Bài giảng Cơ sở tự động: Chương 3 - TS. Huỳnh Thái Hoàng

Chia sẻ: Gió Biển | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

124
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Cơ sở tự động - Chương 3: Đặc tính động học của hệ thống" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Khái niệm đặc tính động học, các khâu động học điển hình, đặc tính động học của hệ thống tự động. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở tự động: Chương 3 - TS. Huỳnh Thái Hoàng

Moân hoïc CÔ SÔÛ TÖÏ ÑOÄNG Biên soạn: TS. Huỳnh Thái Hoàng Bộ môn điều ề khiển ể tự động Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TPHCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn Homepage: www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ Giảng viên: HTHoàng, NVHảo, NĐHoàng, BTHuyền, HHPhương, HMTrí 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 1
Chöông 3 ĐẶC ĐẶ C TÍNH ĐỘ NG HỌ ĐỘNG HỌC CỦ CỦA HEÄ THONG THOÁNG 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 2
Noäi dung chöông 3  Khái niệm đặc tính động học  Đặc tính thời gian  Đặc ặ tính tần số  Các khâu động học điển hình  Đặc tính động học của hệ thống tự động 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 3
Khái niệm đặc tính động học 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 4
Khái niệm đặc tính động học  Đặc tính động của hệ thống mô tả sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra của hệ thống theo thời gian khi có tác động ở đầu vào.  Những hệ thống được mô tả bằng mô hình toán học có dạng như nhau sẽ có đặc tính động học như nhau  Để khảo khả sát át đặc đặ tính tí h động độ củaủ hệ thống thố tín tí hiệu hiệ vào à thường th ờ được đ chọn là tín hiệu cơ bản như hàm xung đơn vị, hàm nấc đơn vị hay hàm điều hòa.  Đặc tính thời gian  Đáp ứng xung: tín hiệu vào là hàm dirac  Đáp ứng nấc: ấ tín hiệu vào là hàm nấc ấ  Đặc tính tần số: tín hiệu vào là hàm sin 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 5
Đáp ứng xung U (s) Y (s) G(s)  Đáp ứng xung: là đáp ứng của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm dirac Y ( s )  U ( s ).G ( s )  G ( s ) (do U(s) = 1) y (t )  L 1Y ( s )  L 1G ( s )  g (t )  Đáp ứng xung chính là biến đổi Laplace ngược của hàm truyền  Đáp ứng xung còn được gọi là hàm trọng lượng của hệ thống  Có thểể tính đáp ứng của hệ thống ố bằng ằ cách lấy ấ tích chập của đáp ứng xung và tín hiệu vào: t y (t )  g (t ) * u (t )   g ( )u (t   )d 0 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 6
Đáp ứng nấc U (s) Y (s) G(s)  Đáp ứng nấc: là đáp ứng của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm nấc G (s) Y ( s )  U ( s ).G ( s )  (do U(s) = 1) s   t ( ) y (t )  L 1Y ( s )  L 1  G s    g ( )d  s  0  Đáp ứng nấc chính là tích phân của đáp ứng xung  Đáp ứng nấc còn được gọi là hàm quá độ của hệ thống 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 7
Thí dụ tính đáp ứng xung và đáp ứng nấc  Tính đáp ứng xung và đáp ứng nấc của hệ thống có hàm truyền là: U (s) Y (s) s 1 G(s) G(s)  s ( s  5)  Đáp ứng xung:  s 1  1  1 4  g (t )  L G ( s )  L  1 1 L     s ( s  5)   5s 5( s  5)  1 4  g (t )   e 5t 5 5  Đáp ứng nấc:  G ( s)  1  s 1  4 1 4 h(t )  L  1 L  2   2  s   s ( s  5)  25s 5s 25( s  5) 1 4 5t 4  h(t )  t  e  5 25 25 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 8
Khái niệm đặc tính tần số  Haõy quan saùt ñaùp öùng cuûa heä thoáng tuyeán tính ôû traïng thaùi xaùc laääp khi tín hieääu vaøo laø tín hieääu hình sin. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 9
