tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
Trang 1ĐH BÁCH KHOA-ĐHQG TP.HCM
Khoa : Điện – Điện Tử
TỰ ĐỘNG HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU
AUTOMATION AND OPTIMAL CONTROL
Mã số MH : 409701
- Đánh giá : Kiểm tra: 20%
Thang điểm 10/10 Thi cuối kỳ: 80% Thi Viết - 90'
- CTĐT ngành : Tự Động Hóa và Điều Khiển
Điện Tử - Viễn Thông
Hệ Thống Năng Lượng
Cơ Điện tử
(khối kiến thức-KT)
Năm 2-3 Thuộc khối KT: Cơ sở ngành rộng
- Ghi chú khác :
1 Mục tiêu của môn học:
Môn học trang bị cho sinh viên các phương pháp kinh điển để phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển hồi tiếp
Aims:
The course provides students with classical methods for analysis and design of feedback control systems
2 Nội dung tóm tắt môn học :
Nội dung của môn học đề cập đến hệ thống điều khiển hồi tiếp; mô hình toán học hệ thống tuyến tính liên tục và rời rạc; các chỉ số chất lượng trong miền thời gian và miền tần số; tính ổn định và
độ ổn định; khâu hiệu chỉnh sớm trể pha và bộ điều khiển PID; các phương pháp phân tích và thiết kế hệ tuyến tính: quỹ đạo nghiệm số, tiêu chuẩn Nyquist, phương pháp trong miền tần số và phương pháp không gian trạng thái
Course outline:
The course deals with introduction to feedback control systems, mathematical modelling of continuous and discrete time system; time-domain and frequency-domain performance measures; stability and degree of stability; lead-lag compensators and PID controllers; linear control system analysis and design methods: root locus method, Nyquist criterion, frequency-domain method,
Trang 2and state space method.
3 Tài liệu học tập:
[1] Lý thuyết điều khiển tự động, Nguyễn Thị Phương Hà và Huỳnh Thái Hoàng, NXB ĐHQG TPHCM, 2002
[2] Automatic Control Systems, Benjamin C Kuo, Prentice-Hall International Editions, Seventh Edition 1995
[3] Modern Control System Theory and Design, Stanley M Shinners, John-Wiley and Sons
1992
[4] Bài tập điều khiển tự động Nguyễn thị phương Hà NXB ĐHQG TP.HCM , 1996
4 Các hiểu biết,các kỹ năng cần đạt được sau khi học môn học
Kiến thức: Lý thuyết điều khiển tự động kinh điển
Kỹ năng nhận thức: Phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển
Kỹ năng chuyên môn:
1 Khái niệm về hệ thống điều khiển vòng hở và vòng kín
2 Xây dựng hàm truyền và phương trình trạng thái mô tả hệ thống điều khiển liên tục và rời rạc;
3 Tính hàm truyền tương đương của hệ thống dùng phương pháp đại số sơ đồ khối và sơ đồ dòng tín hiệu;
4 Phân tích đặc tính động học của hệ thống điều khiển trong miền thời gian và miền tần số;
5 Đánh giá tính ổn định của hệ thống điều khiển;
6 Đánh giá chất lượng quá độ và xác lập của hệ thống điều khiển;
7 Đánh giá tính điều khiển được và quan sát được của hệ thống điều khiển;
8 Thiết kế bộ điều khiển sớm pha, trể pha, sớm trể pha dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm
số, đặc tính tần số
9 Thiết kế bộ điều khiển PID dùng phương pháp đặc tính tần số, Zeigler-Nichols
10 Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái dùng phương pháp phân bố cực
Kỹ năng chuyển đổi
1 Sử dụng phần mềm Matlab trong phân tích và thiết kế hệ thống tự động
2 Khả năng nghiên cứu về lý thuyết điều khiển tự động
Learning outcomes:
On sucessful completion of this course students should have the following knowledge and skills:
Knowledge: Classical automatic control theory
Cognitive Skills: Analysis and design of automatic control systems
Subject Specific Skills:
1 Concept about open-loop and closed-loop control systems;
2 Ability to establish transfer function and state space model of continuous and discrete control system;
3 Ability to calculate the equivalent transfer function of control systems using block
diagram and signal flow graph;
4 Ability to analyse the dynamics of control systems in time domain and frequency
domain;
5 Ability to analyse the stablility of control systems
Trang 36 Ability to analyse the transient and steady-state performances of control systems;
7 Ability to determine the controllability and observerbility of control systems;
8 Ability to design lag-lead compensator using root locus and frequency response;
9 Ability to design PID controller using frequency response, Zeigler-Nichols method;
10 Ability to design state feedback controller using pole placement method;
Transferable Skills:
1 Using Matlab in analysis and design of automatic control systems
2 Ability to conduct research in control domain
5 Hướng dẫn cách học - chi tiết cách đánh giá môn học:
Cách học:
