Thiết kế hệ thống điều khiển số sử dụng vi điều khiển và máy tính - Chương 3
lượt xem 70
download
Các bộ điều khiển số Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số với việc xây dựng mô hình chính xác của quá trình cần đ-ợc điều khiển. Sau đó thuật toán điều khiển đ-ợc phát triển để đạt đ-ợc đáp ứng của đầu ra hệ thống theo mong muốn. Chúng ta có thể sử dụng một số ph-ơng pháp sau đây để thiết kế các hệ thống điều khiển số: • • Xây dựng h m truyền trong miền p sau đó biến đổi h m truyền sang miền z H m truyền của hệ thống đ-ợc mô...
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Thiết kế hệ thống điều khiển số sử dụng vi điều khiển và máy tính - Chương 3
- Ch−¬ng 3 C¸c bé ®iÒu khiÓn sè Quy tr×nh thiÕt kÕ c¸c bé ®iÒu khiÓn sè víi viÖc x©y dùng m« h×nh chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh cÇn ®−îc ®iÒu khiÓn. Sau ®ã thuËt to¸n ®iÒu khiÓn ®−îc ph¸t triÓn ®Ó ®¹t ®−îc ®¸p øng cña ®Çu ra hÖ thèng theo mong muèn. Chóng ta cã thÓ sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p sau ®©y ®Ó thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè: X©y dùng h m truyÒn trong miÒn p sau ®ã biÕn ®æi h m truyÒn sang miÒn z • H m truyÒn cña hÖ thèng ®−îc m« h×nh nh− l mét hÖ thèng sè v bé ®iÒu khiÓn • ®−îc thiÕt kÕ trùc tiÕp trong miÒn z . Mét c¸ch tæng qu¸t, chóng ta cã thÓ sö dông s¬ ®å khèi nh− h×nh 3.1 ®Ó thiÕt kÕ mét bé ®iÒu khiÓn sè. Trong ®ã, R ( z ) l ®Çu v o tham chiÕu hay cßn gäi l gi¸ ®Æt, E ( z ) l tÝn hiÖu sai lÖch gi÷a tÝn hiÖu ®Æt v tÝn hiÖu ph¶n håi, U ( z ) l ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn cÇn ®−îc thiÕt kÕ v Y ( z ) l ®Çu ra cña hÖ thèng. HG ( z ) ®Æc tr−ng cho h m truyÒn cña ®èi t−îng ®iÒu khiÓn ®· ®−îc sè hãa kÕt hîp víi gi÷ mÉu bËc kh«ng. U ( z) R ( z) E ( z) Y ( z) D( z) HG ( z ) Bé ®iÒu khiÓn ZOH + qu¸ tr×nh H×nh 3.1: HÖ thèng ®iÒu khiÓn thêi gian rêi r¹c. H m truyÒn cña hÖ kÝn nh− trªn h×nh 3.1 cã thÓ ®−îc viÕt nh− sau: Y ( z) D ( z ) HG ( z ) (3.1) = R ( z) 1 + D ( z ) HG ( z ) Chóng ta ký hiÖu h m truyÒn cña hÖ kÝn l T ( z ) . Do ®ã ta cã: Y ( z) (3.2) T ( z) = R( z) Tõ ph−¬ng tr×nh (6) v (7) ta x¸c ®Þnh ®−îc h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn cÇn ph¶i ®−îc thiÕt kÕ nh− sau: 1 T ( z) (3.3) D( z) = HG ( z ) 1 − T ( z ) Ph−¬ng tr×nh (3.3) cã nghÜa l h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nÕu chóng ta biÕt m« h×nh hay h m truyÒn cña qu¸ tr×nh. Bé ®iÒu khiÓn D ( z ) ph¶i ®−îc thiÕt kÕ sao cho hÖ l æn ®Þnh v cã thÓ thùc thi b»ng c¸c phÇn cøng. Sau ®©y chóng ta sÏ quan
