Bài tập lớn lý thuyết điều khiển tự động pdf

16 4K 100
Bài tập lớn lý thuyết điều khiển tự động pdf

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 1 bài tập lớn thuyết điều khiển tự động Đề bài : Cho hệ thống điều khiển tốc độ động cơ nh- hình vẽ :(hình 1) Yêu cầu : 1. Xây dựng sơ đồ khối cấu trúc và hàm truyền đạt các phần tử 2. Xét ổn định hệ thống và tính quá trình quá độ (bằng ph-ơng pháp số Tustin) khi bỏ qua khâu PID và ngắt bỏ khâu W 4 (p) . 3. Khi có bộ PID , có W 4 (p) xét ổn định hệ thống bằng Matlab, cụ thể : a, cắt bỏ W 4 (p) tìm các tham số của bộ PID để s max <=15% . b,bỏ PID , giữ lại W 4 (p) tìm T d để chất l-ợng hệ thống t-ơng đối tốt . c, có PID , có W 4 (p) xác định các tham số để s max <=10% . - nhóm 13 có các số liệu : R =10 K , R 1 =145 K , C 1 = 26mF Hàm truyền đạt động cơ: 1 2 ++ = pTpTT k W mem m dc với k m = 6,5 ; T m = 0,3 sec ; T e = 0,15 sec ta có : 13,0045,0 5,6 2 ++ = pp W dc =W 3 (p) - Khâu KĐ1 có hàm truyền nh- sau : W 1 (p) = 177,3 5,14 1 1 1 + = + ppT K - 101,0 25 )( 2 + = p pW Bài làm 1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống : - sơ đồ cấu trúc hệ thống đ-ợc vẽ nh- hình số 2 trong đó các hàm truyền đạt đã đ-ợc tính và hệ số phản hồi K f = K pa K ft =0,125*0,25 = 0.03125 + nguyên làm việc của hệ thống : 2.Xét ổn định hệ thống và tính quá trình quá độ : - khi bỏ khâu PID và ngắt bỏ W 4 (p) ta có sơ đồ cấu trúc nh- sau : (Hình vẽ số 3) Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 2 Hệ thống gồm hai khâu quán tính và một khâu dao động mạch phản hồi có hệ số bằng 0.03125 . - xét khâu quán tính : W 1 (p)= )( )( 177,3 5,14 1 pE pY p = + thế p = 1 12 + - Z Z T vào ta có : )(.)( )(.)(. 11111 ZEBZEZBZYAZYZ ++= trong đó : T T B T T A + = + - = 54,7 5,14 54,7 54,7 1 1 Ph-ơng trình sai phân có dạng : ][]1[][]1[ 11111 kEBkEBkYAkY +++=+ - t-ơng tự xét với khâu quán tính : 101.0 25 )( 2 + = p pW = )( )( 1 2 pY pY thay p = 1 12 + - Z Z T vào ta có: )(.)( )(.)(. 1112222 ZYBZYZBZYAZYZ ++= (1) trong đó : T T B T T A + = + - = 02 . 0 .25 02.0 02.0 2 2 Ph-ơng trình sai phân có dạng : ][]1[][]1[ 1212222 kYBkYBkYAkY +++=+ (2) Đối với khâu dao động : )( )( 13.0045.0 5.6 )( 2 2 3 pY pY pp pW = ++ = ta có : Thay p = 1 12 + - Z Z T vào : ( ) 33 2 3 22 3 2 3 1.2.5.6 )( 1 1 1 . 2 .3.0) 1 1 . 2 (045.0 5.6 )( CZBZA ZZT ZW Z Z TZ Z T ZW ++ ++ =ị + + - + + - = Trong đó : TTC TB TTA 6.018.0 36.02 6.018.0 2 3 2 3 2 3 -+= -= ++= Ph-ơng trình đại số : )()(.2)([5.6)()().(. 222 22 33 2 3 ZYZZYZYZTZYCZZYBZZYA ++=++ Ph-ơng trình sai phân t-ơng đ-ơng là : Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 3 3222 2 33 /])[]1[.2]2[(5.6][]1[.(]2[ AkYkYkYTkYCkYBkY +++++-+-=+ Vậy ph-ơng trình sai phân mô tả hệ thống theo ph-ơng pháp số Tustin là : 322233 1212222 11111 /]))1[][*2]1[(***5.6]1[*][*(]1[ ][*]1[*][*]1[ ][*]1[*][*]1[ ] [ * 03125 . 