Thiết kế môn học mô phỏng hệ thống tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (745.31 KB, 31 trang )
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
1. Mục đích:
Tìm hiểu hoạt động của hệ thống điều khiển.
Khảo sát và thết kế các bộ điều khiển PI, PD, PID và so sánh kết
quả.
2. Mô hình hệ thống:
Mô hình hệ thống dao động đoàn xe ô tô được cho trên hình vẽ dưới
đây với giả thiết các phần tử chỉ dao động theo phương thẳng đứng.
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 1
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
3. Yêu cầu:
a. Xây dựng phương trình vi phân dao động của hệ thống trên
mặt phẳng thẳng đứng
b. Khảo sát và viết phương trình trạng thái cùng hàm truyền đạt
c. Vẽ quỹ đạo nghiệm số và khảo sát tình ổn định của hệ thống
d. Vẽ đặc tính Bode biên độ và pha
e. Tìm hiểu và tính toán thông số cho các bộ điều khiển PID
f. Khảo sát quá độ của hệ thống khi chưa có bộ điều khiển và khi
bộ điều khiển đã thiết kế ở (e).
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 2
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Z1
Za
cs1
ks1
mu1
ct1
kt1
q1
cs1.(za-z1)+ks1.(za-z1)
Za
Ct1 .(za-q1)+kt1.(za-q1)
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 3
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
với :
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 4
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
z2
cs2
ks2
Zb
mu2
mu3
ct2
ct3
kt2
q3
kt3
q3
2L1
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 5
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
với :
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 6
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 7
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
z3
cs3
ks3
ZC
mu5
mu4
ct4
ct5
kt4
q4
kt5
q4
2L2
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 8
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
với :
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 9
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 10
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 11
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
với :
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 12
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
với :
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 13
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 14
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 15
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 16
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Phương trình vi phân chuyển động của hệ có 9 bậc tự do được
viết dưới dạng ma trận:
M . x K . x C .x F
Véc tơ toạ độ suy rộng:
Ma trận quán tính [M]:
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 17
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Các phương trình vi phân của hệ:
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 18
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Ma trận độ cứng [C]:
Ma trận cản nhớt [K]:
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 19
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
F
là véc tơ lực kích thích do độ nhấp nhô của mặt đường:
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 20
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Z1
Za
ks1
cs1
mu1
ct1
kt1
q1
cs1.(za-z1)+ks1.(za-z1)
Za
Ct1 .(za-q1)+kt1.(za-q1)
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 21
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
với :
cho
k=1
suy ra :
;
k- là một hằng số.
thay số :
;
;
;
;
ta có :
đặt :
=
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 22
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
đặt:
A=
; B=
; C=
Ta được phương trình trạng thái :
Hàm truyền của hệ thống :
G(s)=
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 23
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
suy ra :
G(s)=
Xét tính ổn định của hệ thống :
Phương trình đặc trưng :
Tiêu chuẩn Routh
bảng Routh:
1
257
1450
0
*Kết luận: Hệ thống ổn định do tất cả các phần tử cột 1 bảng
Routh đều dương.
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 24
TKMH : MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
*Qũy đạo nghệm số của hệ thống:
>> a=tf([257 1450],[1 257 1450])
Transfer function:
257 s + 1450
-----------------s^2 + 257 s + 1450
>> rlocus(a)
Root Locus
40
30
20
Imaginary Axis
10
0
-10
-20
-30
-40
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
Real Axis
SVTH: Đới Xuân Quốc
Page 25
