10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 1
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Giảng viên: Huỳnh Thái Hoàng
Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Điện – Điện Tử
Đại học Bách Khoa TP.HCM
Email: [email protected]
Môn học
Môn học
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC
ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC
Chương 5
Chương 5
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 3
 Khái niệm
 Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ
thống
 Thiết kế hệ thống dùng phương pháp QĐNS
 Thiết kế hệ thống dùng phương pháp biểu đồ Bode
 Thiết kế hệ thống dùng phương pháp phân bố cực
 Thiết kế bộ điều khiển PID
Nội dung chương 5
Nội dung chương 5
10 April 2006 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 4
Khaùi nieäm
Khaùi nieäm
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 5

 Bộ điều khiển:
)()()( ttrtu Kx
−
=
[
]
n
kkk K
21
=
K
u(t)
C
c(t)
)()()( tutt B
A
x
x
+
=
&
x(t)
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 8
Ảnh hưởng của các khâu
Ảnh hưởng của các khâu
hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống
hiệu chỉnh đến chất lượng của hệ thống
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 9
 Khi thêm 1 cực có phần thực âm vào hàm truyền hệ hở thì
QĐNS của hệ kín có xu hướng tiến về phía trục ảo, hệ thống sẽ

Tj
Tj
KjG
CC
+
+
=
1
1
)(






+
−
=
−
1
1
sin
1
max
α
α
ϕ
α
ω

Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh trể pha
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh trể pha
 Đặc tính tần số:
ω
ω
α
ω
Tj
Tj
KjG
CC
+
+
=
1
1
)(






+
−
=
−
1
1
sin

Ts
Ts
KsG
CC
 Hàm truyền:
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 13
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm trể pha
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh sớm trể pha
 Khâu sớm trể pha cải thiện đáp ứng quá độ, giảm sai số xác lập.
)1,1(
1
1

1
1
)(
21
2
22
1
11
><









)(
 Hàm truyền:
 Trong đa số các trường hợp hệ số tỉ lệ càng lớn độ vọt lố càng
cao, hệ thống càng kém ổn đònh.
 Thí dụ: đáp ứng
của hệ thống hiệu
chỉnh nối tiếp dùng
bộ điều khiển tỉ lệ
với hàm truyền đối
tượng là:
)3)(2(
10
)(
++
=
ss
sG
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 15
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD)
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ (PD)
 Biểu đồ Bode
 Hàm truyền:
)1()( sTKsKKsG
DPDPC
+
=
+=
 Khâu hiệu chỉnh PD là một
trường hợp riêng của khâu hiệu
chỉnh sớm pha, trong đó độ

P
I
PC
+=+=
 Khâu hiệu chỉnh PI là một
trường hợp riêng của khâu hiệu
chỉnh trể pha, trong đó độ lệch
pha cực tiểu giữa tín hiệu ra và
tín hiệu vào là ϕ
min
=−90
0
,
tương ứng với tần số ω
min
=0.
 Khâu hiệu chỉnh PI làm tăng
bậc vô sai của hệ thống, tuy
nhiên cũng làm cho hệ thống có
vọt lố, thời gian quá độ tăng lên
 Biểu đồ Bode
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 18
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)
 Chú ý: Thời hằng tích phân càng nhỏ độ vọt lố càng cao
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 19
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID)
Ảnh hưởng của khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID)
 Biểu đồ Bode:
 Khâu hiệu chỉnh PID:

1
1
1)( +








+=⇔
10 April 2006 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20
So saùnh caùc khaâu hieäu chænh PD. PI. PID
So saùnh caùc khaâu hieäu chænh PD. PI. PID
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 21
Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số
dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 22
Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha
Trình tự thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha
dùng QĐNS
dùng QĐNS
 Bước 2: Xác đònh góc pha cần bù để cặp cực quyết đònh nằm
trên QĐNS của hệ thống sau khi hiệu chỉnh bằng công thức:
*
2,1
s

1
)( ssG cực đến của zero cáctừ góc
)1(
)/1(
)/1(
)( >
+
+
=
α
α
Ts
Ts
KsG
CC
Khâu hiệu chỉnh cần thiết kế



độ, quá gian Thời
POT lo
á
vọt Độ



⇒
n
ω
ξ

=
=ss
C
sGsG
10 April 2006 © H. T. Hồng - ÐHBK TPHCM 24
Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS
Thí dụ thiết kế khâu hiệu chỉnh sớm pha dùng QĐNS
 Yêu cầu: thiết kế khâu hiệu chỉnh G
C
(s) để đáp ứng quá độ của
hệ thống sau khi hiệu chỉnh thỏa: POT<20%; tqđ < 0,5 sec (tiêu
chuẩn 2%).
R(s)
+
−
C(s)
G
C
(s)
)5(
50
+ss
 Giải:
)1(
)/1(
)/1(
)( >
+
+
=

6,12.0ln
1

2
−=<
−
−⇒
ξ
ξ
π
45,0 >⇒
ξ
707,0=
ξ
Chọn
5,0
4
<=
n
t
ξω
qđ
ξ
ω
×
>⇒
5,0
4

n