Bài giảng Lý thuyết điều khiển tự động 1 - Bài 12: Ziegler-Nichols Tối ưu độ lớn. Tối ưu đối xứng - Đỗ Tú Anh

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết điều khiển tự động 1 - Bài 12: Ziegler-Nichols Tối ưu độ lớn. Tối ưu đối xứng - Đỗ Tú Anh

1. Lý thuyết Điều khiểntựđộng 1 Ziegler-Nichols Tối ưu độ lớn Tối ưu đốixứng ThS. Đỗ Tú Anh Bộ môn Điềukhiểntựđộng Khoa Điện, Trường ĐHBK HN
2. 12-1 Phương pháp Ziegler-Nichols Đặc điểmcủaphương pháp •Làphương pháp thực nghiệm để xác định các tham số củabộđkPID •Rấtthuậntiện khi mô hình toán họccủa đốitượng chưabiếttrước • Đáp ứng nhận đượccó độ quá điềuchỉnh khoảng 25% Phương pháp Ziegler-Nichols 1 •Xác định bằng thực nghiệm đáp ứng bướcnhảycủa đối tượng •Nếu đáp ứng có dạng hình chữ S thì áp dụng đượcphương pháp này Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
3. 12-2 Phương pháp Ziegler-Nichols 1 •Từđộ thịđó, xác định các giá trị thờigiantrễ L và hằng số thờigian T (xem hình vẽ) •Khi đóhàm truyền đạtcủa đốitượng có thể xấpxỉ về dạng Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
4. 12-3 Phương pháp Ziegler-Nichols 1 (tiếp) Ziegler và Nichols đã đề xuậtviệcxác định các tham số củabộđkPID như bảng sau: Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
5. 12-4 Phương pháp Ziegler-Nichols 1 (tiếp) dụ Ví Cho đốitượng có đáp ứng bướcnhảy đơnvị như hình vẽ. Hãy xác định Kp, Ti, Td. Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
6. 12-5 Phương pháp Ziegler-Nichols 2 • Đầu tiên đặt và • Chỉ sử dụng tác động khuếch đại, tăng Kp từ 0 tớimộtgiá trị tớihạn KCT, tại đó đầuracủahệ thống có dạng dao động điều hòa • Xác định Kp và chu kỳ dao động P bằng thực nghiệm CT Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
7. 12-6 Phương pháp Ziegler-Nichols 2 (tiếp) •Xác định các tham số Kp, Ti, Td củabộđktheobảng sau
8. 12-7 Phương pháp Ziegler-Nichols Mộtvài nhậnxét •Phương pháp Ziegler Nichols thậtsự hữu ích khi mô hình toán họccủa đối tượng không biếttrước, nhưng vẫnrấthiệuquả ngay cả khi đãbiếtMHTH của đốitượng • Trong trường hợpchấtlượng điềukhiểnchưa đượcnhư mong muốn, có thể tinh chỉnh các tham số củabộ PID • Nói chung những đốitượng động họcphứctạp và không chứa thành phầntíchphâncóthể áp dụng phương pháp này. Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
9. 12-8 Phương pháp Ziegler-Nichols Ví dụ vềđốitượng có chứamộtthành phần tích phân không thể áp dụng phương pháp Ziegler-Nichols Do có chứamột thành phần tích phân nên không áp dụng được pp Ziegler- Nichols 1 Nếuthử áp dụng pp Ziegler-Nichols 2, sẽ không có giá trị Kp nào củabộ điềukhiểnP để đáp ứng củacả hệ thống đạttớichếđộ dao động ở biên giới ổn định. Để chứng minh điềunày, trướchếttaxét phương trình đặc tính củahệ kín Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
10. 12-9 Phương pháp Ziegler-Nichols hay Lậpbảng Routh Các hệ số trong cột đầu tiên luôn dương vớimọi Kp > 0. Do đó không có giá trị nào của K để hệđạttớichếđộ dao động ở biên giới ổn định Không áp dụng được pp Ziegler-Nichols 2 Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
11. 12-10 Các phương pháp trên miềntầnsố Đặtvấn đề Xét hệ thống đkcóhàm truyền đạthệ kín Mong muốn đáp ứng r(t) giống như tín hiệu đặt c(t) tạimọi điểmtầnsố Nói cách khác (1) Trên thựctế, ngườitathỏa mãn vớiviệcthiếtkế R(s) mang lại tính chất (1) trong dảitầnsố thấp. Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
12. 12-11 Phương pháp tối ưu độ lớn BộđiềukhiểnPID tối ưu độ lớn Là bộđiềukhiển R(s) thỏamãn trong dảitầnsố thấpcó độ rộng lớn Phạmvi ứng dụng Hàm truyền đạtcủa đốitượng có dạng Đốitượng phải ổn định Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
13. 12-12 Phương pháp tối ưu độ lớn (tiếp) ụ í d V Hàm truyền đạthệ hở Hàm truyền đạthệ kín Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
14. 12-13 Phương pháp tối ưu độ lớn (tiếp) Chọn TR sao cho Tổng quát BộđkI BộđkPI BộđkPID Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
15. 12-14 Phương pháp tối ưu độ lớn (tiếp) Câu hỏi 1. Các tham số kp, Ti (cho bộđk PI) và các tham số kp, Ti, Td (cho bộđk PID) đượcxác định như thế nào? 2. Làm thế nào để thiếtkế bộđkcho đốitượng có hàm truyền đạt: 3. Hạnchế củaphương pháp? Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
16. 12-15 Phương pháp tối ưu đốixứng BộđiềukhiểnPID tối ưu đốixứng Là bộđiềukhiển R(s) thỏamãn trong dảitầnsố thấpvàcó đồ thị Bode củahàm truyền đạthệ hở như hình vẽ bên Phạmvi ứng dụng Hàm truyền đạtcủa đốitượng có dạng Đốitượng không ổn định Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
17. 12-16 Phương pháp tối ưu đốixứng (tiếp) (2) BộđkPI (2) Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện
18. 12-17 Phương pháp tối ưu đốixứng (tiếp) BộđkPID Lý thuyết ĐKTĐ 1 Bộ môn ĐKTĐ-Khoa Điện