Tải bản đầy đủ (.pdf) (70 trang)

Chương 4: Khảo sát tính ổn định của hệ thống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.98 MB, 70 trang )

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG</b>


<b>(CT377)</b>



<b>CBGD: </b>

<b>Nguyễn Chánh Nghiệm</b>



<b>Đơn vị: </b>

<b>Bộ mơn Tự động hóa</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>Chương 4: Khảo sát tính ổn định của hệ thống</b>



<b>4.1</b>

<b>Khái niệm về ổn định</b>



<b>4.2</b>

<b>Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>


<b>4.3</b>

<b>Tiêu chuẩn ổn định tần số</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>Định nghĩa</b>



<i><b>Hệ thống ổn định </b><b>(stable system)</b></i> <i><b>là một hệ thống nếu tín </b></i>
<i><b>hiệu vào bị chặn thì đáp ứng của hệ thống cũng bị chặn</b></i>
(BIBO: Bounded Input Bounded Output).


 <b>Ba trạng thái cân bằng</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>Cực và Zero</b>



<b>Cho hệ thống có hàm truyền là</b>


<b>Đặt:</b>


<b>Cực: là nghiệm</b> của mẫu số hàm truyền A(s) = 0. Do A(s)
bậc n nên hệ thống có n cực, ký hiệu p<sub>i</sub> (i = 1, 2, 3 … n).



<b>Zero: là nghiệm</b> của tử số hàm truyền B(s) = 0. Do B(s)
bậc m nên hệ thống có m zero, ký hiệu z<b><sub>i</sub></b> (i = 1, 2, 3 … m).


<b>4.1 Khái niệm về ổn định</b>



1


0 1 1


1


0 1 1


...
( )
( )
( ) ...
<i>m</i> <i>m</i>
<i>m</i> <i>m</i>
<i>n</i> <i>n</i>
<i>n</i> <i>n</i>


<i>b s</i> <i>b s</i> <i>b s b</i>


<i>Y s</i>
<i>G s</i>


<i>U s</i> <i>a s</i> <i>a s</i> <i>a s a</i>







   
 
   
1


0 1 1


( ) <i>n</i> <i>n</i> ... <i><sub>n</sub></i> <i><sub>n</sub></i>


<i>A s</i>  <i>a s</i>  <i>a s</i>    <i>a s a</i><sub></sub> 
1


0 1 1


( ) <i>m</i> <i>m</i> ... <i><sub>m</sub></i> <i><sub>m</sub></i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>Phân bố cực và zero trên mặt phẳng S</b>



<b>Biểu diễn vị trí của các cực và zero trên mặt phẳng phức</b>


<b>4.1 Khái niệm về ổn định</b>



<b>Im</b>


<b>Re</b>


<b>Mặt phẳng S</b>



<b>о</b>


<b>×</b>


<b>×</b>


<b>×</b> <b>×</b>


<b>×</b>
<b>×</b>


<b>о</b>


<b>о</b>


<b>0</b>


<b>×: các cực của hệ thống</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<b>Kết luận về tính ổn định của hệ tuyến tính</b>



Hệ thống có tất cả các cực có phần thực âm (tất cả các cực
đều nằm bên trái mặt phẳng phức Re{p<sub>i</sub>} < 0)  hệ thống <b>ổn </b>
<b>định.</b>


Hệ thống có cực có phần thực bằng 0, các cực khác đều nằm
bên trái mặt phẳng phức  hệ thống <b>ở biên giới ổn định.</b>


Hệ thống có ít nhất 1 cực có phần thực dương (có ít nhất 1


cực nằm bên phải mặt phẳng phức)  hệ thống <b>không ổn </b>
<b>định.</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>Kết luận về tính ổn định của hệ tuyến tính</b>



<b>4.1 Khái niệm về ổn định</b>



<b>Im</b>


<b>Re</b>


<b>Mặt phẳng S</b>


<b>о</b>


<b>×</b>


<b>×</b>


<b>×</b> <b>×</b>


<b>×</b>
<b>×</b>


<b>о</b>


<b>о</b>


<b>0</b>



<b>Vùng ổn định</b> <b>Vùng khơng ổn định</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8></div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

