ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ
TÀI LIỆU:
THỰC TẬP CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG
Giảng viên:
TS. ĐỖ VINH QUANG
- 2020 -
2
Mục lục
1 Giới thiệu về MATLAB và SIMULINK 7
1.1 Hiểu về môi trường làm việc của MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Cúphápcơbản................................ 8
1.1.2 Biến(variable) ................................ 10
1.1.3 Vector..................................... 11
1.1.4 Vẽđồthị(plotting).............................. 13
1.1.5 Đathức(polynomial)............................. 13
1.1.6 Sửdụngm-file ................................ 15
1.1.7 Khai báo hàm truyền trong MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.1.8 Biến đổi Laplace với MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.9 Biến đổi Laplace ngược . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.10 Khai triển phân thức với MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.11 Tìm zero và cực của đa thức với MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2 GiớithiệuvềSIMULINK............................... 22
1.2.1 KhởiđộngSimulink.............................. 22
1.2.2 Mộtvídụcơbản............................... 24
3
4MỤC LỤC
2 GIỚI THIỆU: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG 29
2.1 Các hệ động học (Dynamic systems) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2 Hàmtruyền...................................... 31
2.3 Mộtsốvídụvềmôhìnhhóa............................. 32
2.3.1 Hệcơhọc ................................... 32
2.3.2 Hệ thống điện (electrical systems): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG (SYSTEM ANALYSIS) 41
3.1 Tổng quát về đáp ứng thời gian (Time response overview) . . . . . . . . . . . . 41
3.2 Tổng quát về đáp ứng tần số (Frequency response overview) . . . . . . . . . . . 42
3.3 Sựổnđịnh....................................... 42
3.4 Bậccủahệ(SystemOrder).............................. 44
3.4.1 Các hệ bậc nhất (First-order systems) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.2 Các hệ bậc hai (Second-order systems) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5 Tìm hiểu về các dạng đáp ứng với MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.6 PhântíchđộngcơDC ................................ 54
3.6.1 Môhìnhvậtlý ................................ 54
3.6.2 Yêucầuthiếtkế................................ 55
3.6.3 Đápứngvònghở ............................... 55
3.6.4 Các tính chất mô hình LTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.6.5 Đáp ứng với các đầu vào khác . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (PID CONTROLLER DESIGN) 61
MỤC LỤC 5
4.1 TổngquátvềPID................................... 61
4.2 Những tính chất của hạng tử (term) P, I, D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Bài toán ví dụ (example problem) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.1 Đáp ứng step vòng hở (Open-loop step response) . . . . . . . . . . . . . 66
4.3.2 Điều khiển vòng kín với bộ điều khiển tỉ lệ (Proportional control) . . . . 67
4.3.3 Điều khiển vòng kín với bộ điều khiển Vi phân -Tỉ lệ (Proportional-
Derivativecontrol) .............................. 68
4.3.4 Điều khiển vòng kín với bộ điều khiển Tích phân-Tỉ lệ (Proportional-
Integralcontrol)................................ 68
4.3.5 Điều khiển vòng kín với bộ điều khiển Tỉ lệ-Tích phân-Vi phân (Proportional-
Integral-Derivative control) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3.6 Hướng dẫn chung để thiết kế một bộ điều khiển PID . . . . . . . . . . . 69
4.4 ĐiềuchỉnhPIDtựđộng ............................... 70
4.5 VẬN TỐC ĐỘNG CƠ DC: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (tt) . . . . . . . 70
4.5.1 Điềukhiểntỉlệ................................ 71
4.5.2 ĐiềukhiểnPID................................ 72
5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG QUỸ ĐẠO NGHIỆM SỐ (ROOT
LOCUS CONTROLLER DESIGN) 77
5.1 Các cực vòng kín (closed-loop poles) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.2 Biểu diễn quỹ đạo nghiệm số của một hàm truyền (Plotting the root locus of a
tranferfunction) ................................... 79
5.2.1 Chọn một giá trị của K từ quỹ đạo nghiệm số (Choosing a value of K
fromtheRootLocus)............................. 79
5.3 Đáp ứng vòng kín (Closed-loop response) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82