Thí nghiệm lý thuyết tự động

Chia sẻ: Nguyen Vu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm của nửa sau thế kỷ 20, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành rộng rãi tự động hóa trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và hàng khốiưthay đổi hay nền sản xuất linh hoạt. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghệ chế tạo máy của thế giới đã có những thay đổi sâu...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thí nghiệm lý thuyết tự động

BÀI THÍ NGHI M 1 NG D NG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC H TH NG ðI U KHI N T ð NG I. M C ðÍCH MATLAB là m t trong nh ng ph n m m thông d ng nh t dùng ñ phân tích, thi t k và mô ph ng các h th ng ñi u khi n t ñ ng. Trong bài thí nghi m này, chúng ta s d ng các l nh c a MATLAB ñ phân tich h th ng như xét tính n ñ nh c a h th ng, ñ c tính quá ñ , sai s xác l p… II. CHU N B ð th c hi n yêu c u trong bài thí nghi m này, chúng ta c n ph i chu n b k trư c các l nh cơ b n c a MATLAB. Khi kh i ñ ng chương trình MATLAB 6.5, c a s Command window xu t hi n v i d u nh c l nh “>>”. ð th c hi n các l nh, chúng ta s gõ l nh t bàn phím theo d u nh c này. Chúng ta c n tham kh o và hi u rõ các l nh cơ b n v nhân chia ña th c, bi u di n hàm truy n h th ng và k t n i các kh i h th ng. Ngoài ra, ñ phân tích ñ c tính c a h th ng, chúng ta c n ph i hi u k các l nh như: bode(G), nyquist(G), rlocus(G), step(G),grid on….. III. THÍ NGHI M III.1. Tìm hàm truy n tương ñương c a h th ng - M c ñích: Giúp chúng ta làm quen các l nh cơ b n ñ k t n i các kh i trong m t h th ng. - Thí nghi m: B ng cách s d ng các l nh cơ b n conv, tf, series, parallel, feedback tìm bi u th c hàm truy n tương ñương G(s) c a h th ng sau: s +1 s 1 1 G1 = , G2 = , G3 = , H1 = ( s + 3)( s + 5) s + 2s + 8 2 s s+2 Th c hi n:
>> G1 = tf([1 1],conv([1 3],[1 5])); % Nh p hàm truy n G1 >> G2 = tf([1 0],[1 2 8]); % Nh p hàm truy n G2 >> G3 = tf(1,[1 0]); % Nh p hàm truy n G3 >> H1 = tf(1,[1 2]) ; % Nh p hàm truy n H1 >> G13 = parallel(G1,G3); % Tính hàm truy n tương ñương c a G1, G3 >> G2H1 = feedback(G2,H1) % Tính HTTð c a G2, H1 >> G13G2H1 = series(G13,G2H1) % Tính HTTð c a G13 và G2H1 >> G = feedback(G13G2H1,1) % Tính HTTð c a h th ng Ta ñư c: 2 s 4 + 13s 3 + 33s 2 + 30 s G(s) = S 6 + 12 s 5 + 62 s 4 + 193s 3 + 356 s 2 + 270 s III.2. Kh o sát h th ng dùng bi u ñ Bode - M c ñích: T bi u ñ Bode c a h h G(s) ta tìm ñư c t n s c t biên, ñ d tr pha, t n s c t pha, ñ d tr biên c a h th ng h . D a vào k t qu tìm ñư c ñ xét tính n ñ nh c a h th ng h i ti p âm ñơn v v i hàm truy n vòng h là G(s). - Thí nghi m: Kh o sát h th ng ph n h i âm ñơn v có hàm truy n vòng h K G( s) = ( s + 0, 2)( s 2 + 8s + 20) a. V i K=10, v bi u ñ Bode biên ñ và pha h th ng trên trong kho ng t n s (0.1,100) >> Ts= 10 % Nh p t s c a G(s) >> Ms = conv([1 0.2],[1 8 20]) % Nh p m u s c a G(s) >> G = tf(Ts,Ms) % Tính hàm truy n G(s) >> Bode(G,{0.1,100}) % V bi u ñ Bode c a G(s) trong kho ng t n (0.1 ÷ 100) >> Grid on % K lư i Ta ñư c k t qu :
b. D a vào bi u ñ Bode, tìm t n s c t biên, ñ d tr pha, t n s c t pha, ñ d tr biên c a h th ng
T ns c t biên = 0,455 (rad/s) ð d tr pha = 1800 – 76,80 = 103,20 T ns c t pha = 4,63 (rad/s) ð d tr biên = 24,7 (dB) c. H th ng trên n ñ nh vì d tr biên và ñ d tr pha >0 d. V ñáp ng quá ñ c a h th ng trên v i ñ u vào hàm n c ñơn v trong kho ng th i gian t = 0 -> 10s >> Gk = feedback(G,1) % Tìm hàm truy n vòng kín c a G(s) >> step(Gk,10) % V ñáp ng quá ñ c a h th ng v i ñ u vào hàm n c ñơn v trong kho ng th i gian (010s) >> grid on % K lư i Ta ñư c k t qu sau: e. V i K = 400, th c hi n l i các yêu c u câu a -> d >> G = tf(400,conv([1 0.2],[1 8 20])); >> bode(G,{0.1,100}); >> grid on
D a vào bi u ñ trên ta tìm ñư c: T n s c t biên = 6,7 (rad/s) ð d tr pha = -230 T n s c t pha = 4,68 (rad/s) ð d tr biên = -7,12 (dB)
H th ng trên không n ñ nh vì ñ d tr biên và ñ d tr pha < 0 V ñáp ng quá ñ c a h th ng trên v i ñ u vào hàm n c ñơn v trong kho ng th i gian t = 0 → 10s >> Gk = feedback(G,1) >> step(Gk,10) >> grid on III.3. Kh o sát h th ng dùng bi u ñ Nyquist - M c ñích: T bi u ñ Nyquist c a h th ng h G(s) ta tìm ñ d tr biên, ñ d tr pha c a h th ng vòng kín h i ti p âm ñơn v . D a vào k t qu tìm ñư c ñ xét tính n ñ nh c a h th ng kín. - Thí nghi m: Kh o sát h th ng ph n h i âm ñơn v có hàm truy n vòng h như ph n III.2 K G(s) = ( s + 0.2)( s 2 + 8s + 20) a. V i K= 10, v bi u ñ Nyquist c a h th ng: >> G = tf(10,conv([1 0.2],[1 8 20])) % Nh p hàm truy n G(s) >> Nyquist(G) % V bi u ñ Nyquist c a G(s) >> Grid On % K lư i
Ta thu ñư c bi u ñ : b. III.4. Kh o sát h th ng dùng phương pháp quĩ ñ o nghi m s - M c ñích: Kh o sát ñ c tính c a h th ng tuy n tính có h s khu ch ñ i K thay ñ i, tìm giá tr gi i h n Kgh c a K ñ h th ng n ñ nh. - Thí nghi m: H th ng h i ti p âm ñơn v có hàm truy n vòng h : K G(s) = ( s + 3)( s + 8s + 20) 2 a. V quĩ ñ o nghi m s c a h th ng >> G = tf(1,conv([1 3],[1 8 20])) % Nh p hàm truyên G(s) >> Rlocus(G) % V QðNS >> Grid On % K lư i Ta thu ñư c k t qu :
D a vào bi u ñ trên ta tìm ñư c Kgh (là v trí c t nhau gi a QðNS v i tr c o). Giá tr Kgh = 425 như hình v sau: b. ð h th ng có t n s dao ñ ng t nhiên ωn = 4 thì K = 51,9
c. ð h th ng có h s t t ξ = 0, 7 thì K = 20,2 d. ð h th ng có ñ v t l POT = 25% thì K = 76,7
e. ð h th ng có th i gian xác l p (tiêu chu n 2%) txl = 4s thì K = 185 III.5. ðánh giá ch t lư ng c a h th ng - M c ñích: Kh o sát ñ c tính quá ñ c a h th ng v i ñ u vào hàm n c ñ tìm ñ v t l và sai s xác l p c a h th ng. - Thí nghi m: V i h th ng như ph n III.4
a. V i giá tr K = Kgh = 425, v ñáp ng quá ñ c a h th ng vòng kín v i ñ u vào hàm n c ñơn v . >> Gk = feedback(425*G,1) % Tìm vòng truy n hàm kín v i K=425 >> Step(Gk,10) % V ñáp ng n c t 0 ÷ 10s >> Grid On % K lư i Ta thu ñư c k t qu : d. V i K = 76,7 (giá tr tìm ñư c câu III.4.d) ta có ñáp ng quá ñ c a h th ng vòng kín v i ñ u vào hàm n c ñơn v trong kho ng th i gian t = 0 ÷ 5s. T hình v ta xác ñ nh ñư c ñ v t l và th i gian xác l p. >> Gk = feedback(76.7*G,1) % Tìm hàm truy n vòng kín c a G(s) v i K = 76,7 >> Step(Gk,5) % V ñáp ng n c t 0 ÷ 5s >> Grid On % K lư i Ta có:
c. V i K = 185 (giá tr tìm ñư c câu III.4.e) v ñáp ng quá ñ c a h th ng vòng kín v i ñ u vào hàm n c ñơn v trong khoang th i gian t = 0 ÷ 5s >> Gk = feedback(185*G,1) % Tìm HTVK c a G(s) v i K = 185 >> Step(Gk,5) % V ñáp ng n c t 0 ÷ 5s >> Grid On % K lư i
d. V 2 ñáp ng quá ñ 2 câu b và c trên cùng 1 hình v
BÀI THÍ NGHI M 2 NG D NG SIMULINK MÔ PH NG VÀ ðÁNH GIÁ CH T LƯ NG H TH NG I. M C ðÍCH SIMULINK là m t công c r t m nh c a MATLAB ñ xây d ng các mô hình m t cách tr c quan và d hi u. ð mô t hay xây d ng h th ng ta ch c n liên k t các kh i có s n trong thư vi n c a SIMULINK l i v i nhau. Sau ñó ti n hành mô ph ng h th ng ñ xem xét nh hư ng c a b ñi u khi n ñ n ñáp ng quá ñ c a h th ng và ñánh giá ch t lư ng h th ng. II. CHU N B ð th c hi n yêu c u trong bài thí nghi m này, chúng ta c n ph i chu n b k và hi u rõ các kh i cơ b n c n thi t trong thư vi n c a SIMULINK. Các kh i trong bài thí nghi m này là: Step, Signal Generator, Mux, Scope, XY Graph, Sum, Gain, Tranfer Fcn, Relay, PID controller, Saturation III. THÍ NGHI M III.1. Kh o sát mô hình h th ng ñi u khi n nhi t ñ III.1.a. Kh o sát h h , nh n d ng h th ng theo mô hình Ziegler-Nichols - M c ñích: ð c trưng c a lò nhi t là khâu quán tính nhi t. T khi b t ñ u cung c p năng lư ng ñ u vào cho lò nhi t, nhi t ñ c a lò b t ñ u tăng lên t t . ð nhi t ñ lò ñ t t i giá tr nhi t ñ c n nung thì thư ng ph i m t m t kho ng th i gian khá dài. ðây chính là ñ c tính quán tính c a lò nhi t. Khi tuy n tính hóa mô hình lò nhi t, ta xem hàm truy n c a lò nhi t như là m t khâu quán tính b c 2 ho c như là m t khâu quán tính b c nh t n i ti p v i khâu tr . Trong bài thí nghi m này ta xem mô hình lò nhi t như là m t khâu quán tính b c 2. - Thí nghi m: Dùng SIMULINK xây d ng mô hình h th ng lò nhi t vòng h như sau: a. Ch nh giá tr c a hàm n c b ng 1 ñ công su t cung c p cho lò là 100%. Ch nh th i gian mô ph ng Stop time = 600s. Mô ph ng và v quá trình quá ñ c a h th ng trên.
b. Ta xác ñ nh ñư c các thông s L = 22, T = 178 III.1.b. Kh o sát mô hình ñi u khi n nhi t ñ ON – OFF - M c ñích: Kh o sát mô hình ñi u khi n nhi t ñ ON-OFF, xét nh hư ng c a khâu rơle có tr . - Thí nghi m: Xây d ng mô hình h th ng ñi u khi n nhi t ñ ON-OFF như sau:
a. Ch nh th i gian mô ph ng Stop time = 600s. Kh o sát quá trình quá ñ c a h th ng v i các giá tr c a khâu Relay là Output when on =1, Out put when off = 0 Và: ∗ Switch On = +1 Off Point = -1 Suy ra: 0 +∆e1 = 100 – 98 = 2 0 −∆e2 = − 100 − 105 = 5 T = 60 (s) ∗ Switch On = +5 Off Point = -5
Suy ra: 0 +∆e1 = 100 – 92 = 8 0 −∆e1 = − 100 − 112 = 12 T = 95 (s) ∗ Switch On = +10 Off Point = -10 Suy ra: 0 +∆e1 = 100 – 88 = 12 0 −∆e2 = − 100 − 119 = 19 T = 130 (s)
∗ Switch On = +20 Off Point = -20 Suy ra: 0 +∆e1 = 100 – 78 = 22 0 −∆e2 = − 100 − 130 = 30 T = 170 (s) b. Tính sai s ngõ ra so v i tín hi u ñ t và th i gian ñóng ng t ng v i các trư ng h p c a khâu Relay câu a. Vùng tr +∆e1 −∆e2 Chu kỳ ñóng ng t +1/-1 2 5 60 +5/-5 8 12 95 +10/-10 12 19 130 +20/-20 22 30 170 Nh n xét: Giá tr vùng tr càng nh thì sai s ngõ ra nh nhưng chu kỳ ñóng ng t s tăng lên → làm gi m tu i th c a b ñi u khi n ON-OFF
c. 2 giá tr +∆e1và − ∆e2 ñư c th hi n như hình v sau d. ð sai s c a ngõ ra x p x b ng 0 thì ta thay ñ i giá tr vùng tr ≈ 0. Chu kỳ ñóng ng t lúc này c a Relay là liên t c. Trong th c t ta không th th c hi n b ñi u khi n ON-OFF như v y ñư c III.1.c. Kh o sát mô hình ñi u khi n PID - M c ñích: Kh o sát mô hình ñi u khi n nhi t ñ dùng b ñi u khi n PID, các thông s c a b PID ñư c tính theo phương Ziegler-Nichols. T ñó so sánh ch t lư ng c a h th ng 2 b ñi u khi n PID v i b ñi u khi n ON-OFF - Thí nghi m: Xây d ng mô hình h th ng ñi u khi n nhi t ñ PID như sau:
a. Theo III.1.a ta có L = 22, T = 178 Suy ra: 1, 2T 1, 2.178 Kp = = = 0,014 LK 22.300 Kp 0,014 KI = = = 3, 22.10−3 2L 2.22 KD = 0,5KpL = 0,5.0,014.22 = 0,154 b. Ch n stop time = 1500s. Ta thu ñư c k t qu sau: c. Nh n xét: Ta th y sai s c a phương pháp PID là r t l n → ch t lư ng ngõ ra c a phương pháp này kém hơn phương pháp ON-OFF, nhưng phương pháp này l i có th i gian chu kỳ ñóng ng t l n hơn nên b ñi u khi n s có tu i th lâu hơn ON- OFF. III.2. Kh o sát mô hình ñi u khi n t c ñ , v trí ñ ng cơ DC