Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống điều khiển tự động bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Bậc học: CAO ĐẲNG GV: Nguyễn Đình Hoàng Bộ môn: Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật Công nghệ Quảng Ngãi, năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Bậc học: CAO ĐẲNG SỐ TÍN CHỈ: GV: Nguyễn Đình Hoàng Bộ môn: Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật Công nghệ Quảng Ngãi, năm 2016 Lời nói đầu Nhằm đáp ứng cho việc giảng dạy môn Lý thuyết Điều khiển tự động bậc Cao Đẳng, tác giả biên soạn giảng nhằm làm tài liệu học tập cho lớp chuyên ngành Kỹ thuật Điện- Điện tử Đại học Phạm Văn Đồng Tài liệu sử dụng cho sinh viên lớp Cao đẳng với thời lượng 45 tiết (3TC) Tác giả hy vọng tài liệu thiết thực cho bạn sinh viên Trong trình biên soạn, chắn tài liệu không tránh khỏi có sai sót Mọi góp ý xin gửi địa Nguyễn Đình Hoàng - Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ Trường Đai học Phạm Văn Đồng Xin chân thành cảm ơn Tác giả MỤC LỤC Chương 1: MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LIÊN TỤC Chương 2: ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA CÁC KHÂU CƠ BẢN VÀ CỦA HỆ THỐNG ĐKTĐ LIÊN TỤC……………………………………………… Chương 3: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐKTĐ 19 LIÊN TỤC…………………………………………………………………… 46 Chương 4: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐKTĐ LIÊN TỤC…… 70 Chương 5: TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐKTĐ LIÊN TỤC…………………… 83 Phụ lục…………………………………………………………………… 105 Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 106 CHƯƠNG 1: MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐKTĐ LIÊN TỤC 1.1 Khái niệm 1.1.1 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển tự động Một câu hỏi phổ biến với người làm quen với lý thuyết điều khiển “Điều khiển gì?” Để có khái niệm điều khiển xét ví dụ sau Giả sử lái xe đường, muốn xe chạy với tốc độ cố định 40km/h Để đạt điều mắt phải quan sát đồng hồ đo tốc độ để biết tốc độ xe chạy Nếu tốc độ xe 40km/h ta tăng ga, tốc độ xe 40km/h ta giảm ga Kết trình xe chạy với tốc độ “gần” tốc độ mong muốn Quá trình lái xe trình điều khiển Trong trình điều khiển cần thu thập thông tin đối tượng cần điều khiển (quan sát đồng hồ đo tốc độ để thu thập thông tin tốc độ xe), tùy theo thông tin thu thập mục đích điều khiển mà có cách xử lý thích hợp (quyết định tăng hay giảm ga), cuối ta phải tác động vào đối tượng (tác động vào tay ga) để hoạt động đối tượng theo yêu cầu mong muốn Điều khiển trình thu thập thông tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống “gần” với mục đích định trước Điều khiển tự động trình điều khiển không cần tác động người Trong năm gần đây, hệ thống điều khiển (HTĐK) có vai trò quan trọng việc phát triển tiến kỹ thuật công nghệ văn minh đại Thực tế khía cạnh hoạt động ngày bị chi phối vài loại hệ thống điều khiển Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian hệ thống vũ khí, điều khiển máy tính, hệ thống giao thông, hệ thống lượng, robot, 1.1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển Chú thích ký hiệu viết tắt: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển - r(t) (reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn - c(t) (controlled output): tín hiệu - cht(t): tín hiệu hồi tiếp - e(t) (error): sai số - u(t) : tín hiệu điều khiển Để thực trình điều khiển định nghĩa trên, hệ thống điều khiển bắt buộc gồm có ba thành phần thiết bị đo lường (cảm biến), điều khiển đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường có chức thu thập thông tin, điều khiển thực chức xử lý thông tin, định điều khiển đối tượng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển Hệ thống điều khiển thực tế đa dạng, sơ đồ khối hình 1.1 cấu hình hệ thống điều khiển thường gặp 1.1.3 Các toán lĩnh vực điều khiển tự động Trong lĩnh vực điều khiển tự động có nhiều toán cần giải quyết, nhiên toán điều khiển thực tế quy vào ba toán sau: Phân tích hệ thống: Cho hệ thống tự động biết cấu trúc thông số Bài toán đặt sở thông tin biết tìm đáp ứng hệ thống đánh giá chất lượng hệ Bài toán giải Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc thông số đối tượng điều khiển Bài toán đặt thiết kế điều khiển để hệ thống thỏa mãn yêu cầu chất lượng Bài toán nói chung giải Nhận dạng hệ thống: Chưa biết cấu trúc thông số hệ thống Vấn đề đặt xác định cấu trúc thông số hệ thống Bài toán lúc giải a Các nguyên tắc điều khiển Các nguyên tắc điều khiển xem kim nam để thiết kế hệ thống điều khiển đạt chất lượng cao có hiệu kinh tế Nguyên tắc 1: Nguyên tắc thông tin phản hồi Muốn trình điều khiển đạt chất lượng cao, hệ thống phải tồn hai dòng thông tin: từ điều khiển đến đối tượng từ đối tượng ngược điều khiển (dòng thông tin ngược gọi hồi tiếp) Điều khiển không hồi tiếp (điều khiển vòng hở) đạt chất lượng cao, có nhiễu Các sơ đồ điều khiển dựa nguyên tắc thông tin phản hồi là: Điều khiển bù nhiễu (hình 1.2): sơ đồ điều khiển theo nguyên tắc bù nhiễu để đạt đầu c(t) mong muốn mà không cần quan sát tín hiệu c(t) Về nguyên tắc, hệ phức tạp điều khiển bù nhiễu cho chất lượng tốt Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bù nhiễu Điều khiển san sai lệch (hình 1.3): Bộ điều khiển quan sát tín hiệu c(t) , so sánh với tín hiệu vào mong muốn r(t) để tính toán tín hiệu điều khiển u(t) Nguyên tắc điều khiển điều chỉnh linh hoạt, loại sai lệch, thử nghiệm sửa sai Đây nguyên tắc điều khiển Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển san sai lệch Điều khiển phối hợp: Các hệ thống điều khiển chất lượng cao thường phối hợp sơ đồ điều khiển bù nhiễu điều khiển san sai lệch hình 1.4 Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phối hợp Nguyên tắc 2: Nguyên tắc đa dạng tương xứng Muốn trình điều khiển có chất lượng đa dạng điều khiển phải tương xứng với đa dạng đối tượng Tính đa dạng điều khiển thể khả thu thập thông tin, lưu trữ thông tin, truyền tin, phân tích xử lý, chọn định, Ý nghĩa nguyên tắc cần thiết kế điều khiển phù hợp với đối tượng Hãy so sánh yêu cầu chất lượng điều khiển điều khiển sử dụng hệ thống sau: Điều khiển nhiệt độ bàn ủi (chấp nhận sai số lớn) với điều khiển nhiệt độ lò sấy (không chấp nhận sai số lớn) Điều khiển mực nước bồn chứa khách sạn (chỉ cần đảm bảo có nước bồn) với điều khiển mực chất lỏng dây chuyền sản xuất (mực chất lỏng cần giữ không đổi) Nguyên tắc 3: Nguyên tắc bổ sung Một hệ thống tồn hoạt động môi trường cụ thể có tác động qua lại chặt chẽ với môi trường Nguyên tắc bổ sung thừa nhận có đối tượng chưa biết (hộp đen) tác động vào hệ thống ta phải điều khiển hệ thống lẫn hộp đen Ý nghĩa nguyên tắc thiết kế hệ thống tự động, muốn hệ thống có chất lượng cao bỏ qua nhiễu môi trường tác động vào hệ thống Nguyên tắc 4: Nguyên tắc dự trữ Vì nguyên tắc coi thông tin chưa đầy đủ phải đề phòng bất trắc xảy không dùng toàn lực lượng điều kiện bình thường Vốn dự trữ không sử dụng, cần để đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn Nguyên tắc 5: Nguyên tắc phân cấp Đối với hệ thống điều khiển phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ sung cho trung tâm Cấu trúc phân cấp thường sử dụng cấu trúc hình cây, ví dụ hệ thống điều khiển giao thông đô thị đại, hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất b Phân loại hệ thống điều khiển Hệ thống tuyến tính - Hệ thống phi tuyến Hệ thống tuyến tính không tồn thực tế, tất hệ thống vật lý phi tuyến Hệ thống điều khiển tuyến tính mô hình lý tưởng để đơn giản hóa trình phân tích thiết kế hệ thống Khi giá trị tín hiệu nhập vào hệ thống nằm giới hạn mà phần tử hoạt động tuyến tính (áp dụng nguyên lý xếp chồng), hệ thống tuyến tính Nhưng giá trị tín hiệu vào vượt vùng hoạt động tuyến tính phần tử hệ thống, xem hệ thống tuyến tính Tất hệ thống thực tế có đặc tính phi tuyến, ví dụ khuếch đại thường có đặc tính bão hòa tín hiệu vào trở nên lớn, từ trường động có đặc tính bão hòa Trong truyền động khí đặc tính phi tuyến thường gặp phải khe hở vùng chết bánh răng, đặc tính ma sát, đàn hồi phi tuyến Các đặc tính phi tuyến thường đưa vào HTĐK nhằm cải thiện chất lượng hay tăng hiệu điều khiển Ví dụ để đạt thời gian điều khiển tối thiểu hệ thống tên lửa hay điều khiển phi tuyến người ta sử dụng điều khiển on-off (bang-bang hay relay) Các ống phản lực đặt cạnh động để tạo mômen phản lực điều khiển Các ống thường điều khiển theo kiểu full on - full off, nghĩa lượng khí nạp vào ống định trước khoảng thời gian xác định, để điều khiển tư phi tuyến Hệ thống bất biến - hệ thống biến đổi theo thời gian Khi thông số HTĐK không đổi suốt thời gian hoạt động hệ thống, hệ thống gọi hệ thống bất biến theo thời gian Thực tế, hầu hết hệ thống vật lý có phần tử trôi hay biến đổi theo thời gian Ví dụ điện trở dây quấn động bị thay đổi bị kích hay nhiệt độ tăng Một ví dụ khác HTĐK biến đổi theo thời gian hệ điều khiển tên lửa, khối lượng tên lửa bị giảm trình bay Mặc dù hệ thống biến đổi theo thời gian đặc tính phi tuyến, coi hệ tuyến tính, việc phân tích thiết kế loại hệ thống phức tạp nhiều so với hệ tuyến tính bất biến theo thời gian c Phân loại theo loại tín hiệu hệ thống Hệ thống liên tục Hệ thống liên tục hệ thống mà tín hiệu phần hệ hàm liên tục theo thời gian Hệ thống rời rạc Khác với HTĐK liên tục, HTĐK rời rạc có tín hiệu hay nhiều điểm hệ thống dạng chuỗi xung hay mã số Thông thường HTĐK rời rạc phân làm hai loại: HTĐK lấy mẫu liệu HTĐK số HTĐK lấy mẫu liệu dạng liệu xung HTĐK số liên quan đến sử dụng máy tính số hay điều khiển số tín hiệu hệ mã số hóa, mã số nhị phân chẳng hạn 1.2 Các phương pháp mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ Để có sở cho phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển có chất vật lý khác nhau, sở toán học Tổng quát quan hệ tín hiệu vào tín hiệu hệ thống tuyến tính biểu diễn phương trình vi phân bậc cao Việc khảo sát hệ thống dựa vào phương trình vi phân bậc cao thường gặp nhiều khó khăn Có hai phương pháp mô tả toán học hệ thống tự động giúp cho việc khảo sát hệ thống dễ dàng hơn, phương pháp hàm truyền đạt phương pháp không gian trạng thái Phương pháp hàm truyền đạt chuyển quan hệ phương trình vi phân thành quan hệ phân thức đại số nhờ phép biến đổi Laplace, phương pháp không gian trạng thái biến đổi phương trình vi phân bậc cao thành hệ phương trình vi phân bậc cách đặt biến phụ (biến trạng thái) Mỗi phương pháp mô tả hệ thống có ưu điểm riêng Trong tài liệu mô tả hệ thống hương pháp hàm truyền đạt 1.2.1 Phép biến đổi Laplace a Định nghĩa: Cho f(t) hàm xác định với t = 0, biến đổi Laplace f(t) là: F ( s) L f (t ) f (t ).e st dt (1.1) đó: s - biến phức (biến Laplace) s = ϭ + jω L - toán tử biến đổi Laplace F(s) - ảnh hàm f(t) qua phép biến đổi Laplace Biến đổi Laplace tồn tích phân biểu thức định nghĩa (1.1) hội tụ b Tính chất phép biến đổi Laplace Tính tuyến tính: Nếu hàm f1(t) có biến đổi Laplace L{f1(t)} = F1(s) và hàm f (t) có L{f (t)} = F (s) 2 Phương pháp thiết kế: QĐNS Bước 1: Xác định β từ yêu cầu sai số xác lập Nếu yêu cầu sai số xác lập cho dạng hệ số vận tốc thức: ∗ tính β công KV K*V hệ số vận tốc hệ thống trước sau hiệu chỉnh Bước 2: Chọn zero khâu hiệu chỉnh cho: ∗ , cặp cực định hệ thống sau hiệu chỉnh Bước 3: Tính cực khâu hiệu chỉnh: Bước 4: Tính KC cách áp dụng công thức: ∗, cặp cực định hệ thống sau hiệu chỉnh Do yêu cầu thiết kế không làm ảnh hưởng đáng kể đến đáp ứng độ nên tính gần đúng: Giải thích: s*1,2 = s1,2 Bước 1: Ta có hệ số vận tốc hệ thống trước sau hiệu chỉnh là: 92 Do ta chọn β công thức Các bước thiết theo đảm bảo K C =1 Bước 2: Gọi s1,2 cặp cực định hệ thống trước hiệu chỉnh: Xét điều kiện pha Để hệ thống có chất lượng độ gần không thay đổi Suy ra: ∗ , = , (5.8) Phân tích cho thấy cực zero khâu hiệu chỉnh trễ pha phải thỏa mãn biểu thức (5.8) Khi thiết kế ta thường chọn khâu hiệu chỉnh trễ pha cho để đạt điều đặt cực zero khâu hiệu chỉnh trễ pha nằm gần góc tọa độ so với phần thực ∗, Do đó, ta chọn vị trí zero cho: 93 Bước 3: Suy ra: Để ý cách chọn 1/T nằm gần gốc tọa độ 1/β Bước 4: Ở bước ta chọn cực zero khâu hiệu chỉnh trễ pha để thỏa mãn điều kiện pha Để thỏa mãn điều kiện biên độ ta chọn KC công thức Có thể dễ dàng kiểm chứng cách chọn zero cực khâu hiệu chỉnh bước bước mà bước ta tính KC = Như KC thỏa mãn giả thiết ban đầu tính hệ số ε bước 5.2.3 Hiệu chỉnh sớm trễ pha Hàm truyền khâu hiệu chỉnh sớm trễ pha cần thiết kế có dạng: đó: GC1 (s) khâu hiệu chỉnh sớm pha GC2(s) khâu hiệu chỉnh trễ pha Bài toán đặt thiết kế GC(s) để cải thiện đáp ứng độ sai số xác lập hệ thống Trình tự thiết kế Khâu hiệu chỉnh: Sớm trễ pha Phương pháp thiết kế: QĐNS Bước 1: Thiết kế khâu sớm pha GC1(s) để thỏa mãn yêu cầu đáp ứng độ (xem phương pháp thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha mục trước) Bước 2: Đặt G1(s) = GC1(s).G(s) Thiết kế khâu hiệu chỉnh trễ pha GC2(s) mắc nối tiếp vào G1(s) để thỏa mãn yêu cầu sai số xác lập mà không thay đổi đáng kể đáp ứng độ hệ thống sau hiệu chỉnh sớm pha (xem phương pháp thiết kế khâu hiệu chỉnh trễ pha mục trước) 94 Ví dụ 5.2 Thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm trễ pha dùng phương pháp QĐNS Hãy thiết kế khâu hiệu chỉnh GC(s) cho hệ thống sau hiệu chỉnh có cặp cực phức với ξ =0,5, ωn = rad/s; hệ số vận tốc KV = 80 Giải: Hệ chưa hiệu chỉnh có ξ =0,125, ωn = rad/s; hệ số vận tốc KV = Vì yêu cầu thiết kế hiệu chỉnh để cải thiện đáp ứng độ sai số xác lập nên GC(s) khâu hiệu chỉnh sớm trễ pha Bước 1: Thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha GC1(s) - Cặp cực định sau hiệu chỉnh: Hình 5.6 Góc pha cần bù 95 - Góc pha cần bù: Chọn zero khâu sớm pha trùng với cực s = -0,5 G(s) để hạ bậc hệ thống sau hiệu chỉnh Từ cực s*1 vẽ hai nửa đường thẳng tạo với góc Φ * hình 5.6 Cực khâu sớm pha điểm B 96 Bước 2: Thiết kế khâu hiệu chỉnh trễ pha GC2(s) - Xác định β: Hệ số vận tốc hệ sau hiệu chỉnh sớm pha: Hệ số vận tốc mong muốn: 97 - Xác định zero khâu trễ pha: - Xác định cực khâu trễ pha: Tóm lại khâu hiệu chỉnh sớm trễ pha cần thiết kế là: 5.3 Phương pháp thay đổi cấu trúc Có hệ thống điều khiển dù thay đổi thông số đến mức không làm ổn định Hệ thống gọi hệ thống có cấu trúc không ổn định Muốn làm cho hệ 98 thống chuyển sang trạng thái ổn định ta phải thay đổi cấu trúc Làm thay đổi cấu trúc tức làm thay đổi cấp phương trình vi phân hệ thống đặc tính chất lượng thay đổi 5.4 Nguyên lý bất biến điều khiển bù Một hệ thống ĐKTĐ tọa độ yi(t) sai lệch e(t) không phụ thuộc vào tác động bên fi(t) gọi hệ thống bất biến Để giảm ảnh hưởng nhiễu tăng độ xác người ta thường sử dụng nguyên tắc bù sai lệch tác động đầu vào bù nhiễu 5.5 Thiết kế hệ thống điều khiển PID Bộ điều khiển PID trường hợp đặc biệt hiệu chỉnh sớm trễ pha nên nguyên tắc thiết kế điều khiển PID phương pháp dùng QĐNS dùng biểu đồ Bode Một phương pháp khác thường dùng để thiết kế điều khiển PID phương pháp giải tích Sau ví dụ: Ví dụ 5.3 Cho hệ thống điều khiển hình vẽ: Hãy xác định thông số điều khiển PID cho hệ thống thỏa mãn yêu cầu: - Hệ có cặp nghiệm phức với ξ= 0,5 , ωn = - Hệ số vận tốc KV = 100 Giải: Hàm truyền điều khiển PID cần thiết kế: Hệ số vận tốc hệ sau hiệu chỉnh: 99 Theo yêu cầu đề KV = 100 nên suy ra: Phương trình đặc tính hệ sau hiệu chỉnh là: (1) Để hệ thống có cặp cực phức với phương trình đặc tính (1) phải có dạng: Cân hệ số hai phương trình (1) (2), suy ra: Với KI = 100, giải hệ phương trình ta được: Vậy hàm truyền khâu hiệu chỉnh PID cần thiết kế là: Bộ điều khiển PID sử dụng rộng rãi thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng bồn chứa 100 có khả làm triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng đo giảm độ vọt lố thông số điều khiển chọn lựa thích hợp Do tính thông dụng nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển cho đời điều khiển PID thương mại tiện dụng Trong thực tế phương pháp thiết kế điều khiển PID dùng QĐNS, biểu đồ Bode hay phương pháp giả tích sử dụng khó khăn việc xây dựng hàm truyền đối tượng Phương pháp phổ biến để chọn thông so cho điều khiển PID thương mại phương pháp Zeigler-Nichols Phương pháp Zeigler-Nichols Phương pháp Zeigler-Nichols phương pháp thực nghiệm để thiết kế điều khiển P, PI, PID cách dựa vào đáp ứng độ đối tượng điều khiển Bộ điều khiển PID cần thiết kế có hàm truyền là: (5.9) Zeigler Nichols đưa hai cách chọn thông số điều khiển PID tùy theo đặc điểm đối tượng Cách 1: Dựa vào đáp ứng độ hệ hở, áp dụng cho đối tượng có đáp ứng tín hiệu vào hàm nấc có dạng chữ S hình 5.7, ví dụ nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, … Hình 5.7 Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S 101 Thông số điều khiển P, PI, PID chọn sau: Thông số Bộ ĐK P PI PID Kp T2/(T1.K) 0.9T2/(T1K) 1.2T2/(T1.K) TI ∞ T1/0.3 2T1 TD 0 0.5T1 Ví dụ 5.4 Hãy thiết kế điều khiển PID điều khiển nhiệt độ lò sấy, biết đặc tính độ lò sấy thu từ thực nghiệm có dạng sau: Giải Dựa vào đáp ứng độ thực nghiệm ta có: Chọn thông số điều khiển PID theo phương pháp Zeigler- Nichols: Cách 2: Dựa vào đáp ứng độ hệ kín, áp dụng cho đối tượng có khâu tích phân lý tưởng, ví dụ mực chất lỏng bồn chứa, vị trí hệ truyền động dùng động cơ, Đáp 102 ứng độ (hệ hở) đối tượng có khâu tích phân lý tưởng dạng hình 5.7 mà tăng đến vô Đối với đối tượng thuộc loại ta chọn thông số điều khiển PID dựa vào đáp ứng độ hệ kín hình 5.8 Tăng dần hệ số khuếch đại K hệ kín hình 5.8 đến giá trị giới hạn Kgh, đáp ứng hệ kín trạng thái xác lập dao động ổn định với chu kỳ Tgh Hình 5.8 Đáp ứng nấc hệ kín K = Kgh Thông số điều khiển P, PI, PID chọn sau: Thông số Bộ ĐK P PI PID Kp 0.5 Kgh 0.45Kgh 0.6Kgh TI ∞ 0.83Tgh 0.5Tgh TD 0 0.125Tgh Ví dụ 5.5: Hãy thiết kế điều khiển PID điều khiển vị trí góc quay động DC, biết sử dụng điều khiển tỉ lệ thực nghiệm ta xác định K = 20 vị trí góc quay động trạng thái xác lập dao động với chu kỳ T = sec Giải Theo kiện toán, ta có: Chọn thông số điều khiển PID theo phương pháp Zeigler-Nichols: 103 Câu hỏi ôn tập chương 5 Tại phải thiết kế điều khiển cho hệ thống? Ảnh hưởng cực zero tới đáp ứng hệ thống? Ảnh hưởng khâu bù/ điều khiển tới QDNS đáp ứng hệ thống? Ảnh hưởng khâu bù/ điều khiển tới biểu đồ Bode đáp ứng hệ thống? Các bước cần làm để thiết kế điều khiển cho đối tượng với yêu cầu thiết kế cho trước đối tượng chưa xác định mô hình toán? 104 Phụ lục: Bảng biến đổi Laplace số hàm 105 Tài liệu tham khảo [1].Phạm Công Ngô Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động NXB: Khoa học kỹ thuật 2006 [2] Nguyễn Thị Phương Hà Lý thuyết điều khiển tự động NXB: ĐHQG Tp HCM 2005 [3] Katsuhiko Ogata Model Control Engineering 5th Edition, printed by Prentice Hall India 2009/ 106 ... hoạt động ngày bị chi phối vài loại hệ thống điều khiển Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian hệ thống vũ khí, điều khiển máy tính, hệ thống giao thông, hệ thống. .. toán lĩnh vực điều khiển tự động Trong lĩnh vực điều khiển tự động có nhiều toán cần giải quyết, nhiên toán điều khiển thực tế quy vào ba toán sau: Phân tích hệ thống: Cho hệ thống tự động biết cấu... tin, điều khiển thực chức xử lý thông tin, định điều khiển đối tượng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển Hệ thống điều khiển thực tế đa dạng, sơ đồ khối hình 1.1 cấu hình hệ thống điều khiển