ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ ĐỒ ÁN Đ I Ề U KHI Ể N H Ệ TH Ố NG CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 1 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MỤC LỤC PHẦN 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN ÔTÔ Chương 1: Sơ lược về hệ thống điều khiển động cơ trên ôtô Chương 2: Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ 2.1 Một số khái niệm về hệ thống tự động điều khiển trên ô tô 2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU PHẦN 2: KHAI THÁC – LẮP ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4S-FE Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 4S-FE Chương 2: Hệ thống các cảm biến 2.1 Cảm biến đo lượng khí nạp 2.2 Bộ tạo tín hiệu G và NE 2.3 Cảm biến vị trí bướm ga 2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp 2.5 Cảm biến khí thải hay cảm biến oxy 2.6 Cảm biến tốc độ xe 2.7 Cảm biến kích nổ CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 2 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 2.8 Một số tín hiệu khác Chương 3: Bộ điều khiển trung tâm (ECU) Chương 4: Hệ thống phun xăng điện tử EFI 4.1 Điều khiển lượng phun nhiên liệu 4.2 Phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu 4.3 Các phương pháp dẫn động vòi phun Chương 5: Hệ thống đánh lửa điện tử ESA 5.1 Lý thuyết đánh lửa trong động cơ xăng 5.2 Phân loại 5.3 Kết cấu chung của hệ thống 5.4 Ưu điểm khi sử dụng hệ thống đánh lửa bằng điện tử 5.5 Đặc tính điều khiển đánh lửa sớm của ESA 5.6 Phương pháp xác định góc đánh lửa sớm của ECU 5.7 Điều khiển thời điểm đánh lửa 5.8 Các chế độ hiệu chỉnh Chương 6: Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC Chương 7: Hệ thống tự chẩn đoán và một số chức năng khác của ECU Chương 8: Lắp đặt mô hình hệ thống điều khiển động cơ 4S-FE 8.1 Ý nghĩa của mô hình 8.2 Phương án lắp đặt mô hình 8.3 Hướng dẫn sử dụng mô hình KẾT LUẬN LỜI NÓI ĐẦU CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 3 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Lý thuyết và kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động cho các quá trình sản xuất, các quy trình công nghệ, các đối tượng công nghiệp, quốc phòng, y tế…trong những năm gần đây đã có những bước nhảy vọt nhờ sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính và công nghệ thông tin. Vai trò của lý thuyết và kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động đã ngày càng trở nên quan trọng cho sự phát triển của thế giới nói chung, cũng như của Việt Nam nói riêng. Đặt biệt khi sự xuất hiện liên tiếp của các dây truyền hệ thống tự động hóa ngày một hiện đại và phức tạp thì sự đòi hỏi một đội ngũ cán bộ kỹ thuật viên có đủ trình độ để am hiểu, điều khiển và vận hành… chúng trở thành vấn đề sống còn cho sự phát triển của nền kinh tế công nghiệp của đất nước ở hiện tại cũng như trong tương lai. Vì vậy việc đào tạo đội ngũ này trở nên rất quan trọng. Nhất là ở bậc đại học lý thuyết và kỹ thuật điều khiển hệ thống tự động là học phần chiếm nhiều tiết học nhất đối với các sinh viên các ngành kỹ thuật điển hình là ngành Cơ Điện Tử .Chúng em được những môn học liên quan đến nó như: Điều Khiển Hệ Thống 1, Điều Khiển Hệ Thống 2, Điều Khiển Hệ Thống 3 và Đồ Án Điều Khiển Hệ Thống. Đó là lý do em được giao đề tài: “Example: Frequency Design Method for DC Motor Speed Control” (Ví Dụ: Về Phương Pháp Thiết Kế Bộ Điều Khiển Cho Tốc Độ Động Cơ DC Theo Cách Đáp Ứng Tần Số) trong học phần Đồ Án Điều Khiển Hệ Thống này nhằm củng cố các kiến thức lý thuyết đã được học. CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 4 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Chí Ngôn, các quý thầy cô trong bộ môn đã tận tình hướng dẩn, giúp đở em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Trong quá trình thực hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu xót, sai lầm vì với lượng kiến thức còn khá hạn hẹp… mong quý thầy cô góp ý chỉ bảo. SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN THÀNH NAM MỤC LỤC CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 5 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Drawing the original Bode plot Adding proportional gain Plotting the closed-loop response Adding a lag controller  NHIỆM VỤ 1: DỊCH CÁC TRANG TÀI LIỆU TIẾNG ANH SAU SANG TIẾNG VIỆT. Example: Frequency Design Method for DC Motor Speed Control Drawing the original Bode plot Adding proportional gain Plotting the closed-loop response Adding a lag controller From the main problem, the dynamic equations and the open-loop transfer function of DC Motor Speed are: CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 6 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ and the system schematic looks like: For the original problem setup and the derivation of the above equations, please refer to the Modeling a DC Motor page. With the 1 rad/sec step input, the design criteria are: • Settling time less than 2 seconds • Overshoot less than 5% • Steady-state error less than 1% Create a new m-file and type in the following commands (refer to the main problem for the details of getting those