Bài giảng Điều khiển số máy điện: Chương 3 - TS. Nguyễn Thanh Sơn

Bài giảng Điều khiển số máy điện: Chương 3 Các bộ điều khiển số cung cấp cho người học những kiến thức như: Các bộ điều khiển số; Bộ điều khiển Dahlin; Bộ điều khiển PID (PID controller). Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điều khiển số máy điện: Chương 3 - TS. Nguyễn Thanh Sơn Chương 3. Các bộ điều khiển số Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số gắn liền với việc xây dựng mô hình chính xác của quá trình (hay còn gọi là mô hình chính xác của đối tượng điều khiển). Sau đó thuật toán điều khiển được phát triển để đạt được đáp ứng đầu ra theo mong muốn. 11 Chương 3. Các bộ điều khiển số Chúng ta có thể sử dụng một số phương pháp sau đây để thiết kế các hệ thống điều khiển số. Xây dựng hàm truyền trong mặt phẳng p sau đó biến đổi hàm truyền sang miền z. Hàm truyền của hệ thống được mô hình như là một hệ thống số và bộ điều khiển được thiết kế trực tiếp trong miền z. 22 Chương 3. Các bộ điều khiển số Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số trong mặt phẳng z có thể được tóm tắt như sau: Xác định hàm truyền của hệ thống sử dụng phương pháp toán học hoặc bằng cách phân tích phản ứng theo thời gian. Biến đổi hàm truyền sang mặt phẳng z. Thiết kế bộ điều khiển số trong mặt phẳng z. Thực thi thuật toán điều khiển với máy tính số. 33 Chương 3. Các bộ điều khiển số 44 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1 Các bộ điều khiển số 55 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1 Các bộ điều khiển số Hàm truyền của hệ thống 3.3 có dạng như sau: Y z D  z  HG  z   (3.1) R  z  1  D  z  HG  z  Chúng ta ký hiệu hàm truyền của hệ kín T  z  có dạng như sau: Y z T z  (3.2) 6 R z6 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1 Các bộ điều khiển số Từ phương trình (3.1) và (3.2) ta xác định được hàm truyền của bộ điều khiển cần được thiết kế như sau: 1  T z  Dz    (3.3) HG  z  1  T  z   77 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1 Các bộ điều khiển số  Phương trình (3.3) có nghĩa là chúng ta có thể thiết kế được bộ điều khiển số nếu biết được mô hình hay hàm truyền của quá trình.  Bộ điều khiển D  z  phải được thiết kế sao cho hệ là ổn định và có thể được thực thi bằng các phần cứng khác nhau. 88 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat” Bộ điều khiển “dead-beat” là một bộ điều khiển mà đầu ra có dạng nhảy cấp như tín hiệu đầu vào nhưng trễ so với đầu vào một hoặc một vài chu kỳ lấy mẫu. T  z   z  k ở đây k  1 (3.4) 99 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat” Từ phương trình (3.3), hàm truyền của bộ điều khiển cần được thiết kế có dạng như sau: 1  z k  Dz    (3.5) HG  z  1  z  k  1010 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat” Ví dụ 3.1: Thiết kế bộ điều khiển “dead-beat” cho hệ thống với đối tượng điều khiển có hàm truyền như sau: e 2 p G  p  1  10 p 1111 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat” Hàm truyền của hệ kín có dạng như sau: 1  e  pT   e2 p  HG  z   Z  G  p    1  z 1  Z    p   p 1  10 p   Giả thiết chu kỳ lấy mẫu T=1 giây ta có:  1/10  HG  z   1  z 1  z 2 Z   12  p 1/10  p  12 Chương 3. Các bộ điều khiển số 3.1.1 Bộ điều khiển “dead-beat” z 1  e0,1  1  e  0,1 HG  z   1  z 1  z  z  1 z  e  z 2 3   0,1 1  e 0,1 z 1 ...