+ Thời gian xác lập : t < 2s
+Độ vọt lố: POT< 5%.
xl
+Sai số xác lập: e <1%.
Mở 1 file mới trong phần mềm matlab và gõ các lệnh sau đây vào
cửa sổ lệnh (tham khảo các vấn đề chính chi tiết về việc viết các lệnh):
J=0.01;
b=0.1;
K=0.01;
R=1;
L=0.5;
num=K;
den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)];
*Bước 1: Vẽ biểu đồ Bode.
Ý tưởng chính của việc thiết kế dựa trên đáp ứng tần số là sử dụng
các biểu đồ Bode của hàm truyền vòng hở để đánh giá đáp ứng vòng kín.
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 11
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Thêm vào hệ thống một khâu hiệu chỉnh phù hợp để thay đổi biểu đồ
Bode của vòng hở, do đó làm thay đổi các đáp ứng vòng kín.Nhưng trước
tiên hãy vẽ biểu đồ Bode cho hàm truyền vòng hở. Thêm lệnh sau vào
cuối tập tin của bạn và sau đó cho nó chạy trong cửa sổ lệnh của Matlap:
bode(num,den)
Bạn sẽ nhận được những biểu đồ Bode sau đây:
(Phía trên là biểu đồ bode biên độ, phía dưới là biểu đồ bode pha)
*Bước 2 : Thêm vào khâu tỉ lệ.
Từ những biểu đồ Bode trên, chúng ta thấy rằng độ dự trữ pha có thể
0
0
đạt được lớn hơn khoảng 60 ( đáp ứng pha khoảng -120 ) nếu tần số w < 10
rad/s. Hãy thêm một khâu tỉ lệ vào hệ thống để tần số cắt biên là 10 rad/s và
o
trong đó sẽ cho chúng ta độ dự trữ pha khoảng 60 . Để tìm đáp ứng biên độ
ở 10 rad/s bạn có thể cố gắng đọc trên biểu đồ Bode biên độ (có vẽ lớn hơn
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 12
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
-40 dB hoặc 0,01 về độ lớn). Lệnh Bode được gọi cùng với các đối số bên
trái cũng có thể được sử dụng để cung cấp cho bạn những thông số chính
xác về độ lớn:
[mag,phase,w] = bode(num,den,10)
mag =
0.0139
Để có đáp ứng biên độ bằng 1 tại 10 rad/s (hay tần số cắt biên là 10
rad/s) ,nhân tử số hàm truyền cho 1/0,0139 gần bằng 72. Thêm lệnh sau vào
cuối các dòng lệnh:
num = 70*num
và chạy tập tin Matlap của bạn sẽ có các biểu đồ Bode sau đây:
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 13
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
*Bước 3:Xem đáp ứng vòng kín.
Từ biểu đồ ở trên chúng ta thấy rằng độ dự trữ pha hiện nay là khá
lớn. Hãy xem đáp ứng ở vòng kín như thế nào?.Thêm kí tự % vào trước các
lệnh Bode và thêm đoạn lệnh sau vào cuối tập tin của bạn:
[numc,denc]=cloop(num, den, -1);
t=0:0.01:10;
step(numc,denc,t)
Bạn sẽ thấy các biểu đồ đáp ứng nấc sau :
Thời gian xác lập là đủ nhanh, nhưng độ vọt lố và sai số xác lập là quá
cao . Độ vọt lố có thể giảm bằng cách hạ độ lớn khâu tỉ lệ một chút để có
được độ dự trữ pha tốt hơn, nhưng điều này sẽ làm cho sai số xác lập gia
tăng . Môt khâu hiệu chỉnh trể pha lúc này có thể là cần thiết .
*Bước 4 : Thêm khâu hiệu chỉnh trể pha (khâu trì hoãn).
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 14
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Chúng ta có thể thêm khâu hiệu chỉnh trể pha để làm giảm sai số xác
lập ,đồng thời chúng ta nên cố gắng giảm độ vọt lố bằng cách giảm độ lớn
khâu tỉ lệ. Hãy giảm độ lớn khâu tỉ lệ đến 50 và thử với một khâu hiệu chỉnh
trể pha là :
để làm giảm sai số xác lập bởi một hệ số 1/0,01=100 (nhưng có thể
làm tăng thời gian xác lập ).Quay lại và đổi file Matlap của bạn như sau đây:
num=K;
den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)];
num=50*K;
z=1;
p=0.1;
numa=[1 z];
dena=[1 p];
numb=conv(num,numa);
denb=conv(den,dena);
bode(numb,denb)
chạy tập tin và bạn sẽ thấy biểu đồ này:
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 15
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Độ dự trữ pha nhìn có vẽ rất tốt , sai số xác lập khoảng 1/40 dB hay 1%, như
mong muốn. Tạo vòng lặp kín và xem đáp ứng nấc. Thêm đoạn lệnh sau vào
cuối tập tin của bạn và chạy nó:
[numc,denc]=cloop(numb, denb, -1);
t=0:0.01:10;
step(numc,denc,t)
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 16
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
xl
Bây giờ bạn có một đáp ứng step thoả mản các yêu cầu thiết kế : e <1%
,POT khoảng 5% và thời gian xác lập gần bằng 2 giây.
