BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Chia sẻ: Nguyen Thanh Son | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:28

1
375
lượt xem
121
download

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo môn điều khiển tự động gồm hệ thống củng cố nâng cao kiến thức chuyên môn. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

  1. TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SVTH : TRẦN ĐĂNG PHAN MSSV : 910467D Lớp : 09DD2N
  2. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN Tp.HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2009 BÀI THÍ NGHIỆM 1 : ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG. Tìm hàm truyền tương của hệ thống : I. G1 G2 G3 H1 s1 + 1 s 1 G1 = ; G2 = 2 ; G3 = ; H1=s+2 ( s + 3)( s + 5) s + 2s + 8 s Tìm hàm truyền tương đương theo lý thuyết : s +1 1 2s 2 + 9 s + 15 G13=G1 // G3 = ( s + 3)( s + 5) + = 3 s s + 8s 2 + 15s s s s + 2s + 82 =2 G2H1= G2 ht H1 = s ( s + 2) 2s + 4 s + 8 1+ 2 s + 2s + 8 Gnt = G13 nt G2H1 = 2s + 9 s + 15 2s 3 + 9 s 2 + 15s 2 s = . s 3 + 8s 2 + 15s 2 s 2 + 4 s + 8 2 s 5 + 20 s 4 + 70 s 3 + 124 s 2 + 120 s 2 s 3 + 9 s 2 + 15s 2 s 3 + 9 s + 15 2 s 5 + 20 s 4 + 70s 3 + 124 s 2 + 120 s = G(s)= 2 s 3 + 9 s 2 + 15s 2 s 5 + 20 s 4 + 72s 3 + 133s 2 + 135s 1+ 5 2 s + 20 s 4 + 70 s 3 + 124 s 2 + 120 s Tìm hàm truyền tương đương bằng Matlab: >> G1 = tf([1 1],conv([1 3],[1 5])) % nhap ham truyen G1 Transfer function: TRANG 2
  3. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN s+1 -------------- s^2 + 8 s + 15 >> G2 = tf([1 0],[1 2 8]) % nhap ham truyen G2 Transfer function: s ------------- s^2 + 2 s + 8 >> G3 = tf(1,[1 0]) % nhap ham truyen G3 Transfer function: 1 - s >> H1= tf([1 2],1) % nhap ham truyen H1 Transfer function: s+2 >> G13=parallel(G1,G3) % tinh ham truyen tuong duong cua G1 va G3 Transfer function: 2 s^2 + 9 s + 15 ------------------ s^3 + 8 s^2 + 15 s >> G2H1=feedback(G2,H1) % tinh ham truyen tuong duong cua G2,H1 Transfer function: s --------------- 2 s^2 + 4 s + 8 >> Gtd = series(G13,G2H1) % tinh ham truyen tuong duong cua G13,G2H1 Transfer function: 2 s^3 + 9 s^2 + 15 s ----------------------------------------- 2 s^5 + 20 s^4 + 70 s^3 + 124 s^2 + 120 s TRANG 3
  4. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN >> G = feedback(Gtd,1) % ham truyen vong kin Transfer function: 2 s^3 + 9 s^2 + 15 s ----------------------------------------- 2 s^5 + 20 s^4 + 72 s^3 + 133 s^2 + 135 s II.Khảo sát hệ thống dùng biểu đồ Bode: Khaûo saùt heä thoáng phaûn hoài aâm ñôn vò coù haøm truyeàn voøng hôû K G(s)= ( s + 0.2 ) s 2 + 8s + 20 ( ) a) Vôùi K= 1 0 ve õ bie å u ño à bod e bie â n ño ä va ø pha he ä t h o á n g tron g kh o a û n g taà n so á ( 0 . 1 , 1 0 0 ) >> TS=10 % nhap tu so cua G(s) TS = 10 >> MS = conv([1 0.2],[1 8 20]) % nhap mau so cua G(s) MS = 1.0000 8.2000 21.6000 4.0000 >> G = tf(TS,MS) % nhap ham truyen G(s) Transfer function: 10 -------------------------- s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 4 >> bode(G,{0.1,100}) % ve bieu do bode cua ham truyen trong khoang (0.1,100) >>grid on % ke luoi TRANG 4
  5. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN b) döïa va ø o bi e å u ño à bod e tìm taà n so à ca é t bie â n , ñ o ä d öï trö õ ph a , ñ o ä döï trö õ bi e â n c ủa h e ä tho á n g : Tìm theo lyù thuyeát: Taàn soá caét bieân ( Wc ) laø taàn soá maø taïi ñoù bieân ñoä cuûa ñaëc tính taàn soá baèng 1 (hay baèng 0 dB) Taàn soá caét pha (W-II ) laø taàn soá taïi ñoù pha cuûa ñaëc tính taàn soá baèng –II (hay baèng 180 0c) Ñoä döï tröõ bieân : GM = -L(W -II) (dB) Ñoä döï tröõ pha: þM = 1800+ ϕ (wc) Tìm baèng Matlab Töø bieåu ñoà Bode xaùc ñònh ñoä - Taàn soá caét bieân wc = 0,454rad/s - Taàn soá caét pha w-x = 4,66rad/s - Ñoä döï tröõ bieân : GM = 24.8 dB - Ñoä döï tröõ pha : þ M = 103.3 0 - So VD xaùc ñònh baèng lyù thuyeát vaø baèng Matlab thì keát quaû laø gioáng nhau. - Ñieàu kieän oån ñònh cuûa heä thoáng döïa vaøo bieåu ñoà Bode laø: -: GM >0 ÞM>0 Theo bieåu ñoà Bode ta nhaän thaáy : GM = 24,8dB>0 ÞM180 0 + (-76,70) =103,30 >0 Vaäy heä thoáng oån ñònh TRANG 5
  6. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN c) Vẽ đáp ứng quá độ của hàm nấc : >> Gk=feedback(G,1) % ham truyen vong kin Transfer function: 10 --------------------------- s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 14 >> step(Gk,10) % ve ham nac d) K = 400. >> TS=400%nhap tu so cua G(s) TS = 400 >> MS=conv([1 0.2],[1 8 20]) %nhap mau so cau G(s) MS = TRANG 6
  7. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN 1.0000 8.2000 21.6000 4.0000 >> G=tf(TS,MS) %nhap ham truyen G(s) Transfer function: 400 -------------------------- s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 4 >> bode(G,{0.1,100}) %ve bieu do bodecua ham truyen trong khoang (0.1,100) >>grid on %ke luoi >> Gk=feedback(G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 400 ---------------------------- s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 404 >> step(Gk,10) %ve ham nac TRANG 7
  8. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN IV. Khảo sát hệ thống dùng QĐNS : a)Veõ QÑNS cuûa heä thoáng, tìm Kgh cuûa heä thoáng : >> TS=1 %nhap tu so cua G(s) TS = 1 >> MS=conv([1 3],[1 8 20]) %nhap mau so cau G(s) MS = 1 11 44 60 >> G=tf(TS,MS) %nhap ham truyen G(s) Transfer function: 1 ------------------------ TRANG 8
  9. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN s^3 + 11 s^2 + 44 s + 60 >> rlocus(G) %ve QDNS cua ham truyen >>grid on %ke luoi Ñeã tìm Kgh cuûa haøm ta nhaáp chuoät vaøo giao ñieåm cuûa QÑNS vôùi tröïc aûo. a) Tìm K ñeå heä thoáng coù taàn soá dao ñoäng töï nhieân W n =4 Ta nhaáp chuoät vaøo giao ñieåm cuûa QÑNS vôùi voøng troø Wn = 4 b) Tìm K ñeå heä thoáng coù heä soá taét ξ =0.7 Ta nhaáp chuoät vaøo giao ñieåm cuûa QÑNS vôùi ñöôøng thaúng ξ =0.7 . c) Tìm K ñeå heä thoáng coù ñoä voït loá POT =25% ξπ POT=EXP(- ) 1−ξ 2 Vaäy muoán tìm K ñeå heä thoáng coù ñoä voït loá POT = 25% ta nhaáp chuoät vaøo giao ñieåm cuûa QÑNS vôùi ñöôøng thaúng ξ =0.7 . d) Tìm K ñeå heä thoáng coù thôøi gian xaùc laäp (tieâu chuaån 2%) laø 4s Ta coù : TRANG 9
