Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Chương 6: Phân tích hệ thống liên tục dùng biến đổi Laplace - Bài 12 - Trần Quang Việt

Ch-6: Phân tích hthng liên tc dùng bin ꢄꢅi Laplace  
Lecture-12  
6.4. ng dng trong hi tip và iu khin  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
6.4. ng dng trong hi tip và iu khin  
6.4.1. Vài ng dng ca hthng hi tip  
6.4.2. Cbn vhthng iu khin tꢌ ꢊꢍng  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
1
6.4.1. Vài ng dng ca hthng hi tip  
a) Thc hin hthng nghch ꢊꢈo ca hthng LTI  
b) Gim nh hưꢏng ca sthay ꢊꢐi thông shthng  
c) Tuyn tính hóa hthng phi tuyn  
d) n ꢊꢎnh cho hthng LTI không n ꢊꢎnh  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
a) Thc hin hthng nghch ꢄꢎo ca hthng LTI  
Xét hthng hi tip như hình vꢒ  
F(s)  
+
K
Y(s)  
-
H(s)  
K
T(s)=  
1+ KH(s)  
Nu chn K sao cho KH(s)>>1  
1
[Hthng nghch ꢊꢈo ca HT LTI H(s)]  
T(s)  
H(s)  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
2
b) Gim nh hưꢏng ca sthay ꢄꢅi thông shthng  
Xét hthng hi tip sau:  
f (t)  
A
1+A  
1
+
T(s)=  
T(s) ; A>>1  
Ví d: làm thnào ꢊꢋ gim nh hưꢏng do sthay ꢊꢐi ca ꢊꢍ li G  
G
8 < G <12  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Tuyn tính hóa hthng phi tuyn  
Xét hthng hi tip sau:  
f (t)  
y(e)  
+
y(e)  
Quan hvào ra:  
y(f)=y(e); vi: e(t)=f(t)-y(t)  
dy dy de  
=
df de df  
dy  
dy/de  
dy dy  
=
df de  
dy  
df  
=
1-  
df 1+dy/de  
de  
df  
dy  
=1-ꢔ  
df  
dy 1  
Nu có  
thì:  
dy/de >>1  
df  
y(f): tuyn tính  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
3
c) Tuyn tính hóa hthng phi tuyn  
Ví d:  
xét bkhuch ꢊꢗi công sut lp B như dưꢖi ây, làm thnào ꢄꢉ  
khc phc méo?  
Méo xuyên tâm  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
d) n ꢄꢍnh cho hthng LTI không n ꢄꢍnh  
Xét hthng hi tip sau:  
F(s)  
+
H(s)  
Y(s)  
-
b
H(s)= ;a>0  
s-a  
Gishàm truyn vòng h:  
không n ꢊꢎnh!!!  
H(s)  
b
T(s)=  
T(s)=  
Hàm truyn vòng kín:  
1+H(s)  
s-a+b  
a
>  
b
Vây T(s) n ꢊꢎnh khi chn:  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
4
6.4.2. Cơ bn vhthng iu khin tꢌ ꢄꢒng  
a) Phân tích mt hthng iu khin ꢊꢇn gin  
b) Phân tích quá ꢊꢍ hthng bc 2  
c) Quꢛ ꢊo nghim sꢄ  
d) Hiu chnh hthng dùng quꢛ ꢊo nghim sꢄ  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
a) Phân tích mt hthng iu khin ꢄơn gin  
Xét hthng iu khin ꢊꢇn gin  
D(D + a)θ(t) = KT f (t)  
a = B/ J,K1 = KT / J  
La.Thi page 9192  
KG(s)  
T(s)=  
1+KG(s)  
θo  
θi  
+
K
G(s)  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
5
a) Phân tích mt hthng iu khin ꢄơn gin  
1
K
K
Gis: G(s)=  
T(s)=  
o (s)=  
i (s)  
s(s+8)  
s2 +8s+K  
s2 +8s+K  
Phân tích quá ꢊꢍ: áp ng vi u(t)  
K
1
o (s)=  
i (s)=  
s(s2 +8s+K)  
s
7
(s)=  
o (t)=(1-76 e-t +16 e-7t )u(t)  
K=7:  
o
s(s2 +8s+7)  
80  
s(s2 +8s+80)  
-4t  
0
5
2
o (t)=[1- e cos(8t+153 )]u(t)  
(s)=  
K=80:  
o
16  
s(s2 +8s+16)  
o (t)=[1-(4t+1)e-4t ]u(t)  
K=16: o (s)=  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
a) Phân tích mt hthng iu khin ꢄơn gin  