<b>Phương trình đặc trưng (characteristic equation)</b>



Phương trình đặc trưng của hệ thống: A(s) = 0
Đa thức đặc trưng: A(s)


Phương trình đặc trưng của hệ thống:

<b>4.1 Khái niệm về ổn định</b>



0


)



det(

<i>sI</i>

<i> A</i>









)


(


)


(


)


(


)


(


)



(


<i>t</i>


<i>Cx</i>


<i>t</i>


<i>y</i>


<i>t</i>


<i>Bu</i>


<i>t</i>


<i>Ax</i>


<i>t</i>


<i>x</i>


<b>G(S)</b>
<b>E(s)</b>
<b>H(s)</b>
<b>Y(s)</b>
<b>R(s)</b>


<b>Y<sub>ht</sub>(s)</b>
<b>+</b>


<b></b>


-1

<i>G s H s</i>

( ) ( ) 0



<b>PTĐT:</b> <b>PTĐT:</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



<b>Điều kiện cần:</b>




<b>Điều kiện cần để hệ thống ổn định là </b><i><b>tất cả các hệ số</b></i> <b>của </b>
<b>phương trình đặc trưng phải </b><i><b>khác 0</b></i> <b>và </b><i><b>cùng dấu</b></i><b>.</b>


<b>Ví dụ: Hệ thống có phương trình đặc trưng</b>


<b>s3 + 3s2 </b> <b>- 2s +1 = 0</b> <b>Không ổn định</b>
<b>s4 + 2s2 </b> <b>+ 5s +3 = 0</b> <b>Không ổn định</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>Routh–Hurwitz stability criterion</b>



<b>Edward John Routh (1831–1907)</b>


(/ˈraʊθ/)


<b>Adolf Hurwitz (1859 – 1919)</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Cho hệ thống có phương trình đặc trưng:</b>


<b>Để xét tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Routh, ta </b>
<b>thành lập </b><i><b>bảng Routh</b></i> theo quy tắc:


- Bảng Routh có <b>n + 1</b> hàng.


- Hàng 1 của bảng Routh gồm các <i>hệ số a<sub>i</sub></i> có chỉ số chẵn


- Hàng 2 của bảng Routh gồm các <i>hệ số a<sub>i </sub></i>có chỉ số lẻ Phần tử ở
<i>hàng i cột j của bảng Routh (i ≥ 3) được tính theo cơng thức:</i>



<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



0



1
1


1


0





<i>n</i>
<i>n</i>


<i>n</i>


<i>n</i>

<i><sub>a</sub></i>

<i><sub>s</sub></i>

<i><sub>a</sub></i>

<i><sub>s</sub></i>

<i><sub>a</sub></i>



<i>s</i>


<i>a</i>


1
,
1
1
,


2 

.

 





<i><sub>i</sub></i> <i><sub>j</sub></i> <i><sub>i</sub></i> <i><sub>i</sub></i> <i><sub>j</sub></i>


<i>ij</i>

<i>c</i>

<i>c</i>



</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



<b>sn</b> <b><sub>c</sub></b>


<b>11=a0</b> <b>c12=a2</b> <b>c13=a4</b> <b>c14=a6</b> <b>…</b>


<b>sn-1</b>


<b>c<sub>21</sub>=a<sub>1</sub></b> <b>c<sub>22</sub>=a<sub>3</sub></b> <b>c<sub>23</sub>=a<sub>5</sub></b> <b>c<sub>24</sub>=a<sub>7</sub></b> <b>…</b>


<b>sn-2</b> <b><sub>c</sub><sub>31</sub><sub>=c</sub><sub>12</sub><sub></sub></b>


<b>-α<sub>3</sub>c<sub>22</sub></b> <b>c32=c13-α3c23</b>


<b>c<sub>33</sub>=c<sub>14</sub></b>
<b>-α<sub>3</sub>c<sub>24</sub></b>


<b>c<sub>34</sub>=c<sub>15</sub></b>


<b>-α<sub>3</sub>c<sub>25</sub></b> <b>…</b>


<b>sn-3</b> <b><sub>c</sub><sub>41</sub><sub>=c</sub><sub>22</sub><sub></sub></b>


<b>-α<sub>4</sub>c<sub>32</sub></b> <b>c42= c23 -</b> <b>α4c33</b>



<b>c<sub>43</sub>=c<sub>24</sub></b>
<b>-α<sub>4</sub>c<sub>34</sub></b>


<b>c<sub>44</sub>=c<sub>25</sub></b>


<b>-α<sub>4</sub>c<sub>35</sub></b> <b>…</b>


<b>… …</b> <b><sub>…</sub></b> <b><sub>…</sub></b> <b><sub>…</sub></b> <b><sub>…</sub></b> <b><sub>…</sub></b>


<b>s0</b> <b><sub>c</sub><sub>n1</sub><sub>=c</sub><sub>n-2,2</sub><sub></sub></b>


<b>-α<sub>n</sub>c<sub>n-1,2</sub></b>


1
,
2
1
,
1
3
<i>c</i>
<i>c</i>


1
,
3
1
,


2
4
<i>c</i>
<i>c</i>


1
,
1
1
,
2



<i>n</i>
<i>n</i>
<i>n</i>
<i>c</i>
<i>c</i>


<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Phát biểu tiêu chuẩn Routh </b>



Điều kiện

<i><b>cần và đủ để</b></i>

hệ thống

<i><b>ổn định</b></i>

<i><b>tất cả các </b></i>


<i><b>phần tử nằm ở cột 1 </b></i>

của bảng Routh

<i><b>đều dương</b></i>

. Số



lần đổi dấu của các phần tử ở cột 1 của bảng Routh


bằng số nghiệm nằm bên phải mặt phẳng phức.



</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Ví dụ 1: Xét tính ổn định của hệ thống có phương trình </b>
<b>đặc trưng: s4 <sub>+ 4s</sub>3 </b> <b><sub>+ 5s</sub>2</b> <b><sub>+ 2s + 1 = 0</sub></b>


<b>* Giải</b>


<b>Bảng Routh</b>


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



<b>s4</b> <b><sub>1</sub></b> <b><sub>5</sub></b> <b><sub>1</sub></b>


<b>s3</b> <b><sub>4</sub></b> <b><sub>2</sub></b> <b><sub>0</sub></b>


<b>s2</b> <b><sub>α</sub></b>


<b>3= 1/4</b> <b>5 - 1/4 * 2 = 9/2</b> <b>1 - 1/4 * 0 =1</b>


<b>s1</b> <b><sub>α</sub></b>


<b>4= 8/9</b> <b>2 - 8/9 * 1 = 10/9</b>


<b>s0</b> <b><sub>α</sub></b>


<b>5= 81/20</b> <b>1</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Ví dụ 2: Xét tính ổn định của hệ thống có sơ đồ khối:</b>


Phương trình đặc trưng của hệ thống:


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>PTĐT</b>


<b>Bảng Routh</b>


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>


5 <sub>6</sub> 4 <sub>16</sub> 3 <sub>31</sub> 2 <sub>30</sub> <sub>50 0</sub>
<i>s</i>  <i>s</i>  <i>s</i>  <i>s</i>  <i>s</i>  


</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>PTĐT</b>


<b>Bảng Routh</b>


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



<b>Kết luận:</b> <b>Hệ thống không ổn định do các phần tử ở cột 1</b> <b>của bảng Routh </b>


<b>đổi dấu 2 lần.</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Ví dụ 3: Tìm điều kiện của K để hệ thống ổn định:</b>


* Giải


Phương trình đặc trưng của hệ thống:


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Ví dụ 3: (tt)</b>
<b>Bảng Routh</b>


<b>Điều kiện để hệ thống ổn định:</b>


9
14
0


0


0
7


9



2 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>











 <i><sub>K</sub></i>


<i>K</i>


<i>K</i>


4

<sub>3</sub>

3

<sub>3</sub>

2

<sub>2</sub>

<sub>0</sub>



</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<b>Các trường hợp đặc biệt của tiêu chuẩn Routh:</b>



<b>Trường hợp 1: Nếu có hệ số ở cột 1</b> của hàng nào đó <b>bằng </b>
<b>0</b>, các <b>hệ số cịn lại</b> của hàng đó <b>khác 0</b> thì ta <b>thay</b> hệ số
bằng 0 đó bởi <b>số ε dương</b>, nhỏ tùy ý, sau đó q trình tính
tốn được tiếp tục.


<b>Trường hợp 2:</b> <b>Tất cả các hệ số của hàng nào đó bằng 0</b>
- Thành lập đa thức phụ từ các hệ số của hàng trước hàng


có tất cả các hệ số bằng 0, gọi đa thức phụ đó là <b>A<sub>p</sub>(s).</b>


- Thay hàng có tất cả các hệ số bằng 0 bởi 1 hàng khác có


các hệ số là hệ số của đa thức phụ đạo hàm (dA<sub>p</sub>(s)/ds).
Sau đó q trình tính tốn được tiếp tục.


</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<b>Các trường hợp đặc biệt của tiêu chuẩn Routh:</b>



<b>Ví dụ 4:</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

<b>Các trường hợp đặc biệt của tiêu chuẩn Routh:</b>



<b>Ví dụ 5:</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

<b>Các trường hợp đặc biệt của tiêu chuẩn Routh:</b>



<b>Ví dụ 5:</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<b>Tiêu chuẩn Hurwitz </b>

<i><b>(Hurwitz Stability Criterion)</b></i>


Cho hệ thống có phương trình đặc trưng:


Muốn xét tính ổn định theo tiêu chuẩn Hurwitz, ta thành
lập ma trận Hurwitz theo quy tắc:


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



1


0 1 1 0



<i>n</i> <i>n</i>


<i>n</i> <i>n</i>


<i>a s</i>  <i>a s</i>    <i>a s a</i><sub></sub>  


- Ma trận Hurwitz là ma trận vuông cấp n.


- Đường chéo là các hệ số từ a<sub>1</sub> đến a<sub>n</sub>.


- Hàng lẻ gồm các hệ số có chỉ số lẻ theo thứ
tự tăng dần nếu ở bên phải đường chéo và
giảm dần nếu ở bên trái.


- Hàng chẵn gồm các hệ số có chỉ số chẵn theo
thứ tự tăng dần nếu ở bên phải đường chéo và


1 3 5 7
0 2 4 6
1 3 5
0 2 4


0
0


0 0


0 0


0 <i><sub>n</sub></i>



<i>a</i> <i>a</i> <i>a</i> <i>a</i>


<i>a</i> <i>a</i> <i>a</i> <i>a</i>


<i>a</i> <i>a</i> <i>a</i>
<i>a</i> <i>a</i> <i>a</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

<b>Tiêu chuẩn Hurwitz</b>



<b>Dạng của ma trận Hurwitz</b>


<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>
























<i>n</i>

<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>


<i>a</i>

















0


0


0


0


0


0


0


4
2
0
5
3
1
6
4
2
0
7
5
3
1
0


: 1 <sub>1</sub>


1



0     <i>n</i>  <i>n</i> 
<i>n</i>


<i>n</i> <i><sub>a</sub></i> <i><sub>s</sub></i> <i><sub>a</sub></i> <i><sub>s</sub></i> <i><sub>a</sub></i>


<i>s</i>
<i>a</i>


<i>PTĐT</i> 


<b>-2</b> <b><sub>+2</sub></b> <b>+2</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<b>Tiêu chuẩn Hurwitz</b>



<b>Phát biểu của tiêu chuẩn Hurwitz</b>


<i>Điều kiện <b>cần và đủ</b></i> <i><b>để hệ thống ổn định là tất cả các định </b></i>


<i><b>thức con chứa đường chéo của ma trận Hurwitz đều </b></i>
<i><b>dương.</b></i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

<b>Tiêu chuẩn Hurwitz</b>



<b>Ví dụ 1:</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

<b>Các hệ quả của tiêu chuẩn Hurwitz</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số - Tóm tắt</b>


Cho hệ thống có phương trình đặc trưng:


1


0 1 1 0


<i>n</i> <i>n</i>


<i>n</i> <i>n</i>


<i>a s</i>  <i>a s</i>    <i>a s a</i><sub></sub>  


Bậc của hệ (n) Điều kiện ổn định
2


3


4


≥ 5 Lập bảng Routh
0, i 0,2
<i>i</i>


<i>a</i>  


1 2 0 3


0, i 0,3
0


<i>i</i>


<i>a</i>


<i>a a</i> <i>a a</i>


  




 




1 2 0 3


2 2


1 2 3 0 3 1 4
0, i 0,4


0


0
<i>i</i>


<i>a</i>


<i>a a</i> <i>a a</i>


<i>a a a</i> <i>a a</i> <i>a a</i>



  


 <sub></sub> <sub></sub>




 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>


</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số - Bài tập</b>


1. Thực hiện lại ví dụ 3, 4 sử dụng hệ quả của tiêu chuẩn


Hurwitz


2. <i>Bài tập 3.9.1; 3.9.2; 3.9.3 trang 97 Giáo trình Lý thuyết điều </i>


<i>khiển tự động, Nguyễn Chí Ngơn & Nguyễn Hồng Dũng</i>


3. Thực hiện lại ví dụ A-5-17 (trang 251), A-5-21 (trang 257),


<i>Modern Control Engineering – 5th</i> <i><sub>Edition, Katsuhiko Ogata </sub></i>


bằng cách lập bảng Routh và sử dụng hệ quả tiêu chuẩn
Hurwitz


</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

<b>4.3 Tiêu chuẩn ổn định tần số</b>



<b>Tiêu chuẩn ổn định Nyquist</b>



<b>Cho hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có sơ đồ khối:</b>



<b>Bài tốn đặt ra là xác định tính ổn định của hệ kín G<sub>k</sub>(s)</b>


khi biết đặc tính tần số của hệ hở G(s).


<b>Tiêu chuẩn Nyquist:</b> Hệ thống kín <b>G<sub>k</sub>(s) ổn định</b> nếu


<i><b>đường cong Nyquist của hệ hở G(s) bao điểm (-1, j0) l/2 </b></i>
<b>vòng</b> theo chiều dương khi <b>ω thay đổi từ 0 đến + ∞</b><i>, l là số </i>
cực nằm bên phải mặt phẳng phức.


<b>G(S)</b>


<b>E(s)</b> <b>Y(s)</b>


<b>R(s)</b>
<b>+</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

<b>-4.3 Tiêu chuẩn ổn định tần số</b>


1
8
.
0
1
)
( <sub>2</sub>



<i>s</i>
<i>s</i>

<i>s</i>
<i>G</i>


<b>Tiêu chuẩn ổn định Nyquist</b>



<b>Ví dụ</b>


-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2


-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Real Axis
Im
ag
inar
y A
xi


s % Code Matlab


num = [1];


</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

<b>Tiêu chuẩn ổn định Bode</b>




<b>Cho hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có sơ đồ khối:</b>


<b>Bài tốn đặt ra là xác định tính ổn định của hệ kín G<sub>k</sub>(s)</b>


khi biết đặc tính tần số của hệ hở G(s).


<b>Tiêu chuẩn Bode:</b> <b>Hệ thống kín G<sub>k</sub>(s) ổn định</b> <b>nếu hệ hở </b>


<b>G(s) có độ dự trữ biên và độ dự trữ pha dương</b>.

<b>4.3 Tiêu chuẩn ổn định tần số</b>











0


0



<i>M</i>


<i>GM</i>



<b>G(S)</b>


<b>E(s)</b> <b>Y(s)</b>



<b>R(s)</b>
<b>+</b>


<b></b>


-% Code Matlab


num = [1];


</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

% Code Matlab


num = [1];


den = [1 0.8 1];
margin(num,den);


</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

<b>Quỹ đạo nghiệm số</b>



% Code Matlab


num = [1];


</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số - Tiêu chuẩn Routh</b>


<b>G(S)</b> <b>Y(s)</b>
<b>R(s)</b>
<b>+</b>
<b></b>
-)
1
)(

2
(
)
( <sub>2</sub>




<i>s</i>
<i>s</i>
<i>s</i>
<i>s</i>
<i>K</i>
<i>s</i>
<i>G</i>


<b>Điều kiện để hệ thống ổn định:</b>


9
14
0
0
0
7
9


2 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>


</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

<b>G(S)</b> <b>Y(s)</b>
<b>R(s)</b>



<b>+</b>
<b></b>


-)
1
)(


2
(


)


( <sub>2</sub>








<i>s</i>
<i>s</i>


<i>s</i>
<i>s</i>


<i>K</i>
<i>s</i>



<i>G</i>


<i>K = 1</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

<b>G(S)</b> <b>Y(s)</b>
<b>R(s)</b>


<b>+</b>
<b></b>


-)
1
)(


2
(


)


( <sub>2</sub>








<i>s</i>
<i>s</i>



<i>s</i>
<i>s</i>


<i>K</i>
<i>s</i>


<i>G</i>


<i>K = 14/9</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

<b>G(S)</b> <b>Y(s)</b>
<b>R(s)</b>


<b>+</b>
<b></b>


-)
1
)(


2
(


)


( <sub>2</sub>









<i>s</i>
<i>s</i>


<i>s</i>
<i>s</i>


<i>K</i>
<i>s</i>


<i>G</i>


<i>K = 100</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

<b>4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số</b>



<b>Tiêu chuẩn ổn định Routh </b>

<i><b>(Routh Stability Criterion):</b></i>


<b>Ví dụ 3: (tt)</b>
<b>Bảng Routh</b>


<b>Điều kiện để hệ thống ổn định:</b>


9
14
0


0



0
7


9


2 <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>











 <i><sub>K</sub></i>


<i>K</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>

)
5
)(


1
(


)
(








<i>s</i>
<i>s</i>


<i>s</i>


<i>K</i>
<i>s</i>


<i>G</i>


<b>Tiêu chuẩn ổn định Bode</b>



<b>Ví dụ</b>


<b>4.3 Tiêu chuẩn ổn định tần số</b>



<b>G(S)</b>


<b>E(s)</b> <b>Y(s)</b>


<b>R(s)</b>
<b>+</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(43)</span><div class='page_container' data-page=43>

<b>-Định nghĩa</b>




<i><b>Quỹ đạo nghiệm số </b><b>(Root-Locus)</b></i> <i><b>là tập hợp tất cả các </b></i>
<i><b>nghiệm của phương trình đặc tính của hệ thống khi có </b></i>
<i><b>một thơng số nào đó trong hệ thay đổi từ 0 → ∞.</b></i>


Xét hệ thống có sơ đồ:


Phương trình đặc tính của hệ thống:


<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



<b>G(S)</b>
<b>E(s)</b>


<b>H(s)</b>


<b>Y(s)</b>
<b>R(s)</b>


<b>Y<sub>ht</sub>(s)</b>
<b>+</b>


<b></b>


-0


)



(


)




(



</div>
<span class='text_page_counter'>(44)</span><div class='page_container' data-page=44>

<b>Quy tắc vẽ quỹ đạo nghiệm số (QĐNS)</b>



Để áp dụng các quy tắc vẽ QĐNS, phương trình đặc tính
phải đưa về dạng:


Trong đó, K là thơng số thay đổi


<i>Gọi n là số cực của G</i><sub>0</sub><i>(s), m là số zero của G</i><sub>0</sub>(s).


<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



0
)
(
1
0
)
(
)
(


</div>
<span class='text_page_counter'>(45)</span><div class='page_container' data-page=45>

<b>Quy tắc vẽ quỹ đạo nghiệm số</b>



<b>Quy tắc 1:</b> <b>Số nhánh</b> của QĐNS <b>= bậc</b> của phương trình
đặc tính = số cực của G<sub>0</sub>(s) <i><b>= n</b></i>.


<b>Quy tắc 2:</b>



<b>- Khi K = 0: các nhánh của QĐNS xuất phát từ các cực</b>


của G<sub>0</sub>(s).


<b>- Khi K tiến đến + ∞:</b> <i><b>m nhánh</b></i> của QĐNS <i><b>tiến đến m </b></i>
<b>zero</b> của G<sub>0</sub>(s), <i><b>n – m nhánh</b></i> còn lại <b>tiến đến ∞</b> theo
<b>các tiệm cận xác định bởi quy tắc 5 và 6.</b>


<b>Quy tắc 3:</b> QĐNS <b>đối xứng qua trục thực</b>.


