Kejuruteraan Kawalan 2: Reka Bentuk Kawalan Suap Balik: soalan latihan dan soalan peperiksaan

Separuh reka bentuk bagi kawalan suap balik: membentuk sambutan fana, jidar gandaan dan fasa daripada plot Bode, julat kestabilan dan lokus punca, serta memilih gandaan P, PI dan PID untuk memenuhi spesifikasi. Soalan peperiksaan lazimnya memberikan loji dan keperluan, lalu meminta gandaan, jidar atau lokasi kutub.

Pek ulang kaji kilat (PDF)Lembaran formula, langkah kaedah dan soalan latihan dengan penyelesaian penuh, sedia untuk dicetak.

Topik dalam kursus ini

  1. Sambutan langkahsistem peringkat pertama · parameter peringkat kedua · sistem fizikal dan reka bentukpengiraan
  2. Plot Bode dan marginpenapis dan asimptot · magnitud dan fasa · margin kestabilanpengiraan
  3. Kestabilan: Routh–Hurwitz & lokus puncaTatasusunan Routh dan pengiraan kutub · julat K untuk kestabilan · lokus puncapengiraan
  4. Ralat keadaan mantap & kawalan PIDjenis sistem dan pemalar ralat · ralat keadaan mantap dan gandaan · Reka bentuk P, PI dan PDpengiraan
  5. Gambar rajah bloksiri, selari dan suap balik · fungsi pindah gelung tertutup dan ralat · gangguan, kestabilan dan kutubpengiraan

Tip peperiksaan untuk Kejuruteraan Kawalan 2: Reka Bentuk Kawalan Suap Balik

  • Terjemahkan setiap spesifikasi ke dalam satah-s dahulu: terlajak memberikan ζ, masa pemenapan memberikan ζωₙ.
  • Baca jidar gandaan pada frekuensi di mana fasa ialah −180°, dan jidar fasa di mana gandaan ialah 1 (0 dB).
  • Semak kestabilan dengan tatasusunan Routh sebelum anda mempercayai sebarang keputusan ralat keadaan mantap atau terlajak.

Contoh penyelesaian

Sambutan langkahMudah
t (s)y(t)y(∞) = ?

Sistem peringkat pertama G(s) = 2/(2s + 1) menerima input langkah bersaiz 2 pada t = 0, bermula daripada keadaan rehat. Cari nilai akhir y(∞) bagi output.

G(s) = 2/(2s + 1)U = 2

Cari nilai y(∞)

Tunjukkan petunjuk
  1. Teorem nilai akhir: y(∞) = lim s·G(s)·U/s = G(0)·U.
  2. G(0) ialah gandaan DC.
  3. G(0) = 2.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Sambutan langkah: sistem peringkat pertama G(s) = K/(τs + 1) menyambut langkah bersaiz U dengan y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): ia mencapai 63.2 % daripada nilai akhir K·U selepas satu pemalar masa τ dan 98 % selepas 4τ. Sistem peringkat kedua G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) mempunyai kutub s = −ζωₙ ± jωd dengan ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Untuk 0 < ζ < 1 sambutan langkah melajak: peratusan lajakan %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), masa puncak tp = π/ωd, dan masa pengenapan 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). Bandingkan penyebut dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ² untuk mendapatkan ωₙ dan ζ. Bagi sistem jisim–spring–peredam ωₙ = √(k/m) dan ζ = c/(2√(km)); bagi litar RLC sesiri ωₙ = 1/√(LC) dan ζ = (R/2)·√(C/L).

Gandaan AT

G(0) = 2

Nilai akhir

y(∞) = G(0)·U = 2·2 = 4

Jawapan

y(∞) = 4
Plot Bode dan marginSederhana
vin​R = 1 kΩC = 1 nFvout​

penapis laluan rendah RC yang ditunjukkan mempunyai R = 1 kΩ, C = 1 nF. Input sinusoid 1600 kHz dikenakan. Cari anjakan fasa φ bagi vout relatif kepada vin, dalam darjah.

R = 1 kΩC = 1 nFf = 1600 kHz

Cari nilai φ (°)

Tunjukkan petunjuk
  1. Cari frekuensi sudut dahulu: fc = 159155 Hz.
  2. H(jω) = 1/(1 + jω/ωc)
  3. f/fc = 10.05.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Sambutan frekuensi: gantikan s = jω dalam fungsi pindah. Magnitud dalam desibel ialah 20·log₁₀|H(jω)| dan fasa ialah hasil tambah sudut faktor pengatas tolak sudut faktor penyebut. Penapis RC atau RL peringkat pertama mempunyai frekuensi sudut (−3 dB) pada ωc = 1/(RC) atau R/L, dan fc = ωc/(2π); penapis laluan rendah memberi |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) dan φ = −atan(ω/ωc). Dalam plot Bode asimptot (garis lurus) setiap kutub membengkokkan magnitud ke bawah sebanyak 20 dB/dekad pada frekuensi sudutnya, setiap sifar membengkokkannya ke atas sebanyak 20 dB/dekad, dan pengamir 1/s memberi −20 dB/dekad pada semua frekuensi. Lintasan gandaan ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margin fasa PM = 180° + ∠L(jωc). Lintasan fasa ω180: ∠L(jω) = −180°; margin gandaan GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Gelung tertutup stabil apabila kedua-dua margin positif.

Frekuensi sudut

ωc = 1/(RC) = 1/(1000·1 × 10⁻⁹) = 1000000 rad/s
fc = 159155 Hz → f/fc = 1.6 × 10⁶/159155 = 10.05

Fasa

φ = − atan(10.05) = −84.32°

Jawapan

φ = −84.32°

Cara latihan berfungsi

  • “Berlatih kursus ini” mencampurkan soalan daripada semua topiknya, seperti peperiksaan sebenar.
  • Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.
  • Peperiksaan percubaan adalah bermasa dan tanpa petunjuk, dan anda mendapat skor serta semakan penuh pada akhirnya.

Kalkulator untuk kursus ini

Kursus berkaitan