Môn học Môn học CƠ SỞ TỰ ĐỘNGCƠ SỞ TỰ ĐỘNG Biên son: TS. Hunh Thái Hồng   B mơn đi  u khi  n t đng Khoa in – in T i hc Bách Khoa TPHCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn Homepage: www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ Ging viên: HTHồng, NVHo, NHồng, BTHuyn, HHPhng, HMTrí 9 September 2011 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 1 Chương 6Chương 6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤCĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 2  Kha ù i niệm Nội dung chương 6Nội dung chương 6  Khai niệm  Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống Thi á ká hä há dø h hù QĐNS  Thi e á t k e á h e ä t h o á ng d u ø ng p h ương p h a ù p QĐNS  Thiết kế hệ thống dùng phương pháp biểu đồ Bode  Thiết kế bộ điều khiển PID  Thiết kế hệ thống dùng phương pháp phân bố cực  Thiết kế bộ ước lượng trạng thái 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 3 Khaùi nieämKhaùi nieäm 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 4  Thie á t ke á la ø toa ø n bộ qua ù trình bo å sung ca ù c thie á t bò pha à n cư ù ng Khái niệmKhái niệm  Thiet ke la toan bộ qua trình bo sung cac thiet bò phan cưng cũng như thuật toán phần mềm vào hệ cho trước để được hệ mới thỏa mãn y êu cầu về tính ổn đ ò nh , đo ä chính xác , đá p ứn g y ò, ä , p g quá độ,… 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 5  Bộ đie à u khie å n no á i tie á p vơ ù i ha ø m truye à n cu û a hệ hơ û Hiệu chỉnh nối tiếpHiệu chỉnh nối tiếp  Bộ đieu khien noi tiep vơi ham truyen cua hệ hơ . R (s) G(s) +  Y (s) G C (s)  Các bộ điều khiển: sớm pha, trể pha, sớm trể pha,P, PD, PI, PID PID ,…  Phương pha ù p thie á t ke á : QĐNS bie å u đo à Bode 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 6  Phương phap thiet ke : QĐNS , bieu đo Bode Điều khiển hồi tiếp trạng tháiĐiều khiển hồi tiếp trạng thái á á à à  Ta á t cả các trạng thái của hệ tho á ng được phản ho à itrởve à ngõ vào +  r( t ) u( t ) C y ( t ) )()()( tutt B A x x    x ( t ) K  Bộ điều khiển: )()()( ttrtu Kx      Phương pha ù p thie á t ke á : pha â n bo á cưc LQR   n k k k  21  K 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 7  Phương phap thiet ke : phan bo cư ï c , LQR ,… A Û nh hươ û ng cu û aca ù ckha â uA Û nh hươ û ng cu û aca ù ckha â u Anh hương cua cac khau Anh hương cua cac khau hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 8  Khi the â m 1 cưc co ù pha à n thưc a â m va ø o ha ø m truye à n hệ hơ û thì Ảnh hưởng của cựcẢnh hưởng của cực  Khi them 1 cư ï c co phan thư ï c am vao ham truyen hệ hơ thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến về phía trục ảo, hệ thống sẽ kém ổn đ ò nh hơn , đo ä dư trữ biên và đo ä dư trữ p ha g iảm , đo ä vot ò , ä ï ä ï p g, ä ï lố tăng. Im s Im s Im s Re s Re s Re s 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 9  Khi the â m 1 zero co ù pha à n thưc a â m va ø o ha ø m truye à n hệ hơ û thì Ảnh hưởng của zeroẢnh hưởng của zero  Khi them 1 zero co phan thư ï c am vao ham truyen hệ hơ thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến xa trục ảo, do đó hệ thống sẽ ổn đ ò nh hơn , đo ä dư trữ biên và đo ä dư trữ p ha tăn g, đo ä vot lố ò , ä ï ä ï p g, ä ï giảm. Im s Im s Im s Re s Re s Re s 9 September 2011 © H. T. Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 10 [...]... cầàn bù Cách 1: * 1800 180 0 1800 * arg[( 10,5 10,5 arctan 10,5 (135 117 ,6) Im s s* 1800 ( 1800 * j10,5) ( 5)] 10,5 arctan 5,5 72 ,60 Cách 2: * j10,5) 0] arg[( 10,5 j10,5 (1350 117 ,60 ) 1 2) 72 ,60 10,5 9 September 2011 1 2 5 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ Re s O 26 Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt) Bươc Xac Bước 3: Xác đònh cưc và zero của khâu sớm pha cực va cua khau sơm... sánh các khâu hiệu chỉnh PD PI PID y(t) (t) 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 20 Thiết kế hệ thống đieu khiển lien tục Thiet ke thong điều khien liên tuc dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 21 Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế GC ( s ) s (1 / T ) KC s (1/ T ) ( 1) Bươc Xac Bước... dù bộ điều khiển tỉ lệ vơi ham truyen đoi với hàm truyền đối tượng là: G ( s) y(t) (t) 10 ( s 2)( s 3) 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 14 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD) Ham truyen: Hàm truyền: GC ( s ) KP Bieu đo Biểu đồ Bode KDs K P (1 TD s ) Khâu hiệu chỉnh PD là một trường hợp riêng của khâu hiệu chỉnh sớm pha trong đó độ sơm pha, đo lệch pha cực đại giữa... © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 27 Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt) Bước 4: Xác đònh hệ sốá khuếách đại GC ( s )G ( s ) s KC s* 1 10,5 j10,5 8 10,5 j10,5 28 ( 10,5 50 j10,5)( 10,5 j10,5 5) 1 10,79 50 KC 1 20,41 15 11,85 KC 6, 7 s 8 GC ( s ) 6, 7 s 28 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 28 QĐNS của hệ thống sau khi hiệu chỉnh sớm pha QĐNS trước khi... Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh trể pha dùng QĐNS Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế GC ( s ) Bươc Xac Bước 1: Xác đònh KP * KP s (1 / T ) KC s (1 / T ) ( tư yeu cau ve từ yêu cầu về sai số xác lập so xac hoặc KV * KV Bươc Chọn Bước 2: Chon zero của khâu hiệu chỉnh: cua khau Bươc Bước 3: Tính cưc của khâu hiệu chỉnh: cực cua khau hoặc 1 T 1 T Ka * Ka * Re( s1, 2 ) 1 T Bươc Bước 4: Tính KC thỏa mãn điều. .. h h đáp ứng của hệ thống, tuy nhiên cũng làm cho hệä thống rất nhạy với nhiễu tần số cao 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 15 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD) Chú Thờ hằ Ch ù ýù: Th øi h èng vi phâân càøng l ùn đ ùp ứùng càøng nhanh i h lớ đá h h y( ) y(t) 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 16 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ... từ các zero của G ( s ) đến cực s1 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 22 Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt) Bươc Xac Bước 3: Xác đònh vò trí cưc và zero cua khâu hiệu chỉnh cực va của khau * Vẽ 2 nữa đường thẳng bất kỳ xuất phát từ cực quyết đònh s1 sao cho 2 nữa đường thẳng này tạo với nhau một góc bằng * Giao g điểm của hai nữa đường thẳng này với trục... t qđ 0.2 2 1 2 ln 0.2 1 ,6 0,45 0,707 4 0,5 n n Chọn n 4 0,5 n 11,4 15 ï q y ò Cặëp cưc quyết đònh là: * s1, 2 * s1, 2 9 September 2011 n 10,5 j n 1 2 0,707 15 j15 1 0,707 2 j10,5 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 25 Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS (tt) Bước 2: Xác đònh góc pha cầàn bù Cách 1: * 1800 180 0 1800 * arg[( 10,5 10,5 arctan 10,5 (135 117 ,6) Im s s* 1800 ( 1800 *... đó độ lệch tre pha, đo pha cực tiểu giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào là min= 900, tương ứng với tần số min=0 Khâ hiệ Kh âu hi äu chỉnh PI l øm tăêng hỉ h là bậc vô sai của hệ thống, tuy nhiên cũng làm cho hệä thống có vọt lố, thời gian quá độ tăng lên 9 September 2011 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 17 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI) Chu y: Thơi hang Chú ý: Thời hằng tích... Có hai cách vẽ thường dùng: cach ve thương dung: PP đường phân giác (để cực và zero của khâu H/C gần nhau) PP triệt tiêu nghiệm (để ha bậc của hệ thống) tieu (đe hạ cua thong) Bước 4: Tính hệ số khuếch đại KC bằng cách áp dụng công thức: GC ( s )G ( s ) s 9 September 2011 * s1 1 © H T Hồng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 23 Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS R(s) GC(s) + Y(s) 50 s( s 5)