›
›

Báo cáo thí nghiệm Cơ sở tự động - Bài thí nghiệm 2: ứng dụng matlab thiết kế bộ điều khiển cho các hệ thống tự động

Download
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỠ TỰ ĐỘNG  
NHÓM: A11  
TỔ 1  
BÀI THÍ NGHIỆM 2  
ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ  
BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG  
I-_Thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm pha  
a. Dùng công cụ sisotool nhập vào hàm truyền hệ thống, vẽ QDNS và sau đó khảo  
sát hệ thống:  
Mở matlab trong command window nhập:  
>> G=tf(20,conv([1 1 0],[1 2]));  
>> H=tf(1,1);  
>>Sisotool;  
-Cửa sổ sisotool hiện ra như sau:  
-Quan sát QĐNS ta thấy phương trình đặc tính vòng kín có 3 nghiệm (dấu ■ màu  
đỏ):  
s1= -3.14, s2 = 0.419 + j2.24, s3 = 0.419 – j2.24  
nhận thấy hệ thống có 2 nghiệm s2 , s3 nằm bên phải mặt phẳng phức nên hệ thống  
không ổn định. Trên biểu đồ bode ta có: GM = -10.5dB < 0 và PM = 28.1 < 0  
-Vẽ đáp ứng quá độ của hệ với đầu vào là hàm nấc, vào menu [analysis] →[other  
loop responses]. Cửa sổ Response Plot Setup hiện ra tiến hành cài đặt như hình  
dưới:  
ở đây “r to y” là vẽ đáp ứng của ngõ ra y(t) theo tín hiệu đầu vào r(t).  
b) thiết kế bộ hiệu chỉnh để có để hệ thống có POT < 20% va txl < 8s:  
-Trong cửa sổ sisotool kích chuột phải vào vùng QĐNS,menu pop-up xuất hiện:ta  
chọn [add pole/zero] →[Lead] (thêm khâu hiệu chỉnh sớm pha ):  
-Nhấp chuột vào vị trí bất kì của trục thực của QĐNS để xác định vị trí của cực và  
zero của bộ hiệu chỉnh.  
-Kích chuột phải vào vùng QĐNS,ta chọn [design requirements] chọn [new] để cài  
đặt độ vọt lố và thời gian xác lập:  
- QĐNS sau hiệu chỉnh thay đổi như sau:  
-Bây giờ ta sẽ di chuyển các cực và zero của bộ hiệu chỉnh C(s) trên trục thực  
sao cho nhánh nằm bên phải vào vùng thõa mãn yêu cầu thiết kế. Đầu tiên di  
chuyển zero của C(s) trùng với cực gần ảo nhất p= -1. Di chuyển cực cực của  
C(s) hướng ra xa trục ảo để nhánh của QĐNS bên phải tiến về bên trái. Di  
chuyển đến s = -5 là thõa mãn.  
-Cuối cùng di chuyển 2 cực nằm trên trục ảo về vùng thõa mãn yêu cầu thiết kế  
(vùng màu trắng):  
Vậy ta được hàm truyền của bộ hiệu chỉnh là:  
C(s)=  
-Đáp ứng quá độ của hệ thống kín với đầu vào là hàm nấc đơn vị sau khi hiệu  
chỉnh thõa mãn POT<20% và txl < 8s:  
Step Response  
1.4  
1.2  
1
System:ClosedLoop:rtoy  
I/O:rtoy  
Time(sec):3.01  
Amplitude:1.12  
SySystem: ClosedLoop:rto y  
I/O:rto y  
Time(sec): 7.62  
Amplitude: 0.999  
0.8  
0.6  
0.4  
0.2  
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Time (sec)  
II. thiết kế bộ hiệu chỉnh trễ pha:  
a. Thiết kế bộ hiệu chỉnh trễ pha để hệ thống cso sai số xác lập với đầu vào  
hàm dốc bằng 0.1:  
Mở cửa sổ command window nhập:  
>> G=tf(10,conv([1 3 0],[1 4]));  
>> H=tf(1,1);  
>> sisotool  
-Cửa sổ sisotool hiện ra chọn [file]―›[import…] nhập các thông số như bên  
dưới:  
- QĐNS như sau:  
-Ta thấy có 3 chấm ■ màu đỏ : s1 = -5, s2 = -1+j, s3 = -1 – j  
-Hệ số vận tốc trước hiệu chỉnh: K = lim sC(s)G(s)= = 10 => KC = Kv/Kc = 12  
-Chọn zero của C(s): zc(s) = 1/10|Re{s2}| =1×1/10=0.1  
-Và cực của C(s): pC(s) =zC(s)/Kc = 0.1/12 = 0.0083  
-Cuối cùng ta có hàm truyền của bộ hiệu chỉnh trễ pha:  
-C(s) =12  
-Từ QĐNS chọn bộ hiệu chỉnh trễ pha bằng cách kích chuột phải và chon menu  
[add pole/zero]―›[lag]. Nhấp chuột vào một vị trí bất kì trên trục thực của QĐNS  
để xác định vi trí các cực và zero của bộ hiệu chỉnh, sisotool sẽ gán tự động vị trí  
các cực nằm gần gốc tọa độ hơn zero.  
-Vì bộ hiệu chỉnh này chỉ do sisotool gán tự động nên ta phải chỉnh lại cho đúng  
với bộ hiệu chỉnh trễ pha vừa tìm được bằng cách chọn [menu]―›[Edit Com  
pensator…]  
-Chỉnh sửa lại như sau:  
-QĐNS sau khi hiệu chỉnh như sau:  
b.Vẽ đáp ứng quá độ của hệ sau hiệu chỉnh với đầu vào là hàm dốc:  
-Chuyển hệ thống vừa thiết kế sang mô hình SIMULINK để mô phỏng.  
