Bài giảng Cơ sở điều khiển tự động - Ths. Vũ Anh Đào

Chia sẻ: Nguyễn Việt Hùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

0
15
lượt xem
8
download

Bài giảng Cơ sở điều khiển tự động - Ths. Vũ Anh Đào

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của môn học: Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản để phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển kỹ thuật trong miền thời gian và miền tần số bằng công cụ toán học, tập trung chủ yếu là các vấn đề trong miền liên tục. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở điều khiển tự động - Ths. Vũ Anh Đào

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> <br /> BÀI GIẢNG MÔN<br /> <br /> CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG<br /> <br /> Giảng viên:<br /> <br /> Ths. Vũ Anh Đào<br /> <br /> Điện thoại/E-mail:<br /> <br /> anhdaoptit@gmail.com<br /> <br /> Bộ môn:<br /> <br /> Kỹ thuật điện tử<br /> <br /> Học kỳ/Năm biên soạn: 2009<br /> <br /> Giới thiệu môn học<br /> •<br /> <br /> •<br /> <br /> •<br /> <br /> Mục đích:<br /> Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản để phân tích và tổng hợp hệ thống<br /> điều khiển kỹ thuật trong miền thời gian và miền tần số bằng công cụ toán học, tập<br /> trung chủ yếu là các vấn đề trong miền liên tục. Môn học thuộc lĩnh vực lý thuyết<br /> điều khiển, và là những cơ sở cơ bản nhất của lý thuyết hệ thống điều khiển được<br /> ứng dụng cho kỹ thuật. Các phương pháp được đề cập đến để phân tích và tổng hợp<br /> hệ thống là phương pháp kinh điển và phương pháp không gian trạng thái. Sinh<br /> viên được làm quen với phương pháp sử dụng phần mềm Matlab dùng để mô phỏng<br /> và tổng hợp hệ thống<br /> Thời lượng: 3 đvht<br /> – Lý thuyết : 37 tiết<br /> – Kiểm tra : 2 tiết<br /> – Thí nghiệm: 6 tiết<br /> Điểm thành phần:<br /> – Chuyên cần<br /> : 10%<br /> – Kiểm tra<br /> : 10%<br /> – Thí nghiệm<br /> : 10%<br /> – Thi kết thúc học phần: 70%<br /> <br /> Nội dung môn học<br /> PHẦN I. HỆ THỐNG ĐKTĐ TUYẾN TÍNH LIÊN TỤC<br /> Chương 1: Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ liên tục<br /> Chương 2: Đặc tính của các khâu cơ bản và của hệ thống ĐKTĐ liên tục<br /> Chương 3: Khảo sát tính ổn định của hệ thống ĐKTĐ liên tục<br /> Chương 4: Khảo sát chất lượng hệ thống ĐKTĐ liên tục<br /> Chương 5: Tổng hợp hệ thống ĐKTĐ liên tục<br /> PHẦN II. HỆ THỐNG ĐKTĐ TUYẾN TÍNH RỜI RẠC<br /> Chương 6: Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ rời rạc<br /> Chương 7: Phân tích và thiết kế hệ thống ĐKTĐ rời rạc<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> [1]. Vũ Anh Đào, Đặng Hoài Bắc, Bài giảng Cơ sở điều khiển tự động,<br /> HVCNBCVT, 2008.<br /> [2]. Phạm Công Ngô, Lý thuyết Điều khiển tự động, NXB KHKT, 2001<br /> [3]. Nguyễn Văn Hoà, Cơ sở Lý thuyết điều khiển tự động, NXB KHKT, 2001.<br /> [4]. Nguyễn Thương Ngô, Lý thuyết Điều khiển tự động thông thường và hiện<br /> đại, NXB KHKT, 2005.<br /> [5]. Benjamin C. Kuo, Automatic Control Systems, Prentice - Hall<br /> International Editions, Seventh Edition 1995.<br /> <br /> Chương 1. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ<br /> 1.1 Giới thiệu chung<br /> •<br /> •<br /> <br /> •<br /> <br /> ĐK học là khoa học nghiên cứu về các quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều<br /> khiển trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội, khoa học công nghệ, môi trường...