Bài giảng Cơ sở tự động - Thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ThS. NGUYỄN XUÂN NGUYÊN THIẾT KẾ = Bổ sung Phần cứng Phần mềm → Hệ thống ⇓ Nhằm mục đích Vào Thỏa mãn các yêu cầu Ổn định Đáp ứng quá độ Sai số xác lập I. KHÁI NIỆM Cách phổ biến nhất là thêm bộ điều khiển nối tiếp với hàm truyền của hệ hở, phương pháp này gọi là hiệu chỉnh nối tiếp. Bộ điều khiển được sử dụng có thể là bộ hiệu chỉnh sớm pha, trễ pha, sớm-trễ pha, PD, PI, PID,… I. KHÁI NIỆM C(s) G(s) R(s) Hệ thống trước khi hiệu chỉnh Hệ thống sau khi hiệu chỉnh nối tiếp I. KHÁI NIỆM II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK Hàm truyền Biểu đồ Bode 1 1 1 += >+SF c TsG ( s) K ( ) Ts α α 1. Hiệu chỉnh sớm pha ( ) 1 1 1 1 20 − ⎧ =⎪⎪ −⎪ ⎛ ⎞=⎨ ⎜ ⎟+⎝ ⎠⎪⎪ =⎪⎩ max m ax m c T sin L lg K ω α αϕ α α ⇒ NHẬN XÉT - Do ϕ(ω) > 0 với mọi ω ⇒ Tín hiệu ra luôn SỚM PHA hơn tín hiệu vào. - Khâu hiệu chỉnh sớm pha mở rộng băng thông của hệ thống. ⇒ # Cải thiện đáp ứng quá độ # Nhạy với nhiễu tần số cao II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK 2. Hiệu chỉnh trễ pha Hàm truyền 1 1 1 += <+TF c TsG ( s) K ( ) Ts α α Biểu đồ Bode ⇒ ( ) 1 1 1 1 20 − ⎧ =⎪⎪ −⎪ ⎛ ⎞=⎨ ⎜ ⎟+⎝ ⎠⎪⎪ =⎪⎩ m in m in m c T sin L lg K ω α αϕ α α II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK NHẬN XÉT - Do ϕ(ω)< 0 với mọi ω ⇒ Tín hiệu ra luôn TRỄ PHA hơn tín hiệu vào. - Khâu hiệu chỉnh trễ pha thu hẹp băng thông của hệ thống. ⇒ # Giảm sai số xác lập # Chậm đáp ứng quá độ II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK 3. Hiệu chỉnh sớm-trễ pha Hàm truyền 1 1 2 2 1 2 1 1 1 1 = ⋅ + += ×+ + STF TF SF c G ( s ) G ( s ) G ( s ) T s T sK T s T s α α 1 2 1 1 2 2 1 1 1 1 ⎧⎪⎪⎨⎪ <⎪⎩ , T T α α α α Với điều kiện: II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK Biểu đồ Bode II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK NHẬN XÉT - Khâu hiệu chỉnh sớm-trễ pha hạn chế băng thông ở tần số trung bình, mở rộng băng thông ở tần số thấp và tần số cao. ⇒ # Giảm sai số xác lập# Cải thiện đáp ứng quá độ Như vậy, khâu HCSTF kết hợp các ưu điểm của khâu HCSF và khâu HCTF. II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK 4. Hiệu chỉnh PD Hàm truyền 1 = + = + PD P D P D G ( s ) K K s K ( T s ) Với = DD P KT K II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK Biểu đồ Bode ⇒ 090 = +∞⎧⎪ =⎨⎪ = +∞⎩ max m ax mL ω ψ ⇒ Khâu PD có đặc điểm của khâu HCSF # Cải thiện đáp ứng quá độ # Nhạy với nhiễu tần số cao II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK 5. Hiệu chỉnh PI Hàm truyền 1 = + += I PI P I I KG ( s ) K s T sK s Với = PI I KT K Biểu đồ Bode ⇒ 0 0 90 =⎧⎪ = −⎨⎪ = +∞⎩ min m in mL ω ψ ⇒ Khâu PI có đặc điểm của khâu HCTF # Giảm sai số xác lập # Chậm đáp ứng quá độ II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK 6. Hiệu chỉnh PID Hàm truyền 1 1 = + + + += I PID P D I D KG ( s ) K K s s (T s )(T s )K s Với >I DT T Biểu đồ Bode ⇒ Khâu PID có đặc điểm của khâu HCSTF # Giảm sai số xác lập # Cải thiện đáp ứng quá độ II. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BĐK