TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Khoa Công Nghệ Tự Động

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG
Giáo viên hướng dẫn: PHẠM THỊ HƯƠNG SEN
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐÌNH HẢI
Lớp: Đ7 – CNTĐ2
Hà Nội,2014.
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 2
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Mục Lục.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 3
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay tự động hoá đã trở thành một vấn đề thiết yếu trong ngành công nghiệp. Để
thiết kế được các mô hình tự động hoá trong nhà máy công nghiệp thì người thiết kế cần
nắm được các kiến thức về Lý thuyết điều khiển tự động - bộ môn cơ bản của ngành tự
động hoá. Một trong các kỹnăng mà ngườihọc cần phải có sau khi học xong bộ môn nàylà
nhận dạngcác hệ thống điều khiển vàbiết cách ổn định các mô hình điều khiển khi mô

hình điều khiển không ở trạng thái ổn định.
Trong đồ án này em sẽ trình bày các cách nhận dạng đối tượng của hệ thống điều
khiển,cách xác định hàm truyền đạt của đối tượng từ đáp ứng đầu ra cho trước từ đó xác
định đối tượng có ổn định hay không theo các phương pháp xét tính ổn định hệ thống đã
được học,hay dùng trong thực tế và từ thiết kế các bộ điều khiển P, PI, PID đểnâng cao
chất lượngđầu ra của hệ thống.
Trong quá trình thựchiện đồ án nàyem đã nhận được rấtnhiều sự chia sẻ , góp ý về việc
trình bày một đồ án như thế nào và các kiến thức bổ ích sử dụng trong đồ án này từ các
bạn , anh chị khóa trên cũng như các thầy cô, đặc biệt là cô Phạm Thị Hương Sen - Giáo
viên bộ môn “ lý thuyết điều khiển tự động ” - khoa Công nghệ tự động -Trường Đại Học
Điện lực.
Do khả năng tiếp thu kiến thức còn non kém và thời gian có hạn nên trong bài đồ án của
em không thể tránh khỏi có các lỗi sai sót về mặt hình thức và về nội dung kiến thức .
Em xin chân thành cảm ơn các bạn , các anh chị khóa trên và các thầy cô đã giúp em làm
đồ án này và mong mọi người xem lại dùm em đồ án của em về các mắc phải trong đồ án
và hy vọng các bạn , anh chị và thầycô góp ý cho em để em có thể chỉnh sửađồ án
đượchoàn thiện hơn !
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 4
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Đề bài:
Cho đối tượng cần điều khiển là lò điện trở có hàm truyền đạt:
K=15*18=270,
T
1
=10*18=180,
T
2
=100,
τ=0.

Yêu cầu:
1. Vẽ và phân tích các đương đặc tính thời gian, đặc tính tần số của lò điện trở.
2. Thiết kế bộ điều khiển cho lò điện trở sử dụng các luật điều khiển:
- P
- PI
- PID
3. Thiết kế bộ điều khiển cho lò điện trở trong trường hợp có tải . Biết đặc tính tải có
dạng xung vuông, độ rông xung 40s, chu kỳ 50s.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 5
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
PHẦN I: ĐẶC TÍNH THỜI GIAN VÀ ĐẶC TÍNH TẦN SỐ CỦA
MỘT KHÂU.
1. Đặc tính thời gian
1.1. Định nghĩa
Đặc tính thời gian của hệ thống mô tả sự thay đổi tín hiệu đầu ra của hệ thống khi tín
hiệu đầu vào là hàm xung đơn vị hay hàm nấc đơn vị.
a) Hàm quá độ của một khâu
Hàm quá độ của một khâu là phản ứng của khâu đó với tín hiệu vào 1(t).
Kí hiệu : h(t)
Biểu thức :
b) Hàm trọng lượng của một khâu
Hàm trọng lượng của một khâu là phản ứng của khâu đó đối với tín hiệu đầu vào là xung
đizắc.
Kí hiệu: g(t)
Biểu thức:
1.2. Vẽ và phân tích các đường đặc tính thời gian của là lòđiện trở có hàm truyền
đạt:
Sử dụng phần mềm matlab 7.11.0 để vẽ và phân tích các đường đặc tính thời gian.
Khai báo đối tượng cần khảo sát:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 6

Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Mở cửa sổ Command window gõ lệnh:
>>num=270;
>>den=[18000 280 1];
>>w=tf(num,den);
>> step(w);
>>impulse(w);
a) Hàm quá quá độ h(t):
Step Response
Time (sec)
Amplitude
0 200 400 600 800 1000 1200
0
50
100
150
200
250
300
System: w
Rise Time (sec): 480
System: w
Settling Time (sec): 848
Đồ thị hàm quá độ.
Phân tích :
Nhìn vào đồ thị ta thấy :
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 7
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
- Do bậc của mẫu lớn bậc của tử nên đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ 0.
- Hàm quá độ tiến về giá trị xác lập 270.

- Thời gian tăng tốc t
r
= 480s (Rise time) là thời gian đáp ứng của hệ thống tăng
từ 10% đến 90% giá trị xác xác lập.
- Thời gian t
s
= 848s (Settling time) là thời gian quá độ của hệ thống,được xác
định từ thời điểm có sự thay đổi ở đầu vào đến khi đáp ứng đầu ra lọt hoàn toàn
vào hành lang giới hạn cho phép Δ = 2%.
- Độ quá điều chỉnh (Overshoot) σ = 0%.
- Sai số xác lập δ = 0.
b) Hàm trọng lượng:
Impulse Response
Time (sec)
Amplitude
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
System: w
Peak amplitude: 0.719
At time (sec): 131
System: w
Settling Time (sec): 980

Đồ thị hàm trọng lượng.
Phân tích:
Nhìn vào đồ thị ta thấy :
- Đường g(t) xuất phát từ gốc tọa độ và tiến dần về 0.
- Thời gian quá độ (Settling time): 980s.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 8
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
- Biên độ đinh ( Peak amplitude): 0.719.
- Thời gian lên đỉnh (At time): 131s.
2. Đặc tính tần số.
Mô tả sự thay đổi của tỷ số biên độ tín hiệu ra và tín hiệu vào ,sự thay đổi góc pha giữa
tín hiệu ra và tín hiệu vào theo tác động tần số thay đổi
Hàm truyền tần số là
( )
W j
ω
Thay s=jω vào hàm truyền đạt
Đặc tính biên độ tần số A(ω)
Đặc tính pha tần số
Đặc tính nyquist là mô tả đường đặc tính W(jω).
Đường đặc tính đồ thị bode là đường đặc tính tần biên pha trên tham logarit.
2.1. Đặc tính Nyquist.
a) Định nghĩa.
Là đồ thị biểu diễn đặc tính tần số W(jω) trong hệ tọa độ cực ( phần thực P(ω), phần ảo
Q(ω)) khi ω thay đổi từ - ∞ → + ∞.
b) Vẽ và phân tích đặc tính nyquist.
Mở cửa sổ Command window gõ lệnh:
>>num=270;
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 9
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen

>>den=[18000 280 1];
>>w=tf(num,den);
>>nyquist(w)
-50 0 50 100 150 200 250 300
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Nyquist Diagram
Real Axis
Imaginary Axis
Đồ thị Nyquist.
Phân tích:
Nhìn vào đồ thị ta thấy:
- Do lò điện trở có hàm truyền đạt là một khâu bậc 2 nên đồ thì Nyquist chỉ đi
qua 2 góc phần từ thứ II và thứ III khi ω tăng từ 0 → +∞.
- Hàm truyền đạt của vòng hở có 2 nghiệm cực năm bên trái mặt phẳng phức.
Biểu đồ Nyquist không bao điểm N(-1 j0).
- Hệ ổn định.
2.2. Đặc tính đồ thị Bode.
a) Định nghĩa.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 10
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Là đồ thị gồm hai thành phần;
- Biểu đồ Bode biên độ: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa logarith của đáp ứng

biên độ L(ω) theo tần số ω.
L(ω) = 20lgA(ω).
L(ω) là đáp ứng biên độ tính theo đơn vị dB (decibel).
- Biểu đồ Bode pha: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa đáp ứng pha theo tần
số.
Đặc tính tần số của hệ thống có các thong số quan trọng sau đây:
Đỉnh cộng hưởng (A
p
): là giá cực đại của A(ω).
Tần số cộng hưởng (ω
p
): là tần số tại đó có đỉnhcộng hưởng.
Tần số cắt biên (ω
c
): là tần số tại đó biên độ của đặc tính tần

số bằng 1 ( hay bằng 0 dB).
A(ω
c
) = 1.
Hay
L(ω
c
) = 0.
Tần số cắt pha (ω
-п
): là tần số tại đó pha của đặc tính tần số bằng –п ( hay -180
o
).
b) Vẽ và phân tích đặc tính đồ thị Bode.

Ta dùng lệnh margin để tìm dự trữ biên và dự trữ pha.
Mở cửa sổ Command window gõ lệnh:
>>num=270;
>>den=[18000 280 1];
>>w=tf(num,den);
>>margin(w)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 11
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
-40
-20
0
20
40
60
Magnitude (dB)
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
-180
-135
-90
-45
0

Phase (deg)
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 7.28 deg (at 0.122 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
Đồ thị Bode.
Phân tích:
Nhìn vào đồ thị ta thấy:
- Độ dự trữ biên , tại tần số cắt biên ω
c
= ∞ rad/s
- Độ dự trữ pha , tại tần số cắt pha ω
-π
= 0.122rad/s
- Hệ ổn định.
PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.
1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng
1.1. Đánh giá chất lượng ở trạng thái xác lập.
+) Sai số xác lập()
Xét hệ có sơ đồ tổng quát như hình bên
Ta có: E(t)=r(t)-Y(t)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 12







δ


 
δ


 
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
+) Đánh giá sai số xác lập dựa trên hàm quá độ.
Ta có: E(s)=R(s)-Y(s)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 13


 


Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Trường hợp với vòng phản hồi đơn vị làm tương tự ta có:
1.2. Đánh giá chất lượng ở trạng thái quá độ.
+) Đánh giá dựa trên hàm quá độ
Từ sai số cho trước 5%(. Trong đồ án ta chọn sai số
Kẻ hành lang sai số: Y
xl
+ 2%.Y
xl
và Y
xl
- 2%.Y
xl
+) Thời gian quá độ: t
qd
+) Độ quá điều chỉnh(: Đặc trưng cho dao động của hệ

+) Thời gian tăng tốc: là khoảng thời gian từ khi có sự tác động của đầu vào đến khi tín
hiệu đầu ra lần đầu tiên đạt đến 90% giá trị xác lập
Thời gian tăng tốc đặc trưng cho tốc độ đáp ứng của bộ điều khiển
+) Thời gian lên đỉnh(thời gian có độ quá điều chỉnh lớn nhất): t
max
2. Các quy luật điều khiển cơ bản
2.1. Bộ điều khiển P
Có hàm truyền là :
w( )
P
p K=
Trong đó Kp là hệ số khuếch đại của quy luật. Theo tính chất của khâu khuếch đại (hay
khâu tỷ lệ) ta thấy tín hiệu ra của khâu luôn luôn trùng pha với tín hiệu vào. Điều này nói
lên ưu điểm của khâu khuếch đại là có độ tác động nhanh. Vì vậy, trong công nghiệp, quy
luật tỉ lệ làm việc ổn định với mọi đối tượng. Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản của khâu tỉ lệ
là khi sử dụng với các đối tượng tĩnh, hệ thống điều khiển luôn tồn tại sai lệch tĩnh. Để
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 14
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
giảm giá trị sai lệch tĩnh thì phải tăng hệ số khuếch đại nhưng khi đó, tính dao động của
hệ thống sẽ tăng lên và có thể làm hệ thống mất ổn định.
Quy luật tỉ lệ thường được dùng cho những hệ thống cho phép tồn tại sai lệch tĩnh. K
càng lớn thì sai số xac lập càng nhỏ.
Nếu tăng KP thì rõ ràng sai lệch tĩnh giảm nhưng lại có biên độ dao động tăng quá, khi
đó hệ thống sẽ mất tính ổn định vì vậy phải lựa chọn thong số cho phù hợp.
2.2. Bộ điều khiển PI
Để hệ thống vừa có tác động nhanh, vừa triệt tiêu được sai lệch dư, người ta kết hợp
quyluật tỉ lệ với quy luật tích phân để tạo ra quy luật tỉ lệ - tích phân.
Hàm truyền có dạng :
Trong đó: Kp là hệ số khuếch đại
T

I
= K
P
/ K
I
là hằng số thời gian tích phân
Hàm truyền tần số của quy luật PI:
Đồ thị bode
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 15
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Đồ thị bode của khâu PI
Về tốc độ tác động thì quy luật PI chậm hơn quy luật tỉ lệ nhưng nhanh hơn quy luật tích
phân.
Trong thực tế, quy luật điều khiển PI được sử dụng khá rộng rãi và đáp ứng được chất
lượng cho hầu hết các quá trình công nghệ. Tuy nhiên, do có thành phần tích phân nên độ
tác động của quy luật bị chậm đi. Vì vậy, nếu đối tượng có nhiễu tác động liên tục mà hệ
thống điều khiển lại đòi hỏi độ chính xác cao thì quy luật PI không đáp ứng được.
2.3. Bộ điều khiển PID
Để tăng tốc độ tác động của quy luật PI, trong thành phần của nó người ta ghép thêm
thành phần vi phân và nhận được quy luật điều khiển tỉ lệ vi tích phân. Có thêm thành
phần vi phân làm tăng tốc độ tác động của hệ thống.
Hàm truyền có dạng :
Trong đó: K
P
là hệ số khuếch đại
T
I
= K
P
/K

I
là hằng số thời gian tích phân
T
D
= K
D
K
P
là hằng số thời gian vi phân
Hàm truyền tần số:
Về tốc độ tác động, quy luật PID còn có thể nhanh hơn cả quy luật tỉ lệ. Nói tóm lại, quy
luật PID là hoàn hảo nhất. Nó đáp ứng được yêu cầu về chất lượng của hầu hết các quy
trình công nghệ nhưng việc hiệu chỉnh các tham số của nó rất phức tạp, đòi hỏi người sử
dụng phải có một trình độ nhất định. Vì vậy, trong công nghiệp, quy luật PID chỉ sử dụng
ở những nơi cần thiết, khi quy luật PI không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng điều
chỉnh.
Đồ thị bode:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 16
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Đồ thị bode của khâu PID
Nhận xét: Đây là quy luật điều khiển hoàn hảo nhất, nhanh và chính xác độ sai số xác
lập nhỏ, độ quá điều chỉnh có thể điều chỉnh được. Nhưng lại nhạy cảm với nhiễu và việc
điều chỉnh 3 thông số trên rất phức tạp.
Trên thực tế bộ điều khiển PID có thể được tạo ra từ các mạch các mạch điện, điện tử…
hoặc tạo ra bằng các bộ điều khiển mềm trong máy tính.
Bộ điều khiển PID thường được chế tạo dưới dạng các bộ điều khiển chuyên dụng và có
thể được tích hợp trong các bộ điều khiển khác như PLC, biến tần…
2.4. Mô hình điều khiển
Ta có mô hình khiển với phản hồi âm . Bộ điều khiển PID được ghép nối tiếp với đối
tượng:

Mô hình trên matlab:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 17
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
1
100s+1
Transfer Fcn1
270
180s+1
Transfer Fcn
Step
Scope
-K-
Kp
-K-
Ki
-K-
Kd
1
s
Integrator
du/dt
Derivative
Add
3. Một số phương pháp chỉnh định tham số bộ điều khiển.
3.1. Phương pháp thủ công.
Là phương pháp điều chỉnh thiết đặt giá trị đầu tiên của K
i
và K
d
bằng không. Tăng dần

K
p
cho đến khi đầu ra của vòng điều khiển dao động, sau đó K
p
có thể được đặt tới xấp xỉ
một nửa giá trị đó để đạp đạt được đáp ứng "1/4 giá trị suy giảm biên độ". Sau đó tăng K
i

