Báo cáo đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động

Báo cáo đồ án "Lý thuyết điều khiển tự động" giới thiệu đến các bạn cách thiết kế bộ điều khiển bù pha dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số, thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống, thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái bằng phương pháp đặt cực,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung đồ án để nắm bắt đầy đủ nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động1HỌC KÌ 2 NĂM HỌC 2013-2014 BÁO CÁO ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNGGVHD: Trần Nhựt ThanhNhóm:27SVTH: 1. Bùi Văn Xê. MSSV:B1205025 2. Nguyễn Việt Hùng. MSSV:B1209199 3. Trương Kim Chi. MSSV:B12091832CT377-Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động BÁO CÁO ĐỒ ÁN SỐ 13Đề tài 13: Điều khiển hệ thống bóng và thanh (Ball and Beam) Hình 6: Hệ thống bóng và thanhYêu cầu điều khiển: Thiết kế bộ điều khiển bù pha dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số Thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái bằng phương pháp đặt cực 1. Thiết kế bộ điều khiển bù pha dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm sốĐối với vấn đề này, chúng tôi sẽ giả định rằng quả bóng sẽ lăn mà không bị trượt và masát giữa chùm bóng là không đáng kể. Các hằng số và các biến ví dụ này được địnhnghĩa như sau:3 1. (M) khối lượng của bóng 0.11 kg 2. (R) bán kính của quả bóng 0.015 m 3. (D) cánh tay đòn bẩy bù đắp 0.03 m 4. (G) gia tốc trọng trường 9,8 m / s ^ 2 5. (L) chiều dài của dầm 1,0 m 6. Thời điểm (J) bóng của quán tính 9.99e-6 kg.m ^ 2 7. (R) vị trí bóng phối hợp 8. (Alpha) Góc chùm phối hợp 9. (Theta) góc bánh răng servoTiêu chuẩn thiết kế  Thời gian giải quyết 4(6)Chuyển đổi qua lệnh tf trong MATLAB:m=0.111;R=0.015;g=9.8;L=1.0;d=0.03;J=9.99e-6;s=tf(s);P(s)=m*g*d/L/(J/R^2+m)/s^2Transfer function:0.21----s^2 Xác định cặp nghiệm cực trội quyết định Chọn5 Thời gian quá độ với tiêu chuẩn 2% Chọn wn=2rad/s Cặp nghiệm cực trội quyết định Xác định góc pha cần bù để cặp cực trội quyết định nằm trên QĐNS6Vậy khâu hiệu chỉnh được thiết kế như sau:xác định hệ số khuếch đại KCVậy khâu hiệu chỉnh được thiết kế như sau:7 2 Thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống Ta thiết kế 1 bộ PID C(s) mắc nối tiếp vào hệ thống sau khi đã thiết kế bộ điềukhiển bù pha bằng phương pháp quỹ đạo nghiệm số P(s). Ta vẽ quỹ đạo nghiệm số của hệ thống bằng MATLAB :8 Root Locus 2.5 2 1.5 1 0.5 Imaginary Axis 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Real Axis Dùng lệnh rlocfind để tìm Kc,c bằng cách click trái vào giao điểm giữa QĐNSvà trục ảoSuy ra Kc=1.03, ωc=269Bộ điều khiển Kp Ki KdP(tỉ lệ) 0.5KcPI(tích phân tỉ lệ) 0.45Kc 0.191KpPID(vi tích phân tỉ 0.6Kc 0.318Kp 0.785Kp/lệ)PID với 1 ít lọt vố 0.33Kc 0.318Kp 2.07Kp/PID không lọt vố 0.2Kc 0.53Kp 3.14KpTra bảng trên tại dòng PID (vi tích phân tỉ lệ) ta tính được Kp,Ki,KdKp=0.6,Ki=4.9,Kd=0.018Nhân bộ điều khiển PID sau khi thiết kế vào hàm truyền đối tượng và mô phỏng10[numc2,denc2]=cloop(conv(num,numc1),conv(den,denc1));figure(2)step(numc2,denc2)Sauk khi thiết kế:11 Step Response 1.04 1.02 1 0.98 0.96 Amplitude 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86 0 1 2 3 4 5 6 Time (sec)3 Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái bằng phương pháp đặt cực: H = m * g / (J / (R ^ 2) + m); A = [0 1 0 0 0 0 H 0 0 0 0 1 0 0 0 0]; B = [0 0 0 1]; C = [1 0 0 0]; D = [0]; ball_ss = ss (A, B, C, D)Đối tượng có phương trình trạng thái: A = [0 1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 1 0 0 0 0];B = [0, 0, 0, 1]12 C = [1 0 0 0]; D = [0];Các cực theo mong muốn:p1 = -2+2i;p2 = -2-2i;p3 = -20;p4 = -80;Dùng lệnh place trong MATLAB ta tìm được KMô phỏng lại hệ thống với tín hiệu đầu vào 0.25m,dung lệnh lsim ,plot trong MATLAB13 -4 x 10 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 ...