Bài giảng Mô phỏng thiết kế hệ thống tự động: Chương 4 - ĐH Giao thông Vận tải

Bài giảng Mô phỏng thiết kế hệ thống tự động: Chương 4 Tổng hợp hệ thống tuyến tính cung cấp cho người học những kiến thức như: Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống; Ứng dụng phương pháp QĐNS để thiết kế hệ thống; Ứng dụng phương pháp biểu đồ Bode để thiết kế hệ thống; Ứng dụng phương pháp phân bố cực để thiết kế hệ thống; Thiết kế bộ điều khiển PID.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Mô phỏng thiết kế hệ thống tự động: Chương 4 - ĐH Giao thông Vận tải TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Khoa Cơ Khí-Bộ môn Kỹ thuật máy ----------&&O&&--------- MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CHƯƠNG IV TỔNG HỢP HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH 1/2/2012 1 Nội dung  Khái niệm  Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống  Ứng dụng phương pháp QĐNS để thiết kế hệ thống  Ứng dụng phương pháp biểu đồ Bode để thiết kế hệ thống  Ứng dụng phương pháp phân bố cực để thiết kế hệ thống  Thiết kế bộ điều khiển PID 1/2/2012 2 Khái niệm  Thiết kế là toàn bộ quá trình bổ sung các thiết bị phần cứng cũng như thuật toán phần mềm vào hệ cho trước để được hệ mới thỏa mãn yêu cầu về tính ổn định, độ chính xác, đáp ứng quá độ, ... 1/2/2012 3 Hiệu chỉnh nối tiếp  Bộ điều khiển nối tiếp với hàm truyền của hệ hở.  Các bộ điều khiển: sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, P, PD, PI, PID, ...  Phương pháp thiết kế: QĐNS, biểu đồ Bode 1/2/2012 4 Điều khiển hồi tiếp trạng thái  Tất cả các trạng thái của hệ thống được phản hồi về ngõ vào  Bộ điều khiển:  Phương pháp thiết kế: phân bố cực, LQR, ... 1/2/2012 5 Ảnh hưởng của các khâu 2 hiệu chỉnh đến chất lượng hệ thống 1/2/2012 6 Ảnh hưởng của cực  Khi thêm 1 cực có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến về phía trục ảo, hệ thống sẽ kém ổn định hơn, độ dữ trữ biên và độ dự trữ pha giảm, độ vọt lố tăng. 1/2/2012 7 Ảnh hưởng của zero  Khi thêm 1 zero có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến xa trục ảo, do đó hệ thống sẽ ổn định hơn, độ dự trữ biên và độ dự trữ pha tăng, độ vọt lố giảm. 1/2/2012 8 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm pha 1/2/2012 9 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh trễ pha 1/2/2012 10 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm trễ pha 1/2/2012 11 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tỉ lệ (P)  Hàm truyền: R(s) E(s) U(s) Y(s) +_ GC(s) G(s) GC s  KP KP: hệ số khuyếch đại (hệ số tỉ lệ)  Tín hiệu điều khiển: u  t   K Pe  t   Ưu điểm:  Tín hiệu ra của khâu tỉ lệ luôn trùng pha với tín hiệu vào  Thời gian tác động nhanh  Làm việc ổn định với mọi đối tượng  Hệ số khuyếch đại càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ 1/2/2012 12 Khâu hiệu chỉnh tỉ lệ (P)  Nhược điểm:  Luôn tồn tại sai số xác lập khi đối tượng điều khiển tĩnh  Khi tăng hệ số khuyếch đại có thể làm tăng tính dao động của hệ thống (độ vọt lố càng cao)  đưa hệ thống tới mất ổn định.  Trong công nghiệp, quy luật tỉ lệ P thường được sử dụng cho những trường hợp cho phép có sai số xác lập.  Để giảm sai số xác lập, khâu tỉ lệ được xây dựng theo quy luật: u  t   u 0  K Pe  t  u0: là điểm làm việc của hệ thống 1/2/2012 13 Thí dụ Đáp ứng của hệ thống hiệu chỉnh nối tiệp dùng bộ điều khiển tỉ lệ với hàm truyền KP=10 KP=5 đối tượng là: 10 G s   s  2  s  3 KP=1 KP=2 1/2/2012 14 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân (I)  Hàm truyền: R(s) E(s) U(s) Y(s) +_ C G (s) G(s) KI GC s   s 1 TI  : hằng số thời gian tích phân KI  Tín hiệu điều khiển: 1 u  t   K I  e  t  dt   e  t  dt  Ưu điểm: TI  Triệt tiêu sai số xác lập  Nhược điểm:  Tín hiệu ra luôn chậm pha so với tín hiệu vào là /2  thể hiện tính tác động chậm của khâu tích phân  it sử dụng trong công nghiệp 1/2/2012 15 Thí dụ Đáp ứng của hệ thống hiệu chỉnh nối tiệp dùng bộ điều khiển tích phân với hàm truyền đối tượng là: 10 G s   s  2  s  3 TI=0.1 TI=0.15 TI=0.2 TI=0.3 1/2/2012 16 Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD)  Hàm truyền: G C  s   K P  K Ds  K P 1  TDs   Tín hiệu điều khiển: de  t   de  t   u  t   K Pe  t   K D  K P  e  t   TD  dt  dt   Đặc tính pha:     tg 1  TD   Ưu điểm:  Có thêm thành phần vi phân làm tăng tốc độ tác động  Nhược điểm:  Không làm giảm sai số xác lập  Thành phần vi phân sẽ phản ứng với nhiễu có tần số cao làm cho quá trình điều khiển không như mong muốn 1/2/2012 ...