Homework Assignments - Trinh Sy Dong

Homework Assignments - Trinh Sy Dong tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các...

Lý thuyết ðiều khiển tự ñộng

ThS ðỗ Tú Anh

Bộ môn ðiều khiển tự ñộng

Nhập môn

ð iều khiển

tự ñộng

Nhập môn

Ví dụ về các hệ thống ðKTð (từng phần hoặc toàn phần)

Một hệ thống ñiều khiển tự ñộng là một tổ hợp các phần tử

cùng hoạt ñộng với nhau sao cho toàn bộ hệ thống vận hành

một cách tự ñộng ñể thực hiện một chức năng (nhiệm vụ) ñặt

trước.

• Máy móc thiết bị: tủ lạnh, máy ñiều hòa nhiệt ñộ, thang máy, vô tuyến ñiều khiển từ xa, hệ thống viễn thông,

Internet, …

• Công nghiệp: CN sản xuất giấy, xi măng, CN ô tô, …

• Ứng dụng khác: nhà máy ñiện, lò phản ứng (hạt nhân hoặc hóa chất), hệ thống giao thông vận tải, rô bốt, hệ thống vũ khí, máy tính, nông nghiệp, hệ thống tự ñộng hóa tòa nhà, …

Nhập môn

Ưu ñiểm của các hệ thống ðKTð

• Giảm thiểu sự tham gia của con người trong các lĩnh vực kỹ thuật kể trên  giảm nhân công, tăng năng suất và chất lượng

sản phẩm, …

• Giảm lao ñộng nặng nhọc, tai nạn nghề nghiệp

• Nâng cao chất lượng cuộc sống

Một vài phát minh ñáng nhớ

• 1769, James Watt phát minh ra máy ñiều chỉnh tốc ñộ ly tâm dùng trong ñộng cơ hơi nước

• 1957, Liên Xô cũ phóng thành công vệ tinh nhân tạo bay quanh trái ñất

• 1969, dự án tàu vũ trụ Apollo của Mỹ ñưa con người lần ñầu tiên bước lên mặt trăng

Nhập môn

Lịch sử phát triển

• 1930 – 1960: ðiều khiển kinh ñiển

(Classical Control)

• 1960 – nay: ðiều khiển hiện ñại

(Modern Control)

ðiều khiển tỷ lệ – tích

phân – vi phân (PID)

ðiều khiển trong không

gian trạng thái, ðK tối

ưu, ðK số, ðK thích

nghi, ðK bền vững, ðK

mờ, …

đ N 1.1 Xét ựối tượng T cần ựiều khiển và ựáp ứng mong muốn

y(t), hãy tìm một tắn hiệu vào u(t) thắch hợp sao cho với tắn hiệu

ựó, hệ thống sẽ ựạt ựược tắn hiệu ra mong muốn y(t) Ở ựây, tắn

hiệu vào thắch hợp u(t) ựgl tắn hiệu ựiều khiển.

Hệ thống ựiều khiển

đTđK

Kắch thắch Tắn hiệu vào

đáp ứng Tắn hiệu ra

Tắn hiệu ra y(t) có quan hệ với tắn hiệu vào u(t): y(t)=Tu(t),

trong ựó T là một toán tử.

Trên thực tế, bài toán tìm tắn hiệu ựiều khiển u(t) ựược

chuyển thành bài toán tổng hợp (thiết kế) bộ ựiều khiển.

Hệ thống ñiều khiển

ðN 1.2 Hệ thống ñiều khiển vòng hở (open-loop) là hệ thống

mà tín hiệu vào u(t) không phụ thuộc vào tín hiệu ra y(t), có

nghĩa là u(t) không phải là một hàm của y(t).

ðN 1.3 Hệ thống ñiều khiển vòng kín (closed-loop) là hệ

thống mà tín hiệu vào u(t) phụ thuộc vào tín hiệu ra y(t), có

nghĩa là u(t) là một hàm của y(t).

Bộ ðK ðTðK

r(t) u(t) y(t)

Bộ ðK ðTðK

r(t) u(t) y(t)

Bộ ðK

(controller,regulator,

compensator)

r(t) – tín hiệu ñặt

(reference signal)

Hệ thống ñiều khiển

Ví dụ Máy giặt quần áo là một hệ thống ðK vòng hở

Bộ lập trình (Bộ ðK)

Máy giặt (ðTðK) Tín hiệu

ñặt

Tín hiệu

ðK

Quần áo ñã

ñược giặt

r(t) u(t) y(t)

Ví dụ Bình nước nóng là một hệ thống ðK vòng kín

Bộ ðC nhiệt (Bộ ðK)

Bình nước nóng (ðTðK)

Tín hiệu

ñặt

Tín hiệu

ðK

Nhiệt ñộ nước r(t) u(t) y(t)

Hệ thống ñiều khiển

• Ở hệ thống ðK vòng kín, thông tin liên quan ñến ñầu

ra của hệ ñược ñưa trở lại ñầu vào  tác ñộng hồi tiếp.

• Nếu chất lượng của hệ thống chưa ñược thỏa mãn,

nhờ tác ñộng hồi tiếp, bộ ðK sẽ vẫn “hành ñộng” ñể

ñưa hệ thống ñạt tới chất lượng mong muốn.

• Các hệ thống ðK vòng kín ñược sử dụng khi yêu cầu

chất lượng ðK cao (về ñộ chính xác, tốc ñộ, …)

Trong phạm vi chương trình, chúng ta chỉ quan tâm ñến các hệ

ñiều khiển hồi tiếp.

Hệ thống ñiều khiển hồi tiếp

Sơ ñồ hoàn chỉnh

Thiết bị ðK ðTðK

Thiết bị CH

Thiết bị ño

Bộ so sánh

+ _

ˆ( )

y t

e(t)

e(t) Tín hiệu sai lệch

ˆ( )

y t Tín hiệu ño ñược

Ví dụ Hệ thống ñiều khiển lò phản ứng hạt nhân

Sơ ñồ khối cấu trúc ???

Hệ thống ñiều khiển hồi tiếp

Các bước thiết kế hệ thống ñiều khiển

1 Nghiên cứu ñối tượng cần ðK và quyết ñịnh các loại cảm biến và thiết bị chấp hành sẽ sử dụng.

2 Mô hình hóa hệ thống cần ðK; ñơn giản hóa mô hình nếu cần thiết.

3 Phân tích mô hình; xác ñịnh các tính chất của nó.

4 Quyết ñịnh các chỉ tiêu chất lượng của hệ.

5 Quyết ñịnh cấu trúc ñiều khiển.

6 Thiết kế bộ ðK thỏa mãn các chỉ tiêu CL ñặt ra, nếu không, giảm bớt chỉ tiêu hoặc tổng quát hóa cấu trúc bộ ðK.

7 Mô phỏng hệ thống ðK vừa nhận ñược, hoặc trên máy tính hoặc trên ñối tượng thử nghiệm.

8 Lặp lại bước 1 nếu cần thiết.

9 Chọn các phần cứng và phần mềm và thực hiện bộ ðK.

10 Chỉnh ñịnh trực tuyến (on-line) bộ ðK nếu cần thiết.