Báo cáo Thí nghiệm hệ thống điều khiển số

Mục đích giúp sinh viên làm quen với công cụ và môi trường mô phỏng matlab/simulink trong việc mô hình hóa, phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển số, qua đó nắm vững được các kiến thức cơ bản như: các phương pháp gián đoạn hóa hệ thống đối tượng điều khiển, phương pháp phân tích hệ thống điều khiển số, thiết kế thử nghiệm thuật toán điều khiển số.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo Thí nghiệm hệ thống điều khiển số Báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ Sinh viên: Nguyễn Thế Đức SHSV:20090812 Lớp: Điều khiển & tự động hóa –K54 Bài sử dụng: và I.Mục đích bài thực hành. Giúp sinh viên làm quen với công cụ và môi trường mô phỏng Matlab/Simulink trong việc mô hình hóa, phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển số (tài liệu [1], viết tắt: ĐKS), qua đó nắm vững được các kiến thức cơ bản như: • Các phương pháp gián đoạn hóa hệ thống đối tượng điều khiển (viết tắt: ĐTĐK) • Phương pháp phân tích hệ thống ĐKS • Thiết kế thử nghiệm thuật toán ĐKS II. Nhiệm vụ bài thực hành. Bài tập thực hành được thực hiện dựa trên các kiến thức đã được học trên lớp áp dụng cho mục đích phát triển và thiết kế vòng điều chỉnh cho hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều kích thích độc lập (viết tắt: ĐCMC). Theo [2], đối tượng điều khiển ĐCMC được mô tả bởi các phương trình dưới đây: − Điện áp phần ứng: = + − Sức điện động cảm ứng : − Tốc độ quay : − Mô men quay : − Hằng số động cơ : − Hằng số thời gian phần ứng: Sơ đồ cấu trúc của ĐCMC được minh họa ở hình vẽ H.1 (tài liệu [2], hình 9.1). Động cơ có các tham số sau đây: - Điện trở phần ứng: RA = 250mΩ - Mô men quán tính: J = 0,012kgm2 - Điện cảm phần ứng: LA = 4mH - Hằng số động cơ: ke = 236,8, kM = 38,2 - Từ thông danh định: ψR=0,04VS Nguyễn Thế Đức-20090812 ĐK&TĐH4-K54 Báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số H. 1: Sơ đồ cấu trúc của ĐCMC kích thích độc lập Nội dung của 4 bài thực hành nhằm tạo cho sinh viên khả năng thiết kế hệ thống điều khiển ĐCMC theo cấu trúc Cascade như hình (tài liệu [2], hình 9.14) sau đây: H. 2: Sơ đồ hệ thống điều khiển ĐCMC theo cấu trúc Cascade Ngoài ra, sinh viên cần nắm vững phương pháp tìm mô hình gián đoạn trên không gian trạng thái để sau này có thể thiết kế hệ thống điều khiển ĐCMC trên không gian trạng thái. III.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Bài thực hành số 1: Tìm mô hình gián đoạn của ĐCMC. 1. Sử dụng phương pháp đã học (mục 1.3.2b, tài liệu [1]) để xác định hàm truyền đạt trên miền ảnh z thích hợp để thiết kế vòng trong cùng ĐK dòng phần ứng (tài liệu [2], hình 9.10). Chu kỳ trích mẫu được chọn là TI = 0,1ms và 0,01ms. Hàm truyền hở của đối tượng ĐCMC là: Hàm truyền kín mô hình đối tượng là: 2.Thực hiện tại cửa sổ Matlab command: Nguyễn Thế Đức-20090812 ĐK&TĐH4-K54 Báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số >> Ra=0.25; La=0.04; Ta=La/Ra; Ke=236.8; Km=38.2; J=0.012; phi=0.04; >> Wh=(1/Ra)*tf([1],[Ta 1])*Km*phi*tf([1],[2*pi*J 0]) Transfer function: 6.112 ---------------------- 0.01206 s^2 + 0.0754 s >> Wk=feedback(Wh,Ke*phi) Transfer function: 6.112 ------------------------------ 0.01206 s^2 + 0.0754 s + 57.89 Để tìm hàm truyền gián đoạn của đối tượng ta sử dụng lệnh: >>c2d(sys,T,’method’) >> Wkz1=c2d(Wk,0.1*10^-3,'ZOH') Transfer function: 2.533e-006 z + 2.532e-006 ------------------------- z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 0.0001 >> Wkz2=c2d(Wk,0.1*10^-3,'FOH') Transfer function: 8.443e-007 z^2 + 3.377e-006 z + 8.44e-007 ----------------------------------------- z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 0.0001 >> Wkz3=c2d(Wk,0.1*10^-3,'TUSTIN') Transfer function: 1.266e-006 z^2 + 2.532e-006 z + 1.266e-006 ------------------------------------------ z^2 - 1.999 z + 0.9994 Sampling time: 0.0001 Nguyễn Thế Đức-20090812 ĐK&TĐH4-K54 Báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số >> Wkz4=c2d(Wk,0.01*10^-3,'ZOH') Transfer function: 2.533e-008 z + 2.533e-008 ------------------------- z^2 - 2 z + 0.9999 Sampling time: 1e-005 >> Wkz5=c2d(Wk,0.01*10^-3,'FOH') Transfer function: 8.444e-009 z^2 + 3.378e-008 z + 8.444e-009 ------------------------------------------ z^2 - 2 z + 0.9999 Sampling time: 1e-005 >> Wkz6=c2d(Wk,0.01*10^-3,'TUSTIN') Transfer function: 1.267e-008 z^2 + 2.533e-008 z + 1.267e-008 ------------------------------------------ z^2 - 2 z + 0.9999 Sampling time: 1e-005 3.Mô phỏng simulink Nguyễn Thế Đức-20090812 ĐK&TĐH4-K54 Báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số Vì độ chính xác của máy tính là cao nên nếu để quan sát trên khoảng thời gian rộng sẽ không thể thấy được sự khác biệt giữa các phương pháp.Ta phóng to hình trên: 4. Xây dựng mô hình trạng thái của ĐCMC trên miền thời gian liên tục. Sử dụng phương pháp đã học (mục 1.3.2c, tài liệu [1]) để gián đoạn hóa mô hình với giả thiết chu kỳ trích mẫu T=0,01s và T=0,1s. Nguyễn Thế Đức-20090812 ĐK&TĐH4-K54 Báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số >> title('khao sat mien z') [num,den]=tfdata(Wk,'v') [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) T3=0.01;T4=0.1; [A1,B1]=c2d(A,B,T3) [A12,B2]=c2d(A,B,T4) [A2,B2]=c2d(A,B,T4) H1=ss(A1,B1,C,D,T3) H2=ss(A2,B2,C,D,T4) step(H1) step(H2) step(A,B,C,D) title('khao sat mien z bang mo hinh trang thai') num = ...