giáo trình điều khiển tự động

*Nghiên cứu các phương pháp, công cụ toán học để mô tả, phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển tự động... • Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động • Chương 2: Mô tả toán học cá

Bộ Môn : Cơ Điện Tử

•Bộ mơn : Cơ Điện Tử •2

GV: Th.S NGUYỄN TẤN PHÚC

TEL: 01267102772

Website lưu trữ slide giảng :

http://www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=phucnt

Bộ Môn : Cơ Điện Tử

CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

*Số tiết : 30 tiết Lý Thuyết – 15 tiết thực hành

*Giảng viên: ThS Nguyễn Tấn Phúc

Giáo trình- tài liệu tham khảo :

*Slide bài giảng – giáo trình

*Sách: Lý Thuyết điều khiển tự động ,

*Nghiên cứu các phương pháp, công cụ toán học để mô tả,

phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển tự động

• Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động

• Chương 2: Mô tả toán học các hệ thống điều khiển (Mô hình hoá một số hệ thống )

• Chương 3: Đặc tính động học của hệ thống

• Chương 4: Tính ổn định của hệ thống

• Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển

• Chương 6: Thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống

• Chương 7: Hệ thống điều khiển rời rạc

1.1 Các khái niệm cơ bản

1.2 Cấu trúc của hệ thống điều khiển

1.3 Các nguyên tắc điều khiển

1) Điều khiển

Ví dụ 1 : Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h

1 Thu thập thông tin: Mắt quan sát đồng hồ tốc độ

2 Xử lý thông tin: Não so sánh v mong muốn và v thực tế  ra

quyết định tăng / giảm ga

3 Tác động: Tay vặn tay ga để thực hiện tăng/giảm ga

Kết quả : xe chạy với tốc độ ổn định 40 km/h

*Điều khiển = quá trình thu thập thông tin , xử lý thông tin và

Ví dụ 2: Điều khiển giữ ổn định mức nước h=const =H0

1 Thu thập thông tin: Thiết bị đo = phao

2 Xử lý thông tin: Bộ điều khiển = hệ thống đòn bẩy

3 Tác động: Cơ cấu tác động = van

Mức nước H0 có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh độ dài thanh nối phao-đòn bẩy

2) Tín hiệu

*Lý thuyết thông tin: tín hiệu = nội dung thông tin

*Bản chất vật lý: tín hiệu = đại lượng vật lý

(điện áp, dòng điện, vận tốc, vị trí, áp suất, nhiệt độ,…)

*Toán học: tín hiệu = hàm số theo thời gian

( u(t), i(t), v(t), x(t), p(t), (t), )

*Trên sơ đồ khối: các tín hiệu vào/ra = các mũi tên

điện áp u(t) vận tốc n(t)

góc quay  (t) Động cơ điện

lưu lượng, áp suất vận tốc, vị trí, lực

r(t) : tín hiệu vào, chuẩn (reference input), giá trị đặt trước (SetPoint)

y(t) : tín hiệu ra (output), biến được điều khiển (controlled variable),

giá trị thực (Process Value)

yht(t) : tín hiệu hồi tiếp (feedback)

e(t) : tín hiệu sai lệch, sai số (error)

u(t) : tín hiệu điều khiển

* 1.3 Các nguyên tắc điều khiển

1.3.1 Nguyên tắc điều khiển giữ ổn định

Mục tiêu: Duy trì đáp ứng y= hằng số định trước

 Điều khiển bù nhiễu

 Điều khiển san bằng sai lệch

 Điều khiển phối hợp

1.3.2 Nguyên tắc điều khiển theo chương trình

Mục tiêu: Tạo đáp ứng y(t) có đặc tính thời gian

định trước (chương trình=hàm thời gian)

1.3.3 Nguyên tắc điều khiển thích nghi

Mục tiêu: Điều khiển các đối tượng có mô hình

- u(t) được hình thành dựa trên giá trị đo được của nhiễu

- Tác động nhanh, ngăn chặn trước ảnh hưởng của nhiễu

- Với hệ phức tạp (có nhiễu không biết trước/ không đo được) thì đáp ứng sẽ kém chính xác

* 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định (tt)

- u(t) được hình thành dựa trên độ sai lệch vào-ra

- Có thể làm triệt tiêu ảnh hưởng của nhiễu không biết trước/

2) Điều khiển san bằng sai lệch (feedback control)

Bộ ĐK Nđộ đặt e u

Cảm biến nhiệt

* 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định (tt)

- Mạch bù nhiễu sẽ tác động nhanh để bù trừ trước

ảnh hưởng của các nhiễu đo được

- Mạch hồi tiếp sẽ tiếp tục hiệu chỉnh để triệt tiêu sai số tạo

ra bởi các nhiễu không đo được

3) Điều khiển phối hợp

1.4.1 Phân loại theo mạch hồi tiếp

*Hệ kín (hệ hồi tiếp): Sử dụng mạch hồi tiếp

Hệ kín có loại một vòng hồi tiếp và nhiều vòng hồi tiếp

*Hệ hở: Không dùng mạch hồi tiếp  chỉ phù hợp với các ứng dụng không đòi hỏi đáp ứng chất lượng cao

1.4.2 Phân loại theo đặc điểm mô tả toán học

*Hệ liên tục

*Hệ rời rạc

*Hệ tuyến tính (lý tưởng)

(tín hiệu ra ở xác lập tỉ lệ với tín hiệu vào)

Thì tín hiệu ra: y = y1 + y2 +…+ yn

*Hệ phi tuyến

khuếch đại bão hoà, khe hở, trễ, chết,…)

* Có thể tuyến tính hoá nếu giá trị các biến chỉ thay đổi

*Hệ bất biến (hệ dừng)

là hằng số theo thời gian

*Hệ biến đổi theo thời gian (hệ không dừng)

1.4.3 Phân loại theo số lượng tín hiệu vào-ra

*Hệ SISO (Single Input – Single Output): một ngõ vào – một ngõ ra

*Hệ MIMO (Multi Input – Multi Output) : nhiều ngõ vào – nhiều ngõ ra

Môn học Điều khiển tự động (30 tiết) chủ yếu khảo sát các hệ thống tuyến tính bất biến SISO

1) Bài toán phân tích

Biết cấu trúc và thông số của hệ thống

Yêu cầu:

* Xét tính ổn định của hệ thống  y() = const ?

* Tìm hàm đáp ứng y(t) khi biết tín hiệu vào r(t)

* Biểu diễn y(t) bằng đồ thị

* Đánh giá chất lượng quá trình điều khiển (xác định sai

số xác lập e(), thời gian ổn định ts , độ vọt lố

POT,…)

*

2) Bài toán thiết kế

Biết cấu trúc và thông số của đối tượng điều khiển

Yêu cầu:

* Thiết kế bộ điều khiển (xác định loại và thông số tối

ưu của bộ điều khiển) để hệ thống đạt yêu cầu chất lượng đã đề ra

*Hệ điều khiển tốc độ động cơ Diesel, tuabin hơi

*Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC

*Hệ điều khiển tốc độ động cơ servo

*Hệ thống điều khiển máy trộn

*Hệ thống điều khiển nhiệt độ

*Hệ thống điều khiển máy CNC

*Lý thuyết điều khiển kinh điển (trước 1960)

hoá tại điểm làm việc, chứng minh tính ổn định của hệ phụ thuộc vào các nghiệm có phần thực dương của ph trình đặc tính

bộ điều khiển sớm-trễ pha

*Lý thuyết điều khiển hiện đại (~ 1960 đến nay)

*Lý thuyết điều khiển thông minh

• Any questions ?????????????