zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Tự động hoá

Bài giảng Kỹ thuật điều khiển tự động: Chương 4 - Chất lượng hệ thống điều khiển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Báo xấu

22
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật điều khiển tự động: Chương 4 - Chất lượng hệ thống điều khiển" được biên soạn với các nội dung chính sau: Các khái niệm; Các tiêu chuẩn chất lượng; Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. Mời các bạn cũng tham khảo bài giảng tại đây!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điều khiển tự động: Chương 4 - Chất lượng hệ thống điều khiển

2/14/2020 CHƯƠNG 4: Chất lượng hệ thống điều khiển •Khái niệm •Các tiêu chuẩn chất lượng •Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản 229 1. Khái niệm * Một hệ thống ổn định là chưa đủ vì nó có thể chưa chính xác hay quá trình quá độ quá dài. * Để khảo sát đánh giá quá trình điều khiển của các hệ thống ổn định người ta thường đưa vào tín hiệu nặng nề tiền định (tín hiệu đột ngột đã xác định trước: hàm bậc thang đơn vị, tín hiệu điều hòa hàm sin, cos, hàm tăng dần đều). 230 115
2/14/2020 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng: a/ Sai số xác lập: E(s) = R(s) –Yht(s) = R(s) – H(s). Y(s) e(t) = r(t) – yht(t) Sai số là sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu hồi tiếp. Sai số xác lập là sai số khi thời gian tiến tới vô cùng (trạng thái ổn định). Công thức tính: exl  lim t  e(t )  exl  lim s 0 s.E ( s ) 231 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng: b/ Độ quá điều chỉnh: (𝜎 %)  Độ quá điều chỉnh là đại lượng đánh giá độ vượt quá tính theo phần trăm của hệ thống. Được tính bằng công thức như sau: 𝒚𝒎𝒂𝒙 −𝒚𝒙𝒍 POT= . 𝟏𝟎𝟎% 𝒚𝒙𝒍  Hệ thống có POT càng nhỏ thì chất lượng hệ thống càng tốt. 232 116
2/14/2020 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng: c/ Thời gian quá độ: (tqđ)  Là thời gian cần thiết để đáp ứng của hệ thống và giá trị xác lập của nó không vượt quá 𝜀 %. 𝜀= 2 %  Có hai tiêu chuẩn: 𝜀=5% 233 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng: d/ Thời gian lên: (tr)  Là thời gian cần thiết để đáp ứng của hệ thống tăngtừ 10% →90% yxl. 234 117
2/14/2020 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng:  Biểu thức sai số xác lập: E(s) = R(s) – Yht(s) = R(s) – H(s). Y(s) G(s) R(s) = R(s) – H(s). . R(s) = 1+G s 1+G s .H(s) .H(s)  Sai số phụ thuộc vào tín hiệu vào và thông số và cấu trúc của hệ thống.  Sai số xác lập với các dạng tín hiệu:  Hàm step: (hàm bậc thang đơn vị) 1 r(t) = 1 → R(s) = s R(s) 1 exl = lims.E(s) = lim s. 1+G s = lim1+G s s→ 0 s→ 0 .H(s) s→ 0 .H(s) 1 exl = ; Kp = lim G(s). H(s), Kp gọi là hằng số vị trí. 1+Kp s→ 0 235 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng:  Hàm vào là hàm tăng đơnvị: (Ramp) 1 R(s) = s2 R(s) 1 1 exl = lims.E(s) = lim s. 1+G = lim s. s→ 0 s .H(s) s2 1+G s .H(s) s→ 0 s→ 0 1 exl = lim ; s+s.G s .H(s) s→ 0 1 exl= Kv Kv = lims.G(s). H(s), Kv gọi là hệ số vận tốc. s→ 0 236 118
2/14/2020 2/ Các tiêu chuẩn chất lượng:  Tín hiệu vào là hàm Parabol: 1 R(s) = s3 R(s) 1 1 exl = lims.E(s) = lim s. 1+G = lim s. s→ 0 s .H(s) s3 1+G s .H(s) s→ 0 s→ 0 1 exl= Ka Ka = lim𝑠 2 .G(s). H(s), Ka gọi là hệ số gia tốc. s→ 0 237 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. a/ Khâu quán tính bậc 1: K K G(s) = G(j𝜔) = T.s+1 T.j𝜔+1 Cực p1 = - 1/T Từ Laplace ngược tìm được đáp ứng trong miền thời gian (với tín hiệu vào R(s) = 1/s): y(t) = K(1-𝑒 −𝑡/𝑇 ) 238 119
2/14/2020 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. Không có độ quá điều chỉnh. Khi t = T, đạt 63% giá trị xác lập. Thời gian quá độ: 1 tqđ = T.ln ; 𝜀 là tiêu chuẩn 2% hoặc 5%. 𝜀 239 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. →Cực rất quan trọng cả trong ổn định và chất lượng. 240 120