- Đọc trước bài giảng và các tài liệu tham khảo liên quan trước mỗi buổi học
- Tham dự giờ giảng, vận dụng lý thuyết giải bài tập
- Sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng, kiểm chứng lý thuyết
Cách đánh giá:
- Kiểm tra (20%), trong đó:
o Bài tập: 20% (bài tập trên lớp + bài tập về nhà)
- Thi cuối kỳ: 80% (thi viết)
Learning Strategies & Assessment Scheme:
Learning strategies:
- Read lecture notes and reference books before each class
- Participate lecture hours, apply theory to solve exercises and homeworks
- Use Matlab in simulation, analysis and design classical control systems
Assessment scheme:
- Test (20%)
o Exercises and homeworks (20%)
- Final exam: 80% (writing)
6 Dự kiến danh sách Cán bộ tham gia giảng dạy:
7 Nội dung chi tiết:
1 Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển tự động
1.1 Khái niệm về điều khiển
1.2 Các nguyên tắc điều khiển
1.3 Các phần tử trong hệ thống điều khiển tự động
1.4 Phân loại hệ thống điều khiển tự động
1.5 Các ứng dụng của hệ thống điều khiển tự động
[1],[2], [3]
&[4]
3LT+1BT Hiểu Nắm vững
2,3 Chương 2: Mô hình toán học hệ thống liên tục
2.1 Khái niệm về mô hình toán học
[1],[2], [3]
6LT+2BT Vận dụng
Trang 4Tuần Nội dung Tài liệu Ghi chú
2.2 Mô hình tuyến tính hóa
2.3 Hàm truyền đạt và đại số sơ đồ khối
2.4 Sơ đồ dòng tín hiệu
2.5 Phương trình trạng thái
2.6 Mô phỏng hệ thống tự động dùng Matlab
&[4] Tổng hợp
4 Chương 3: Đặc tính động học
3.1 Khái niệm về đặc tính động học
3.2 Đặc tính thời gian
3.3 Đặc tính tần số
3.4 Đặc tính động học của các khâu điển hình
3.5 Đặc tính động học của hệ thống tự động
3.6 Khảo sát đặc tính động học dùng Matlab
[1],[2], [3]
&[4]
3LT+1BT Vận dụng Tổng hợp
5,6 Chương 4: Khảo sát tính ổn định của hệ thống 9LT + 3BT
4.1 Khái niệm về ổn định
4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số Routh-Hurwitz
4.3 Tiêu chuẩn ổn định tần số (Mikhailov, Nyquist)
4.4 Phương pháp quỹ đạo nghiệm số
4.5 Tính ổn định của hệ thống mô tả bằng phương trình trạng
thái
4.6 Khảo sát tính ổn định dùng Matlab
[1],[2], [3]
&[4]
6LT+2BT Vận dụng Tổng hợp
7 Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển
5.1 Các chỉ tiêu chất lượng
5.2 Hàm độ nhạy
5.3 Sai số xác lập
5.4 Đáp ứng quá độ
5.5 Tiêu chuẩn tối ưu hóa đáp ứng quá độ
5.6 Liên quan giữa đặc tính tần số và chất lượng trong miền
thời gian
5.7 Khảo sát chất lượng hệ thống dùng Matlab
[1],[2], [3]
&[4]
3LT+1BT Vận dụng Tổng hợp
8,9 Chương 6: Thiết kế hệ thống tuyến tính liên tục
6.1 Giới thiệu các sơ đồ điều khiển
6.2 Các bộ điều khiển: sớm-trễ pha, PID, hồi tiếp trạng thái
6.3 Tính điều khiển được và quan sát được
6.4 Thiết kế dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm số
6.5 Thiết kế dùng biểu đồ Bode
6.6 Thiết kế hệ thống dùng kỹ thuật phân bố cực
6.7 Ước lượng trạng thái hệ liên tục
6.8 Thiết kế hệ thống liên tục dùng Matlab
[1],[2], [3]
&[4]
6LT+2BT Vận dụng Tổng hợp
10 Chương 7: Mô tả toán học hệ rời rạc
7.1 Tín hiệu và hệ thống rời rạc
7.2 Phép biến đổi Z
7.3 Hàm truyền đạt của hệ rời rạc
7.4 Sơ đồ mô phỏng và sơ đồ dòng tín hiệu
7.5 Phương trình trạng thái của hệ rời rạc
7.6 Mô tả toán học hệ rời rạc dùng Matlab
[1],[2], [3]
&[4]
3LT+1BT Vận dụng Tổng hợp
Trang 5Tuần Nội dung Tài liệu Ghi chú
8.1 Điều kiện ổn định của hệ rời rạc
8.2 Tiêu chuẩn Routh-Hurwitz mở rộng
8.3 Tiêu chuẩn Jury
8.4 Quỹ đạo nghiệm số
8.5 Sai số xác lập
8.6 Đáp ứng quá độ và đáp ứng xung
8.7 Phân tích hệ rời rạc dùng Matlab
[3]
&[4]
Vận dụng Tổng hợp
12,13 Chương 9: Thiết kế hệ rời rạc
9.1 Khái niệm
9.2 Bộ điều khiển sớm-trễ pha & PID rời rạc
9.3 Tính điều khiển được và quan sát được của hệ rời rạc
9.4 Thiết kế hệ thống rời rạc ở miền tần số & mặt phẳng Z
9.5 Thiết kế hệ thống rời rạc dùng kỹ thuật phân bố cực
9.6 Ước lượng trạng thái hệ rời rạc
9.7 Thiết kế hệ rời rạc dùng Matlab
[1],[2], [3]
&[4]
4.5LT+1.5BT Vận dụng Tổng hợp
14 Chương 10: Ứng dụng
10.1 Điều khiển nhiệt độ
10.2 Điều khiển động cơ
10.3 Điều khiển mức chất lỏng
[1],[2], [3]
&[4]
3LT+1BT Nắm vững Vận dụng
** Nội dung giới hạn cho kiểm tra bài tập nhóm giữa kỳ trên
lớp và về nhà
Chương 2-5
** Nội dung thi cuối kỳ (tập trung)
Chương 6-10
Ghi chú: Đề cương mới có phần ước tính số giờ tự học – theo cấu trúc nêu ở phần đầu
8 Thông tin liên hệ:
+ Khoa Điện – Điện Tử
+ Bộ môn Điều khiển tự động, Nguyễn thị phương Hà- 0918095818
E-mail: phuonghagv@yahoo.com , ntpha@hcmut.edu.vn
+ Trang WEB môn học: Bkel … MH TĐH & ĐK tối ưu ( VP )
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 6 năm 2012
PGS.TS.NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