commands). J=0.01; b=0.1; K=0.01; R=1; L=0.5; num=K; den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)]; Drawing the original Bode plot CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 7 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ The main idea of frequency-based design is to use the Bode plot of the open- loop transfer function to estimate the closed-loop response. Adding a controller to the system changes the open-loop Bode plot, therefore changing the closed-loop response. Let's first draw the Bode plot for the original open- loop transfer function. Add the following code to the end of your m-file, and then run it in the Matlab command window. bode (num,den) You should get the following Bode plot: Adding proportional gain From the bode plot above, we see that the phase margin can be greater than about 60 degrees if w is less than 10 rad/sec. Let's add gain to the system so the bandwidth frequency is 10 rad/sec, which will give us a phase margin of about 60 degrees. To find the gain at 10 rad/sec, you can try to read it off the Bode plot (it looks to be slightly more than -40 dB, or 0.01 in magnitude). The bode command, invoked with left-hand arguments, can also be used to give you the exact magnitude: [mag,phase,w] = bode(num,den,10) mag = CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 8 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 0.0139 To have a gain of 1 at 10 rad/sec, multiply the numerator by 1/0.0139 or approximately 72. num = 70*num and rerun your m-file. You should have the following Bode plot: Plotting the closed-loop response From the plot above we see that the phase margin is now quite large. Let's see what the closed-loop response look like. Add a % in front of the bode commands and add the following code to the end of your m-file: [numc,denc]=cloop(num, den, -1); t=0:0.01:10; step(numc,denc,t) You will see the following plot: CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 9 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ The settling time is fast enough, but the overshoot and the steady-state error are too high. The overshoot can be reduced by reducing the gain a bit to get a higher phase margin, but this would cause the steady-state error to increase. A lag controller is probably needed. Adding a lag controller We can add a lag controller to reduce the steady-state error. At the same time, we should try to reduce the overshoot by reducing the gain. Let's reduce the gain to 50, and try a lag controller of which should reduce the steady-state error by a factor of 1/0.01 = 100 (but could increase the settling time). Go back and change your m-file so it looks like the following: num=K; den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)]; num=50*K; z=1; CBHD: NGUY ỄN CHÍ NGÔN Trang - 10 [...]... điện chạy trong cuộn dây của motor * Các cánh quạt và trục được giả định là cứng nhắc ) Và sơ đồ khối của hệ thống như sau: CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN Trang - 13 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Với : Controller là bộ điều khiển, Plant là đối tượng điều khiển Đối với những vấn đề được thiết lập ban... MSSV ta có: G ( s) = CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN 7s 7s = s 2 + 2 s + 1 ( s + 1) 2 Trang - 20 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Sơ đồ khối hệ thống như sau: Với : Controller là bộ điều khiển, Plant là đối tượng điều khiển G(s) Với tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị 1 rad/s, tiêu chuẩn cần thiết kế là: s +... 1: Vẽ biểu đồ Bode Ý tưởng chính của việc thiết kế dựa trên đáp ứng tần số là sử dụng các biểu đồ Bode của hàm truyền vòng hở để đánh giá đáp ứng vòng kín CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN Trang - 14 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Thêm vào hệ thống một khâu hiệu chỉnh phù hợp để thay đổi biểu đồ Bode của... < 10 rad/s Hãy thêm một khâu tỉ lệ vào hệ thống để tần số cắt biên là 10 rad/s và o trong đó sẽ cho chúng ta độ dự trữ pha khoảng 60 Để tìm đáp ứng biên độ ở 10 rad/s bạn có thể cố gắng đọc trên biểu đồ Bode biên độ (có vẽ lớn hơn CBHD: NGUYỄN CHÍ NGÔN Trang - 15 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN... Trang - 19 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CN291) SVTH:NGUYỄN THÀNH NAM MSSV:1081206 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC THEO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ xl Bây giờ bạn có một đáp ứng step thoả mản các yêu cầu thiết kế : e . .Chúng em được những môn học liên quan đến nó như: Điều Khiển Hệ Thống 1, Điều Khiển Hệ Thống 2, Điều Khiển Hệ Thống 3 và Đồ Án Điều Khiển Hệ Thống. Đó là lý do em được giao đề tài: “Example: Frequency. lược về hệ thống điều khiển động cơ trên ôtô Chương 2: Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ 2.1 Một số khái niệm về hệ thống tự động điều khiển trên ô tô 2.2 Sơ đồ cấu. 2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU PHẦN 2: KHAI THÁC – LẮP ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4S-FE Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 4S-FE Chương 2: Hệ thống các