2/14/2020 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. b/ Khâu dao động bậc 2: 1 G(s) = ( 0
2/14/2020 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. 243 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản.  Độ quá điều chỉnh: 𝜋 POT = exp(-ξ 2 )×100% 1−ξ  Thời gian quá độ: 3 Tiêu chuẩn 5%: tqđ = ξ.𝑤𝑛 4 Tiêu chuẩn 2%: tqđ = ξ.𝑤𝑛 244 122
2/14/2020 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. c/ Hệ bậc cao: (n>2) 1 G(s) = ( hệ có số nghiệm cực>2) 𝑠(𝑠 2 +3𝑠+2) Hệ bậc cao có thể xấp xỉ hệ bậc 2 với cặp cực quyết định gần trục ảo nhất (vì nó có thời gian quá độ, độ quá điều chỉnh là lớn nhất). →Cặp cực quyết định đối với hệ thống là cặp cực phức nằm gần trục ảo nhất của hệ bậc cao. 245 3/ Đáp ứng quá độ của một số khâu cơ bản. KẾT LUẬN: Các tiêu chí đánh giá hệ thống điều khiển:  Độ ổn định của hệ thống.  Sai số hệ thống.  Đáp ứng quá độ của hệ thống. 246 123
2/14/2020 CHƯƠNG 5: Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục •Khái niệm •Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống •Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số •Thiết kế hệ thống liên tục bằng biểu đồ Bode 247 1. Khái niệm •Là quá trình bổ sung các thiết bị phần cứng cũng như phần mềm vào hệ cho trước để đạt được hệ mới thỏa mãn yêu cầu về tính ổn định, độ chính xác, đáp ứng quá độ. •Có nhiều cách bổ sung bộ điều khiển vào hệ thống cho trước. Trong khuôn khổ môn học, chủ yếu xét hai cách sau: Hiệu chỉnh hồi tiếp. Hiệu chỉnh hồi tiếp trang thái. 248 124
2/14/2020 1. Khái niệm a/ Hiệu chỉnh hồi tiếp:  Thêm bộ điều khiển nối tiếp với hàm truyền của hệ hở. Bộ điều khiển được sử dụng có thể là bộ hiệu chỉnh sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, P, PD, PI, PID.  Phương pháp thiết kế: Để thiết kế hệ thống hiệu chỉnh nối tiếp ta có thể sử dụng phương pháp QĐNS hay phương pháp biểu đồ Bode. Ngoài ra một phương pháp cũng thường được sử dụng là thiết kế theo đặc tính quá độ chuẩn. 249 1. Khái niệm b/ Hiệu chỉnh hồi tiếp trạng thái:  Theo phương pháp này, tất cả các trạng thái của hệ thống được phản hồi trở về ngõ vào, tín hiệu điều khiển có dạng: u(t )  r (t )  Kx(t )  Tùy theo cách tính vector hồi tiếp trạng thái K mà ta có phương pháp điều khiển phân bố cực, điều khiển tối ưu LQR(LINEAR QUADRATIC REGULATOR),…  Quá trình thiết kế hệ thống là quá trình đòi hỏi tính sáng tạo do trong khi thiết kế thường có nhiều thông số phải lựa chọn. 250 125
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. Trước khi xét đến các phương pháp thiết kế bộ điều khiển, chúng ta xét ảnh hưởng của các bộ điều khiển đến chất lượng của hệ thống. a/ Ảnh hưởng của cực pi (pole) : Ổn định Tính ổn định kém đi Hệ thống có nhiều cực thì càng mất tính ổn định 251 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. b/ Ảnh hưởng của zero zi : Hệ thống còn ổn định hơn nữa khi có thêm các nghiệm zero. 252 126
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. c/ Khâu hiệu chỉnh sớm pha: 1  Ts GC ( s)  K . (  1) 1  Ts Để thuận lợi cho việc vẽ QĐNS chúng ta biểu diễn hàm truyền khâu hiệu chỉnh sớm pha dưới dạng sau : s  (1 / T ) GC ( s)  K C . s  (1 / T ) 253 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. Đặc tính tần số và biểu đồ Bode: L(ω) 20lgK+20lg𝛼 20lgK+10lg𝛼 20lgK 0 lgω 1 1/αT 1/T ω 𝜑(ω) 90° 0 1/αT 1/T α 1/T ω 254 127
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. c/ Khâu hiệu chỉnh sớm pha:  1 1  max  arcsin( ) Khi max   1 T  L( ) max  20 lg K  10 lg  Cải thiện đáp ứng quá độ: → Chọn khâu sớm pha 255 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. d/ Khâu hiệu chỉnh trễ pha: 1  Ts GC ( s)  K . (  1) 1  Ts Đặc tính tần số: 1  T . j GC ( j )  K . (  1) 1  T . j 256 128
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. d/ Khâu hiệu chỉnh trễ pha: Biểu đồ Bode 257 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. d/ Khâu hiệu chỉnh trễ pha:  1 1  min  arcsin( ) Khi min   1 T  L() min  20 lg K  10 lg  Đặc tính: làm giảm sai số xác lập. 258 129