within 2% the FV  
PO = 21%  
90%  
Không có  
PO và tp  
10%  
tr  
tp  
ts  
PO: percentage-overshoot  
tr: rise time  
tp: peak time  
ts: settling time  
Nhim v: Tìm giá trca K ꢄꢉ ꢄꢓt yêu cu mong mun  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
6
a) Phân tích mt hthng iu khin ꢄơn gin  
Phân tích xác lp: sai sxác lp  
1
e(t)=i(t)-o (t)  
=(s)  
E(s)=i(s)-o (s)=i(s)[1-T(s)]  
i
1+KG(s)  
(s)  
i
ess = lim e(t)  
t→∞  
ess = lim sE(s)  
s0  
= lim s  
s0  
1+KG(s)  
K = lim[KG(s)]  
p
s0  
ꢊꢞt  
( hng ssai svtrí)  
Vi θi(t)=u(t):  
1/s  
1
ess =es = lim s  
s0  
=
1+KG(s) 1+Kp  
K = lim s[KG(s)]  
v
s0  
ꢊꢞt  
(hng ssai svn tc)  
Vi θi(t)=tu(t):  
1/s2  
1+KG(s) Kv  
1
ess =er = lim s  
s0  
=
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
a) Phân tích mt hthng iu khin ꢄơn gin  
K = lim s2[KG(s)]  
s0  
2
ꢊꢞt  
(hng ssai sgia tc)  
Vi θi(t)=0.5t u(t):  
a
1/s3  
1
ess =ep = lim s  
s0  
=
1+KG(s) Ka  
Cthcho hthng ang xét: G(s)=1/s(s+8)  
Kp = lim[KG(s)]  
s0  
es =0  
= ∞  
= K/8  
er =8/K  
Kv = lim s[KG(s)]  
s0  
K = lim s2[KG(s)]  
s0  
ep =  
= 0  
a
Hthng này còn gi là hthng iu khin vtrí, có thdùng ꢃꢅ  
iu khin vn tc, không thdùng ꢃꢅ ꢃiu khin gia tc!!!  
Nhim v: Tìm giá trca K và các khâu hiu chnh ꢄꢉ hthng  
trên có thꢉ ꢄiu khin c3 loi!!! + bo ꢄꢎm yêu cu quá ꢄꢒ!!!  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
7
b) Phân tích tích quá ꢄꢒ hthng bc 2  
Mc ích: xác ꢊꢎnh nhanh chóng các thông s(PO, tr, ts) ca hꢃ  
thng bc 2 vi T(s) không có im zero da vào vtrí ca các  
poles ca nó.  
n2  
T(s)=  
s2 +2ꢣꢢns+2n  
Ti sao chxét cho hthng bc 2 này: cscho các hthng bc  
cao hn nu tha mt snguyên tc:  
Btrí các poles khác rt xa trc o (jω) so vi cc ca hthng  
bc 2 cha trong hàm truyn vòng kín T(s) ca hthng bc cao  
này.  
Btrí các cp pole-zero rt gn nhau  
Khi ó áp ng quá ꢃꢉ ca hthng bc cao gn ging như ca  
hthng bc 2 có trong hàm truyn vòng kín T(s) ca nó  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
b) Phân tích tích quá ꢄꢒ hthng bc 2  
n2  
T(s)=  
s1  
Vtrí các poles ca hthng bc 2:  
s2 +2ꢣꢢns+2n  
jꢢ  
n 12  
n  
s-plane  
cos1  
s1,2 = ꢣꢢn jn 12  
ꢣꢢn  
s2  
n 12  
1
n2  
1
s+2ꢣꢢn  
áp ng quá ꢊꢍ: Y(s)=  
=  
s s2 +2ꢣꢢns+2n s s2 +2ꢣꢢns+2n  
1
eꢣꢢ t sin(n 12 t+cos-1)]u(t)  
n
y(t)=[1−  
12  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
8
b) Phân tích tích quá ꢄꢒ hthng bc 2  
1
eꢣꢢ t sin(n 12 t+cos-1)]u(t)  
n
y(t)=[1−  
12  
y(t)  
y(tp )  
1
0.9  
4
ts =  
tr  
ζωn  
0.5  
ζ <1  
π
tp =  
ωn 1ζ 2  
0.1  
0
t
1ζ 2  
tp  
td  
ts  
PO =100eζπ /  
10.4167ζ + 2.917ζ 2  
1.1+ 0.125ζ + 0.469ζ 2  
tr ≈  
td ≈  
ωn  
ωn  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
b) Phân tích tích quá ꢄꢒ hthng bc 2  
1ζ 2  
PO =100eζπ /  
4
ts =  
ζωn  
10.4167ζ + 2.917ζ 2  
tr ≈  
ωn  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
9
b) Phân tích tích quá ꢄꢒ hthng bc 2  
KG(s)  
K
Ví d: T(s) =  
=
[1+ KG(s)] s2 +8s + K  
Yêu cu thit k: chn K sao cho PO16%, tr0.5s, ts2s?  
