Download miễn phí Đồ án Thiết kế hệ thống trong miền tần số
Nội dung đồ án :CHƯƠNG 1 : MÔ HÌNH HOÁ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN .4
1.1 Tại sao phải mô hình hoá đối tượng 4
1.2 Các phương pháp mô hình hoá đối tượng điều khiển 4
1.2.1 Phương pháp lý thuyết .4
1.2.2 Phương pháp thực nghiệm chủ động 7
1.3 Các tính chất của mô hình .12
1.3.1 Điểm không và điểm cực 12
1.3.2 Đặc tính pha cực tiểu .12
1.3.3 Bậc tương đối của mụ hỡnh .12
CHƯƠNG 2 : PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRONG MIỀN TẦN SỐ .13
2.1 Phát biểu bài toán điều khiển thiết kế . .13
2.1.1 Bài toán thiết kế .13
2.1.2 Các bước thiết kế .15
2.2 Luật điều khiển PID .16
2.2.1 Luật tỷ lệ 17
2.2.2 Luật tích phõn 18
2.2.3 Luật vi phõn .18
2.2.4 Luật tỷ lệ -tích phõn 19
2.2.5 Luật tỷ lệ- vi phõn .19
2.2.6 Luật tỷ lệ- vi phõn- tích phõn 20
2.3 Các phương pháp thiết kế ở miền tần số .21
2.3.1 Mục đớch thiết kế .21
2.3.2 Phương pháp tối ưu module .21
2.3.3 Phương pháp tối ưu đối xứng.31
2.3.4 Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở mô hình nội (IMC - Internal Model Control)
2.3.5 Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở bộ dự báo Smith .67
2.4 Phương pháp chỉnh định thực nghiệm
2.4.1 Phương pháp Ziegler – Nichol 45
2.4.2 Phương pháp Chien – Hroness – Reswick 50
2.4.3 Phương pháp hằng số thời gian tổng Kuhn .54
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ ĐIỆN TRỞ TRONG PHÒNG THÍ NHGIỆM .72
3.1 Mô tả toán học đối tượng lò điện trở . .72
3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế cho đối tượng nhiệt và xác định tham số, cấu trúc luật điều khiển
3.2.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế cho đối tượng nhiệt.
3.2.2 Xác định tham số và cấu trúc luật điều khiển.
3.2.3 Mô phỏng kiểm chứng kết quả thiết kế trên miền Matlab_Simulink
3.3 Chọn thiết bị điều khiển
3.3.1 Sơ lược về PLC S7-300.
3.3.2 Điều khiẻn liên tục với FB41”CONT_C”
3.3.3 Khối hàm tạo xung FB43”PULSEGEN”
3.4 Cài đặt luật điều khiển u(t)
3.4.1 Khai báo cấu hình phần cứng.
3.4.2 Cấu trúc điền khiển.
3.4.3 Chương trình điều khiển lò điện trở.
3.5 Kết quả.
3.5.1 Đặc tính thu được và nhận xét.
3.5.2 Một số lưu ý về hệ thống điều khiển lò điện trở
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN.
http://ket-noi.com/forum/viewtopic.php?f=131&t=100854
Tóm tắt nội dung tài liệu:
- Như vậy xác định tham số của hàm truyền đạt từ đồ thị hàm :
+ Kẻ đường tiệm cõn với tại
+ Xác định là giao điểm của với trục hoành
+ Xác định góc nghiêng của với trục hoành rồi tính
0
Hình 1.7 Đặc tính quá độ của khõu tích phõn-quán tính bậc nhõts
1.3 Các tính chất của mô hình:
1.3.1 Điểm không và điểm cực :
Một hệ SISO được mô tả bởi hàm truyền:
(1.7)
Trong đó là kí hiệu chỉ đa thức tử số, là đa thức mẫu số. Nghiệm của phương trình gọi là điểm cực và nghiệm của gọi là điểm không của hệ. Từ các điểm cực của hệ,ta có thể biết được hệ thống có ổn định hay không.
1.3.2 Đặc tính pha cực tiểu :
Hệ động học được gọi là hệ pha cực tiểu khi các điểm không và điểm cực của hệ có phần thực õm.
Ví dụ : Hệ động học có hàm truyền là hệ pha cực tiểu
1.3.3 Bậc tương đối của mô hình:
- Là hiệu số giữa bậc của tử số và mẫu số của hàm truyền đạt.
Ví dụ: mô hình có hàm truyền đạt:
thì bậc tương đối của mô hình bằng 1.
CHƯƠNG 2: Thiết kế bộ điều khiển trong miền tần số.
2.1 Phát biểu bài toán thiết kế hệ thống điều khiển tự động :
2.1.1 Bài toán thiết kế :
Biết : Đối tượng điều khiển
Process : Quá trình công nghệ
+ Quá trình công nghệ sản xuất xi măng, giấy, điện năng.
+ Quá trình công nghệ chế biến thực phẩm như sữa.thức ăn gia súc,đông lạnh…
+ Quá trình trộn
+ Quá trình chuyển động : xe tự hành, Robot…
Plant : Đối tượng
+ Lò nhiệt : Điện trở, lò Tunel,…
+ Bao hơi
+ Động cơ
+ Mức + lưu lượng
+ Áp suất trong bình, đường ống,…
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
*.Để thiết kế hệ thống điều khiển tự động cần các chỉ tiêu yêu cầu:
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động
_
- Thời gian điều chỉnh (thời gian qúa độ) : Là khoảng thời gian kể từ khi có nhiễu tác động cho đến khi đặc tính quá độ đi vào hành lang xác lập (nằm
trong phạm vi cho phép là cộng trừ 5%).Thời gian điều chỉnh càng ngắn càng tốt.Đõy là chỉ tiêu chất lượng ở trạng thái quá độ.
- Độ quá điều chỉnh δmax % ( hay hmax% ) : Trong trường hợp đáp ứng của hệ có dao động tắt dần thì độ quá điều chỉnh là tỉ số biên độ đỉnh thứ nhất với giá trị xác lập.Độ quá điều chỉnh càng nhỏ càng tốt,thông thường không được vượt quá 20% -25%.Đõy là chỉ tiêu chất lượng ở trạng thái qúa độ.
δmax = (2.1)
Hình 2.2 Đặc tính quá độ
- Sai lêch tĩnh (sai lệch dư) : Là sai lệch tồn tại sau khi quá trình điều khiển kết thúc là sai lệch giữa giá trị xác lập của tín hiệu ra y(t) và giá trị đặt r(t).Đõy là chỉ tiêu chất lượng ở trạng thái xác lập.Sai lệch tĩnh càng nhỏ càng tốt. Hệ có tính chất tốt nếu e∞ =0.
=== (2.2)
(2.3)
Việc đánh giá sai lệch tĩnh hoàn toàn phụ thuộc dạng của tín hiệu vào .Hai dạng tín hiệu vào thường được quan tõm là và
.Cho hệ kín ổn định,không có nhiễu tác động,hệ có sai lệch tĩnh tĩnh bằng 0 tức là có nếu :
+ Khi và hàm truyền đạt hệ hở có ít nhất một điểm cực là gốc toạ độ,tức là hệ hở có chứa ít nhất một khõu tích phõn.
+ Khi và hàm truyền hệ hở có ít nhất 2 điểm cực là gốc toạ độ (điểm cực bội hai),tức là hệ hở có chứa ít nhất hai khõu tích phõn.
Việc thoả mãn tốt tất cả các chỉ tiêu trên cùng 1 lúc thông thường rất khó.Ví dụ,cố gắng giảm thời gian đáp ứng thường gắn liền với chấp nhận độ quá điều chỉnh lớn hơn và tác động điờự khiển mạnh hơn,cố gắng giảm sai lệch tĩnh thường phải chấp nhận hệ thống có dao đọng nhiều hơn.Do vậy công việc thiết kế bộ điều khiển thường bao giờ cũng mang tính thoả hiệp.