0 ] [ AkYkYkYTTkYCkYBkY kYBkYBkYAkY kEBkEBkYAkY k Y U k E -++++ =+ +++=+ +++=+ - = Để tính quá trình quá độ của hệ thống ta dùng Matlab để kiểm tra xem hệ thống có ổn định hay không : nh- sau : >> w1=tf([14.5],[3.77 1]); Transfer function: 14.5 3.77 s + 1 >> w2=tf([25],[.01 1]) Transfer function: 25 0.01 s + 1 >> w3=tf([6.5],[0.04 .3 1]) Transfer function: 6.5 0.045 s^2 + 0.3 s + 1 Transfer function: 2356,25 Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 4 0,001697s^4 + 0,1814 s^3 + 1,2161s^2 + 4,08 s + 1 >> k= 0.03125; >> wk=feedback(wh,k) Transfer function: 2356,25 0,01697s^4 + 0,1814 s^3 + 1,2167s^2 + 4,48s +51,78 >> step(wk) ta có đặc tính quá độ nh- sau : tính quá trình quá độ bằng ph-ơng pháp TUSTIN: #include<iostream.h> #include<conio.h> #include<graphics.h> include<stdlib.h> float T,a1a,a2,a3,b1,b2,b3,c3,u; float y1[640] , y2[640] , y[640] , e[640] ; int gt , gm , i , k; void main() { cout<< \nTinh qua trinh qua do he thong; cout<<\nnhap buoc tinh T=; cin>>T; y[0] = 0; y[1]= 0; y1[0] = 0; y2[0] = 0; for(k=0; k<=630; k++) { Bµi tËp lín: LT§KT§ Sinh viªn : Tạ Văn Tiến_ DHDI7TH 5 ;/]))1[][*2]1[(***5.6]1[*][*(]1[ ];[*]1[*][*]1[ ];[*]1[*][*]1[ ]; [ * 03125 . 0 ] [ 322233 1212222 11111 AkYkYkYTTkYCkYBkY kYBkYBkYAkY kEBkEBkYAkY k Y U k E -++++ =+ +++=+ +++=+ - = cout<< “\n\t\tk=%3d y=%6.2f “,k,y[k] ; delay(1) ; } getch() ; gd = DETECT; initgraph(&gd,&gm,”c:\\borlandc++\\bgi”) ; setlinestyle(0,0,3) ; setbkcolor(0) ; setcolor(4) ; outtextxy(160,30,”PHUONG PHAP SO TUSTIN”) ; outtextxy(150,40,”(He khong on dinh)”) ; outtexexy(20,450,”0”) ; setcolor(5) ; rectangle(2,2,637,477) ; setcolor(1) ; for (i = i ; i<=10 ; i++) { line(64*i, 5, 64*i,15) ; line(64*i + 32, 5, 64*i + 32, 10) ; line(64*i, 475, 64*i, 464) ; line(64*i + 32475, 64*i + 32 , 468) ; line(5, 48*i, 10 , 48*i) ; } setcolor(2) ; moveto(1,477) ; for (k=0 ;k<= 630 ; k++) { lineto(k, 479 – (int)(10*y[k]/1.6)) ; } outtextxy(580, 470 – (int)(10*y[k]/1.6),”y(t)”) ; outtextxy(455, 450 – (int)(10*y[k]/1.6),”Tin hieu ra”) ; getch() ; closegraph() ; return(0) ;} 3. Khi cã bé PID vµ cã kh©u W 4 (p) : a, khi bá kh©u W 4 (p) ta cã s¬ ®å khèi cña hÖ thèng nh- sau : Khi m¾c nèi tiÕp bé PID Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 6 Ta dùng Matlab điều chỉnh các tham số của bộ PID để ch hệ thống ổn định : - Khi bộ PID mắc nối tiếp ta có các tham số hiệu chỉnh để overshoot không quá 15% là : K P =0.01 ;K D = 0.1 ; K I = 0.5 ; ta có đồ thị step nh- sau : Ta thấy overshoot bằng 9.74% , rise time bằng 1.9 (sec) và setting time bằng 6.35 (sec) Nh- vậy chất l-ợng hệ thống đạt yêu cầu . Khi bộ PID mắc hỗn hợp : W 2 (P) W 3 (P) W 1 (P) K f PID Bµi tËp lín: LT§KT§ Sinh viªn : Tạ Văn Tiến_ DHDI7TH 7 Ta cã ®Æc tÝnh qu¸ ®é nh- sau : Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 8 Hệ thống ổn định với các tham số nh- sau : Kp =0,01 ; Ki = 0,008 ; Kd = 0; bộ PID 2 có :Kp=0,01 ; Ki = 0,005 ; Kd = 0,01 b, Khi bỏ PID lấy W 4 (p) ta có sơ đồ khối nh- sau : hiệu chỉnh dần Td ta có : với Td = 20 đặc tính quá độ của hệ thống nh- sau : Ch-ơng trình Matlab : >> Td=20; >> W0=tf(8.5,[1.105 1]) Transfer function: 14.5 3.77 s + 1 >> W1=tf(25,[.01 1]) Transfer