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. e/ Ảnh hưởng của khâu sớm trễ pha: 1  1T1s 1   2T2 s GC ( s)  K . . (1  1,  2  1) 1  T1s 1  T2 s Đặc tính: cải thiện đáp ứng quá độ và sai số xác lập. 259 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. f/ Khâu tỉ lệ P (Proportional): GC ( s)  K P Đặc tính: Kp càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ. 260 130
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. g/ Khâu vi phân tỉ lệ PD (Proportional Derivative): GC (s) = Kp + K D . s Đặc tính: đây là một trường hợp riêng của khâu sớm pha, nó làm nhanh đáp ứng của hệ thống. Tuy nhiên cũng làm cho hệ rất nhạy với nhiễu ở tần số cao. 261 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. h/ Khâu tích phân tỉ lệ PI (Proportional Integral): K 1 GC (s) = Kp + sI = Kp(1+ ) 𝑇𝐼 .𝑠 Đặc tính: Khâu làm tăng độ quá điều chỉnh và tăng bậc vô sai. PI có thể thay đổi được tốc độ giảm sai lệch. 262 131
2/14/2020 2. Ảnh hưởng của các khâu điều chỉnh đến hệ thống. h/ Khâu PID (tỉ lệ vi tích phân): GC s   K P  KI  K D .s s Bộ điều khiển PID là trường hợp đặc biệt của hiệu chỉnh sớm trễ pha nên về nguyên tắc có thể thiết kế bộ điều khiển PID bằng phương pháp dùng QĐNS hoặc dùng biểu đồ Bode. 263 3. Thiết kế hệ điều khiển liên tục bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số. a/ Khâu hiệu chỉnh sớm pha: Bài toán đặt ra là chọn giá trị KC, α và T để đáp ứng của hệ thống thỏa mãn yêu cầu về chất lượng quá độ (độ quá điều chỉnh, thời gian xác lập, …). Chất lượng quá độ của hệ thống hoàn toàn xác định bởi vị trí của cặp cực quyết định. Do đó nguyên tắc thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng phương pháp QĐNS là: • Chọn cực và zero của khâu hiệu chỉnh sao cho QĐNS của hệ thống sau khi hiệu chỉnh phải đi qua cặp cực quyết định mong muốn. • Sau đó bằng cách chọn hệ số khuếch đại KC thích hợp ta sẽ chọn được cực của hệ thống chính là cặp cực mong muốn. 264 132
2/14/2020 3. Thiết kế hệ điều khiển liên tục bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số. a/ Khâu sớm pha: 1  Ts GC s   K .   1 1  Ts Bước 1: Xác định cặp cực quyết định từ yêu cầu thiết kế chất lượng của hệ thống trong quá trình quá độ. • Độ quá điều chỉnh: POT(𝜎%) • Thời gian quá độ: 𝑡𝑞đ Chọn cặp cực quyết định: s1*, 2   .n  jn 1   2   , n 265 3. Thiết kế hệ điều khiển liên tục bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số. a/ Khâu sớm pha: Bước 2: Xác định góc pha cần bù để cặp cực quyết định 𝑠 ∗1,2 nằm trên quỹ đạo nghiệm số của hệ thống sau khi hiệu chỉnh. Công thức tính: 𝑛 𝑚 𝜑 ∗ = -180𝑜 + 1 arg 𝑠 ∗1 − 𝑝𝑖 − 1 arg 𝑠 ∗1 − 𝑧𝑖 Trong đó: 𝑝𝑖 , 𝑧𝑖 là các cực của G(s) Hoặc có thể xác định 𝜑 ∗ bằng phương pháp hình học. 𝑛 𝑚 𝜑 ∗ = -180𝑜 + 1 𝑔ó𝑐 𝑡ừ 𝑐á𝑐 𝑐ự𝑐 𝑡ớ𝑖 𝑠 ∗1 − 1 𝑔ó𝑐 𝑡ừ 𝑐á𝑐 𝑧𝑒𝑟𝑜 𝑡ớ𝑖 𝑠 ∗1 266 133
2/14/2020 3. Thiết kế hệ điều khiển liên tục bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số. a/ Khâu sớm pha: Bước 3: Xác định vị trí cực và các zero của khâu hiệu chỉnh. Vẽ hai nửa đường thẳng bất kì xuất phát từ cực quyết định 𝑠 ∗1 sao cho hai nửa đường thẳng này tạo với nhau góc 𝜑 ∗ . Giao điểm của hai nửa đường thẳng này với trục thực là vị trí cực và zero của khâu hiệu chỉnh 𝐺𝐶 (𝑠). Có hai cách vẽ thường dùng: • Phương pháp đường phân giác (làm cực và zero khâu hiệu chỉnh gần nhau). • Phương pháp triệt tiêu nghiệm để hạ bậc của hệ thống. 267 3. Thiết kế hệ điều khiển liên tục bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số. a/ Khâu sớm pha: Bước 4: Xác định hệ số khuếch đại K Bằng công thức: 𝐺𝐶 𝑠 . 𝐺(𝑠) s=𝑠 ∗1 =1 Chú ý: Hệ thống sau khi được hiệu chỉnh sẽ có cặp cực quyết định là 𝑠 ∗1 và 𝑠 ∗2 . 268 134

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.