Download miễn phí Đồ án Bài toán thiết kế hệ thống
Mục lục
Chương I: Phát biểu bài toán thiết kế và nêu các bước thiết kế . 1
1.1.Đặt vấn đề . 1
1.2.Bài toán thiết kế và các bước thiết kế hệ thống: . 2
Chương II: Mô hình hóa đối tượng điều khiển. 5
2.1 Xây dựng mô hình toán học cho đối tượng điều khiển:. 5
2.1 Xây dựng hàm truyền đạt từ đặc tính quá độ h(t) hay hàm trọng lượng g(t). 8
Chương III: Phương pháp thiết kế truyền thống. 11
3.1. Đặt vấn đề. 11
3.2. Chọn luật điều khiển và tính toán tham số ở miền tần số. 12
3.3. Chọn luật và tính toán tham số ở miền thời gian. 15
Chương IV:Thiết kế trong không gian trạng thái. 21
4.1. Mô hình trạng thái của đối tượng. 21
4.2 Đánh giá mô hình đối tượng. 23
4.3 Thiết kế bộ điều khiển theo quan điểm ổn định. 25
Chương V: Hệ logic mờ và ứng dụng trong điều khiển. 35
5.1Tại sao lại dùng điều khiển mờ. 35
5.2 Bộ điều khiển mờ. 36
5.3Thiết kế bộ điều khiển mờ trên Matlab. 45
Chương VI: Thiết kế các bộ điều khiển phi tuyến. 51
6.1 Mô hình Hệ phi tuyến. 51
6.2Tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. 53
6.3 Phương pháp điều khển phi tuyến kinh điển. 55
6.4 Kỹ thuật Gain Scheduling (tuyến tính mở rộng). 59
6.5 Điều khiển tuyến tính hoá chính xác đối tượng SISO. 63
Tài liệu tham khảo. 68
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-08-02-do_an_bai_toan_thiet_ke_he_thong.MlPK2KB9ki.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-70835/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:
uá độ giảm đi.
3.4. Xác định luật và tham số từ thực nghiệm
3.4.1. Phương pháp Ziegle-Nichols
Đây là phương pháp thứ hai của Ziegle-Nichols xác định các tham số kp, TI, Td cho bộ điều khiển PID theo phương pháp thực nghịêm. Điều đặc biệt của phương pháp này là không sử dụng mô hình toán học của đối tượng.
Phương pháp này dựa trên nguyên lý:
Thay bộ PID trong bộ điều khiển của hệ kín bằng bộ khuyếch đại. Sau đó tăng hệ số khuếch đại đạt tới giá trị tới hạn kth để hệ kín ở chế độ biên giới ổn định, tức là h(t) có dạng dao động điều hoà.Từ đó xác định chu kỳ dao động Tthcủa dao động.
Các tham số của bộ điều khiển được xác định như sau:
a/ Nếu sử dụng bộ điều khiển khuếch đại R(s)=kp thì chọn kp=
b/ Nếu sử dụng PI với R(s)=kpthì chọn kp=0,45kth và TI=0,85Tth
c/ Nếu chọn bộ PID thì kp=0,6kth, TI=0,5Tth, TD=0,12Tth
Chương IV: Thiết kế bộ điều khiển trong không gian trạng thái
4.1. Mô hình trạng thái của đối tượng.
Như chúng ta đã biết để mô tả một hệ thống tuyến tính liên tục ta có thể thông qua hàm truyền đạt, hàm quá độ, hàm đặc tính tần, đồ thị Bode… song để mô tả đối tượng một cách đầy đủ nhất thì ta sử dụng mô hình không gian trạng thái. Mô hình không gian trạng thái không những khảo sát được quan hệ giữa các tín hiệu vào u1(t), u2(t)…ur(t), và tín hiệu ra y1(t), y2(t)…ys(t) mà còn khảo sát được cả quan hệ giữa tín hiệu vào với những trạng thái bên trong của hệ thống.
Mô hình trạng thái được biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau: Mô hình dạng thường, mô hình dạng chuẩn, mô hình đường chéo.
4.1.1.Mô hình dạng chuẩn
Đối tượng được mô tả dưới dạng mô hình trạng thái ở dạng chuẩn có dạng:
(1.1)
Trong đó
Thông thường để thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng ta thường xây dựng mô hình trạng thái theo mô hình chuẩn.
4.1.2 Mô hình dạng thường
Đôi khi mô hình trạng thái của đối tượng được xây dựng chưa có dạng chuẩn mà mới chỉ ở dạng thường như sau: (1.2)
Khi đó để áp dụng được các thuật toán thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng ta phải chuyển mô hình trạng thái (1.2) về dạng mô hình chuẩn (1.1).
Thông thường ta có hai cách để chuyển
Cách thứ nhất :
Thông qua hàm truyền
rồi từ đó chuyển về dạng chuẩn (1.1). Cách này không thích hợp vì không chỉ được rõ mối quan hệ giữa biến trạng thái cũ cho trong (1.2) và biến trạng thái mới của mô hình chuẩn.
Cách thứ hai
Xác định một bộ chuyển đổi S (không suy biến) sao cho với nó khi thế biến trạng thái mới
ta sẽ được:
khi đó ta sẽ có mô hình dạng chuẩn như sau:
1.3 Mô hình dạng đường chéo
Trong một số phương pháp thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng yêu cầu mô hình trạng thái phải có dạng đường chéo hay giả giống đường chéo ví dụ như phương pháp thiết kế của Modal. Khi đó ta phải chuyển mô hình trạng thái của đối tượng sang dạng đường chéo.Để làm được điều này ta phải bắt đầu với trường hợp ma trận A của đối tượng có dạng giả đường chéo. Một ma trận A được gọi là giả đường chéo nếu:
+) hay là các giá trị riêng gi, i=1,2…n của nó khác nhau từng đôi một.
+) hay là ứng với một giá trị riêng gk bội q thì phải có đúng q véc tơ riêng bên phải độc lập tuyến tính.
Một ma trận A giống đường chéo luôn chuyển được về dạng đường chéo nhờ phép biến đổi tương đương, trong đó ma trận đường chéo thu được có các phần tử trên đường chéo chính là giá trị riêng của nó gi, i=1,2,…n :
=diag(gi)
và M là ma trận modal có các véc tơ cột là véc tơ riêng bên phải của A:
M=(a1,….,an)
(giI-A)ai=0 với mọi i=1,2,…,n.
4.2 Đánh giá mô hình đối tượng
4.2.1 Kiểm tra tính điều khiển được của đối tượng
Để thiết kế một bộ điều khiển cho một đối tượng cụ thể thì điều đầu tiên cần làm là phải xác định đối tượng có điều khiển được hay không. Một bài toán điều khiển bao gồm hai phần:
+/ Xác định những tín hiệu u(t) để đưa hệ từ một điểm trạng thái ban đầu không mong muốn tới một điểm trạng thái mong muốn khác
+/ Tìm trong số những tín hiệu u(t) đã xác định được một (hay nhiều) tín hiệu u(t) mang đến cho quá trình chuyển đổi đó một chất lượng như đã yêu cầu.
Như vậy rõ ràng ta chỉ có thể thực sự điều khiển được hệ thống nếu như đã tìm được ít nhất một tín hiệu điều khiển u(t) đưa được hệ từ điểm trạng thái ban đầu tới được điểm trạng thái đích trong khoảng thời gian hữu hạn. Điều này phụ thuộc vào bản chất động học của hệ thống. Không phải mọi hệ thống hay đối tượng tồn tại trong tự nhiên đều có khả năng động học là đưa được về trạng thái mong muốn. Một hệ thống có khả năng đưa được từ điểm trạng thái ban đầu về điểm trạng thái đích thì hệ đó được gọi là hệ điều khiển được.
Để kiểm tra tính điều khiển được ta có thể căn cứ vào một trong các tiêu chuẩn sau:
+/ Tiêu chuẩn Hautus:
Với đối tượng có mô hình trạng thái
với
Theo Hautus điều kiện cần và đủ để hệ tuyến tính có mô hình trạng thái như trên điều khiển được là
Rank(sI-A,B)=n, với mọi s.
+/ Tiêu chuẩn Kalman:
Kalman đưa ra tiêu chuẩn để hệ ổn định như sau:
Điều kiện cần và đủ để hệ tuyến tính điều khiển được là
Rank(B,AB,…,An-1B) = n.
2.2 Kiểm tra tính quan sát được của đối tượng.
Với mỗi bài toán điều khiển việc tìm ra phương pháp để điều khiển những tín hiệu phản hồi trạng thái hay những tín hiệu ra là rất cần thiết. Để thực hiện được điều đó tất nhiên là phải đo các tín hiệu, phải xác định được giá trị của các tín hiệu cần phản hồi. Song không phải mọi tín hiệu đều đo được một cách trực tiếp, rất nhiều các tín hiệu chỉ đo được một cách gián tiếp thông qua những tín hiệu đo khác.Để thống nhất chung giữa hai phương pháp đo trực tiếp và đo gián tiếp người ta đưa ra khái niệm quan sát. Như vậy quan sát một tín hiệu được hiểu là công việc xác định tín hiệu thông qua đo trực tiếp hay gián tiếp thông qua các tín hiệu đo khác.
Một hệ thống có tín hiệu vào là u(t) và tín hiệu ra là y(t) được gọi là quan sát được hoàn toàn tại thời điểm t0 nếu với mọi T>t0 điểm trạng thái x0=x0(t) luôn xác định được một cách chính xác từ véc tơ các tín hiệu vào ra u(t), y(t) trong khoảng thời gian [t0 T]. Để xét tính quan sát được của hệ thống ta cũng xét hai tiêu chuẩn sau:
+Tiêu chuẩn của Hautus
Điều kiện để hệ tuyến tính quan sát được là
Rank( , với mọi s, và I là ma trận đơn vị.
+/ Tiêu chuẩn của Kalman:
Điều kiện cần và đủ để hệ tuyến tính quan sát được là
Rank
4. 3 Thiết kế bộ điều khiển theo quan điểm ổn định
4.3.1 Khái quát
Xác định bộ điều khiển R phản hồi dương trạng thái theo tiêu chuẩn ổn định của Lyapunov
R
w
u
x
Với hệ thống có mô hình
, Trong đó
Hệ ổn định tức là khi bị kích thích thì hệ luôn có xu hướng tiến về điểm trạng thái (đó là quá trình tự do tắt dần). Những điểm trạng thái mà hệ sẽ nằm nguyên tại đó khi không bị kích thích được gọi là điểm cân bằng. Như vậy rõ ràng điểm tr