Từ cửa sổ sisotool, vào menu [tools]―›[draw simulink diagram…], cửa  
sổ thông báo hiện ra,nhấn [yes]. Mô hình simulink của hệ thống hiện ra  
như sau:  
-Sửa đổi như sau:  
-Chỉnh sửa thời gian mô phỏng là 30s ta có đáp ứng:  
30  
25  
20  
15  
10  
5
0
-5  
0
5
10  
15  
20  
25  
30  
-Đáp ứng trước hiệu chỉnh:  
Kết luận: bộ hiệu chỉnh thõa mãn yêu cầu thiết kế đó là làm giảm sai số  
xác lập mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng quá độ.  
III. thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm trễ pha:  
a. Thiết kế bộ hiệu chỉnh sớm trễ pha để hệ thống có ξ = 0.5, ῳn = 5 (rad/s) và  
hệ số vận tốc Kv = 80:  
●Đầu tiên ta thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha có ξ = 0.5, ῳn = 5 cho đối  
tượng G(s):  
ξ = 0.5, ῳn = 5 => s1,2 = -2.5 ͟+ j4.33  
vào cửa sổ command window gõ:  
>> G=tf(4,conv([1 0],[1 0.5]));  
>> H=tf(1,1);  
>> sisotool  
-Trong cửa sổ sisotool chọn [file]―›[import…] chỉnh các thông số như hình:  
-Nhấp OK cửa sổ sisotool hiện ra như sau:  
-Quan sát QĐNS ta thấy phương trình đặc trưng vòng kín có 2 nghiệm(dấu ■ màu  
đỏ: s= -0.25 ͟+ j1.98 trên QĐNS nhấp chuột phải chọn [add pole/zero] ―›[lead]  
để thêm khâu hiệu chỉnh sớm pha vào hệ thống.  
-Di chuyển zero tới vị trí -0.5 (vị trí cực này G(s) để khử cực này) và di chuyển cực  
của C1(s) (phải cách xa gốc tọa độ hơn zero) sao cho QĐNS đi qua 2 nghiệm s1,2.  
-Sau đó dùng chuột di chuyển nghiệm s2 (dấu ■ màu đỏ) lại vị trí s1,2 này.  
-Khi đó hàm truyền của hệ thống là:  
C1(s) =  
●Bây giờ ta thiết kế khâu trễ pha cho đối tượng mới  
-Vào command window gõ:  
>> G=tf([5.024 2.512],[0.2 1.1 0.5 0]);  
>> H=tf(1,1)  
>>sisotool  
-Cửa sổ sisotool hiện ra ta thấy phương trình đặc tính vòng kín có 3 nghiệm (dấu ■  
màu đỏ):  
S1= -0.5, s2,3 = -2.5 ͟+ j4.34  
-Bây giờ ta tìm các thông số của bộ hiệu chỉnh trễ pha. Hệ thống trước hiệu chỉnh  
có  
*
Kv = limsG1(s)=5.024 => Kc= Kv /Kv= 80/5.024=16  
-Tiếp theo ta tìm cực và zero của C2(s). Để bộ hiệu chỉnh trễ pha không làm ảnh  
hưởng nhiều đến đặc tính quá độ của hệ thống ta phải chọn cực và zero của C2(s)  
rất nhỏ so với phần thực của cặp nghiệm quyết định của hệ thống.  
-Do đó ta chọn zero của C2(s): zC(s)= 1/10|Re{s2}|=1×2.5/10=0.25  
Và cực:  
pC(s)= zC(s)/Kc =0.25/16=0.0156  
-Cuối cùng ta được hàm truyền của bộ hiệu chỉnh trễ pha: C2(s) =16  
-Từ cửa sổ sisotool,chọn bộ hiệu chỉnh trễ pha bằng cách kích chuột phải và chọn  
menu [add pole/zero]―›[lag].  
-Nhấp chuột vào vị trí bất kì trên trục thực của QĐNS để xác định vị trí của cực và  
zero của bộ hiệu chỉnh,sisotool sẽ gán tự động vị trí của cực nằm gần gốc tọa độ  
hơn zero.  
-Vì bộ hiệu chỉnh này chỉ do sisotool gán tự động nên ta phải chỉnh cho đúng với  
bộ hiệu chỉnh trễ pha vừa tìm được ở trên bằng cách kích chuột vào  
[design]―›[edit compentator] chỉnh lại các cực và zero như C2(s) tính được ta  
được QĐNS sau khi hiệu chỉnh như sau:  
b. Từ cửa sổ sisotool vào menu [tools]―›[draw simulink diagram…] nhấn yes.  
Mô hình simulink của hệ thống hiện ra như sau:  
c.  
Sửa sơ đồ với đầu vào là hàm dốc như sau:  
Nhấn run cửa sổ scope hiện ra:  
Kết luận: khâu hiệu chỉnh vừa thiết kế thõa mãn yêu cầu thiết kế của đầu  
bài.  
doc 19 trang baolam 21500 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Báo cáo thí nghiệm Cơ sở tự động - Bài thí nghiệm 2: ứng dụng matlab thiết kế bộ điều khiển cho các hệ thống tự động", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • docbao_cao_thi_nghiem_co_so_tu_dong_bai_thi_nghiem_2_ung_dung_m.doc