1

Báo cáo TN SCTĐ
_
N
hóm
A
05
_
To
2
_
B
ài
1

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỞ TỰ ĐỘNG

Nhóm : A05 To : 2
1) Mai Ngọc Cường 40900301
2) Nguyen Văn Bon Đạt 40900538
3) Lê Ngọc Đức 40900632

BÀI THÍ NGHIỆM 1PHẦN A: ỨNG DỤNG MATLAB PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
III.1 Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống:
A
05
_
To
2
_
B
ài
1Transfer function:
1
-
s

>> H1=tf([1 2],1)

Transfer function:
s + 2

>> G=(G1+G3)*feedback(G2,H1) %hàm truyen vòng hở

Transfer function:
2 s^3 + 9 s^2 + 15 s

2 s^5 + 20 s^4 + 70 s^3 + 124 s^2 + 120 s

>> Gk=feedback(G,1) %hàm truyen vòng kı́n hoi tiep âm



s^3 + 8.2 s^2 + 21.6 s + 4

>> bode(G,{0.1,100}) %vẽ bieu đo Bode trong khoảng tan so 0.1 đen 100

-Từ biểu đồ Bode ta thấy hệ có:
Tần số cắt biên = 0.455 rad/s Tần số cắt pha = 4.65 rad/s
Độ dự trữ biên GM = 24.8 dB Độ dự trữ pha PM = 103
o

-Hệ thống kín ổn định vì GM>0 và PM>0
>> Gk=feedback(G,1) % khai báo hệ kı́n

Transfer function:
10

*Với K = 400
>> G=tf(400,conv([1 0.2],[1 8 20])); % open-loop
>> bode(G,{0.1,100}) %Bode diagram
5

Báo cáo TN SCTĐ
_
N
hóm
A
05
_
To
2
_
B
ài
1

Ta thấy hệ có GM và PM <0, do đó hệ kín không ổn định.
>> Gk=feedback(G,1); %close-loop

Báo cáo TN SCTĐ
_
N
hóm
A
05
_
To
2
_
B
ài
1

*Với K=400

1

s^3 + 11 s^2 + 44 s + 60

>> rlocus(G) %vẽ QĐNS Cho cực hệ kín nằm trên trục ảo –ranh giới giữa ổn định và bất ổn , ta thấy tại đó K
gh
= 424.
-Tı̀m K đe hệ có tan so dao động tự nhiên n= 4
Ta thấy có 3 giá trị của K để hệ có tần số dao động tự nhiên n= 4, đó là K = 3.98, 4.03 và 51.6 8

Báo cáo TN SCTĐ
_


Khi K = 20 hệ có ξ=0.7 và khi K = 76.7 hệ có POT=25%
-Tı̀m K đe hệ có thờ i gian xác lập t
xl
(2%) = 4s
Ta có t
xl
(2%)=4/ξ
n
⇔ ξ
n
= 1
Ta thay tại ξ = 0.191 thı̀ 
n
=5.13, tı́ch củ a chú ng ≈ 1, giá trị K là 178

9

Báo cáo TN SCTĐ
_
N

>> G=tf(424,conv([1 3],[1 8 20]))

Transfer function:
424

s^3 + 11 s^2 + 44 s + 60

>> Gk=feedback(G,1)

Transfer function:
424

s^3 + 11 s^2 + 44 s + 484

>> step(Gk)

10

Báo cáo TN SCTĐ
_
N
hóm
A
05
_
To
2
_
B
ài

05
_
To
2
_
B
ài
1

Xem trên đáp ứng nấc ta thấy POT=20.8%, giá trị này <25% là do giai đoạn quá độ còn bị chi phối bởi thêm
một cực thực, vì hệ thống ta đang khảo sát có bậc 3.
Ta thấy giá trị xác lập là 0.561 => e
xl
= 1 – 0.561 = 0.439
c) Khi K = 178
>> G=tf(178,conv([1 3],[1 8 20]));
>> Gk=feedback(G,1);
>> step(Gk,5)

1

PHẦN B: ỨNG DỤNG SIMULINK MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
III.1 Khảo sát mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ:
III.1.a Khảo sát hệ hở theo mô hình Zieger-Nichols:
Ta xây dự ng mô hı̀nh trên Simulink như sau:

Mô phỏng khi ngõ vào là hàm nac đơn vị:
13

III.1.b Khảo sát mô hình điều khiển nhiệt độ ON-OFF:
Ta xây dự ng mô hı̀nh sau trên Simulink: -Tı́nh sai so ngõ ra so vớ i tı́n hiệu đặt và thờ i gian đóng ngat ứ ng vớ i các trườ ng hợ p củ a khâu relay:
Vùng trễ



−
∆


Chu kì đóng ngắt
(s)

+1/
-
1

4.1

-
1.4

30.23

-
22

170.23*Nhận xét: ta thấy vùng trễ càng lớn thì sai số ngõ ra càng lớn, tức giá trị ngõ ra dao động quanh vị trí đặt
với biên độ càng lớn, và chu kì đóng ngắt càng lâu.

14

Báo cáo TN SCTĐ
_
N
hóm
A
05
_
To
2
_
B
ài
1

-Quá trı̀nh quá độ củ a vù ng tre(+5/-5):
d
theo L, T, K:
Ta đã có: L ≈ 18, T≈ 177, K=300
Tı́nh đượ c: K
p
= 1.2T/LK = 0.0393
K
i
= K
p
/2LK = 3.642*10
-6

K
d
= 0.5K
p
L/K = 1.18*10
-3
∆
e1

−
∆
e215

Báo cáo TN SCTĐ

III.2 Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ, vị trí động cơ DC:
III.2.a Khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ DC:
-Ta xây dự ng mô hı̀nh sau trên Simulink: a) Bộ đieu khien P:
K
p

1

10

20

50

100

POT
(%)

1.55


0.52

0.64

0.65
16

Báo cáo TN SCTĐ
_
N
hóm
A
05
_
To
2
_
B
ài
1

b) Bộ đieu khien PI( K
P
=2, K
D
=0):
K


0

0

0

t
xl
(s)

31

3.07

0.53

0.7

2.62c) Bộ đieu khien PID( K
P
=2, K
I
=2):
K
D



0

0

t
xl
(s)

2.61

2.62

2.87

3.7

7.55III.2.b Khảo sát mô hình điều khiển vị trí động cơ DC:
-Ta xây dự ng mô hı̀nh sau trên Simulink:
a) Bộ đieu khien P:
K

0.2

0.131.9

4.4

1.9

2.1

3
b) Bộ đieu khien PI( K
P
=2, K
D
=0):
K
I

0.1

0.5

0.8


t
xl
(s)

10.1

12

9.6

11.2
c) Bộ đieu khien PID( K
P
=2, K
I
=1):
K
D

0.1

0.2

0.5

0.8

6.4

6.35

7

7