1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
MÔN HỌC
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
PHẦN PHI TUYẾN
KHỐI ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG; ĐO LƯỜNG TH VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ( 4 bài)
thống.
II. CHUẨN BỊ :
Để thực hiện các yêu cầu trong bài thí nghiệm này, sinh viên cần phải chuẩn bị kỹ và hiểu rõ
các khối cơ bản cần thiết trong thư viện của SIMULINK. Sau khi khởi động Matlab 6.5, ta
gõ lệnh simulink hoặc nhấn vào nút simulink trên thanh công cụ thì cửa sổ SIMULINK hiện
ra: 2 thư viện chính áp dụng trong bài thí nghiệm này
Các thư viện con trong

2
Chú ý:
o Sinh viên phải đọc kỹ và chuẩn bị các bài thí
nghiệm (
Bao gồm giải đáp các vấn đề được
gạch chân nêu trong bài).
o Trước khi vào phòng thí nghiệm, cán bộ
hướng dẫn thí nghiệm sẽ kiểm tra bài chuẩn bị
của tất cả các bài thí nghiệm sẽ tiến hành trong
buổi. Sinh viên không có bài chuẩn bị sẽ không
được tiến hành thí nghiệm.
o Phải nộp báo cáo thí nghiệm sau khi thí
nghiệm tối đa 1 tuần.
o Cán bộ hướng dẫn thí nghiệm:
ThS. Nguyễn Việt Dũng, liên hệ:04 38692985
KS. Đoàn Thị Thu Hà, liên hệ: 04 38692985


b. Các khối tải – thiết bị khảo sát ngõ ra (sink):

Khối Mux (ở thư viện Simulink \ Signals Routing) là bộ ghép kênh
nhiều ngõ vào 1 ngõ ra, từ ngõ ra này ta đưa vào Scope để xem nhiều
tín hiệu trên cùng một cửa sổ. Double click vào khối này để thay đổi
số kênh đầu vào (trong mục Number of inputs)

Khối Scope (ở thư viện Simulink \ Sinks) là cửa sổ xem các tín hiệu
theo thời gian, tỉ lệ xích của các trục được điều chỉnh tự động để
quan sát tín hiệu một cách đầy đủ.

Khối XY Graph dùng để xem tương quan 2 tín hiệu trong hệ thống
(quan sát mặt phẳng pha).

c.Các khối xử lý – khối động học :

Khối Sum (ở thư viện Simulink \ Math Operations) là bộ tổng (cộng
hay trừ) các tín hiệu, thường dùng để lấy hiệu số của tín hiệu đặt với
tín hiệu phản hồi. Double click để thay đổi dấu của bộ tổng.

Khối Gain (ở thư viện Simulink \ Math Operations) là bộ tỉ lệ. Tín
hiệu sau khi qua khối này sẽ được nhân với giá trị Gain. Double click
để thay đổi giá trị độ lợi Gain.

Khối Transfer Fcn (ở thư viện Simulink \ Continuous) là hàm truyền
của hệ tuyến tính. Double click để thay đổi bậc và các hệ số của hàm
truyền. Cài đặt các thông số:
_ Numerator : các hệ số của đa thức tử số
_ Denominator : các hệ số của đa thức mẫu soá

KD: hệ số vi phân (derivative term)

II.2. Các bước tiến hành để xây dựng một ứng dụng mới trong SIMULINK:
_ Sau khi khởi động Matlab, gõ lệnh simulink hoặc nhấn vào nút simulink trên thanh công
cụ thì cửa sổ SIMULINK hiện ra (như ở hình vẽ Trang 1)
_ Trong cửa sổ SIMULINK, vào menu File / New để mở cửa sổ cho một ứng dụng mới.
Kích chuột vào các thư viện đã giới thiệu ở mục II.1 để chọn khối cần tìm. Kích chuột trái
vào khối này, sau đó kéo và thả vào cửa sổ
ứng dụng vừa mới tạo ra. Double click vào khối
này để cài đặt và thay đổi các thông số.
_ Có thể nhân số lượng các khối bằng cách dùng chức năng Copy và Paste. Kích chuột trái
nối các ngõ vào / ra của các khối để hình thành sơ đồ hệ thống.
_ Có thể dời một hoặc nhiều khối từ vị trí này đến vị trí khác bằng cách nhấp chuột để chọn
các khối đó và kéo đến vị trí mới. Dùng phím Delete để xóa các phầ
n không cần thiết hay bị
sai khi chọn.
_ Có thể viết chú thích trong cửa sổ ứng dụng bằng cách double click vào một vị trí trống và
gõ câu chú thích vào. Vào menu Format / Font để thay đổi kiểu chữ.
_ Như vậy, mô hình hệ thống đã xây dựng xong. Bây giờ tiến hành mô phỏng hệ thống bằng
cách vào menu Simulation / Simulation Parameters để cài đặt các thông số mô phỏng.
Cửa sổ Simulation Parameters hiện ra như sau:
_ Start time : thời điểm bắt đầu mô phỏng. Mặc định ch
ọn bằng 0.
_ Stop time : thời điểm kết thúc mô phỏng. Giá trị này chọn theo đặc tính của hệ thống. Nếu
hệ thống có thời hằng lớn thì giá trị Stop time cũng phải lớn để quan sát hết thời gian quá độ
của hệ thống.
_ Các thông số còn lại chọn mặc định như ở hình kế bên.
_ Chạy mô phỏng bằng cách vào menu Simulation / Start. Khi thời gian mô phỏng bằng giá
trị Stop time thì quá trình mô phỏng dừng lạ
i. Trong quá trình mô phỏng, nếu ta muốn dừng

