Kỹ thuật điều khiển 1: bài tập và câu hỏi ôn thi

Khóa học đầu tiên về điều khiển phản hồi: biến đổi Laplace và hàm truyền, sơ đồ khối, đáp ứng quá độ, ổn định bằng tiêu chuẩn Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệm, sai số xác lập, điều khiển PID và đáp ứng tần số. Hầu hết câu hỏi thi bắt đầu từ một hàm truyền và hỏi một cực, một độ lợi hoặc một chỉ tiêu kỹ thuật.

Gói ôn nước rút (PDF)Bảng công thức, các bước phương pháp và bài tập có lời giải đầy đủ, sẵn sàng để in.

Các chủ đề trong môn học này

  1. Biến đổi Laplacecác cặp trong bảng và các định lý giá trị · biến đổi ngược bằng phân thức đơn giản · Phương trình vi phân thường và hàm truyềnbài tính toán
  2. Sơ đồ khốinối tiếp, song song và hồi tiếp · hàm truyền vòng kín và sai số · nhiễu, ổn định và các cựcbài tính toán
  3. Đáp ứng bướchệ bậc nhất · các thông số của hệ bậc hai · hệ vật lý và thiết kếbài tính toán
  4. Ổn định: Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệmBảng Routh và đếm cực · khoảng của K để ổn định · quỹ đạo nghiệmbài tính toán
  5. Sai số xác lập và điều khiển PIDloại hệ thống và hằng số sai số · sai số xác lập và độ lợi · thiết kế P, PI và PDbài tính toán
  6. Biểu đồ Bode và độ dự trữbộ lọc và đường tiệm cận · độ lớn và pha · các độ dự trữ ổn địnhbài tính toán

Mẹo làm bài thi Kỹ thuật điều khiển 1

  • Hãy viết đa thức đặc trưng vòng kín trước: ổn định, sự cản và quỹ đạo nghiệm đều đến từ nó.
  • Đếm các cực tại s = 0 trước khi tính sai số xác lập: loại của hệ cho bạn biết sai số nào hữu hạn.
  • So sánh mẫu số bậc hai với s² + 2ζωₙs + ωₙ² để đọc ra tỷ số cản và tần số riêng.

Ví dụ có lời giải

Biến đổi LaplaceDễ
t (s)f(t)f(∞) = ?

Một tín hiệu f(t) có biến đổi Laplace F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23)). Dùng định lý giá trị cuối để tìm giá trị f(∞) mà f(t) tiến tới.

F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23))

Tìm f(∞)

Hiện các gợi ý
  1. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lim s·F(s) khi s → 0.
  2. Trước hết kiểm tra rằng mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái, để f(t) thực sự tiến tới một giá trị ổn định.
  3. s·F(s) = 28/(s² + 2s + 23).
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Biến đổi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt biến đạo hàm thành phép nhân với s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Các cặp chuẩn: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), và phép dịch s → s + σ nhân hàm theo thời gian với e−σt. Để biến đổi ngược một F(s) hữu tỉ, hãy tách thành các phân thức riêng: thặng dư của cực đơn p là A = [(s − p)·F(s)] tại s = p. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lims→0 s·F(s), chỉ đúng khi mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái. Định lý giá trị đầu: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Kiểm tra định lý có áp dụng được không

Định lý chỉ đúng khi f(t) tiến tới một giá trị ổn định; một cực trên trục ảo hoặc trong nửa mặt phẳng phải sẽ cho đáp án sai.

Các cực của s·F(s): s² + 2s + 23 = 0, đều nằm trong nửa mặt phẳng trái.

Giá trị cuối

f(∞) = lims→0 s·F(s) = lims→0 28/(s² + 2s + 23) = 28/23 = 1,217

Đáp số

f(∞) = 1,217
Sơ đồ khốiTrung bình
R(s)+1(s + 3)(s + 2)(s + 4)G(s)C(s)−

Một vòng hồi tiếp âm đơn vị có G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4)). Một bậc thang có độ lớn 2 được đặt vào tín hiệu chuẩn. Tìm sai số xác lập ess.

G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4))R = 2

Tìm ess

Hiện các gợi ý
  1. Hằng số sai số vị trí Kₚ = G(0).
  2. Sai số xác lập với bậc thang có độ lớn A: A/(1 + Kₚ).
  3. Kₚ = 1·3/(2·4) = 0,375.
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Đại số sơ đồ khối: các khối nối tiếp thì nhân (G₁·G₂), các khối song song thì cộng (G₁ + G₂), và một vòng có đường thuận G và đường hồi tiếp H rút gọn thành T = G/(1 + G·H) với hồi tiếp âm và G/(1 − G·H) với hồi tiếp dương. Rút gọn các vòng bên trong trước, rồi làm dần ra ngoài. Các cực vòng kín là nghiệm của phương trình đặc trưng 1 + G(s)H(s) = 0. Với vòng ổn định, đầu vào bậc thang có độ lớn A cho đầu ra xác lập A·T(0); với hồi tiếp đơn vị, sai số xác lập đối với bậc thang là A/(1 + Kp) với Kp = G(0).

Hằng số sai số vị trí

Kₚ = G(0) = 1·3/(2·4) = 0,375

Sai số xác lập

ess = A/(1 + Kₚ) = 2/(1 + 0,375) = 1,455

Đáp số

ess = 1,455

Cách luyện tập hoạt động

  • “Luyện tập môn học này” trộn các bài từ mọi chủ đề của nó, giống một kỳ thi thật.
  • Mỗi bài tập có số liệu mới, nên bạn học phương pháp chứ không học thuộc đáp án.
  • Bí rồi? Hãy mở một gợi ý nhỏ trước, và chỉ xem giải thích đầy đủ khi cần.
  • Đề thi thử có tính giờ và không có gợi ý, và bạn nhận được điểm số cùng phần xem lại đầy đủ ở cuối.

Máy tính cho môn học này

Các môn học liên quan