Thiết kế hệ thống điều khiển số sử dụng vi điều khiển và máy tính - Chương 3

Các bộ điều khiển số Quy trình thiết kế các bộ điều khiển số với việc xây dựng mô hình chính xác của quá trình cần đ-ợc điều khiển. Sau đó thuật toán điều khiển đ-ợc phát triển để đạt đ-ợc đáp ứng của đầu ra hệ thống theo mong muốn. Chúng ta có thể sử dụng một số ph-ơng pháp sau đây để thiết kế các hệ thống điều khiển số: • • Xây dựng h m truyền trong miền p sau đó biến đổi h m truyền sang miền z H m truyền của hệ thống đ-ợc mô...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế hệ thống điều khiển số sử dụng vi điều khiển và máy tính - Chương 3 Ch−¬ng 3 C¸c bé ®iÒu khiÓn sè Quy tr×nh thiÕt kÕ c¸c bé ®iÒu khiÓn sè víi viÖc x©y dùng m« h×nh chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh cÇn ®−îc ®iÒu khiÓn. Sau ®ã thuËt to¸n ®iÒu khiÓn ®−îc ph¸t triÓn ®Ó ®¹t ®−îc ®¸p øng cña ®Çu ra hÖ thèng theo mong muèn. Chóng ta cã thÓ sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p sau ®©y ®Ó thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè: X©y dùng h m truyÒn trong miÒn p sau ®ã biÕn ®æi h m truyÒn sang miÒn z • H m truyÒn cña hÖ thèng ®−îc m« h×nh nh− l mét hÖ thèng sè v bé ®iÒu khiÓn • ®−îc thiÕt kÕ trùc tiÕp trong miÒn z . Mét c¸ch tæng qu¸t, chóng ta cã thÓ sö dông s¬ ®å khèi nh− h×nh 3.1 ®Ó thiÕt kÕ mét bé ®iÒu khiÓn sè. Trong ®ã, R ( z ) l ®Çu v o tham chiÕu hay cßn gäi l gi¸ ®Æt, E ( z ) l tÝn hiÖu sai lÖch gi÷a tÝn hiÖu ®Æt v tÝn hiÖu ph¶n håi, U ( z ) l ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn cÇn ®−îc thiÕt kÕ v Y ( z ) l ®Çu ra cña hÖ thèng. HG ( z ) ®Æc tr−ng cho h m truyÒn cña ®èi t−îng ®iÒu khiÓn ®· ®−îc sè hãa kÕt hîp víi gi÷ mÉu bËc kh«ng. U ( z) R ( z) E ( z) Y ( z) D( z) HG ( z ) Bé ®iÒu khiÓn ZOH + qu¸ tr×nh H×nh 3.1: HÖ thèng ®iÒu khiÓn thêi gian rêi r¹c. H m truyÒn cña hÖ kÝn nh− trªn h×nh 3.1 cã thÓ ®−îc viÕt nh− sau: Y ( z) D ( z ) HG ( z ) (3.1) = R ( z) 1 + D ( z ) HG ( z ) Chóng ta ký hiÖu h m truyÒn cña hÖ kÝn l T ( z ) . Do ®ã ta cã: Y ( z) (3.2) T ( z) = R( z) Tõ ph−¬ng tr×nh (6) v (7) ta x¸c ®Þnh ®−îc h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn cÇn ph¶i ®−îc thiÕt kÕ nh− sau: 1  T ( z)  (3.3) D( z) =   HG ( z ) 1 − T ( z )  Ph−¬ng tr×nh (3.3) cã nghÜa l h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nÕu chóng ta biÕt m« h×nh hay h m truyÒn cña qu¸ tr×nh. Bé ®iÒu khiÓn D ( z ) ph¶i ®−îc thiÕt kÕ sao cho hÖ l æn ®Þnh v cã thÓ thùc thi b»ng c¸c phÇn cøng. Sau ®©y chóng ta sÏ quan kh¶o s¸t hai bé ®iÒu khiÓn sè ®−îc thiÕt kÕ theo ph−¬ng tr×nh (3.3). §ã l bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” v bé ®iÒu khiÓn Dahlin. 3.1. Bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” Bé ®iÒu khiÓn “dead-beat” l mét bé ®iÒu khiÓn m tÝn hiÖu ®Çu ra cã d¹ng nh¶y cÊp gièng nh− tÝn hiÖu ®Çu v o nh−ng trÔ so víi ®Çu v o mét hoÆc v i chu kú lÊy mÉu. H m truyÒn cña hÖ kÝn khi ®ã sÏ l : (3.4) T ( z ) = z −k k ≥1 Tõ ph−¬ng tr×nh (3.3), h m truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn cÇn ®−îc thiÕt kÕ l : 1  z −k  (3.5) D( z) = HG ( z ) 1 − z − k    VÝ dô 3.1: ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cho mét hÖ thèng víi ®èi t−îng ®iÒu khiÓn cã h m truyÒn nh− sau: e −2 p G ( p) = 1 + 10 p H m truyÒn cña hÖ kÝn víi gi÷ bËc kh«ng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:   1 − e − pT  e  −2 p G ( p )  = (1 − z −1 ) Z  HG ( z ) = Z    p (1 + 10 p )  p    Gi¶ thiÕt chu kú lÊy mÉu T= 1 gi©y ta cã: ...