daiary_kute_evil
New Member
Download miễn phí Đồ án Phương pháp thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ DC theo đáp ứng tần số
Từ những biểu đồ Bode trên, chúng ta thấy rằng độ dự trữ pha có thể đạt được lớn hơn khoảng 600 ( đáp ứng pha khoảng -1200 ) nếu tần số w < 10 rad/s. Hãy thêm một khâu tỉ lệ vào hệ thống để tần số cắt biên là 10 rad/s và trong đó sẽ cho chúng ta độ dự trữ pha khoảng 60o . 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
-40 dB hay 0,01 về độ lớn). Lệnh Bode được gọi cùng với các đối số bên trái cũng có thể được sử dụng để cung cấp cho bạn những thông số chính xác về độ lớn:
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
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
Tóm tắt nội dung tài liệu:
LỜI NÓI ĐẦULý 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.
Em xin chân thành Thank 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
FNHIỆM 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:
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
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 =
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:
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;
p=0.1;
numa=[1 z];
dena=[1 p];
numb=conv(num,numa);
denb=conv(den,dena);
bode(numb,denb)
Rerun the file and you will get this plot:
The phase margin looks good. The steady-state error is predicted to be about 1/40dB or 1%, as desired. Close the loop and look at the step response. Add the following lines of code to the end of you m-file and rerun.
[numc,denc]=cloop(numb, denb, -1);
t=0:0.01:10;
step(numc,denc,t)
Now you have a step response that meets the design requirements. The steady-state error is less than 1%, the overshoot is about 5%, and the settling time is about 2 seconds.
***********************************************************************
**BẢN DỊCH TIẾNG VIỆT NHƯ SAU:
Ví Dụ: Về Phương Pháp Thiết Kế Bộ Điều Khiển Cho Tốc Độ Động Cơ DC Theo Cách Đáp Ứng Tần Số.
Những vấn đề chính:
Vẽ biểu đồ Bode.
Thêm vào khâu tỉ lệ.
Vẽ đáp ứng vòng lặp kín.
Thêm vào một khâu hiệu chỉnh trể pha.
Từ những vấn đề chính ở trên, các phương trình động lực học ta có hàm truyền vòng hở của tốc độ động cơ DC là:
(Đối với ví dụ này, chúng tui sẽ giả định các giá trị sau cho các tham số vật lý. Những giá trị này được bắt nguồn từ thực nghiệm của một động cơ thực sự trong phòng thí nghiệm điều khiển học của Carnegie Mellon. * Mômen quán tính của rotor (J) = 0,01 kg.m ^ 2 / s ^ 2 * Hệ số ma sát của các bộ phận cơ khí (b) = 0.1 NMS *Hằng số điện động (K = Ke = Kt) = 0.01 Nm / Amp * Điện trở dây quấn (R) = 1 ohm * Hệ số tự cảm (L) = 0,5 H * (V): điện áp đặt lên cuộn dây của motor * Góc (theta): vị trí của trục quay (ngõ ra của mô hình)
*I là dòng 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:
Với : Controller là bộ điều khiển, Plant là đối tượng điều khiển.
Đối với những vấn đề được thiết lập ban đầu và dẩn xuất của các phương trình trên xin tham khảo phần mô phỏng động cơ DC.
Với tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị 1 rad/s, tiêu chuẩn cần thiết kế là:
+ Thời gian xác lập : ts< 2s
+Độ vọt lố: POT< 5%.
+Sai số xác lập: exl <1%.
Mở 1 file mới trong phần mềm matlab và gõ các lệnh sau đây vào cửa sổ lệnh (tham khảo các vấn đề chính chi tiết về việc viết các lệnh):
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)];
*Bước 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. Thêm vào hệ thống một khâu hiệu chỉnh phù hợp để thay đổi biểu đồ Bode của vòng hở, do đó làm thay đổi các đáp ứng vòng kín.Nhưng trước tiên hãy vẽ ...