Giáo trình lý thuyết kỹ thuật điều khiển tự động 12

Trong một vài hệ thống, điều khiển vòng kín và điều khiển vòng hở được sử dụng đồng thời. Trong những hệ thống như vậy, điều khiển vòng hở được nằm trong vòng tiến nhằm nâng cao kết quả theo dõi giá trị đặt trước. Một cấu trúc điều khiển kín phổ biến là bộ điều khiển PID.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình lý thuyết kỹ thuật điều khiển tự động 12 210 CHÖÔNG 6 Böôùc 3: Xaùc ñònh taàn soá caét bieân ω′ cuûa heä sau khi hieäu C chænh töø ñieàu kieän: ϕ1 ( ω′ ) = −180° + ΦM * + θ C trong ñoù ΦM * laø ñoä döï tröõ pha mong muoán, θ = 5° ÷ 20° Böôùc 4: Tính α töø ñieàu kieän: 1 L1 ( ω′ ) = −20 lg α hoaëc G1 ( jω′ ) = C C α Böôùc 5: Choïn zero cuûa khaâu hieäu chænh treã pha sao cho: 1 ⇒ αT 211 THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN LIEÂN TUÏC KC = KV ⇒ KC = 5 * ⇒ Böôùc 2 1 Ñaët: G1 ( s) = K C G( s) = 5. s( s + 1)( 0, 5s + 1) 5 G1 ( s) = ⇒ s( s + 1)( 0, 5s + 1) Bieåu ñoà Bode cuûa G1 ( s) (H.6.23) Hình 6.23 Bieåu ñoà Bode cuûa heä thoáng tröôùc vaø sau khi hieäu chænh treã pha 212 CHÖÔNG 6 Böôùc 3: Xaùc ñònh taàn soá caét môùi Caùch 1: Tìm ω′ baèng phöông phaùp giaûi tích. Ta coù: C ϕ1 ( ω′ ) = −180° + ΦM * + θ C ⇒ −90° − a r ct a n ( ω′ ) − a r ct a n ( 0, 5ω′ ) = −180° + 40° + 5° C C ⇒ a r ct a n ( ω′ ) + a r ct a n ( 0, 5ω′ ) = 45° C C ( ω′ ) + ( 0, 5ω′ ) C C = t a n ( 45°) = 1 ⇒ 1 − 0, 5( ω′ )2 C ⇒ 0, 5( ω′ )2 + 1, 5ω′ − 1 = 0 C C ⇒ ω′ = 0, 56 (rad/sec) C Caùch 2: Döïa vaøo bieåu ñoà Bode Ta coù: ϕ1 ( ω′ ) = −180° + ΦM * + θ C ϕ1 ( ω′ ) = −180° + 40 + 5 ⇒ C ϕ1 ( ω′ ) = −135° ⇒ C Veõ ñöôøng thaúng coù hoaønh ñoä –1350. Hoaønh ñoä giao ñieåm cuûa ñöôøng thaúng naøy vôùi bieåu ñoà Bode veà pha ϕ1 ( ω) chính laø giaù trò taàn soá caét môùi. Theo hình 6.23 ta thaáy: ω′ ≈ 0, 5 (rad/sec) C Böôùc 4 Caùch 1: Tính α töø ñieàu kieän: 1 G1 ( jω′ ) = C α 5 1 = ⇒ s( s + 1)( 0, 5s + 1) s= jω′ α c 5 1 = ⇒ j 0, 56( j 0, 56 + 1)( 0, 5 × j 0, 56 + 1) α 5 1 = ⇒ α 0, 56( 0, 562 + 1 )( 0, 282 + 1 ) 5 1 ⇒ α = 0, 133 = ⇒ 0, 56 × 1, 146 × 1, 038 α 213 THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN LIEÂN TUÏC Caùch 2: Tính α töø ñieàu kieän: L1 ( ω′ ) = −20 lg α C Döïa vaøo bieåu ñoà Bode ta thaáy: L1 ( ω′ ) ≈ 18 dB C Suy ra: 18 = −20 lg α lg α = −0, 9 ⇒ α = 10−0,9 ⇒ α = 0, 126 ⇒ Ta thaáy giaù trò α tính theo hai caùch khoâng sai khaùc nhau ñaùng keå. ÔÛ caùc böôùc thieát keá tieáp theo ta söû duïng giaù trò α = 0, 133 . Böôùc 5: Choïn zero cuûa khaâu treã pha 1 214 CHÖÔNG 6 - Neáu G(s) laø heä baäc ba trôû leân thì caùc coâng thöùc giaûi tích ñeå tìm taàn soá caét bieân, taàn soá caét pha, ñoä döï tröõ bieân, ñoä döï tröõ pha… trôû neân phöùc taïp, trong tröôøng hôïp naøy neân veõ bieåu ñoà Bode vaø xaùc ñònh caùc thoâng soá döïa vaøo bieåu ñoà Bode vöøa veõ. Bieåu ñoà Bode bieân ñoä ñöôïc veõ baèng caùc ñöôøng tieäm caän, bieåu ñoà Bode veà pha ñöôïc veõ baèng caùch phaân tích ñònh tính vaø thay moät soá giaù trò taàn soá ω bieåu thöùc ϕ( ω) ñeå coù giaù trò ñònh löôïng. - Ñeå yù baêng thoâng cuûa heä sau khi hieäu chænh sôùm pha vaø treã pha. Sau khi hieäu chænh sôùm pha baêng thoâng cuûa heä thoáng ñöôïc môû roäng, ñaùp öùng cuûa heä ñoái vôùi tín hieäu taàn soá cao toát hôn, ñaùp öùng quaù ñoä ñöôïc caûi thieän; trong khi ñoù sau khi hieäu chænh treã pha baêng thoâng cuûa heä thoáng bò thu heïp, ñaùp öùng cuûa heä ñoái vôùi tín hieäu taàn soá cao keùm ñi, ñaùp öùng quaù ñoä cuûa heä thoáng bò chaäm laïi. Vì vaäy caàn nhaán maïnh raèng hai khaâu hieäu chænh sôùm pha vaø treã pha coù ñaëc ñieåm hoaøn toaøn khaùc nhau, khoâng theå söû duïng laãn loän ñöôïc. 6.5 THIEÁT KEÁ BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN PID Boä ñieàu khieån PID laø tröôøng hôïp ñaëc bieät cuûa hieäu chænh sôùm treã pha neân veà nguyeân taéc coù theå thieát keá boä ñieàu khieån PID baèng phöông phaùp duøng QÑNS hoaëc duøng bieåu ñoà Bode. Moät phöông phaùp khaùc cuõng thöôøng duøng ñeå thieát keá boä ñieàu khieån PID laø phöông phaùp giaûi tích. Sau ñaây laø moät ví duï: ...