NHIỆM VỤ 2 (BÀI TẬP ÁP DỤNG) : ÁP DỤNG PHẦN LÝ THUYẾT
ĐÃ DỊCH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƯỢNG CÓ HÀM
TRUYỀN HỆ HỞ NHƯ SAU:
G ( s) =
( A + 1) s
( B + 1) s 2 + Cs + 1
Quy ước theo MSSV ta có:
G ( s) =
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
7s
7s
=
s + 2 s + 1 ( s + 1) 2
2
Trang - 17
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Sơ đồ khối
hệ thống như
sau:
Với : Controller là bộ điều khiển, Plant là đối tượng điều khiển G(s)
Với tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị 1 rad/s, tiêu chuẩn cần thiết kế là:
s
+ Thời gian xác lập : t < 1s
+Độ vọt lố: POT< 0,05%.
xl
+Sai số xác lập: e <1%.
Mở 1 file mới trong phần mềm matlab ta gõ các lệnh sau đây vào cửa sổ
lệnh ,ta có :
>> num=[7 0]
num =
7
0
>> den=[1 2 1]
den =
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 18
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
1
2
1
*Bước 1: Vẽ biểu đồ Bode.
Thêm lệnh sau vào cuối tập tin của chúng ta và sau đó cho nó chạy trong
cửa sổ lệnh của Matlap:
bode(num,den)
Ta sẽ nhận được những biểu đồ Bode sau đây:
*Bước 2 : Thêm vào khâu tỉ lệ.
Từ những biểu đồ Bode trên, chúng ta thấy rằng độ dự trữ pha có thể
0
0
đạt được lớn hơn khoảng 180 (đáp ứng pha khoảng 0 ) nếu tần số w < 1
rad/s. Hãy thêm một khâu tỉ lệ vào hệ thống để tần số cắt biên là 1 rad/s và
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 19
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
o
trong đó sẽ cho chúng ta độ dự trữ pha trong khoảng 0 . Để tìm đáp ứng
biên độ ở 1 rad/s chúng ta có thể cố gắng đọc trên biểu đồ Bode (có vẽ l0
dB,khoảng 3,5 về độ lớn ). Lệnh Bode được gọi cùng với các đối số bên trái
cũng có thể được sử dụng để cung cấp cho chúng những thông số chính xác
về độ lớn:
>> [mag,phase,w]=bode(num,den,1)
mag =
3.5000
phase =
0
w=
1
Để có đáp ứng biên độ bằng 1 tại 1 rad/s ,nhân tử số hàm truyền cho
1/3,5 . Thêm lệnh sau vào cuối các dòng lệnh:
num = 0,286*num
và chạy tập tin Matlap của ta sẽ có biểu đồ Bode sau đây:
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 20
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
*Bước 3:Xem đáp ứng vòng kín.
Từ biểu đồ ở trên chúng ta thấy rằng giai đoạn có lợi hiện nay là khá
lớn. Hãy xem những đáp ứng ở vòng kín như thế nào?.Thêm kí tự % vào
trước các lệnh Bode và thêm đoạn lệnh sau vào cuối tập tin của bạn:
[numc,denc]=cloop(num, den, -1);
t=0:0.01:10;
step(numc,denc,t)
Bạn sẽ thấy các biểu đồ sau :
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 21
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Thời gian xác lập là vô cùng, độ vọt lố không có và sai số xác lập là
quá cao, đáp ứng step bằng 0 ở thời điểm xác lập . Độ vọt lố có thể nâng lên
bằng cách tăng độ lớn khâu tỉ lệ để có độ dự trữ pha tốt hơn. Môt khâu hiệu
chỉnh trể pha thông thường theo lý thuyết đã dịch lúc này là không phù hợp.
Trong trường hợp này một khâu hiệu chỉnh PI hoặc PID có thể là cần thiết
và phù hợp hơn (ta sử dụng trường hợp riêng của khâu hiệu chỉnh trể pha là
khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI ,có độ lệch pha cực tiểu giữa tín hiệu vào
0
và tín hiệu ra là -90 ứng với tần số bằng 0)
*Bước 4 : Thêm khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI.
Chúng ta có thể thêm khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI để làm giảm
sai số xác lập ,đồng thời chúng ta nên cố gắng tạo độ vọt lố bằng cách tăng
độ lớn khâu tỉ lệ. Hãy tăng độ lớn khâu tỉ lệ đến 10 và thử với một khâu hiệu
chỉnh PI là :
P
I
K(s)=K +K /s= 10 +10/s
Sơ đồ thiết kế :
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 22
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
D
(K =0)
Quay lại và đổi file Matlap của bạn như sau đây:
G=tf([7 0],[1 2 1]) ;
K=tf([10 10],[1 0]) ;
GS=G*K ;
Bode(GS)
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 23
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Độ dự trữ pha nhìn có vẽ rất tốt , sai số xác lập khoảng 1%, như mong
muốn. Tạo vòng lặp kín và xem đáp ứng nấc. Thêm đoạn lệnh sau vào cuối
tập tin của bạn và chạy nó:
GK=feedback(GS,1);
t=0:0.01:10;
step([70 70 0],[1 72 71 0],t)
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 24
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291)
SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM
MSSV:1081206
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
xl
Bây giờ ta có một đáp ứng step thoả mản các yêu cầu thiết kế : e <1% ,POT
<0,05% và thời gian xác lập < 1 giây.
CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN
Trang - 25