<b>Quy tắc 4:</b> Một điểm <b>trên trục thực thuộc QĐNS</b> nếu


<i><b>tổng số cực và zero</b></i> của G<sub>0</sub>(s) <b>bên phải</b> nó là một <i><b>số lẻ</b></i><b>.</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(46)</span><div class='page_container' data-page=46>

<b>Quy tắc vẽ quỹ đạo nghiệm số</b>



<b>Quy tắc 5:</b> Góc tạo bởi các đường tiệm cận của QĐNS với
trục thực xác định bởi:


<b>Quy tắc 6: </b>Giao điểm giữa các tiệm cận với trục thực là
<b>điểm A có tọa độ xác định bởi:</b>


<i><b>(p</b><b><sub>i</sub></b></i> <i><b>và z</b><b><sub>i</sub></b></i> <i><b>là các cực và các zero của G</b><b><sub>0</sub></b><b>(s)</b></i>)

<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



)


,


2


,


1



,


0


(


)


1


2


(








<i>l</i>


<i>m</i>


<i>n</i>


<i>l</i>



<i>m</i>
<i>n</i>
<i>z</i>
<i>p</i>
<i>n-m</i>
<i></i>
<i>-OA</i>
<i>m</i>
<i>i</i>
<i>i</i>
<i>n</i>
<i>i</i>

<i>i</i>




</div>
<span class='text_page_counter'>(47)</span><div class='page_container' data-page=47>

<b>Quy tắc vẽ quỹ đạo nghiệm số</b>



<b>Quy tắc 7:</b> Điểm tách nhập (nếu có) của QĐNS nằm trên
trục thực là nghiệm của phương trình:


<b>Quy tắc 8: </b>Giao điểm của QĐNS với trục ảo có thể xác
định bằng một trong hai cách:


- Áp dụng tiêu chuẩn Routh – Hurwitz


- Thay s = jω vào phương trình đặc tính, cân bằng phần
thực và phần ảo sẽ tìm được giao điểm với trục ảo và
giá trị K.


<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(48)</span><div class='page_container' data-page=48>

<b>Quy tắc vẽ quỹ đạo nghiệm số</b>



<b>Quy tắc 9:</b> Góc xuất phát của QĐNS tại cực phức p<sub>j</sub> được
xác định bởi:


<b>Quy tắc 10:</b> Tổng các nghiệm là hằng số khi K thay đổi từ
0 → + ∞.


<b>Quy tắc 11:</b> Hệ số khuếch đại dọc theo QĐNS có thể xác


định từ điều kiện biên độ:


<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



1
)
(
)
( <sub></sub>
<i>s</i>
<i>D</i>
<i>s</i>
<i>N</i>
<i>K</i>










 <i>n</i>
<i>j</i>
<i>i</i>
<i>i</i>
<i>i</i>
<i>j</i>
<i>m</i>

<i>i</i>
<i>i</i>
<i>j</i>
<i>o</i>


<i>j</i> <i>p</i> <i>z</i> <i>p</i> <i>p</i>


1
1
)
arg(
)
arg(
180

<sub></sub>

 

<sub></sub>




 180<i>o</i> p<sub>j</sub> p<sub>j</sub>


<i>j</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(49)</span><div class='page_container' data-page=49>

<b>Các bước thực hiện</b>



<b>Tìm phương trình đặc trưng của hệ kín (hệ hồi tiếp)</b>
Xác định cực và zero


<b>Xác định các đoạn trên trục thực thuộc quỹ đạo nghiệm số</b>
Xác định đường tiệm cận (giao điểm & các góc)



Điểm tách nhập


<i>Giao điểm của QĐNS với trục ảo (giá trị K và tần số)</i>
Góc xuất phát của QĐNS tại cực phức (nếu có)


</div>
<span class='text_page_counter'>(50)</span><div class='page_container' data-page=50>

<b>Ví dụ 1:</b>



Cho hệ thống tự động có sơ đồ khối như sau:


<b>Yêu cầu:</b> Hãy vẽ QĐNS của hệ thống khi K = 0 → + ∞.