Khái niệm đặc tính tần số  Heää thoá h áng tuyeáán tính: í h khi tíní hieä hi äu vaøøo laø l ø tín í hieä hi äu hình hì h sin i thì hì ôûû traïng thaùi xaùc laäp tín hieäu ra cuõng laø tín hieäu hình sin cuøng taàn soá vôùi tín hieääu vaøo, khaùc bieân ñoää vaø p pha. u (t)=Umsin (j) y (t)=Ymsin (j+) HT U (j) Y (j)  Ñònh nghóa: Ñaëc tính taàn soá cuûa heä thoáng laø tæ soá giöõa tín hieäu ra ôû traï ô trangng thai thaùi xac xaùc laäp va vaø tín hieäu vao vaøo hình sin . Y ( j ) Ñaëc tính taàn soá  U ( j ) Ngöôøi ta chöùng minh ñöôïc: Ñaëc tính tan taàn so soá  G ( s) s  j  G ( j ) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 10
Đáp ứng biên độ và đáp ứng pha  Tong Toå ng quat quaùt G(j) la laø moät ham haøm phöc phöùc nen neân co coù the theå bieu bieåu dien dieãn döôi döôùi daïng ñaïi soá hoaëc daïng cöïc: G ( j )  P( )  jQ( )  M ( ).e j ( ) Trong ñoù: M ( )  G ( j )  P 2 ( )  Q 2 ( ) Ñaùp öng Ñap öùng bien bieân ñoä )  1  Q (  ( )  G ( j )  tg   Ñaùp öùng pha  P ( )   YÙ nghóa vaät lyù:  Ñaùp öùng bieân ñoä cho bieáát tæ leä veàà bieân ñoä (heä soáá khueáách ñaïi) giöõa tín hieäu ra vaø tín hieäu vaøo theo taàn soá.  Ñaùp öùng p pha cho bieát ñoää leääch p pha ggiöõa tín hieääu ra vaø tín hieääu vaøo theo taàn soá. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 11
Biểu đồ Bode và biểu đồ Nyquist  Bieååu ñoà Bi ñ à Bode: B d laø l ø hình hì h veõõ goààm 2 thaø h ønh phaà h àn:  Bieåu ñoà Bode veà bieân ñoä: laø ñoà thò bieåu dieãn moái quan heä giöõa logarith cua cuûa ñap ñaùp öng öùng bien bieân ñoä L() theo tan taàn so soá  L( )  20 lg M ( ) [dB]  Bieu Bi å ñoà Bode ñ B d veà pha:h lal ø ño ñ à thò bieu bi å dien di ã moiái quan h heää giöa iöõ ñaùp öùng pha () theo taàn soá  . Caû hai ñoà thòò treân ñeàu ñöôïïc veõ trong g heää toïïa ñoää vuoâng g goùc vôùi truïc hoaønh  ñöôïc chia theo thang logarith cô soá 10.  Bieåu ñoà Nyquist: (ñöôøng cong Nyquist) laø ñoà thò bieåu dieãn ñaëc tính tan taàn so soá G(j) trong heä toï toaa ñoä cöï cöcc khi  thay ñoi ñoåi tö töø 0 . 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 12
Biểu đồ Bode và biểu đồ Nyquist Bieåu ño Bieu ñoà Bode Bieå Bieu u ñoà ño Nyquist 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 13
Các thông số quan trọng của đặc tính tần số  Tan Taà n so soá cat caét bien bieân (c): la laø tan taàn so soá ma maø taï taii ño ñoù bien bieân ñoä cua cuûa ñaëc tính tan taàn soá baèng 1 (hay baèng 0 dB). M (c )  1  L(c )  0  Taàn soá caét pha (): laø taàn soá maø taïi ñoù pha cuûa ñaëc tính taàn soá baèng 180 ba 800 ((hay ay ba baèng  radian). ad a ).  ( )  1800   ( )   rad  Ñoä döï tröõ bieân (GM – Gain Margin): 1 GM   GM   L( ) [dB] M ( )  Ñoä döï tröõ pha ( M – Phase Margin): M  1800   (c ) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 14
Đặc tính động học các khâu điển ể hình 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 15
Khâu tỉ lệ  Haøm truyen: Ham truyeàn: G(s)  K  Đặc tính thời gian:  Ñap Ñaùp öng öùng xung: g (t )  K (t )  Ñaùp öùng naác: h(t )  K 1(t )  Ñaëc tính taàn soá: G ( j )  K  Bieân ñoä: M ( )  K  L( )  20 lg K  Pha:  ( )  0 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 16
Khaâu tæ leä 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 17
Khaâu tæ leä 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 18
Khâu tích phân lý tưởng Haøm truyen: Ham truyeàn: 1  G(s)  s  Đặc tính thời gian:  Ñaùp öùng xung: g (t )  K1(t )  Ñaùp öùng naác: h(t )  Kt 1(t ) 1 1  Ñaëc tính taàn soá: G ( j )  j j  1  Bieân ñoä: M ( )   L( )  20 lg    Pha:  ( )  900 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 19
Khâu tích phân lý tưởng 9 September 2011 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 20