  10. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN 4 Txl= ξω = 4s ⇒ ξωn = 1 n Vaäy ñeå heä thoáng coù txl = 4s ta nhaáp chuoät vaøo giao ñieåm cuûa QÑNS ñöôøng thaúng ξωn = 1 Döïa vaøo QÑNS ta xaùc ñònh - Kgh = 426 K = 52,4 ñeå heä thoáng coù Wn = 4 - K = 19,8 ñeå heä thoáng coù ξ = 0,7 - - K = 78,6 ñeå heä thoáng coù POT = 25% - K = 174 ñeå heä thoáng coù txl = 4s V. Đánh giá chất lượng của hệ thống: Khaûo saùt ñònh tính quaù ñoä vôùi ñaàu vaøo haøm nac ñôn vò ñeå tìm ñoä voït loá vaø sai soá xaùc laäp cuûa heä thoáng. a) Vd K= Kgh tìm ôû phaàn treân , voi K=Kgh=424 >> Gk=feedback(424*G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 424 ------------------------- s^3 + 11 s^2 + 44 s + 484 >> step(Gk) %ve ham nac >>grid on TRANG 10
  11. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN Vôùi K = Kgh thì heä thoáng seõ naèm ôû bieân giôùi oån ñònh neân ñaùp öùng ngoõ ra coù dao ñoäng voi K=73 >> Gk = feedback(73*G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 73 ------------------------- s^3 + 11 s^2 + 44 s + 133 >> step(Gk,5) %ve ham nac >> grid on %ke luoi c max − c xl 0.69 − 0.56 .100 = .100 = 23.21 % Ta coù: POT= c xl 0.56 Nhö vậy với K=73 thì heâ thoáng coù POT=25% Sai soá xaùc laäp cuûa heä thoáng: 1 Exl = 1 + Kp voi Kp=limGk=0.57 1 1 Vay exl = 1 + Kp = 1 + 0.57 = 0.64 TRANG 11
  12. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN K=178 >> Gk = feedback(178*G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 178 ------------------------- s^3 + 11 s^2 + 44 s + 238 >> step(Gk,5) %ve ham nac >> grid on %ke luoi c max − c xl 1.1 − 0.75 .100 = .100 = 46.6% Ta co: POT = c xl 0.75 Sai số xác lập của hệ thống: 1 e xl = 1 + K p voi KP=limGk =1.25 1 1 exl = 1 + K = 1 + 1.25 = 0.44 P Vẽ đáp ứng >> Gk=feedback(73*G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 73 ------------------------- s^3 + 11 s^2 + 44 s + 133 TRANG 12
  13. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN >> step(Gk,5) %ve ham nac >>grid on %ke luoi >> hold on >> Gk=feedback(178*G,1) %ham truyen vong kin Transfer function: 178 ------------------------- s^3 + 11 s^2 + 44 s + 238 >> step(Gk,5) %ve ham nac >> grid on %ke luoi TRANG 13
  14. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN BÀI THÍ NGHIỆM 2 : ỨNG DỤNG SIMULINK MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG I.A K haû o sa ù t he ä hôû , n h a ä n daïn g he ä th o â n g th e o m o â hìn h Zie gl e r - Nich o l s : Moâ hình heä thoáng loø nhieät voøng hôû: a) Ch æ n h gia ù trò ha ø m na á c b ằng 1 ,t h ời g i a n mo â p h o û n g St o p tim e = 6 0 0 s >> plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values) >> grid on %ke luoi T=120; L=30 TRANG 14
  15. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN b) K haû o sa ù t mo â hình ñie à u khi e å n nhi ệt ño ä ON- OFF: Moâ hình ñieàu khieån nhieât ñoä ON-OFF nhö sau: Tín hieäu ñaët vaøo haøm naác u(t)=100 A + C.Chænh thôøi gian moâ phoûng Stop time=600s TRANG 15
  16. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN b. ∆e1 − ∆e 2 Vuøn Chu kyø g ñoùng ngaét treã (s) 1/-1 4 1.5 60 5/-5 12 7 100 10/- 17 12 125 10 20/- 30 22 170 20 Vuøng trễ caøng lôùn thì sai soá ngoõ ra vaø chu kyø ngaét cuûa khaâu Relay caøng lôùn d.Ñeå sai soá ngoõ ra xaáp xæ baéng 0 thì ta thay ñoåi giaù trò vuøng trễ baèng 0.Chu kyø ñoùng ngaét luùc naøy giaûm xuoáng vaø raát nhoû.Trong thöïc teá , ta khoâng theå thöïc hieän boä ñieâuø khieån ON-OFF nhö theá ñöôïc.vì khoù ñieàu khieån ñoäng cô.Vuøng treã löïa choïn baèng 5/-5 laø hôïp lyù.vì sai soá ngoõ ra vöøa ñuû vaø deã ñieàu khieån ñoâng cô nhaát c) Khaû o mo â hìn h ñi e à u khi e å n nhi e ä t ño ä du ø n g p h ö ô n g ph a ù p Zie gl e r - Nich ol ( ñ i e à u s khi e å n PID): Moâ hình ñieàu khieån nhieät ñoä PID nhö sau: -Tín hieäu ñaët vaøo ñaàu haøm naác u(t)=100 -Khaâu baøo hoøa Saturation coù giôùi haïn laø upper limit=1,lower limit=0 -Tính giaù trò caùc thoâng soá: KI PID(s)=KP + + KDs s Vôùi: 1,2T 1,2.120 K 0,5 K P L = = 0,016 ;KI = P = 0 ;KD = = 0 ;K =300. KP = LK 30.300 2 LK K TRANG 16
  17. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN II.A Khaûo saù t mo â hình ñie à u khie å n toá c ñoä ñ oä n g cô DC : Moâ hình ñieàu khieån PID toác ñoä ñoäng cô DC TRANG 17
  18. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN -Tín hieäu ñaët vaøo ñaàu haøm naác u(t)=100 -Khaâu Saturation coù giôùi haïn laø upper limit=30,lower limit= -30 a.Chænh thôøi gian moâ phoûng Stop time =10s.Thöïc hieän khaûo saùt heä thoáng vôí boä ñieàu khieån P (KI =0,KD =0) vaø tính ñoä voït loá,sai soá xaùc laäp,thôøi gian xaùc laäp cuûa ngoõ ra theo baûng sau: KP 1 2 50 10 1 0 0 0 POT -0,17 -0,01 - 0,0025 0,003 0,001 exl 0.5 0,09 0,047 0,0196 0,0099 6 txl 0.7 0,6 0,55 0,55 0,55 TRANG 18
  19. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN TRANG 19
  20. TN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SV : TRẦN ĐĂNG PHAN -Nhận xeùt: Khi KP caøng taêng thì chaát löông cuûa heä thoáng caøng toát.Vì thôì gian xaùc laäp nhoû, exl , POT nhoû, đdoä chính xaùc cao b. Thöïc hieän khaûo saùt heä thoáng vôí boä ñieàu khieån PI (KP =2,KD =0) vaø tính ñoä voït loá,sai soá xaùc laäp,thôøi gian xaùc laäp cuûa ngoõ ra theo baûng sau: KI 0 0, 0, 1 2 ,1 5 8 POT - - 0,003 0,025 0,126 0,072 0,005 6 exl 0.333 0,333 0,333 0,333 0,333 txl 0.5 0,5 0,65 0,7 2,7 -Nhận xeùt: Khi KI taêng thì chaát löôïng cuûa heä thoáng khoâng toát.Vì POT,exl , txl lôùn Chaát löôïng cuûa boä ñieàu khieån PI toát hôn boä ñieàu khieån P vì boä ñieàu khieån PI coù exl oån ñònh c. Thöïc hieän khaûo saùt heä thoáng vôí boä ñieàu khieån PID (KP =2,KI =2) vaø tính ñoä voït loá,sai soá xaùc laäp,thôøi gian xaùc laäp cuûa ngoõ ra theo baûng sau: KD 0 0, 0, 1 2 ,1 2 5 POT 0,11 0.1 0,104 0,16 exl 0.333 0,333 0,333 0,333 TRANG 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản