Thiết Kế Môn Học Mô Phỏng Hệ Thống Tự Động

7/23/2019 Thiết Kế Môn Học Mô Phỏng Hệ Thống Tự Động

http://slidepdf.com/reader/full/thiet-ke-mon-hoc-mo-phong-he-thong-tu-dong 1/31

TKMH : MÔ PHỎ NG THIẾT K Ế HỆ THỐ NG TỰ ĐỘ NG

SVTH: Đới Xuân Quốc Page 1

THIẾT K Ế MÔN HỌC

MÔ PHỎNG THIẾT K Ế HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

1. Mục đích:

Tìm hiểu hoạt động của hệ thống điều khiển. Khảo sát và thết k ế các bộ điều khiển PI, PD, PID và so sánh k ết

quả.2. Mô hình hệ thống:

Mô hình hệ thống dao động đoàn xe ô tô đượ c cho trên hình vẽ dướ iđây vớ i giả thiết các phần tử chỉ dao động theo phương thẳng đứng.





3.

Yêu cầu:a. Xây dựng phương trình vi phân dao động của hệ thống trên

mặt phẳng thẳng đứng b. Khảo sát và viết phương trình trạng thái cùng hàm truyền đạtc. Vẽ quỹ đạo nghiệm số và khảo sát tình ổn định của hệ thốngd.

Vẽ đặc tính Bode biên độ và phae. Tìm hiểu và tính toán thông số cho các bộ điều khiển PIDf. Khảo sát quá độ của hệ thống khi chưa có bộ điều khiển và khi

bộ điều khiển đã thiết k ế ở (e).





cs1 ks1

ct1 kt1

mu1

q1

Z1

Za

Ct1 .(za-q1)+kt1.(za-q1)

cs1.(za-z1)+ks1.(za-z1)

Za





vớ i :





cs2 ks2

kt3ct3kt2

mu3mu2

ct2

q3q3

2L1

z2

Zb





vớ i :









cs3 ks3

kt5ct5kt4

mu5mu4

ct4

q4q4

2L2

z3

ZC





vớ i :













vớ i :





vớ i :

















Phương trình vi phân chuyển động của hệ có 9 bậc tự do đượ cviết dướ i dạng ma tr ận:

. . . M x K x C x F Véc tơ toạ độ suy r ộng:

Ma tr ận quán tính [M]:





Các phương trình vi phân của hệ:





r ận độ cứng [C]:

r ận cản nhớ t [K]:





F là véc tơ lực kích thích do độ nhấ p nhô của mặt đườ ng:





cs1 ks1

ct1 kt1

mu1

q1

Z1

Za

Ct1 .(za-q1)+kt1.(za-q1)

cs1.(za-z1)+ks1.(za-z1)Za





vớ i :

; k- là một hằng số.

cho k = 1 suy ra :

thay số : ; ; ; ;

ta có :

đặt : =





đặt:

A = ; B = ; C =

Ta được phương trình trạng thái :

Hàm truyền của hệ thống :

G(s)=





suy ra :

G(s)=

Xét tính ổn định của hệ thống :Phương trình đặc trưng :

Tiêu chuẩn Routh bảng Routh:

1 1450

257 0

*K ết luận: Hệ thống ổn định do tất cả các phần tử cột 1 bảngRouth đều dương.





*Qũy đạo nghệm số của hệ thống:>> a=tf([257 1450],[1 257 1450])

Transfer function:

257 s + 1450

------------------

s^2 + 257 s + 1450

>> rlocus(a)

-800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40Root Locus

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s





*Đặc tính Bode biên độ và pha>> a=tf([257 1450],[1 257 1450])

Transfer function:

257 s + 1450

------------------

s^2 + 257 s + 1450

>> bode(a)

-40

-30

-20

-10

0

10

M a g n i t u d e ( d B )

100

101

102

103

104

-90

-45

0

P h a s e (

d e g )

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)





*Khi hệ thống kín chưa có bộ điều khiển:

>> plot(quoc.time,quoc.signals.values)

Ta thấy hệ thống đáp ứng không k ị p.

*Tính toán thông số cho bộ điều khiển PID.(theo phương phápgiải tích) Bài toán: thiết k ế khâu hiệu chỉnh để đáp ứng quá độ của hệ thống sau khi hiệu chỉnh thỏa mãn: POT< 20% ;

(theo tiêu chuẩn 2%).

Step Scope

257s+1450

den(s)

G(s)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7





- Theo yêu cầu thiết k ế ta có:

Chọn: +) Theo tiêu chuẩn 2% ta có:

Chọn:

Hệ số vận tốc

- Hàm truyền bộ điều khiển PID cần thiết k ế:

- Hệ số vận tốc của hệ sau khi hiệu chỉnh:

Suy ra: Phương trình đặc tính của hệ sau khi hiệu chỉnh là:





Để hệ thống có thì phương trình đặctính(1) phải có dạng:

Cân bằng các hệ số hai phương trình (1) và (2) ta có:

vớ i : , giải hệ phương trình ta có:

Vậy hàm truyền của khâu hiệu chỉnh PID cần thiết k ế chính là bộ

PI vì .

-Khảo sát hệ thống kín khi có bộ điều khiển PID:

Step Scope

257s+1450

den(s)

G(s)

1.59s+100

s

G(c)





>> plot(quoc1.time,quoc1.signals.values)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1




Documents

Thiết Kế Môn Học Mô Phỏng Hệ Thống Tự Động