<br /> Điều khiển học kỹ thuật là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập, xử lý tín hiệu<br /> và điều khiển các quá trình và hệ thống thiết bị kỹ thuật. Khái niệm điều khiển được<br /> hiểu là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nhằm đạt<br /> được mục đích mong muốn của quá trình đó. Hệ thống điều khiển mà không có sự<br /> tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển được gọi là điều khiển<br /> tự động.<br /> Một HTĐKTĐ hở (không có đường phản hồi) mô tả trong hình 1.1 gồm hai thành<br /> phần cơ bản là đối tượng điều khiển (Object) và thiết bị điều khiển (Controller):<br /> Tín hiệu vào<br /> <br /> Thiết bị Tín hiệu điều khiển Đối tượng Tín hiệu ra<br /> điều khiển<br /> điều khiển<br /> <br /> Hình 1.1 Hệ thống điều khiển hở<br /> <br /> •<br /> <br /> Nhiệm vụ cơ bản của điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển để có được giá trị đầu ra<br /> mong muốn. Những tác động từ bên ngoài lên hệ thống được gọi là tác động nhiễu<br /> <br /> 12/31/2009<br /> <br /> Vũ Anh Đào - PTIT<br /> <br /> 5<br /> <br /> Chương 1. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ...<br /> 1.1.1 Sơ đồ khối<br /> •<br /> <br /> Hệ thống có đường phản hồi gọi là hệ kín, mô tả trong hình 1.2. f được gọi là tín<br /> hiệu phản hồi, e là sai lệch. Trong thực tế, các hệ thống điều khiển được sử dụng<br /> đều là các hệ kín, tức thông tin đầu ra được đưa quay trở về đầu vào để góp phần<br /> tạo ta tín hiệu điều khiển.<br /> e<br /> <br /> u<br /> <br /> Thiết bị Tín hiệu điều khiển Đối tượng Tín hiệu ra<br /> điều khiển<br /> điều khiển<br /> x<br /> y<br /> <br /> f<br /> Thiết bị<br /> đo<br /> Hình 1.2 Hệ thống điều khiển kín<br /> <br /> •<br /> <br /> Có ba phương thức điều khiển là phương thức điều khiển theo chương trình,<br /> phương thức bù nhiễu và phương thức điều khiển theo sai lệch (đây là phương pháp<br /> điều khiển phổ biến nhất)<br /> <br /> 12/31/2009<br /> <br /> Vũ Anh Đào - PTIT<br /> <br /> 6<br /> <br /> Chương 1. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ...<br /> 1.1.2 Phân loại hệ thống ĐKTĐ<br /> •<br /> <br /> •<br /> <br /> Theo tính chất của các phần tử, HTĐKTĐ được phân làm 2 loại chính là hệ<br /> tuyến tính và hệ phi tuyến.<br /> – Hệ tuyến tính: tất cả các phần tử đều tuyến tính.<br /> – Hệ phi tuyến: có ít nhất 1 phần tử có tính phi tuyến.<br /> Dựa vào tính chất truyền tín hiệu, HTĐKTĐ được phân làm 2 loại là hệ<br /> liên tục và hệ rời rạc (các khái niệm liên tục và rời rạc ở đây được hiểu theo<br /> biến thời gian).<br /> – Hệ liên tục: thông tin truyền đi liên tục ở tất cả các khâu.<br /> – Hệ rời rạc: thông tin truyền đi bị gián đoạn ở một khâu nào đó<br /> <br /> •<br /> <br /> Dựa vào lượng thông tin thu thập ban đầu về ĐTĐK và tính chất của nó, HTLTTT<br /> được phân ra làm 2 loại là hệ thông thường và hệ thích nghi<br /> <br /> – Hệ thông thường: cấu trúc và tham số của thiết bị điều khiển là không<br /> đổi với đối tượng điều khiển cụ thể<br /> – Hệ thích nghi: Khi đối tượng điều khiển có thông tin ban đầu không<br /> đầy đủ hay quá trình công nghệ có yêu cầu đặc biệt<br /> 12/31/2009<br /> <br /> Vũ Anh Đào - PTIT<br /> <br /> 7<br /> <br /> Chương 1. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ...<br /> 1.2 Các phương pháp mô tả động học<br /> 1.2.1 Mô tả trong miền thời gian<br /> •<br /> <br /> Hàm truyền đạt: : là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào theo biến đổi Laplace với<br /> điều kiện đầu triệt tiêu<br /> – Một HTĐKTĐ thường được biểu diễn dưới dạng PTVP dạng tổng quát:<br /> W ( p) =<br /> <br /> L { y ( t )}<br /> L {u ( t )}<br /> <br /> Biến đổi Laplace 2 vế, ta có hàm truyền đạt:<br /> <br /> a0<br /> <br /> dny<br /> dt n<br /> <br /> + a1<br /> <br /> d n−1 y<br /> dt n−1<br /> <br /> + ... + an−1<br /> <br /> dy<br /> d mu<br /> d m−1 y<br /> du<br /> + an y = b0 m + b1 m−1 + … + bm−1<br /> + bmu<br /> dt<br /> dt<br /> dt<br /> dt<br /> <br /> Và phương trình đặc trưng:<br /> <br /> a0 p n + a1 p n−1 + ... + an−1 p + an = 0<br /> – Nghiệm tử số của hàm truyền đạt được gọi là các điểm không (zero) và nghiệm mẫu<br /> số được gọi là các điểm cực (pole)<br /> 12/31/2009<br /> <br /> Vũ Anh Đào - PTIT<br /> <br /> 8<br /> <br /> Chương 1. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ...<br /> •<br /> <br /> Hệ phương trình không gian trạng thái<br /> ⎧ x = Ax + Bu<br /> ⎨<br /> ⎩ y = Cx + Du<br /> <br /> ⎡ a11 a12<br /> ⎢a<br /> a<br /> A = ⎢ 21 22<br /> ⎢ ...<br /> ...<br /> ⎢<br /> ⎣ an1 an 2<br /> <br /> ... a1n ⎤<br /> ⎡ b11 b12<br /> ⎥<br /> ⎢b<br /> ... a2 n ⎥<br /> b<br /> , B = ⎢ 21 22<br /> ⎢ ... ...<br /> ... ... ⎥<br /> ⎥<br /> ⎢<br /> ... ann ⎦<br /> ⎣ bn1 bn 2<br /> <br /> ... b1r ⎤<br /> ⎡ c11 c12<br /> ⎥<br /> ⎢c<br /> ... b2r ⎥<br /> c22<br /> C = ⎢ 21<br /> ⎢ ...<br /> ... ... ⎥<br /> ...<br /> ⎥<br /> ⎢<br /> ... bnr ⎦<br /> ⎣cm1 cm 2<br /> <br /> c1n ⎤<br /> ⎡ d11 d12<br /> ⎥<br /> ⎢d<br /> ... c2n ⎥<br /> d 22<br /> , D = ⎢ 21<br /> ⎢ ...<br /> ... ... ⎥<br /> ...<br /> ⎥<br /> ⎢<br /> ... cmn ⎦<br /> ⎣ d m1 d m 2<br /> ...<br /> <br /> d1r ⎤<br /> ... d 2r ⎥<br /> ⎥<br /> ... ... ⎥<br /> ⎥<br /> ... d mr ⎦<br /> ...<br /> <br /> x, dx/dt là các vector các biến trạng thái n chiều, u là vector tín hiệu vào r chiều, y là<br /> vector tín hiệu ra m chiều<br /> D<br /> u (t )<br /> <br /> B<br /> <br /> x (t )<br /> <br /> +<br /> <br /> x (t )<br /> <br /> t<br /> <br /> ∫ ( ) dτ<br /> <br /> +<br /> C<br /> <br /> o<br /> <br /> +<br /> <br /> y (t )<br /> <br /> Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc<br /> trạng thái hệ liên tục<br /> <br /> +<br /> <br /> A<br /> 12/31/2009<br /> <br /> Vũ Anh Đào - PTIT<br /> <br /> 9<br /> <br /> Chương 1. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ...<br /> •<br /> <br /> Chuyển từ hàm truyền đạt sang hệ phương trình trạng thái:<br /> – Nếu hệ thống có hàm truyền đạt dạng:<br /> W ( p) =<br /> <br /> – Đặt:<br /> ⎧ y = x1<br /> ⎪ dx<br /> ⎪ 1 = x2 − A1x1<br /> ⎪ dt<br /> ⎪ dx<br /> ⎪ 2 = x3 − A2 x1<br /> ⎪ dt<br /> ⎨<br /> ⎪...<br /> ⎪ dxn−1<br /> = xn − An−1x1<br /> ⎪<br /> ⎪ dt<br /> ⎪ dxn<br /> ⎪ dt = Ku − An x1<br /> ⎩<br /> 12/31/2009<br /> <br /> Y ( p)<br /> <br /> U ( p)<br /> <br /> =<br /> <br /> K<br /> n<br /> <br /> p + A1 p<br /> <br /> n −1<br /> <br /> + ... + An−1 p + An<br /> <br /> ⎧ x = Ax + Bu<br /> ⎨<br /> ⎩ y = Cx + Du<br /> <br /> Ta có hệ PTTT:<br /> ⎡ x1 ⎤ ⎡ 0<br /> ⎢x ⎥ ⎢ 0<br /> ⎢ 2⎥ = ⎢<br /> ⎢ ... ⎥ ⎢ ...<br /> ⎢ ⎥ ⎢<br /> ⎣ xn ⎦ ⎣ − An<br /> <br /> 1<br /> 0<br /> ...<br /> <br /> ...<br /> ...<br /> ...<br /> <br /> − An −1<br /> <br /> ⎤ ⎡ x1 ⎤ ⎡ 0 ⎤<br /> ⎥ ⎢x ⎥ ⎢ 0 ⎥<br /> ⎥ ⎢ 2⎥ + ⎢ ⎥u<br /> ⎥ ⎢ ... ⎥ ⎢ ... ⎥<br /> ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br /> − A1 ⎦ ⎣ xn ⎦ ⎣ K ⎦<br /> 0<br /> 0<br /> ...<br /> <br /> ⎡ x1 ⎤<br /> ⎢x ⎥<br /> y ( t ) = [1 0 ... 0] ⎢ 2 ⎥<br /> ⎢ ... ⎥<br /> ⎢ ⎥<br /> ⎣ xn ⎦<br /> Vũ Anh Đào - PTIT<br /> <br /> 10<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản