ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
MỤC LỤC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC....................................................................................................1
MỤC LỤC..................................................................................................................2
Số đề: 04.....................................................................................................................3
Cho đối tượng điều khiển là quạt gió cánh phẳng. Đầu vào hệ thống là điện
áp U(t) đặt lên động cơ, đầu ra của hệ thống là góc tạo thành giữa cánh nhôm và
trục thẳng đứng . ........................................................................................................3
Số liệu như sau:..........................................................................................................3
Yêu cầu thiết kế điều khiển:.......................................................................................4
Trình bày phương pháp nhận dạng lý thuyết và thực nghiệm. So sánh ưu nhược
điểm của hai phương pháp trên..................................................................................4
A. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM .ƯU
NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI PHƯƠNG PHÁP............................................................5
I. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG LÝ THUYẾT...................................................5
1.1 Các bước nhận dạng lý thuyết......................................................................5
1.2 Nhận biết các biến quá trình................................................................................6
1.3. Xây dựng các phương trình mô hình...................................................................6
1.4. Phân tích bậc tự do của mô hình.........................................................................6
1.5 Tuyến tính hóa tại điểm làm việc .......................................................................7
2. Sử dụng biến chênh lệch và phép khai triển chuỗi Taylor: Đa năng, thông
dụng ,giả thiết cố định................................................................................................7
II .NHẬN DẠNG THỰC NGHIỆM..........................................................................7
2.1. Các yếu tố cơ bản của nhận dạng........................................................................8
2.2. Các bước tiến hành.............................................................................................8
2.3. Phân loại các phương pháp nhận dạng...............................................................9
2.4. Đánh giá và kiểm chứng mô hình....................................................................10
2.5. Lựa chọn phương pháp nhận dạng...................................................................10

TT U(t)
)t(
ψ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
-1
-1
1
1
0.02
0.02
1.66
3.643
3.609
3.463
3.535
3.095
3.333

10
11
12
13
14
15
16
17
18
18
20
1
1
1
1
1
1
-1
1
-1
1
-1
4.014
4.553
4.946
4.916
4.884
5.114
5.078
4.599

4.558
4.846
5.088
5.254
5.198
4.881
Giả thiết quan hệ giữa góc quay và điện áp là
1U2
+=ψ
Yêu cầu thiết kế điều khiển:
- Trình bày phương pháp nhận dạng lý thuyết và thực nghiệm. So sánh ưu nhược
điểm của hai phương pháp trên.
- Xác định mô hình toán học của quạt gió cánh phẳng với các số liệu đã cho bằng
phương pháp ước lượng tham số ARX.
- Lựa chọn tham số cho bộ PID.
- Mô phỏng, Giải thích các kết quả thu được.
GVHD: Phạm Thị Thanh Loan Sinh viên: Bùi Thanh Liêm
4
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
A. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM .ƯU
NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI PHƯƠNG PHÁP
I. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG LÝ THUYẾT
1.1 Các bước nhận dạng lý thuyết
Phương pháp này còn gọi là mô hình hóa vật lý đi từ các định luật cơ bản của vật lý
và hóa học kết hợp với các thông số kỹ thuật của thiết bị công nghệ, kết quả nhận được là
các phương trình vi phân (thường hoặc đạo hàm riêng) và phương trình đại số.
1. Phân tích bài toán mô hình hóa
Tìm hiểu lưu đồ công nghệ, nêu rõ mục đích sử dụng của mô hình, từ đó xác định
mức độ chi tiết và độ chính xác của mô hình cần xây dựng.
Phân chia thành các quá trình con,

tham số quá trình. Liệt kê các giả thiết liên quan tới xây dựng mô hình nhằm đơn giản hóa
mô hình.
Phân biệt giữa tham số công nghệ và biến quá trình
Nhận biết các biến ra cần điều khiển theo mục đích điều khiển thường là áp suất,
nồng độ, mức.
Nhận biêt các biến điều khiển tiềm năng: thường là lưu lượng, công suất nhiệt (can
thiệp được qua van điều khiển, qua thay đổi điện áp, v.v…)
Các biến nhiễu quá trình.
1.3. Xây dựng các phương trình mô hình
Viết các phương trình cân bằng và các phương trình cấu thành
Các phương trình cân bằng có tính chất nền tảng, viết dưới dạng dạng phương trình
vi phân hoặc phương trình đại số, được xây dựng trên cơ sở các định luật bảo toàn vật chất,
bảo toàn năng lượng và các định luật khác.
Các phương trình cấu thành liên quan nhiều tới quá trình cụ thể, thường được đưa ra
dưới dạng phương trình đại số.
Đơn giản hóa mô hình bằng cách thay thế, rút gọn và đưa về dạng phương trình vi
phân chuẩn tắc.
Tính toán các tham số của mô hình dựa trên các thông số công nghệ đã được đặc tả.
1.4. Phân tích bậc tự do của mô hình
Bài toán mô phỏng:
Cho mô hình + các đầu vào + các trạng thái ban đầu.
Xác định (tính toán) diễn biến đầu ra.
Đưa về bài toán giải các phương trình mô hình theo các biến đầu ra độc
lập .
GVHD: Phạm Thị Thanh Loan Sinh viên: Bùi Thanh Liêm
6
Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Vấn đề: Các phương trình mô hình đã mô tả đủquan hệ giữa các biến quá trình hay
chưa?
Nếu thiếu: Số phương trình ít hơn số biến ra độc lập, hệ phương trình có vô số

Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
biểu diễn đặc tính tĩnh và đặc tính quá độ của một hệ thống từ đáp ứng của nó với một tín
hiệu đầu vào xác định, ví dụ hàm bậc thang, một xung hoặc nhiễu ồn trắng...
2.1. Các yếu tố cơ bản của nhận dạng
1. Số liệu vào/ra thực nghiệm:
- Xác định như thếnào? Trong điều kiện nào?
- Dạng nhiễu (nhiễu quá trình, nhiễu đo), độ lớn của nhiễu?
2. Dạng mô hình, cấu trúc mô hình
- Mô hình phi tuyến/tuyến tính, liên tục/gián đoạn hàm truyền đạt/không gian trạng
thái, …
- Bậc mô hình, thời gian trễ
3. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mô hình
- Mô phỏng và so sánh với sốliệu đo như thếnào?
4. Thuật toán xác định tham số
- Rất đa dạng -> thuật toán nào phù hợp với bài toán nào?
2.2. Các bước tiến hành
1.Thu thập, khai thác thông tin ban đầu về quá trình ví dụ biểu diễn quá trình quan
tâm, các phương trình mô hình từ phân tích lý thuyết, các điều kiện biên và các giả thiết
liên quan.
2. Lựa chọn phương pháp nhận dạng (trực tuyến/ ngoại tuyến, vòng hở/vòng kín,
chủ động/bị động, thuật toán nhận dạng, ...) thuật toán ước tham số và tiêu chuẩn đánh giá
chất lượng mô hình
3. Lấy số liệu thực nghiệm cho từng cặp biến vào/ra, xửlý thô các số liệu nhằm loại
bỏ những giá trị đo kém tin cậy.
4. Kết hợp yêu cầu về mục đích sử dụng mô hình và khả năng ứng dụng của phương
pháp nhận dạng đã chọn quyết định về dạng mô hình (phi tuyến/tuyến tính, liên tục/gián
đoạn) đưa ra giả thiết ban đầu về cấu trúc mô hình bậc tử số của hàm truyền đạt có hay
không có trễ.
5. Xác định các tham số của mô hình theo phương pháp/thuật toán đã chọn. Nếu tiến
hành theo từng mô hình con ( ví dụ từng kênh vào /ra, từng khâu trong quá trình) thì sau đó

tuyến và liên tục hoặc phục vụ tối ưu hóa thời gian thực hệ thống điều khiển, các
tham số cần cập nhật liên tục.
- Nhận dạng ngoại tuyến (off-line): Mô hình được tính toán tách biệt với quá trình thu
thập dữ liệu .
2.4. Đánh giá và kiểm chứng mô hình
1.Tốt nhất:Bộ số liệu phục vụ kiểm chứng khác bộ số liệu phục vụ ước lượng mô
hình.
2. Đánh giá trên miền thời gian.
3. Đánh giá trên miền tần số .
2.5. Lựa chọn phương pháp nhận dạng
1.Quá trình cho phép nhận dạng chủ động và đối tượng có thể xấp xỉ mô hình
FOPDT (hoặc có thể có thêm thành phần tích phân):
- Phương pháp hai điểm qui chiếu theo đơn giản và dễ áp dụng trực quan nhất,
- Nếu có nhiễu đo và thuật toán được thực hiện trên máy tính thì phương pháp diện
tích cho kết quả chính xác hơn.
2. Quá trình cho phép nhận dạng chủ động và phương pháp thiết kế điều khiển
sửdụng trực tiếp mô hình gián đoạn:
- Nên chọn các phương pháp ước lượng dựa trên nguyên lý bình phương tối thiểu áp
dụng cho mô hình phù hợp với bài toán điều khiển (FIR, ARX, ARMAX,…).
3. Quá trình không cho phép nhận dạng chủ động vòng hở:
- Phương pháp nhận dạng dựa trên phản hồi rơ-le và các phiên bản cải tiến tỏ ra
tương đối đa năng và đặc biệt phù hợp cho thiết kế điều khiển trên miền tần số.
- Nếu chất lượng mô hình cần cao hơn thì nên áp dụng các phương pháp bình
phương tối thiểu.
4. Quá trình hoàn toàn không cho phép nhận dạng chủ động:
GVHD: Phạm Thị Thanh Loan Sinh viên: Bùi Thanh Liêm
10