function: 25 0.01 s + 1 >> W2=tf(6.5,[.045 .03 1]) Transfer function: Bµi tËp lín: LT§KT§ Sinh viªn : Tạ Văn Tiến_ DHDI7TH 9 6.5 0.045 s^2 + 0.03 s + 1 >> W3=tf([Td 0 0],[Td 1]) Transfer function: 20 s^2 20 s + 1 >> W12k=feedback(W1*W2,W3) Transfer function: 3250 s + 162.5 0.009 s^4 + 0.9064 s^3 + 3251 s^2 + 20.04 s + 1 >> W012k=feedback(W0*W12k,.03125) Transfer function: 27625 s + 1381 0.009945 s^5 + 1.011 s^4 + 3593 s^3 + 3273 s^2 + 884.4 s + 44.16 >> step(W012k) Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 10 Nhận xét : Ta thấy Overshoot =14,5% , setting Time = 46 sec ị chất l-ợng hệ thống t-ơng đối tốt . Đồ thi Nyquist của hệ hở nh- sau : >> nyquist(W0*W12k) [...].. .Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH c) Khi có cả bộ PID và khâu W4 ta hiệu chỉnh các tham số để hệ có sMAX > plot(HUY); grid ta có dạng quá độ nh- sau : 12 Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH Với các tham số của bộ PID nh- sau : KP = 10 ; KI = 5 ; KD = 5 ; và Td = 0,001 ta thấy chất l-ợng hệ thống đã đạt yêu cầu (overshoot = 0 % ; thời gian xác lập nhỏ (10 sec) 4) Xét khả năng điều khiển đ-ợc và quan sát đ-ợc của hệ thống Ta có hàm truyền của hệ thống nh- sau:... là : s6 +1107,6s5 +10,8.104 s4 +12,2.105s3 +43,8.107s2 +87,07.107s +43,4.107 =0 Ta dùng MatLab để tính ma trận điều khiển nh- sau : >> A=[-1107.6 1 0 0 0 0;-10.8* 10^4 0 1 0 0 0;-12.5* 10^5 0 0 1 0 0;-43.8* 10^7 0 0 0 1 0;87.08* 10^7 0 0 0 0 1;-43.4* 10^7 0 0 0 0 0] A =1.0e+008 * 14 Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH -0.0000 -0.0011 -0.0125 -4.3800 -8.7080 -4.3400 0.0000 0 0 0 0 0 0 0.0000... 0.0313 0.0632 0.0316 -0.0000 -0.0010 0.0219 -3.2440 -6.5435 -3.2770 >> det(P) ans = 5.2854e+029 Ta thấy det(P) khác 0 vậy Rank(P) =6 hay hệ thống điều khiển đ-ợc hoàn toàn Ta xét tính quan sát đ-ợc của hệ thống : >> C=[1 0 0 0 0 0] C= [1 ans = 0 0 0 0 0] 15 Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 1 0 0 0 0 0 >> A' ans = 1.0e+008 * -0.0000 -0.0011 -0.0125 -4.3800 -8.7080 0.0000 0 0 0 0 0 0.0000... Wpid=tf(10)+tf(5,[1 0])+tf([5 0],1) Transfer function: 5 s^2 + 10 s + 5 -s >> W1=tf(14.5,[3.77 1]) Transfer function: 14.5 3.77 s + 1 >> W2=tf(25,[.01 1]) Transfer function: 25 -13 Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 0.01 s + 1 >> Wdc=tf(6.5,[.045 3 1]) Transfer function: 6.5 0.045 s^2 + 0.3 s + 1 >> W3=tf(.001,[.001 1]) Transfer function: 0.001 0.001 s + . Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 1 bài tập lớn lý thuyết điều khiển tự động Đề bài : Cho hệ thống điều khiển tốc độ động. 3) Bài tập lớn: LTĐKTĐ Sinh viên : T Vn Tin_ DHDI7TH 2 Hệ thống gồm hai khâu quán tính và một khâu dao động mạch phản hồi

Ngày đăng: 10/03/2014, 21:20

Hình ảnh liên quan

Cho hệ thống điều khiển tốc độ động cơ nh- hình vẽ :(hình 1) Yêu cầu :  - Bài tập lớn lý thuyết điều khiển tự động pdf

ho.

hệ thống điều khiển tốc độ động cơ nh- hình vẽ :(hình 1) Yêu cầu : Xem tại trang 1 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan