BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trêng ®¹i häc B¸ch khoa hµ Néi ViÖn ®iÖn - Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng  §å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng HÀ NỘI - 2012 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Phan Xuân Minh Sinh viên: Nguyễn Thị Toàn Ngô Lê Nhật Minh Trần Tiến Đức 20082706 20081729 20086017 Lớp: Điều khiển tự động 1 – K53 Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 1 - Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU Từ khi bắt đầu học các môn học chuyên ngành như : Lý thuyết điều khiển tự động, Điều khiển quá trình, Thiết bị điều chỉnh tự động công nghiệp, Điều khiển số… chúng em đã học được rất nhiều các kiến thức bổ ích trong việc lựa chọn cũng như thiết kế các bộ điều khiển, nhưng chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết. Những kiến thức đó nếu không được bồi đắp, không được thường xuyên sử dụng, đặc biệt là không được áp dụng vào thực tế thì ta cũng dễ quên. Đồ án thiết kế mô phỏng chính là lúc chúng em có thể tập hợp những kiến thức chuyên ngành của mình, tổng hợp lại để biến những kiến thức thu được từ rất nhiều nguồn trở thành kiến thức của mình. Đặt mình vào vị trí của một sinh viên chuyên ngành điều khiển tự động, chúng em tổng hợp lại những kiến thức đã học trong lĩnh vực điều khiển tự động. Công việc này giúp chúng em củng cố và sắp xếp những kiến thức đã học một cách có hệ thống. Đặt mình vào vai trò của một kỹ sư thiết kế, đối với từng vấn đề được đề cập, chúng em thực hiện đầy đủ các bước từ việc đặt vấn đề, phân tích bài toán đến việc giải quyết bài toán đối với đối tượng cụ thể, đánh giá những kết quả đã đạt được và những vấn đề vẫn chưa được giải quyết. Từ đó đặt ra hướng mở rộng vấn đề được quan tâm. Báo cáo đồ án được chia làm 4 chuyên đề : Chuyên đề 1 : Nội dung chính của chuyên đề này nói lên tầm quan trọng cũng như các bước thực hiện của công việc mô hình hóa, nhận dạng đối tượng điều khiển. Kết hợp giữa lý thuyết đã học với công cụ Identification trong Matlab để thực hiện mô hình hóa nhận dạng đối với đối tượng cụ thể : động cơ servo và bình trộn hóa chất. Chuyên đề 2 : Chuyên đề này bàn đến quá trình phân tích, khảo sát và thiết kế đối tượng điều khiển và bộ điều khiển trên miền tần số. Miền thời gian giúp cho chúng ta có cái nhìn trực quan về đối tượng nhưng để có cái nhìn sâu sắc hơn về hệ thống, người kỹ sư điều khiển tự động còn phải thực hiện công việc phân tích và đánh giá trên miền tần số. Từ đó thiết kế bộ điều khiển phù hợp với yêu cầu của bài toán đặt ra. Chúng em đã phân tích và thiết kế bộ điều khiển PID để minh họa cho công việc trên. Chuyên đề 3 : Chuyên đề 3 đề cập đến một cách biểu diễn đối tượng điều khiển được sử dụng khá phổ biến: biểu diễn đối tượng điều khiển trên miền không gian trạng thái. Trên miền không gian trạng thái, chúng em tìm hiểu và thiết kế bộ điều khiển theo nguyên lý tách ( bộ điều khiển phản hồi trạng thái và bộ quan sát trạng thái ) cho đối tượng điều khiển không ổn định có 1 điểm cực bên phải trục ảo và không có thành phần tích phân. Bằng những kiến thức đã học và kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink, chúng em đánh giá và đưa ra phương án khắc phục những vấn đề cơ bản chưa được giải quyết của bộ điều khiển. Chuyên đề 4 : Chuyên đề cuối cùng đề cập đến đối tượng điều khiển là phi tuyến, và xét đến sự ảnh hưởng của hằng số bất định trong đối tượng điều khiển. Trong phần này, chúng em thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho đối tượng trên và giải quyết bài toán thích nghi giả định rõ theo mô hình mẫu áp dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác và, kết hợp với tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. Chúng em gửi lời cảm ơn chân thành tới Cô giáo Phan Xuân Minh. Cảm ơn Cô đã tận tình chỉ bảo cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Đề tài đã được hoàn thành, tuy nhiên, chắc chắn sự thiếu sót là không thể thiếu được, chúng em vẫn luôn trông đợi những lời góp ý của Cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn Cô đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em trong quá trình làm báo cáo từ cách tiếp cận, giải quyết vấn đề đến cách trình bày báo cáo một cách có khoa học ! Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 2 - Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1 3 1. Nội dung : 4 1.1 Các phương pháp mô hình hóa: 4 1.2 Quy trình mô hình hóa. 5 1.3 Các loại mô hình : 5 1.4 Bài toán xử lý dữ liệu đo thực nghiệm : 5 1.5 Áp dụng đối tượng cụ thể : 6 1.6 Công cụ Identification nhận dạng : 8 2. Kết luận – Tài liệu tham khảo 11 BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 2 13 1. Phát biểu bài toán thiết kế : 14 2. Khảo sát tính ổn định của hệ thống : 14 3. Các chỉ tiêu chất lượng 15 4. Nguyên tắc thiết kế trên miền tần số: 17 5. Bộ điều khiển PID, ảnh hưởng của các tham số đến các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống. 18 6. Bộ PID thực 19 7. Một số nguyên tắc cơ bản lựa chọn luật điều khiển 20 8. Ví dụ ứng dụng: 20 9. Kết luận – Tài liệu tham khảo 33 BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 3 34 1. Phát biểu bài toán điều khiển phản hồi trạng thái gán điểm cực. 35 2. Bài toán áp dụng 37 2.1 Khảo sát đối tượng. Phân tích yêu cầu thiết kế. Đưa ra cấu hình điều khiển. 37 2.2 Phân tích yêu cầu thiết kế: 38 2.3 Xây dựng bộ điều khiển phản hồi trạng thái gán điểm cực. 39 2.4 Đưa thêm khâu tích phân vào hệ hở, triệt tiêu sai lệch tĩnh, nhiễu đầu ra và sai lệch mô hình. 42 2.5 Thiết kế bộ quan sát trạng thái. 44 3. Kết luận – Tài liệu tham khảo 48 BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 4 49 Đặt vấn đề 49 1. Nội dung trình bày gồm các phần: 49 1.1 Phát biểu bài toán thiết kế: 49 1.2 Các bước thiết kế: 49 1.3 Áp dụng vào đối tượng cụ thể: Khảo sát đối tượng, kiểm tra khả năng áp dụng phương pháp. 53 2. Kết luận – Tài liệu tham khảo 65 Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 3 - Đại học Bách Khoa Hà Nội BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1 MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Đặt vấn đề. Tại sao phải mô hình hóa? Muốn điều khiển được, phải hiểu đối tượng, phải có mô hình mô tả đối tượng (mô hình toán học). Mô hình toán học: biểu diễn các quan hệ vào ra của hệ thống, là công thức mô tả ánh xạ T : u y  . Mô hình hóa là các phương pháp để tìm ra cho hệ một mô hình toán học. Mô hình hóa lý thuyết và thực nghiệm. Mô hình hóa lý thuyết nhằm xác định lớp mô hình thích hợp, thực nghiệm giúp xác định được các tham số mô hình. Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng, thưc tế đều cần kết hợp cả hai phương pháp để thu được mô hình dùng được cho mục đích của bài toán điều khiển. 1. Nội dung.  Mô hình hóa lý thuyết, thực nghiệm.  Quy trình mô hình hóa.  Các loại mô hình.  Bài toán xử lý dữ liệu đo thực nghiệm.  Áp dụng đối tượng cụ thể: động cơ servo kích từ độc lập, thao tác bằng dòng lệnh và sơ đồ simulink.  Công cụ Identification nhận dạng, áp dụng cho đối tượng động cơ một chiều, bình trao đổi nhiệt. 2. Kết luận, mở rộng vấn đề  Mô hình nhận được phục vụ cho thiết kế, tổng hợp các vòng điều chỉnh sau này.  Vấn đề xử lý bộ dữ liệu thu được.  Với các đối tượng khác nhau cần áp dụng phương pháp phù hợp. Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 4 - Đại học Bách Khoa Hà Nội PHẦN II – TRIỂN KHAI 1. Nội dung : 1.1 Các phương pháp mô hình hóa:  Mô hình hóa lý thuyết: chính xác về mặt cấu trúc mô hình, khó xác định được chính xác tham số :  Xây dựng mô hình dựa trên các định luật cân bằng chất (vật lý, hóa học), kết quả cho ta các phương trình vi phân – đại số mô tả đối tượng.  Ưu điểm:  Hiểu sâu các quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp với môi trường bên ngoài của hệ thống, liên quan trực tiếp các hiện tượng vật lý, hóa học.  Xác định được lớp đối tượng của mô hình (số lượng, kiểu, mối liên kết giữa các phần tử…)  Nhược điểm:  Khó xác định được một mô hình lý thuyết phản ánh đầy đủ các đặc tính động học của đối tượng.  Các thông số thiết bị thiếu chính xác, điều kiện làm việc thay đổi…→ tham số thay đổi. → Chỉ phù hợp tìm hiểu, khảo sát đặc tính động học của đôi tượng. → Cấu trúc của đối tượng ở mức cùng lắm có thể chấp nhận được.  Mô hình hóa bằng thực nghiệm:chính xác về mặt tham số, khó xác định chính xác cấu trúc :  Tiến hành thực nghiệm để thu thập thông tin về tín hiệu vào – ra của hệ.  Trên cơ sở phân tích tín hiệu vào ra để đề xuất mô hình.  Kết quả: xác định được cấu trúc và các tham số mô hình từ 1 lớp các mô hình thích hợp thông qua một quá trình lặp.  Ưu điểm:  Cho phép xác định tương đối chính xác các tham số của mô hình trong trường hợp cấu trúc mô hình được biết trước.  Xét được cả đặc tính các thiết bị đo (TBĐ), thiết bị chấp hành (TBCH), các khâu chuyển đổi.  Nhiều công cụ hỗ trợ mạnh nhận dạng trực tuyến cũng như ngoại tuyến.  Nhược điểm:  Số liệu vào – ra đo được từ thực nghiệm nên độ tin cậy hoàn toàn phụ thuộc vào phép đo. Số lượng mẫu cần lấy làm sao đủ thông tin để ước lượng (động học của đối tượng).  Phải có giả thiết về lớp các mô hình thích hợp. → Để khắc phục nhược điểm và tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp, thường sử dụng phương pháp kết hợp:  Dựa trên phân tích đối tượng để tìm ra cấu trúc mô hình.  Nhận dạng để xác định tham số mô hình. Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 5 - Đại học Bách Khoa Hà Nội 1.2 Quy trình mô hình hóa.  Tìm hiểu về đối tượng, đặc tả các biến vào-ra, xác định biến điều khiển, biến được điều khiển phục vụ cho mục đích của từng bài toán điều khiển.  Xây dựng các phương trình mô hình từ những thông tin A-priori, dựa trên các định luật cơ bản: cân bằng khối lượng, năng lượng, các phương trình đặc trưng cho mỗi loại đối tượng riêng…  Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để khoanh vùng lớp mô hình thích hợp cho đối tượng.  Xác định các tham số mô hình nhờ bộ dữ liệu thực nghiệm để đảm bảo tính trung thưc của mô hình. Không có mô hình chính xác, chỉ có mô hình coi là dùng được tùy mục đích sử dụng: để mô phỏng, thiết kế bộ điều khiển…. Tùy thuộc vào phương pháp thiết kế mà yêu cầu về độ chính xác của mô hình là khác nhau. Ví dụ: các phương pháp thiết kế trên miền tần số cho bộ PID cho phép chất lượng mô hình không cần quá “chính xác”, song với phương pháp cân bằng mô hình, nguyên lý mô hình nội IMC, dự báo Smith… khi mô hình đối tượng tham gia trực tiếp vào bộ điều khiển thì đòi hỏi độ chính xác của mô hình là rất cao.  Đánh giá chất lượng mô hình dựa vào phương thức mô tả sai lệch giữa mô hình và đối tượng thực. 1.3 Các loại mô hình : Các loại mô hình toán học cơ sở :  Miền thời gian :  Phương trình vi phân, sai phân: FOPDT, SOPDT, FIR, IIR.  Mô hình trạng thái: mô tả hệ SISO, MIMO…  Miền tần số :  Mô hình hàm truyền: hàm biến phức biểu diễn quan hệ vào ra của hệ SISO, tuyến tính, sơ kiện đầu = 0.  Mô hình đặc tính tần: thể hiện ý nghĩa về mặt vật lý, là đáp ứng của hệ thống với tín hiệu đầu vào dạng hình sin ở các tần số khác nhau. 1.4 Bài toán xử lý dữ liệu đo thực nghiệm :  Phương pháp thống kê: lấy nhiều lần số liệu, sau đó lấy giá trị trung bình. Xử lý sơ bộ bằng cách loại các giá trị đột biến, nằm ngoài khoảng giá trị cho phép để giảm thiểu sai số Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 6 - Đại học Bách Khoa Hà Nội  Phương pháp cửa sổ sai số: trước khi đưa bộ dữ liệu vào để tiến hành nhận dạng, cần đưa qua bộ lọc để lấy bộ dữ liệu ở khoảng tần quan tâm.  Bộ dữ liệu để ước lượng mô hình và bộ dữ liệu để đánh giá, kiểm chứng mô hình cần được lấy là hai bộ khác nhau, đảm bảo tính khách quan trong việc đánh giá. 1.5 Áp dụng đối tượng cụ thể : Động cơ Servo motor kích từ độc lập; thao tác bằng dòng lệnh và sơ đồ simulink  Mô hình động cơ Sevor motor kích từ độc lập, từ thông hằng số  Mô hình động cơ Servo motor, kích từ độc lập  Mục đích: điều khiển vị trí góc của tải theo vị trí góc đặt trước  Cơ cấu đo (error measuring) dùng phân áp (potentiometer) để xác định sai lệch giữa góc đặt trước và vị trí góc của trục đầu ra, sau đó chuyển về dạng tín hiệu điện áp. Tín hiệu này được đưa qua bộ khuếch đại (amplifier) để tạo điện áp phù hợp đặt vào phần ứng động cơ  Vị trí góc ở đầu ra của trục động cơ được cho qua hộp số (bánh răng: gear train) với tỷ số truyền n, tạo vị trí góc tương ứng trên trục đầu ra  Bảng tham số động cơ: %Parameter of Servo Motor %Reference input: angular displacement, [rad] %Angular displacement of the output shaft: c, [rad] %Angular displacement of the motor shaft: theta, [rad] k0 = 24/pi;%gain of the potentiometer error dectector [V/rad] k1 = 10;%amplifier gain [V/V] Ra = 0.2;%Amature-winding resistor [Ohm] La = 0;%negligible k3 = 5.5e-02;%back emf constant [V.sec/rad] k2 = 6e-05;%motor torque constant [N.m/A] Jm = 1e-05;%moment of inertia of the motor, refered to the motor shaft[kg.m^2] bm = 0;%viscous friction coefficient of the motor, referred to the motor shaft Jl = 4.4e-03;%moment of inertia of the load, referred to the output shaft bl = 4e-02;%of load, referred to output shaft, [N.m.sec/rad] n = 1/10;%gear ratio, N1/N2  Ở đây, chúng ta xét mô hình toán học của động cơ gộp luôn bộ khuếch đại, hộp số vào, nên ta có :  Tín hiệu vào: e = r - c [V]: là điện áp sau khâu chuyển đổi từ sai lệch giữa vị trí góc thành dạng tín hiệu điện  Tín hiệu ra: vị trí góc ở trục đầu ra c [rad] Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 7 - Đại học Bách Khoa Hà Nội  Thiết lập các phương trình :  Điện áp phần ứng: A A A A A A di u e R i L dt    ; A r v u k e   Sức từ động cảm ứng: 3A d e k dt    Moment quán tính, hệ số ma sát nhớt quy đổi về trục động cơ là: 2 0 2 0 m L m L J J n J b b n b      Phương trình cân bằng moment: 2 0 0 2 c d d J b T T dt dt      ; cho 0 c T  : moment tải  Momen quay do động cơ tạo ra: 2 A T k i  :moment điện từ Thay các phương trình vào để được phương trình vi phân mô tả quan hệ vào – ra ta được: 2 2 3 1 2 0 0 2 ( ) v A A k k k k d d J b e dt R dt R      Mối quan hệ giữa góc ra trên trục động cơ, và trên trục đầu ra khi qua hộp số là: ( ) . ( ) C t n t   Chuyển sang miền Laplace để tìm hàm truyền cho đối tượng ta được: 0 1 2 2 0 3 2 0 2 2 .( ) ( ) 1 ( ) . ( ). A A k k k n RC s G s J k k E s s b s n n R     Nhận xét: quan hệ giữa điện áp đặt vào phần ứng và vị trí góc ở trục đầu ra được biểu diễn dạng phương trình vi phân cấp 2, bậc của mô hình là 2. Thay số vào tính toán ta được: From input "Error between reference angular and feedback signal" to output "Angular displacement of the output shaft": 0.2292 0.0054 s^2 + 0.04165 s Continuous-time transfer function. Bằng việc đặt các biến trạng thái, có thể chuyển từ mô hình vào-ra sang dạng mô hình trạng thái. Đặt vị trí góc ở trục output shaft là biến trạng thái x 1 . Ta có: 1 2 1 ( ) x C s x sx      , từ các phương trình viết được ở trên, ta thu được:   1 01 2 2 2 1 00 1 0 1,0 x x u ba x a a y x x                                  Trong đó: b 0 = 0.2292; a 1 = 0.04165, a 2 = 0.0054 Thay số cụ thể vào ta tìm được mô hình toán học của đối tượng biểu diễn trên không gian trạng thái như sau:   1 2 1 0 1 0 7.713 0 42.444 1,0 x x u x y x x                           Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 8 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Khảo sát đối tượng với tín hiệu đặt dạng bước nhảy, hàm truyền sau khi đóng mạch là: sys_k = From input "Reference angular: Step signal" to output "Angular displacement of the output shaft": 0.2292 0.0054 s^2 + 0.04165 s + 0.2292 Continuous-time transfer function. Khảo sát đối tượng, sử dụng các công cụ của Matlab, SISOtool, ta có: Vậy, đối tượng là ổn định, dạng khâu dao động bậc hai tắt dần. 1.6 Công cụ Identification nhận dạng : Áp dụng cho đối tượng bình (hóa chất)trao đổi nhiệt từ bộ dữ liệu thực tế :  Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt của bình phản ứng, biểu diễn dạng hàm truyền đạt  Lưu đồ công nghệ : Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Tồn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 9 - Đại học Bách Khoa Hà Nội  Mơ tả u cầu cơng nghệ :  Dòng vào được khuấy trộn trong bình, chất lỏng trong bình phải được giữ ở nhiệt độ khơng đổi nhờ bộ trao đổi nhiệt thơng qua van điều chỉnh cấp lượng hơi đưa vào, nhờ đó điều chỉnh cơng suất nhiêt cấp. Điều chỉnh van thơng qua điều chỉnh điện áp đặt lên van, thay đổi độ mở van tương ứng.  Sư thay đổi nhiệt độ dòng vào được coi là nhiễu q trình. Giả thiết q trình khuấy trộn là lý tưởng.  Đặc tả biến q trình :  Biến được điều khiển: nhiệt độ trong bình  Biến điều khiển: điện áp đặt lên van  Nhiễu: sư thay đổi nhiệt độ dòng vào  Xây dựng các phương trình mơ hình :  Phương trình cân bằng năng lượng: phương trình cân bằng nhiệt Heat exchanger Phương trình cân bằng năng lượng : Biến thiên Tổng dòng Tổng dòng Tổng công suất Tổng công suất = - - + NL tích lũy NL vào NLra tiêu hao ra bên ngoài nhiệt hấp thụ                               Với đối tượng ta có : ( ) . . . . vao ra d PVh F h F h q dt      Trong đó: h: enthapy   J kg ρ: khối lượng riêng 3 kg m     F: lưu lượng 3 m s     q: cơng suất câp nhiệt do dòng hơi được điều khiển bởi điện áp đặt lên van áp Giả thiết chất lỏng lý tưởng, P h C T (C P : nhiệt dung riêng; vao P i h C T ; ra P h C T ) nên ta có: ( ) 1 ( ) 1 i i i dVT F T T q dt dT F T T q dt V V V dV T q T F dt F            [...]... cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Nhận xét: Quán tính của đối tượng nhỏ hơn giá trị thực sẽ làm chậm đáp ứng Trường hợp ước lượng sai cả thời gian trễ và hằng số thời gian quán tính: Trong trường hợp này: chất lượng điều khiển rất xấu Hệ dao động mạnh, quá điều chỉnh lớn, và có thể mất ổn định nếu sai lệch lớn Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 30 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống So sánh... được thể hiện rõ trong đồ thị góc pha Nhiệm vụ của bài toán điều khiển trước tiên phải đảm bảo được hệ kín ổn định, từ đó thiết kế để thỏa mãn các chỉ tiêu đặt ra Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 22 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Bước 2: Cấu hình điều khiển Với những hiểu biết có được qua khảo sát sơ bộ đối tượng, ta thấy bộ điều khiển cần ổn định hệ thống, nên chắc chắn phải... Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 3 THIẾT KẾ TRONG KHÔNG GIAN TRẠNG THÁI Đặt vấn đề Phương pháp thiết kế trong miền thời gian: những năm 1970s Ưu điểm cho hệ MIMO,…  Điểm cực  chất lượng hệ thống  Lớp mô hình đối tượng thích hợp  Phát biểu bài toán  Bài toán áp dụng 1 Nội dung Vấn đề liên quan:  Vị trí điểm cực mong muốn  Bộ điều khiển tĩnh  Sai lệch tĩnh đối với hệ điều khiển. .. – K53 - 15 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống  Độ quá điều chỉnh ∆hmax là hiện tượng hệ thống vượt quá giá trị xác lập của nó Nếu hệ có độ quá điều chỉnh, để đánh giá ta xấp xỉ hệ về khâu dao động bậc hai K G(s)  ;0  D 1 1  2TDs  (Ts) 2 h  h h max  max 100% h Thông thường h max  25% là hệ thống đạt yêu cầu  Độ quá điều chỉnh lớn thì Tqđ nhỏ d Số lần chuyển đổi... Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 2 PHƯƠNG PHÁP THIÊT KẾ TRÊN MIỀN TẦN SỐ Đặt vấn đề :  Có trong tay mô hình mô tả đối tượng, từ các yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của hệ thống ta phải đi thiết kế bộ điều khiển để đảm bảo tính ổn định, cũng như chất lượng hệ thống  Phương pháp thiết kế trên miền tần số phát triển mạnh từ thế kỷ 19 được coi là phương pháp kinh điển với bộ điều khiển PID... biểu đồ Bode của hệ hở để đảm bảo tính ổn định cho hệ thống: Hệ hở gồm : Cpi*Plant Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 23 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Như vậy bộ tham số trên đảm bảo hệ kín ổn định, góc dự trữ ổn định được chỉ ra như trên hình Đáp ứng đầu ra với tín hiệu đặt dạng bước nhảy: Nhận xét: sử dụng bộ PI mang lại chất lượng điều khiển không tốt lắm, cụ thể:  Độ quá điều. .. ứng tốt với những tín hiệu cao tần, đáp ứng của hệ thống càng nhanh với thay đổi giá trị đặt và ảnh hưởng của nhiễu quá trình  ωB thấp: quán tính của hệ lớn, đáp ứng của hệ sẽ chậm  ωB lớn: hệ thống đáp ứng càng nhanh, mâu thuẫn với việc hệ nhạy cảm với nhiễu đo và tín hiệu điều khiển thay đổi càng lớn Một trong những vai trò quan trọng của bộ điều khiển phản hồi là mở rộng dải thông của hệ thống. .. lượng điều khiển tốt hơn (độ quá điều chỉnh nhỏ hơn, thời gian đáp ứng nhanh hơn…) Tín hiệu điều khiển: Nhận xét: tín hiệu điều khiển của bộ dự báo ban đầu là lớn hơn, và có biến động nhiều hơn so với sử dụng bộ PI thuần túy (đây chính là giá phải trả cho chất lượng hơn PI thuần túy) Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 31 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Trường hợp có nhiễu tác động. .. hệ thống  Chỉ tiêu chất lượng :  Trên miền thời gian  Trên miền tần số  Nguyên tắc thiết kế trên miền tần số  Thiết kế bộ điều khiển PID 2 Kết luận Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 13 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống 1 Phát biểu bài toán thiết kế : Biết:  Mô hình hàm truyền của đối tượng  Các chỉ tiêu chất lượng : sai lệch tĩnh, độ quá, thời gian quá độ Yêu cầu: thiết kế. .. bộ điều khiển để chỉnh định tham số bộ điều khiển Bước 3: Thiết kế bộ điều khiển Cách 1: Thiết kế sử dụng bộ PI thuần túy Bộ tham số của PI được tìm nhờ công cụ chỉnh định pidtune mà Matlab hỗ trợ, chỉnh định theo thuật toán thỏa mãn các yêu cầu đặt ra Để đảm bảo tính ổn định của hệ thống, dựa trên biểu đồ Bode của hệ hở đã khảo sát ở trên, ta chỉnh định bộ PI xung quanh điểm tần số dải thông của hệ . thuyết điều khiển tự động, Điều khiển quá trình, Thiết bị điều chỉnh tự động công nghiệp, Điều khiển số… chúng em đã học được rất nhiều các kiến thức bổ ích trong việc lựa chọn cũng như thiết kế. thiết kế trên miền tần số  Thiết kế bộ điều khiển PID 2. Kết luận Báo cáo Đồ án Thiết kế hệ thống Toàn_Minh_Đức ĐKTĐ 1 – K53 - 14 - Đại học Bách Khoa Hà Nội 1. Phát biểu bài toán. ngành điều khiển tự động, chúng em tổng hợp lại những kiến thức đã học trong lĩnh vực điều khiển tự động. Công việc này giúp chúng em củng cố và sắp xếp những kiến thức đã học một cách có hệ thống.