<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



)
3
)(


2
(


)
(







<i>s</i>
<i>s</i>



<i>s</i>


<i>K</i>
<i>s</i>


<i>G</i>
<b>G(S)</b>


<b>E(s)</b> <b>Y(s)</b>


<b>R(s)</b>
<b>+</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(51)</span><div class='page_container' data-page=51>

<b>-Ví dụ 1:</b>



<b>* Giải</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(52)</span><div class='page_container' data-page=52>

<b>Ví dụ 1:</b>



<b>* Giải</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(53)</span><div class='page_container' data-page=53>

<b>Ví dụ 1:</b>



<b>* Giải</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(54)</span><div class='page_container' data-page=54>

<b>Ví dụ 1:</b>



<b>* Giải</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(55)</span><div class='page_container' data-page=55>

<b>Ví dụ 1:</b>




<b>* Giải</b>


<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



% vi du 1 - chuong 4


num=1;


den = conv([1 2 0],[1 3]);
G=tf(num,den)


rlocus(G)
<b>Giao điểm của các </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(56)</span><div class='page_container' data-page=56>

<b>Ví dụ 2:</b>



Cho hệ thống tự động có sơ đồ khối như sau:


<b>Yêu cầu:</b> Hãy vẽ QĐNS của hệ thống khi K = 0 → + ∞.

<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



)
20
8


(
)


( <sub>2</sub>








<i>s</i>
<i>s</i>


<i>s</i>


<i>K</i>
<i>s</i>


<i>G</i>
<b>G(S)</b>


<b>E(s)</b> <b>Y(s)</b>


<b>R(s)</b>
<b>+</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(57)</span><div class='page_container' data-page=57>

<b>-Ví dụ 2:</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(58)</span><div class='page_container' data-page=58>

<b>Ví dụ 2:</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(59)</span><div class='page_container' data-page=59>

<b>Ví dụ 2:</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(60)</span><div class='page_container' data-page=60>

<b>Ví dụ 2:</b>




<b>4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số</b>



num=1;


</div>
<span class='text_page_counter'>(61)</span><div class='page_container' data-page=61>

<b>Ví dụ 3:</b>



Cho hệ thống tự động có sơ đồ khối như sau:


</div>
<span class='text_page_counter'>(62)</span><div class='page_container' data-page=62>

<b>Ví dụ 3:</b>



<b>* Giải</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(63)</span><div class='page_container' data-page=63>

<b>Ví dụ 3:</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(64)</span><div class='page_container' data-page=64>

<b>Ví dụ 3:</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(65)</span><div class='page_container' data-page=65>

<b>Ví dụ 3:</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(66)</span><div class='page_container' data-page=66>

<b>MATLAB</b>



b = [1 2 3 4 5 5 1 2]; % numerator coefficients
a = [4 5 6 7 9 10 4 6]; % denominator coefficients


flag = isstable(b,a) % determine if the filter is stable
zplane(b,a) % zero-pole plot for filter


flag =
0


-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1


-1


-0.5
0
0.5
1


Real Part


Im


agi


na


ry


P


a


</div>
<span class='text_page_counter'>(67)</span><div class='page_container' data-page=67>

<b>Bài tập</b>



<b>1. Hệ thống ổn định với giá trị K = ?</b>


<b>2. Hãy vẽ quỹ đạo nghiệm số</b>



<b>3. Hãy vẽ biểu đồ Bode của hệ hở  tính ổn </b>


<b>định của hệ hồi tiếp âm đơn vị</b>



 

<sub></sub>

<sub></sub>

<sub></sub>

<sub></sub>




 

<sub>4</sub> <sub>3</sub> <sub>2</sub>


7


5 15 20


7


40 475 1500


<i>s</i>
<i>H s</i>


<i>s s</i> <i>s</i> <i>s</i>


<i>s</i>
<i>H s</i>


<i>s</i> <i>s</i> <i>s</i>





  





</div>
<span class='text_page_counter'>(68)</span><div class='page_container' data-page=68></div>
<span class='text_page_counter'>(69)</span><div class='page_container' data-page=69></div>
<span class='text_page_counter'>(70)</span><div class='page_container' data-page=70></div>


<!--links-->

×