- kh¶o s¸t hai bé ®iÒu khiÓn sè ®−îc thiÕt kÕ theo ph−¬ng tr×nh (3.3). §ã l bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” v bé ®iÒu khiÓn Dahlin. 3.1. Bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” Bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” l mét bé ®iÒu khiÓn m tÝn hiÖu ®Çu ra cã d¹ng nh¶y cÊp gièng nh− tÝn hiÖu ®Çu v o nh−ng trÔ so víi ®Çu v o mét hoÆc v i chu kú lÊy mÉu. H m truyÒn cña hÖ kÝn khi ®ã sÏ l : (3.4) T ( z ) = z −k k ≥1 Tõ ph−¬ng tr×nh (3.3), h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn cÇn ®−îc thiÕt kÕ l : 1 z −k (3.5) D( z) = HG ( z ) 1 − z − k VÝ dô 3.1: ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cho mét hÖ thèng víi ®èi t−îng ®iÒu khiÓn cã h m truyÒn nh− sau: e −2 p G ( p) = 1 + 10 p H m truyÒn cña hÖ kÝn víi gi÷ bËc kh«ng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: 1 − e − pT e −2 p G ( p ) = (1 − z −1 ) Z HG ( z ) = Z p (1 + 10 p ) p Gi¶ thiÕt chu kú lÊy mÉu T= 1 gi©y ta cã: 1/10 HG ( z ) = (1 − z −1 ) z −2 Z p (1/10 + p ) z (1 − e −0,1 ) (1 − e ) −0,1 HG ( z ) = (1 − z −1 ) z −2 = z −3 ( z − 1) ( z − e−0,1 ) 1 − e −0,1 z −1 0, 095 z −3 HG ( z ) = 1 − 0,904 z −1 Do ®ã ta cã: 1 − 0, 904 z −1 z − k D( z) = 0, 095 z −3 1 − z − k Gi¶ thiÕt k ≥ 3 ta cã:
- 1 − 0,904 z −1 z −3 z 3 − 0, 904 z 2 D(z) = = 0, 095 z −3 1 − z −3 0, 095 ( z 3 − 1) 3.2. Bé ®iÒu khiÓn Dahlin Bé ®iÒu khiÓn Dahlin l sù biÕn c¶i cña bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” v t¹o nªn ph¶n øng theo h m mò tr¬n h¬n ph¶n øng cña bé ®iÒu khiÓn “dead-beat”. Ph¶n øng yªu cÇu cña hÖ thèng trong mÆt ph¼ng p cã thÓ ®−îc viÕt nh− sau: 1 e− ap (3.6) Y ( p) = p 1 + pq Trong ®ã a v q ®−îc chän ®Ó ®¹t ®−îc ph¶n øng theo mong muèn nh− trªn h×nh 3.2. y (t ) t q a H×nh 3.2: Ph¶n øng ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn Dahlin. D¹ng tæng qu¸t cña h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn Dahlin l : z − k −1 1 − e q −T 1 (3.7) D( z) = HG ( z ) 1 − e−T q z −1 − 1 − e −T q z −1 z − k −1 VÝ dô 3.2: ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn Dahlin cho mét hÖ thèng víi víi thêi gian lÊy mÉu T=1 gi©y v ®èi t−îng ®iÒu khiÓn cã h m truyÒn nh− sau: e −2 p G ( p) = 1 + 10 p Nh− ®· tr×nh b y trong vÝ dô trªn h m truyÒn cña hÖ ®èi t−îng ®iÒu khiÓn víi gi÷ bËc kh«ng cã d¹ng nh− sau: 0, 095 z −3 HG ( z ) = 1 − 0,904 z −1 Gi¶ thiÕt ta chän q = 10 , khi ®ã h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn sÏ cã d¹ng nh− sau:
- 1 T ( z) D( z) = HG ( z ) 1 − T ( z ) z − k −1 (1 − e −0,1 ) 1 − 0,904 z −1 = 0, 095 z −3 1 − e −0,1 z −1 − (1 − e−0,1 z −1 ) z − k −1 1 − 0,904 z −1 0, 095 z − k −1 D( z) = 0, 095 z −3 1 − 0,904 z −1 − 0, 095 z − k −1 Gi¶ sö ta chän k = 2 ta cã: 0, 095 z 3 − 0, 0858 z 2 D( z) = 0,095 z 3 − 0, 0858 z 2 − 0, 0090 Tãm l¹i, víi gi¶ thiÕt l c¸c h m truyÒn cña ®èi t−îng ®iÒu khiÓn ®· biÕt tr−íc, chóng ta cã thÓ dÔ d ng x©y dùng ®−îc c¸c h m truyÒn cña c¸c bé ®iÒu khiÓn sè cña hÖ kÝn. Tuy nhiªn trong thùc tÕ, viÖc thiÕt lËp ®−îc m« h×nh chÝnh x¸c cña c¸c ®èi t−îng ®iÒu khiÓn l hÕt søc khã kh¨n. Do ®ã chóng ta sÏ xÐt ®Õn bé ®iÒu khiÓn tû lÖ-tÝch ph©n-vi ph©n hay cßn ®−îc gäi l c¸c bé ®iÒu khiÓn PID ®−îc sö dông phæ biÕn trong c«ng nghiÖp ë phÇn tiÕp theo. 3.3. Bé ®iÒu khiÓn tû lÖ-tÝch ph©n-vi ph©n (PID controller) Ph−¬ng tr×nh ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn PID cã d¹ng nh− sau: de ( t ) t 1 u ( t ) = K p e ( t ) + ∫ e ( t ) dt + Td (3.8) Ti 0 dt Trong ®ã u ( t ) l tÝn hiÖu ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn, e ( t ) l tÝn hiÖu ®Çu v o cña bé ®iÒu khiÓn, K p l hÖ sè tû lÖ, Ti l thêi gian tÝch ph©n, Td l thêi gian vi ph©n. MÆt kh¸c, biÕn ®æi Laplace cña ph−¬ng tr×nh (3.8) cã d¹ng nh− sau: K U ( p ) = K p + p + K pTd p E ( p ) (3.9) Ti p BiÕn ®æi z ph−¬ng tr×nh (3.9) cã d¹ng nh− sau: 1 − z −1 K T U ( z) = Kp + p (3.10) E ( z) + K pTd Ti 1 − z −1 T Trong ®ã T l chu kú lÊy mÉu. Kp NÕu ®Æt K p = a , T = b v K pTd = c th× h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn PID cã d¹ng Ti nh− sau: (3.11) U ( z ) = aE ( z ) + P ( z ) + Q ( z ) Trong ®ã
- b (3.12) P( z) = E ( z) 1 − z −1 Q ( z ) = c (1 − z −1 ) E ( z ) (3.13) P ( z ) v Q ( z ) chØ l c¸c biÕn trung gian ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc thùc thi bé ®iÒu L−u ý r»ng khiÓn sè víi m¸y tÝnh.
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
thiết kế hệ thống điều khiển thang máy, chương 1
8 p | 849 | 436
-
Giáo trình Thiết kế hệ thống điều hòa không khí VRV: Phần 2 - NXB Giáo dục
134 p | 586 | 164
-
Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
0 p | 500 | 152
-
Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển - Ths. Nguyễn Hữu Quang
100 p | 247 | 67
-
Báo cáo: Thiết kế hệ thống điều khiển số sử dụng vi điều khiển và máy tính cá nhân
14 p | 370 | 57
-
Bài giảng môn học Lý thuyết điều khiển tự động - Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
80 p | 217 | 54
-
Mô hình hệ thống điều khiển - Điều khiển tự động các hệ kỹ thuật: Tập 1
240 p | 118 | 36
-
Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển
107 p | 332 | 35
-
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện cho ngôi nhà thông minh bằng smartphone
6 p | 234 | 30
-
Bài giảng môn học Lý thuyết điều khiển tự động - Chương 7: Phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển rời rạc
87 p | 194 | 29
-
Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát lò điện trở trên cơ sở hệ mờ và PLC S7 300
8 p | 128 | 13
-
Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện – khí nén – thủy lực – theo phương pháp tầng
51 p | 23 | 11
-
Ứng dụng lý thuyết trong hệ thống điều khiển tự động (Tái bản lần thứ ba) : Phần 2
193 p | 66 | 6
-
Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm theo mã QR code bằng camera công nghiệp
12 p | 49 | 6
-
Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát quá trình khoan gia cố nền đất yếu
5 p | 76 | 4
-
Bài giảng Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển
23 p | 9 | 4
-
Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển hai máy phát điện diesel ứng dụng trong nhà máy
8 p | 16 | 4
-
Các giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển cho dây chuyền phối liệu
8 p | 49 | 3
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