GIAO TRINH c6b CO SO TU DONG

MÔN HỌC

CƠ SỞ TỰ ĐỘNG
Giảng viên: Nguyễn Đức Hoàng
Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Điện – Điện Tử
Đại Học Bách Khoa Tp.HCM
Email:


CHƯƠNG 6

THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC


Thiết kế hệ thống dùng Bode
R(s)

+
-

Gc(s)

G(s)

C(s)

Bộ điều khiển sớm pha → cải thiện chất lượng quá
độ

1 + αTs
G C (s) = K C
(α > 1)
1 + Ts


Biểu đồ Bode khâu sớm pha
20log(K C ) + 20log(α)
20log(K C ) + 10log(α)
20log(K C )

ωmax =

ϕmax

1
T α

ϕmax

 α −1 
= arcsin 
÷
 α +1

1 αT

ωmax

1T

Thiết kế hệ thống dùng Bode
R(s)

+
-

Gc(s)

G(s)

C(s)

Bộ điều khiển trễ pha → cải thiện chất lượng xác
lập

1 + αTs
G C (s) = K C
(α < 1)
1 + Ts


Biểu đồ Bode khâu trễ pha
20log(K C )
20log(K C ) + 10log(α)
20log(K C ) + 20log(α)

ωmin =

ϕmin

1
T α

ϕmin

 α −1 
= arcsin 
÷
 α +1

1 αT

ωmin

1T


Các bước thiết kế khâu sớm pha
dùng Bode
• Bước 1: Xác định KC để thỏa yêu cầu sai số xác
lập

K *p

K *v K *a
KC =
=
=

Kp K v Ka
• Bước 2: Đặt G1(s) = KC*G(s) . Vẽ Bode
G1(s)
• Bước 3: Xác định tần số cắt biên G1(s) : ωc


Các bước thiết kế khâu sớm pha
dùng Bode
• Bước 4: Xác định độ dự trữ pha G1(s) :
ΦM
• Bước 5: Xác định góc pha cần bù :

ϕmax = ΦM − ΦM + θ
ΦM* : độ dự trữ pha mong muốn, θ = 50 : 200
*

• Bước 6: Tính α :

1 + sin ϕmax
α=
1 − sin ϕmax


Các bước thiết kế khâu sớm pha
dùng Bode
• Bước 7: Xác định tần số cắt mới dựa vào
điều kiện :
'

L1 ( ωC ) = −10log ( α )

• Bước 8: Tính T :

T=

1
ω

'
C

α

• Bước 9: Kiểm tra hệ thống thỏa mãn độ dự
trữ biên không? Nếu không quay lại Bước 5.


Ví dụ 1
Sơ đồ điều khiển

R(s)

+

Gc(s)

40
G(s) = 2
s (s + 10)
G(s)

C(s)

• Thiết kế GC(s) sao cho sau khi thiết kế hệ
thống thỏa yêu cầu:
K*a = 10, ΦM* ≥ 200 , GM* ≥ 5dB


Ví dụ 2
Sơ đồ điều khiển

R(s)

+

Gc(s)

16
G(s) =
(s + 2) 2 (25s + 1)
G(s)

C(s)

• Thiết kế GC(s) sao cho sau khi thiết kế hệ
thống thỏa yêu cầu: có sai số sác lập đối với
ngõ vào hàm nấc 5% và
ΦM* ≥ 500 , GM* ≥ 20dB

Các bước thiết kế khâu trễ pha
dùng Bode
• Bước 1: Xác định KC để thỏa yêu cầu sai số xác
lập

K *p

K *v K *a
KC =
=
=
Kp K v Ka
• Bước 2: Đặt G1(s) = KC*G(s) . Vẽ Bode
G1(s)


Các bước thiết kế khâu sớm pha
dùng Bode
• Bước 3: Xác định tần số cắt biên mới dựa
vào điều kiện:

ϕ1 ( ω

'
C

) = −180

0

+ ΦM + θ
*

ΦM* : độ dự trữ pha mong muốn, θ = 50 : 200
• Bước 4: Tính α từ điều kiện :

L1 ( ω'C ) = −20log ( α )


Các bước thiết kế khâu sớm pha
dùng Bode
• Bước 5: Chọn zero khâu hiệu chỉnh:

1
'
<< ωC → αT
αT
• Bước 6: Tính T :

αT
T=
α

• Bước 7: Kiểm tra hệ thống thỏa mãn độ dự
trữ biên không? Nếu không quay lại Bước 3.


Ví dụ 3
Sơ đồ điều khiển

R(s)

+

Gc(s)

10s + 1
G(s) =
s(s + 10) 2
G(s)

C(s)

• Thiết kế GC(s) sao cho sau khi thiết kế hệ
thống thỏa yêu cầu:
K *v = 10, ΦM* ≥ 400 , GM * ≥ 20dB


Ví dụ 4
Sơ đồ điều khiển

R(s)

+

Gc(s)

10
G(s) =
s(s + 1)(s + 10)

G(s)

C(s)

• Thiết kế GC(s) sao cho sau khi thiết kế hệ
thống thỏa yêu cầu:
K *v = 10, ΦM* ≥ 400 , GM * ≥ 20dB