s
zoh
X

Đối tượng
1
(1)
+
ss

T=1
Y Thời gian lấy mẫu T=1s
Phương pháp giữ mẫu bậc 0 : 'ZOH' ZERO ORDER HOLD
- Xác định hàm truyền của hệ thống xung hở

1
−
−
s
T
e
s
zoh
T=1


>>G=tf(1,[1 1 0])
>>G1=c2d(G,1,'zoh')
>>Gk=feedback(G1,1)
>>step(Gk)
>>impulse(Gk)

5
2. Khảo sát tính ổn định của hệ thống xung số
a. Nội dung
- Cho một hệ thống điều khiển số như sau

1
−
−
s
T
e
s
zoh
X

- Thay trị số K
gh
vào hệ thống và kiểm tra quá trình quá độ trong hệ thống kín
- Chỉnh định K để hệ thống ổn định và có quá trình quá độ đạt các chỉ tiêu chất
lượng

b. Chương trình

>>G=tf(1,[1 1 0])
>>G1=c2d(G,0.1,'zoh')
>>rlocus(G1); hold on
>>x=[-1 :0.01:1]; y=sqrt(1-x.^2);
>>plot(x,y,x,-y)
>>[K,p]=rlocfind(G1)
>>Gk=feedback(K*G1,1)
>>hold off
>>step(Gk,10)

YÊU CẦU VIẾT BÁO CÁO
- Vẽ sơ đồ của hệ thống điêu khiển số, sơ đồ của hệ thống xung hở và hệ thống
xung kín

a
-a
y
-b b
x x
c. Khâu rơle 2 vị trí lý tưởng d. Khâu rơle 2 vị trí có trễ

y
a
-a
y
a
-a
-b b
x
x
e.Khâu rơle 3 vị trí lý tưởng Khâu rơle 3 vị trí có trễ

x
y
-b

vị trí có trễ
Khâu rơ le
3 vị trí lý
tưởng
Khâu rơ le 3
vị trí có trễ
a b a a b a b a b c
Nhóm 1 1 0.5 1.5 1.5 0.5 1.5 0.5 1.5 0.5 1
Nhóm 2 2 1 2.5 2.5 1 2.5 1 2.5 1 2
Nhóm 3 1.5 1.5 1 1 1.5 1 1.5 1 1.5 3
Nhóm 4 2.5 2 2 2 1 2 1 2 1 2
Nhóm 5 0.5 2.5 0.5 1.5 0.5 1 1.5 1 1.5 2.5
2.Nội dung
a. Thành lập mô hình của các khâu phi tuyến cơ bản
b. Khảo sát quan hệ vào ra của các khâu phi tuyến và ghi lại các đặc tính phi tuyến điển
hình ( có tín hiệu vào là hình sin hoặc răng cưa)

7
3.Báo cáo thí nghiệm
- Vẽ sơ đồ khối của các khâu phi tuyến tính cơ bản
- Vẽ đặc tính của các khâu phi tuyến tính cơ bản

II. PHƯƠNG PHÁP MẶT PHẲNG PHA
1.Mục đích
Áp dụng phương pháp mặt phẳng pha để phân tích các hệ thống tuyến tính và phi tuyến.

2.Nội dung
a. Khảo sát quĩ đạo pha của một hệ thống tuyến tính bậc 2 có sơ đồ như sau:

Sơ kiện: x

3.Báo cáo thí nghiệm
a. Vẽ sơ đồ khối và vẽ quĩ đạo pha của hệ thống tuyến tính trong các trường hợp :
- Hệ thống ổn định, ở biên giới ổn định và không ổn định
- Nhận xét kết qu
ả
b. Vẽ sơ đồ khối và quĩ đạo pha của hệ thống phi tuyến tính trong các trường hợp :
g. F(x) là khâu rơ le hai vị trí
h. F(x) là khâu rơ le hai vị trí có trễ
i. F(x) là khâu rơ le ba vị trí
j. F(x) là khâu rơ le ba vị trí có trễ

8
k. Nhận xét kết quả

BI TH NGHIM S 3.
HIệU CHỉNH Hệ THốNG PHI TUYếN và Hệ THốNG điều khiển tối u
tác động nhanh

Phần 1. Hiệu chỉnh hệ phi tuyến
1.Mc ớch
p dng phng phỏp mt phng pha phõn tớch v hiu chnh h thng phi tuyn cú s
sau
1
s
1
s
F(x)
K
x
1

K=0,1)
o. F(x) l khõu r le hai v trớ hiu chnh bng mch phn hi cc b tuyn tớnh ( cho K
tng dn) v ch trt
p. F(x) l khõu r le hai v trớ cú trhiu chnh bng mch phn hi cc b tuyn tớnh (
ch t dao ng)
c. Xỏc nh on qu
o pha tng ng vi ch trt

Phần II. Hệ THốNG điều khiển tối u tác động nhanh
1.Ni dung
S h thng iu khin ti u tỏc ng nhanh x
2
1
s
1
s
u
1
-1

.
22
2
x
x
y =


- vé quĩ đạo pha với các sơ kiện đã cho
- Vẽ đặc tính quá độ và kết luận về
thời gian của quá trình quá độ trong hệ thống tối ưu tác
động nhanh và so sánh với thời gian quá độ của hệ thống phi tuyên có mạch phản hồi cục bộ
tuyến tính ( cùng sơ kiện)
BÀI THÍ NGHIỆM PHI TUYẾN SỐ 4
BỘ ĐIỀU KHIỂN GAIN-SCHEDULING PHẢN HỒI TRẠNG THÁI GÁN ĐIỂM CỰC

1. Mục đích
Tìm hiểu và mô phỏng việc thiết kế bộ điều khiển Gain-scheduling theo phương pháp phản
hồi trạng thái gán điểm cực cho hệ phi tuyến.
2. Nội dung
Cho hệ phi tuyến được mô tả bởi hệ phương trình trạng thái sau:
()
()
1
12
1
,
1
3
x
eu
dx
fxt
dt
xx


10
Hớng dẫn sử dụng các bài thí nghiệm dùng simulink

Bài 1. Cách lập sơ đồ trong simulink để khảo sát các đặc tính của các khâu phi tuyến
điển hình

1.Khõu bóo ho 2.
Khõu cú khe h 3.
Khõu rle 2 v trớ lý tng

4.
Khõu rle 2 v trớ cú tr

5.

3,
v
x
vv=
. Khi đó hệ có thể tham số hóa
như sau:
() ()
(
)
(
)
3
,3, 3
v
ovv
uv e yv vxv vv
−
=− = = ,
.

12
- Mặt khác:
1
1
0
,
0
13
x
e

dx
xu
dt
−
⎡⎤
−
⎡⎤
=+
⎢⎥
⎢⎥
−
⎣⎦
⎣⎦

- Ta có
() ()
(
)
0
3
3
3, 3,
1
v
uv yv xv
e
vvv
−
∂∂∂
⎡

v
e
sI K s s
eKK
−
−
⎧
⎛⎞
⎡⎤
−
⎡⎤
−−=+
⎪
⎜⎟
⎢⎥
⎢⎥
⎜⎟
−
⎪⎣⎦
⎣⎦
⎝⎠
⎨
⎡⎤
⎪
=+
⎢⎥
⎪
⎣⎦
⎩
)

(
)
(
)
(
)
()
()
()
()
()
()
()
()
()
()
22
02 3
1
33
2
33
1
33
212
3
15 5 0
15 3 5 3
15 3 5 3
vv

dx2/dt
dx1/dt
e(-3*x2)
y
w
To Workspace1
w
To Workspace
y
Step
Sine Wave
Scope
Product
Math
Function 1
e
u
Math
Function
e
u
Manual Switch
Integrator 1
1
s
Integrator
1
s
Gain 3
15

0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
t
Dap ung he thong

b. Tín hiệu đầu vào hình sin
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
t
Dap ung he thong

4. Nhận xét kết quả
- Sai lệch tĩnh tồn tại do phương pháp thiết kế là cho hệ đã được tuyến tính hóa xung
quanh điểm làm việc.
-
Thay đổi điểm cực để xem đáp ứng thay đổi ra sao. 14