Tài liệu Điều khiển hệ thống 1 - Chapter 6 pdf

System and Control

Điều khiển hệ thống 1
Thạc sĩ Ngô Quang Hiếu
Bộ mơn Kỹ Thuật Cơ Khí
Khoa Cơng Nghệ - Đại học Cần Thơ
Email:
Mobile: 0918.727808


Điều khiển hệ thống 1

LOGO

Chương 6
Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Khái niệm
 Thiết kế là tồn bộ q trình bổ sung các thiết bị phần cứng cũng
như thuật toán phần mềm vào hệ cho trước để được hệ mới thõa mãn
yêu cầu về tính ổn định, độ chính xác, đáp ứng quá độ.
R(s)

+
_

∑

E(s)

G(s)

C(s)

 Bộ điều khiển: P, PI, PD, PID, sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, …
được nối tiếp với hàm truyền hệ hở.

 Phương pháp thiết kế: Quỹ đạo nghiệm số, biểu đồ Bode, hồi tiếp
trạng thái.
System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Thành phần hệ thống điều khiển
Control parameters

Setpoint




Amplifier

Actuator

Plant

Output

Sensor

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Các bộ điều khiển thương mại
 Bộ điều khiển nhiệt độ: ON-OFF Control, PID Control, …
 Bộ điều khiển lưu lượng, mức lưu chất
 Mạch điều khiển tốc độ và vị trí động cơ DC, AC.
 Bộ điều khiển áp suất
 Other, …

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Tác động điều khiển
 Điều khiển 2 vị trí hay điều khiển ON-OFF – Two positions control
 U1 , e(t )  0
u (t ) 
 U 2 , e(t )  0

 Điều khiển tỉ lệ (P) - Proportional control
u (t ) K P e(t )

System and Control




E (s)

KP

U (s)

Ngo Quang Hieu

Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Tác động điều khiển
 Điều khiển tích phân (I) – Integral control
t

u (t ) K I e(t )dt




E (s)

KI
s

U ( s)

0

 Điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) – Proportional plus Integral control
t

u (t ) K P e(t )  K I e(t )dt
0

System and Control




E ( s)

KP
KI
s




U (s)

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Tác động điều khiển
 Điều khiển vi phân tỉ lệ (PD) – Proportional plus Derivative control

de(t )
u (t ) K P e(t )  K D
dt




E (s)

KP
sK D




U (s)

 Điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) – Proportional plus Integral plus
Derivative control
t
de(t )
u (t ) K P e(t )  K I e(t )dt  K D
dt
0


System and Control

E ( s)

KP 

KI
 KDs

s

U ( s)

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Mạch điều khiển tỉ lệ

vout

R4
R1
 vp 
vn
R3
R2

 vout K a (v p  vn )
 R2 
vout  1   vin
R1 

 vout K P vin
System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Mạch điều khiển tích phân

t

vout

System and Control

1

vin (t )dt

R1C0 0

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
P

R4 R2
R3 R1

I

R4 1
R3 R1C2 s

PD

R4 R2
( R1C1s  1)
R3 R1

System and Control

LOGO

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
PI

LOGO

R4 R2 
1 
1

R3 R1  R2C2 s 



R4 R2
1 
 R1C1s  1  1 

R3 R1
R
C
s

2 2 
PID

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 Ảnh hưởng của cực:
• Khi thêm một cực có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì
QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến về phía trục ảo, hệ thống
sẽ kém ổn định hơn, độ vọt lố tăng.

System and Control

Ngo Quang Hieu

Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 Ảnh hưởng của zero:
• Khi thêm một zero có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì
QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến ra xa trục ảo, hệ thống sẽ
ổn định hơn, độ vọt lố giảm.

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tỉ lệ: GC ( s ) K P
• KP càng lớn, sai số xác lập càng nhỏ
• Trong nhiều trường hợp, KP càng lớn, độ vọt lố càng cao, hệ
thống càng kém ổn định.
• Thí dụ:

10
( s  2)( s  3)

GC ( s ) K P
G ( s) 

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ:
GC ( s ) K P  K D s K P (1  TD s )
• Thời hằng vi phân càng lớn, thời gian đáp ứng càng nhanh
• Hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ làm nhanh đáp ứng hệ thống nhưng
làm cho hệ thống nhạy với tần số cao.

10
G ( s) 
( s  2)( s  3)
System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ:
GC ( s ) K P 

KI
1
K P (1 
)
s
TI s

• Thời hằng tích phân càng nhỏ, độ vọt lố càng cao
• Hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ làm tăng độ vọt lố và thời gian quá
độ.

10
G ( s) 
( s  2)( s  3)
System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ:

KI
1
GC ( s) K P 
 K D s K P (1 
 TD s )
s
TI s
• Tăng đáp ứng quá độ.
• Giảm sai số xác lập.

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh
 So sánh ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh

System and Control

Ngo Quang Hieu


Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục

LOGO

Thiết kế dùng phương pháp QĐNS
 Khi thiết kế hệ thống dùng phương pháp QĐNS, hai điều kiện pha
và biên độ phải được thõa mãn.
 Phương trình đặc trưng của hệ thống:

Hay:

Và:

( s  z1 )( s  z2 )...( s  zm )
A( s )
1 K
1  K
0
( s  p1 )( s  p2 )...( s  pn )
B(s)

s  z1 s  z2 ... s  zm
K
s  p1 s  p2 ... s  pn
m

n

  
i

1

System and Control

i

180(2l  1); l 1, 3,...

1

Ngo Quang Hieu