Dạng hệ thống cơ bản Trong hệ thống điều khiển số phân biệt hai loại hệ thống cơ bản: Hệ thống có bản chất gián đoạn: Các tín hiệu vào/ ra/ trạng thái đều rời rạc về thời gian và về mứ
Trang 1Chương 1 Giới thiệu về điều khiển số
Trang 2Giảng viên: Lê Thị Vân Anh
Office: G204
Email: anhltv_cntd@epu.edu.vn
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
Katsuhiko Ogata, “Discrete time control systems”, Mc GrawHill
-International Edition , 1995.
D Ibrahim, “Microcontroller Based Applied Digital Control”
Gene F Franklin, J.David Powell, Michael Workman “Digital
Control Dynamic Systems” 3rd Edition, Pearson, 2003.
Ng Ph Quang, “Bài giảng Điều khiển số”, 2009
L H Viet, “Bài giảng điều khiển số”
N.T.P.Hà & H.T.Hoàng, “giáo trình lý thuyết điều khiển tự động”.
Trang 41 Lược sử phát triển
Thời kỳ cổ đại
Water clock (Greeks, 300 BC)
Trang 51 Lược sử phát triển
Thời kỳ trung đại
Steam engine
Trang 61 Lược sử phát triển
Thời kỳ hiện đại
Classical Control (1930 – 1960)
Feedback amplifiers, servomechanisms
Continuous time, time invariant, SISO, mostly linear
Root locus, Nyquist methods, Bode plot
Root locus, Nyquist methods, Bode plot
Modern Control – State space approach
Kalman (1960)
MIMO, time-varying
Use of linear feedback to place all poles of LTI systems
With the advent of low cost computation → digital
control implementations became preferred
Trang 71971: Kỷ nguyên của vi xử lý và vi máy tính bắt đầu cùng với
sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo bán dẫn Cho phép thực thi các vi hệ thống điều khiển số.
1975: Bộ điều khiển số khả trình tuần tự dựa trên vi xử lý bắt
đầ u được sản xuất và có mặt trên thị trường
Trang 82 Why Use Digital Control ?
Often Cheaper
Usually Smaller/lighter
Usually needs Less power
Often More precise
Often More precise
Can Re-program
Can use same component (with different programming) Generality
Trang 9Vấn đề và hạn chế của điều khiển số?
Tốc độ tính toán và xử lý là hữu hạn.
Tính trễ trong xử lý có thể gây ảnh hưởng xấu đến tính ổn định của hệ thống điều khiển vòng kín.
Trang 103 Các dạng tín hiệu
Trang 114 Dạng hệ thống cơ bản
Trong hệ thống điều khiển số phân biệt hai loại hệ thống cơ bản:
Hệ thống có bản chất gián đoạn: Các tín hiệu vào/ ra/ trạng thái đều rời rạc về thời
gian và về mức →các thiết bị số.
Hệ thống có bản chất liên tục: Thường là các đối tượng điều khiển → khi điều khiển
bằng bộ điều khiển số, phải thực hiện gián đoạn hoá các tín hiệu vào/ ra/ trạng thái từ
mô hình liên tục của đối tượng
Trang 125 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Trang 135 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Trang 145 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Bộ điều chỉnh: Sử dụng vi xử lý (microprocessor: µP), vi điều khiển
(microcontroller: µC), vi xử lý tín hiệu (digital signal processor: DSP) hoặc các Chip khả trình mảng FPGA, CPLD, ASIC…
Trang 155 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Bộ chuyển đổi ADC
Bộ trích mẫu lý tưởng là bộ trích mẫu mà hoạt động đóng và mở được thực hiện tức thời theo một chu kỳ là T và khoảng thời gian trích mẫu được coi là zero Khi
đó bộ trích mẫu thực chất là một chuỗi xung đơn vị được mô tả toán học như sau:
Trang 165 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Cấu trúc bộ chuyển đổi ADC
ADC
Trang 175 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Cần trích mẫu với tần số bao nhiêu?
Các bộ trích mẫu thường chỉ có thể hoạt động được với các thiết bị vật lý có tốc độ trích mẫu hữu hạn.
Nếu tín hiệu cần trích mẫu biến đổi nhanh và việc trích mẫu thực hiện chậm
sẽ làm mất thông tin cơ bản của tín hiệu và không thể phục hồi lại tín hiệu gốc từ thông tin nhận được từbộ trích mẫu.
Lý thuyết trích mẫu phát biểu như sau:
“Nếu một tín hiệu không chứa hài tần số lớn hơn tầnsố trích mẫu thì
nó hoàn toàn có thể được đặc trưng bởi các giá trị đo được tại những khoảng thời gian cách nhau bằng “
Thực tế nếu tần số trích mẫu mà thấp thì sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng đến tính ổn định của hệ điều khiển vòng kín Do đó nên lựa chọn tốc độ trích
mẫu lớn hơn nhiều lần tần số tối thiểu theo lý thuyết trích mẫu.
.”
/
c
Trang 185 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Bộ chuyển đổi DAC:
Có thể không tồn tại một cách tường minh, mà ẩn dưới dạng thiết bị có chức năng DA Ví dụ: khâu điều chế vector điện áp (khi điều khiển digital động cơ
ba pha)
Các đối tượng được điều khiển trong các hệ thống số nói riêng và hệ thống nói chung đều được điều khiển trực tiếp bằng các tín hiệu tương tự ví dụ như dạng dòng hoặc áp Vì vậy các tín hiệu điều khiển được trích mẫu (rời rạc) phải được chuyển đổi thành dạng tín hiệu tương tự
Về lý thuyết việc phục hồi tín hiệu giữa các khoảng trích mẫuthực chất là quátrình ngoại suy dựa trên thông tin về các giá trị trích mẫu trước kT, (k-1)T,(k-2)T,…,0
Để tăng tốc độ phục hồi, đơn giản hoá và giảm giá thành thiết bị, tín hiệuphục hồi được trong khoảng được xấp xỉ bằng đúng giá trị trích mẫu tại thờiđiểm kT
Trang 195 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Để tăng tốc độ phục hồi, đơn giản hoá và giảm giá thành thiết bị, tín hiệuphục hồi được trong khoảng được xấp xỉ bằng đúng giá trị trích mẫu tạithời điểm kT
Trang 205 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển số
Cấu trúc của bộ DAC
Trang 216 Ví dụ về hệ thống điều khiển số
Trang 226 Ví dụ về hệ thống điều khiển số
Hệ thống điều khiển số máy công cụ
Trang 236 Ví dụ về hệ thống điều khiển số
Điều khiển lực nắm của cánh tay Robot
Trang 246 Ví dụ về hệ thống điều khiển số
Hệ thống điều khiển động cơ DC
Trang 256 Ví dụ về hệ thống điều khiển số
Hệ thống điều khiển động cơ AC