đến giá trị phù hợp sao cho đủ thời gian xử lý. Tuy nhiên, K
i
quá lớn sẽ gây mất ổn định.
Cuối cùng, tăng K
d
, nếu cần thiết, cho đến khi vòng điều khiển nhanh có thể chấp nhận
được nhanh chóng lấy lại được giá trị đặt sau khi bị nhiễu. Tuy nhiên, K
d
quá lớn sẽ gây
đáp ứng dư và vọt lố.Một điều chỉnh cấp tốc của vòng điều khiển PID thường hơi quá lố
một ít khi tiến tới điểm đặt nhanh chóng; tuy nhiên, vài hệ thống không chấp nhận xảy ra
vọt lố, trong trường hợp đó, ta cần một hệ thống vòng kín giảm lố, thiết đặt một giá trị K
p

nhỏ hơn một nửa giá trị K
p
gây ra dao động.
Tham số
(tăng)
T.gian tăng
(Rise time)
Độ quá điều chỉnh

(Overshoot)
T.gian quá độ
(Settling time)
Sai số xác lập
(Steady-state err)
K
P
Giảm Tăng Ít thay đổi Tăng
K
I
Giảm Tăng Tăng Không xác định
K
D
Ít thay đổi Giảm Giảm Thay đổi ít
3.2. Phương pháp ZEIGLER-NICHOLS.
Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ hở, áp dụng cho các đối tượng có đáp ứng đối với tín
hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S như hình
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 18
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S
Khi đó ta có thể xác định các thông số của bộ điều khiển P, PI, PID theo bảng sau:
 




!
 

"



∞

 #$

"

 

"#% 
 ! #

"

 

#&

3.3. Sử dụng công cụ SISOTOOL.
Sisotool là công cụ giúp thiết kế hệ thống điều khiển tuyến tính hồi tiếp một đầu vào,
một đầu ra. Các khâu hiệu chỉnh như sớm pha, trễ pha, sớm trễ pha, P, PI, PD, PID đều có
thể thiết kế được với sự trợ giúp của công cụ này. Tuy nhiên, Sisotool không phải là công
cụ thiết kế tự động mà chỉ là bộ công cụ trợ giúp thiết kế vì vậy người thiết kế phải hiểu
rõ lý thuyết điều khiển tự động, nắm được bản chất của từng khâu hiệu chỉnh thì mới sử
dụng được công cụ này.
Trong đồ án ta sử dụng Matlab 7.11.0
Trình tự thiết kế
Bước 1: Khai báo đối tượng điều khiển G, phản hồi H, giá trị đặt F
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 19

Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Trong cử sổ conmand windows ta khai báo
>> g=tf([270],[18000 280 1]);
>> sisotool;
Xuất hiện hộp thoại Control and Estimation Tools Manager và hộp thoại SISO Design
for SISO Design Task.
Hộp thoại Control and Estimation Tools Manager và hộp thoại SISO Design for SISO
Design Task.
Bước 2: Nhập đối tượng điều khiển vào Sisotool
Trong hộp thoại Control and Estimation Tools Manager, chọn thẻ Archtiture :
Nhập dữ liệu cho đối tượng điều khiển : Chọn System Data → Browse.
Trong thẻ Import model for ta chọn các khối G, H, C, F trong hệ thống điều khiển để nhập
dữ liệu.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 20
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
System Data
+ Đối tượng điều khiển G: g
+ Phản hồi H : 1
+ Giá trị đặt : 5.
+ Khâu hiệu chỉnh C : chưa thiết kế nên để bằng 1.
Trong hộp thoại SISO Design for SISO Design Task lúc này xuất hiện các đồ thị đặc
tính của hệ thống sau khi được nhập dữ liệu : Quỹ đạo nghiệm số của hệ thống mở, biểu
đồ Bode của hệ thống mở ( có độ dữ trữ pha và dự trữ biên ), biểu đồ Bode của hệ kín.
Hộp thoại SISO Design for SISO Design
Task

Để xem đáp ứng quá độ của hệ kín ta chọn
Analsis→ Response to Step Command
Bước 3: Thiết kế bộ điều khiển P, PI, PID
Trở lại hộp thoại Control and Estimation

Tools Manager → chọn thẻ Automated Tuning,
trong mục Design method chọn PID Tuning.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 21
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Thẻ Automated Tuning
Thẻ Compensator hiện giá trị của bộ điều chỉnh C ( hiện tại bẳng 1 ).
Chọn loại của bộ điều khiển :
+ P :
+ PI :
+ PID :
+ PIDF :
Trong thẻ Tuning method ta lựa chọn thuật toán thiết kế:
+) classical design formula(sử dụng các thuật toán để thiết kế)
+) robust response time(sử dụng công cụ có sẵn của Matlab)
Với mỗi thuật toán ta sẽ thu được đáp ứng đầu ra khác nhau. Trong đồ án ta lựa chọn
công cụ Ziegler-Nichols step response (classical design formula)
Ảnh hưởng của các tham số K
P
, K
I,
K
D
, đối với các chỉ tiêu chất lượng được thể
hiện qua bảng sau:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 22
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
4.
Ứng dụng thiết kế.
Ta sử dụng phương pháp ZEIGLER-NICHOLS để thiết kế bộ điều khiển:
 





!
 $''$  
 '&% ( 
 ! %&')&*' ()( '')'&'
Tất cả các tham số K
P
, K
I,
K
D
được tìm bằng công cụ SISOTOOL.
Trong thẻ Tuning method ta lựa chọn classical design formula .Trong thẻ Formula ta lựa
chọn Ziegler-Nichols step response.
4.1. Bộ điều khiển P.
Với K
P
= 0.029669, K
I
=0, K
D
=0.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 23
+, /
01
23
4567

8 8 8
977
5:;
<7= <7=> <7=>
977
/:5?
4567> <7= <7=
@?/:
7A/
0,
8 8 <7=>
BAC
D
4567> 8 <7=
E7A0
F
<7= 7A / 45G7>
>7A/
57H/
I7J
8 8 8
@?KL
65M
<7= <7= 8
NHOP7
7Q/5R
<7= 4567> <7=
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Mô phỏng trên phần mềm Matlab – Simulink:
1

100s+1
Transfer Fcn1
270
180s+1
Transfer Fcn
Step
Scope
-K-
Kp
Trong cửa sổ Command Window ta gõ lệnh:
>> num=270;
>> den=[18000 280 1];
>> Kp=0.029669;
>> w=tf(num,den);
>> who=Kp*w;
>> wkin=feedback(who,1);
>> step(wkin)
Ta có đáp ứng quá độ là:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 24
Đồ án: Lý thuyết điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Hương Sen
Step Response
Time (sec)
Amplitude
0 100 200 300 400 500 600 700
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1

1.2
1.4
System: wkin
Peak amplitude: 1.17
Overshoot (%): 31.2
At time (sec): 148
System: wkin
Settling Time (sec): 492
System: wkin
Final Value: 0.889
System: wkin
Rise Time (sec): 62.1
Đồ thị đáp ứng quá độ của bộ điều khiển P.
Phân tích :
Nhìn vào đồ thị ta thấy :
- Do bậc của mẫu lớn bậc của tử nên đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ 0.
- Hàm quá độ tiến về giá trị xác lập 0.889.
- Thời gian tăng tốc t
r
= 62.1s (Rise time) là thời gian đáp ứng của hệ thống tăng
từ 10% đến 90% giá trị xác xác lập.
- Thời gian t
s
= 492s (Settling time) là thời gian quá độ của hệ thống,được xác
định từ thời điểm có sự thay đổi ở đầu vào đến khi đáp ứng đầu ra lọt hoàn toàn
vào hành lang giới hạn cho phép Δ = 2%.
- Độ quá điều chỉnh (Overshoot) σ = 31.2%.
- Biên độ đỉnh (Peak amplitude) 1.17.
- Sai số xác lập δ = 11.1%.
Nhận xét :

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hải Trang 25