Xác ꢊꢎnh min cho phép ca các poles  
jω  
K=64  
PO 16%; tr 0.5; ts 2  
6
K=25  
4
2
Xác ꢊꢎnh qutích các poles khi K  
thay ꢊꢐi (quꢛ ꢊo nghim s)  
K=0  
K=0  
K=16  
s2 +8s + K = 0  
σ
0
2  
4  
2  
s1,2 = −4 16K  
tr = 0.5  
K=25  
K=64  
4  
Xác ꢊꢎnh giá trca K  
25 K 64  
6  
ts = 2  
PO =16%  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Xét hthng vi hskhuch ꢊꢗi K thay ꢊꢐi như sau:  
F(s)  
+
K
G(s)  
Y(s)  
H(s)  
Hàm truyn vòng kín ca hthng: T(s)=  
KG(s)  
1+KG(s)H(s)  
Phưꢇng trình ꢊꢞc trưng ca hthng:  
1+KG(s)H(s)=0  
Chúng ta skho sát quꢛ ꢊo ca nghim phưꢇng trình ꢊꢞc trưng  
(poles ca hthng) khi K thay ꢊꢐi t0 ꢊꢆn Quꢛ ꢊꢗo nghim s.  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
10  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Giá trca s trong mp-s làm cho hàm truyn vòng hKG(s)H(s)  
bng -1 chính là các poles ca hàm truyn vòng kín  
1+ KG s H s = 0 KG s H s = −1  
( )
 
( )
 
( )
 
( )  
KG s H s =1  
( ) ( )  
KG s H s = 1800 2l +1  
( ) ( )  
(
)
l = 0,1, 2,  
G s H s =1 K  
( ) ( )  
G s H s = 180o 2l +1  
l = 0,1, 2,…  
( ) ( )  
(
)
Independent of K  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Quꢛ ꢊꢗo nghim sꢄ ꢊưꢕc phác ha tuân theo các quy lut sau:  
Áp dng các quy lut dùng ví dsau:  
Vquꢛ ꢊo nghim sca hthng sau khi K thay ꢊꢐi  
1
F(s)  
+
K
Y(s)  
s(s+1)(s+2)  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Lut #1  
GisG(s)H(s) có n poles và m zeros:  
n nhánh ca quꢛ ꢊꢗo nghim bt ꢄꢔu (K=0) ti n poles.  
m trong n nhánh kt thúc (K=) ti m zeros  
n-m nhánh còn li kt thúc vô cùng theo các ꢊưꢩng  
tim cn.  
Bưꢖc 1: Vn poles và m zeros ca G(s)H(s) dùng ký hiu  
x o  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Áp dng bưꢘc #1  
Vn poles và m zeros ca  
G(s)H(s) dùng ký hiu x o  
1
G s H s =  
( ) ( )  
s s +1)(s + 2  
( )  
Có 3 poles:  
s = 0,s = −1,s = −2  
Không có zero  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
12  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Lut #2  
Các im trên trc thc thuc quꢛ ꢊꢗo nghim khi bên  
phi nó tng spoles thc và zeros thc ca  
G(s)H(s) là mt slꢙ  
Bưꢖc #2: Xác ꢊꢎnh các nghim trên trc thc. Chn  
im kim tra tùy ý. Nu tng sca cpoles thc và  
zeros thc bên phi ca im này là lthì im ó  
thuc quꢛ ꢊo nghim s.  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Áp dng bưꢘc #2  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
13  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Lut #3  
GisG(s)H(s) có n poles và m zeros:  
Các nghim s có giá trln phi tim cn theo ꢊưꢩng thng  
bt ꢄꢔu ti im trên trc thc:  
p i  
z i  
n
m
s = σ  
=
0
n m  
theo hưꢘng ca góc:  
180o 2+ 1  
(
n m  
)
φ=  
Bưꢖc #3: Xác ꢊꢎnh n - m tim cn ca các nghim. Ti s = σ0  
trên trc thc. Tính và vcác ꢊưꢩng tim cn theo góc φℓ  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Áp dng bưꢘc #3  
p + p2 + p3 012  
1
s =σ0 =  
=
= −1  
30  
3
1 8 0 2 + 1  
(
n m  
)
φ =  
= 0,1, 2,…  
1800  
(
2×0+1  
30  
)
φ0 =  
= 600  
1800  
(
2×1+1  
)
φ1 =  
= 1800  
30  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
14  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Lut #4  
Phưꢇng trình ꢊꢞc trưng ca hthng có thvit là: KG(s)H(s) = -1  
im tách phi tha iu kin sau:  
dK  
= 0  
ds  
Bưꢖc #4: xác ꢊꢎnh im tách. Biu din K dưꢖi dng:  
1  
K =  
.
G s H s  
( ) ( )  
Tính và gii dK/ds=0 ꢊꢋ tìm pole là im tách  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Áp dng bưꢘc #4  
1  
K =  
= −s s +1)(s + 2  
( )  
G( s )H( s )  
K = −s3 3s2 2s  
dK / ds = s3 3s2 2s  
3s 2 6 s 2 = 0  
s1 = − 1.5774 , s2 = − 0.4226  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
15  
c) Quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Bưꢘc #5  
Vn-m nhánh kt thúc vô cùng dc theo các  
ꢊưꢩng tim cn  
j?  
Cho:  
s = jω  
1+ KG  
(
s
)
H
(
s
)
= 0  
Thvào:  
ω = 0 or ω =  
2
- jꢢ  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
d) Hiu chnh hthng dùng quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Trong ví dphn 6.4.2a ta thy:  
es =0; er =8/K; ep =∞  
Trong ví dphn 6.4.2b ta thy ꢊꢋ ꢊꢗt ꢊưꢕc các yêu cu:  
PO16%, tr0.5s, ts2s thì 25K64  
Nu yêu cu thit klà er<0.125?  
jω  
K=64  
6
K=25  
4
2
Di sang trái  
K=0  
K=0  
K=16  
p i −  
z i  
σ
n
m
s = σ  
=
0
0
2  
4  
2  
n m  
tr = 0.5  
K=25  
Ni tip G(s) vi Gc(s):  
4  
K=64  
s +α  
Gc (s) =  
Bꢒ ꢄiu  
chnh  
6  
ts = 2  
PO =16%  
s + β  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
16  
d) Hiu chnh hthng dùng quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Hthng có bꢍ ꢊiu chnh:  
G c (s)  
F(s)  
+
K G (s)  
Y (s)  
Ví d:  
G(s)=  
1
; PO 16%; tr 0.5; ts 2; es =0; er 0.05  
s(s+8)  
jꢢ  
PO=16%  
er =8/K 0.05 K 160  
K=900  
Gischn:  
s +8  
-15  
K
Gc(s) =  
KGc(s)G(s)=  
s + 30  
s(s+30)  
0
-30  
600  
s2+30s+600  
K=900  
T(s)=  
Và chn K=600  
PO=16%  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
d) Hiu chnh hthng dùng quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
n = 600 ; ꢣꢢn =15  
ζ = 0.61  
4
ts =  
=4/15=0.266<2  
ꢣꢢn  
PO=8.9%<16%  
tr =0.0747<0.5  
es =0  
er =0.05  
ꢚꢓt ꢄưꢝc mi yêu cu thit k!!!  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
17  
d) Hiu chnh hthng dùng quꢗ ꢄꢓo nghim sꢁ  
Gc(s)=1/s (btrí pole ti 0) sbo ꢊꢈm ci thin cht lưꢕng  
xác lp. Tuy nhiên li làm gim cht lưꢕng quá ꢊꢍ, và tính n  
ꢊꢎnh ca hthng!!! ꢦꢋ dung hòa ngưꢩi ta chn Gc(s) như sau:  
s +α  
α β chn rt nhvà tsα/β rt ln  
Gc (s) =  
s + β  
p i −  
z i  
=
n
m
hu như không thay ꢊꢐi  
s = σ  
0
n m  
1
1
e
e
=
<es =  
(
(
)
K
K
=K .G (0)= /K  
s
r
(
)
(
(
)
c
p
v
p
c
p
v
1+(Kp)c  
1+Kp  
c
=K .G (0)= /K  
c =1/(Kv)c <er =1/Kv  
)
(
)
)
)
v
c
c
e
=1/(Ka )c<ep =1/Ka  
K
=K .G (0)= /K  
( )  
a c a  
(
)
(
p
a
c
c
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/10-11  
18  
pdf 18 trang Thùy Anh 29/04/2022 5520
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Chương 6: Phân tích hệ thống liên tục dùng biến đổi Laplace - Bài 12 - Trần Quang Việt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_tin_hieu_va_he_thong_chuong_6_phan_tich_he_thong_l.pdf