Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Bài thí nghiệm 1:

ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
1.1.Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống:
Hệ thống có sơ đồ khối như sau:

G1 =

S +1
( S + 3)( S + 5)

G2 =

S
S + 2S + 8
2

G3 =

1
S

H1 = S + 2

Trình tự thí nghiệm:
%khai bao da thuc tu, mau:
TG1 = [1 1];
MG1 = conv([1 3],[1 5]);

TG2 = [1 0];
MG2 = [1 2 8];
TG3 = 1;
MG3 = [1 0];
H1 = tf([1 2],1);
%Nhap ham truyen cac khoi bang lenh tf:
G1 = tf(TG1,MG1);
G2 = tf(TG2,MG2);
G3 = tf(TG3,MG3);
%Dùng cac lenh series, parallel, feedback de noi cac khoi voi nhau:
G13 = parallel(G1,G3);
G2H1 = feedback(G2,H1);
Gh = series(G13,G2H1)
%ham truyen tuong duong vong ho
Gk = feedback(Gh,1)
%ham truyen tuong duong vong ho
Gtd = series(G13,G2H1)

SV:

Trang 1


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động
1.2.Khảo sát tính ổn định của hệ thống dùng tiêu chuẩn bode:

Gs =

K
( S + 0, 2)( S 2 + 8S + 0, 2)

Trình tự thí nghiệm:
%nhap ham truyen G voi k = 10
k = 10;
G = tf(k,conv([1 0.2],[1 8 0.2]))
%ve bieu do bode bien do
bode(G)
%Xac dinh tan so cat bien/pha bang margin
margin(G)
%Ham truyen vong kin cua he
Gk = feedback(G,1)
%Ve dap ung voi dau vao ham nac trong khoang thoi gian 1-10s
step(Gk,10)

Kết quả thí nghiệm:

SV:

Trang 2


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Với k = 400:

SV:

Trang 3

Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

1.3.Khảo sát hệ thống dùng quỹ đạo nghiệm số
Cho hệ thống:

G=

K
( S + 3)( S 2 + 8S + 20)

Trình tự thí nghiệm:
%Nhap ham truyen G voi k = 10
K = 10;
G = tf(K,conv([1 3],[1 8 20]))
%ve quy dao nghiem so tim gia tri Kgh
rlocus(G)
%Xac dinh K thoa dk tren quy dao nghiem so

Kết quả thí nghiệm:

SV:

Trang 4


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

SV:

Trang 5

Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động
Từ quỹ đạo nghiệm số ta xác định được: k = gain*10

K = 52,2 thì Wn = 4
K = 20,2 thì hệ số tắt = 0,7
K = 62,6 thì POT = 25%

Txl=

SV:

4
= 4 s ⇒ ξωn = 1
ξωn

 K = 174

Trang 6


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Bài thí nghiệm 2:

ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
CHO CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm pha
Cho hệ thống như hình:

Trình tự thí nghiệm
clear all
clc

%nhap ham truyen he thong
G = tf(20,conv([1 1 0],[1 2]))
%mo cong cu sisotool
Sisotool

SV:

Trang 7


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động
Import G vào sisotool ta có kết quả:

SV:

Trang 8


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động
Thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm pha có độ lọt vố <20% và txl <8s:

SV:

Trang 9

Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động
Hàm truyền của bộ hiệu chỉnh:

Đáp ứng hàm nấc sau hiệu chỉnh:

SV:

Trang 10


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Bài thí nghiệm 3:

ỨNG DỤNG SIMULINK ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÒ
NHIỆT
3.1.Khảo sát mô hình điều khiển nhiệt độ on-off

Trình tự thí nghiệm
Xây dựng hệ thống:

Chỉnh khối step:
Step time = 0
Initial value = 0
Final value = 100
Gain = 50

Kết quả thí nghiệm
Vùng trễ

1/-1
5/-5
10/-10
20/-20

SV:

∆e1

∆e2

4
12
17
30

Chu kỳ đóng cắt (s)
1.5
7
12
22

60
100
125
170

Trang 11

Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Khảo

mô

hình

điều

khiển

nhiệt

độ

dùng

phương

pháp

Ziegler-Nichol(điều s khiển PID):
Mô hình điều khiển nhiệt độ PID như sau:
-Tín hiệu đặt vào đầu hàm nấc u(t)=100
-Khâu bào hòa Saturation có giới hạn là upper limit=1,lower limit=0
-Tính giá trò các thông số:

PID(s)=KP +

KI
s

+ KDs

Với:

KP =

SV:

1,2T 1,2.120
=
= 0,016
LK 30.300

;KI =

KP
=0
2 LK

;KD =

0,5 K P L
=0
K

;K =300.

Trang 12


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

SV:

Trang 13


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

Bài thí nghiệm 4:

ỨNG DỤNG SIMNULINK ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC:
Mô hình điều khiển PID tốc độ động cơ DC

-Tín hiệu đặt vào đầu hàm nấc u(t)=100
-Khâu Saturation có giới hạn là upper limit=30,lower limit= -30
a.Chỉnh thời gian mô phỏng Stop time =10s.Thực hiện khảo sát hệ thống vơí
bộ điều khiển P (KI =0,KD =0) và tính độ vọt lố,sai số xác lập,thời gian xác lập của
ngõ ra theo bảng sau:
KP
POT
exl
txl

SV:

1
-0,17
0.5
0.7

10
-0,01
0,09
0,6

20
-0,001
0,0476
0,55

50
0,0025
0,0196
0,55

100
0,003
0,0099
0,55

Trang 14


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

SV:

Trang 15


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

-Nhận xét:
Khi KP càng tăng thì chất lương của hệ thống càng tốt.Vì thơì gian xác lập
nhỏ, exl , POT nhỏ, đdộ chính xác cao

SV:

Trang 16


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động
b. Thực hiện khảo sát hệ thống vơí bộ điều khiển PI (K P =2,KD =0) và tính
độ vọt lố,sai số xác lập,thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau:
KI
POT
exl
txl

0,1
-0,072
0.333
0.5

0,5

-0,005
0,333
0,5

0,8
0,0036
0,333
0,65

1
0,025
0,333
0,7

2
0,126
0,333
2,7

-Nhận xét:
Khi KI tăng thì chất lượng của hệ thống không tốt.Vì POT,e xl , txl lớn
Chất lượng của bộ điều khiển PI tốt hơn bộ điều khiển P vì bộ điều khiển PI
có exl ổn đònh

c. Thực hiện khảo sát hệ thống vơí bộ điều khiển PID (K P =2,KI =2) và tính
độ vọt lố,sai số xác lập,thời gian xác lập của ngõ ra theo bảng sau:
KD
POT
exl
txl

SV:

0,1
0,11
0.333
3

0,2
0.1
0,333
3

0,5
0,104
0,333
3.4

1
0,16
0,333
3.8

2

Trang 17


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

SV:

Trang 18


Báo cáo thí nghiệm điều khiển tự động

-Nhận xét: Khi KD tăng thì chất lượng của hệ thống không thay đổi.Vì
POT,exl , txl không đổi
Chất lượng của bộ điều khiển PID tốt hơn bộ điều khiển P vàPI vì bộ điều
khiển PID ổn đònh

SV:

Trang 19