2.1.2 Các bước thiết kế :
TBCH
Đối tượng
TBCB
Hình 2.3 Đối tượng điều khiển
TBCH : Thiết bị chấp hành
TBCB : Thiết bị cảm biến
- Bước 1 : Mô hình hoá đối tượng điều khiển
Sử dụng các cống cụ lí thuyết hay thực nghiệm để mô tả toán học đối tượng điều khiển. Ta được kết quả :
+ Mô hình hàm truyền của đối tượng điều khiển :
. Hàm truyền liên tục :
. Hàm truyền rời rạc : (2.4)
+ Mô hình trạng thái của đối tượng điều khiển :
. Mô hình liên tuc :
. Mô hình rời rạc :
Bước 2 : Lựa chon phương pháp thiết kế
+ Thiết kế hệ thống ở miền tần số : hay
. Thiết kế bộ điều khiển động : Luật PI, luật PD, luật PID
. Thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp tần số cho hệ liên tục.
. Thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp tần số cho hệ rời rạc.
+ Thiết kế hệ thống trong không gian trạng thái ( thiết kế hệ thống trên cơ sở mô hình trạng thái )
. Gán điểm cực
. LQR: Bộ điều khiển bình phương tuyến tính ( Linear Square Regulator)
. Bộ quan sát trạng thái
Bước 3 : Xác định tham số và cấu trúc của luật điều khiển. Tìm luật điều khiển u(t)
Bước 4 : Mô phỏng kiểm chứng kết quả thiết kế trên nền Matlab-Simulink.
Bước 5 : Chọn thiết bị điều khiển ( bộ điều khiển )
+ Bộ PID công nghiệp của Omion, Siemens,…
+ Chọn thiết bị điều khiển khả trình PLC của Omion, Siemens, AB,…
+ Chọn hệ vi điều khiển ( vi xử lý ) đóng vai trò chức năng của thiết bị điều khiển.
Bước 6 : Cài đặt luật điều khiển u(t) ở bứơc 3 vào thiết bị điều khiển.
Bước 7 : Lắp đặt hệ thống điều khiển tự động, chạy thử, chỉnh định tham số của luật để hệ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng.
Bước 8 : Viết tài liệu hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng hệ thống điều khiển tự động.
2.2 Luật điều khiển PID :
Mục đớch của việc thiết kế bộ điều khiển là tím ra tín hiệu điều khiển mang lại cho hệ thống chất lượng mong muốn và xõy dựng được bộ điều khiển của hệ thống đó. Nếu hệ thống không ổn định hay ổn định với chất lượng kém thì ta phải tìm ra một bộ điều khiển làm cho nó ổn định với chất lượng mong muốn. Chất lượng của hệ thống được đặc trưng bởi ba yếu tố đã nói ở trên đó là :
+ Thời gian quá độ
+ Độ quá điều chỉnh % (hay %)
+ Sai lệch tĩnh
Hình 2.4
_
: bộ điều khiển
: đối tượng điều khiển
: sai số
: tín hiệu đặt
: tín hiệu điều khiển
: tín hiệu ra
Bộ điều khiển được thiết kế sao cho loại bỏ được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống là cao nhất.
Trong thiết kế hệ thống thì bộ điều khiển PID hay được sử dụng vì nó đơn giản cả về cấu trúc và nguyên lý làm việc. Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa sai lệch tĩnh của hệ thống bằng 0, sao cho quá trình quá độ thoả mãn được các yêu cầu về chất lượng.
Hình 2.5 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID bao gồm ba thành phần : tỉ lệ (P), tích phõn (I), vi phõn (D).
2.2.1 Luật tỷ lệ :
(2.5)
: hệ số khuếch đại
+ Trạng thái xác lập :
+ Hàm truyền đạt :
+ Hàm truyền tần số :
+ Đặc tính pha tần số :
là góc lệch pha giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào, phụ thuộc vào tần số. phản ánh tốc độ xử lý tín hiệu trong lòng phần tử; tốc độ xử lý nhanh thì nhỏ và ngược lại.
Ưu điểm :
Tốc độ xử lý tín hiệu nhanh
Tính ổn định cao
Thời gian điều khiển ngắn
Tăng tín hiệu điều khiển u(t)
Nhược điểm :...
Link download cho anh em:
You must be registered for see links
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí