Bài giảng Các hệ thống Tin học công nghiệp (Industrial Information Systems): Chương 4 - Bùi Quốc Anh

8/26/2012<br /> <br /> Chapter 4 - Automatic Control<br /> • What Automatic Control is,<br /> • Automatic Control Theory,<br /> • Process Control,<br /> • Stability<br /> • Controllers:<br /> – PID Controllers,<br /> – Optimal Control,<br /> – Adaptive Control<br /> –…<br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 4.1. Auto Control Definition<br /> • Automatic control: is the research area and<br /> theoretical base for mechanization and automation,<br /> employing methods from mathematics and<br /> engineering.<br /> • A central concept is that of the system which is to be<br /> controlled, such as a generator’s field wild (kích thích máy<br /> phát điện), governor or an entire ballistic missile (tên lửa đạn<br /> đạo)<br /> <br /> • The systems studied within automatic control are<br /> mostly the linear systems.<br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 1<br /> <br /> 8/26/2012<br /> <br /> 4.1. Auto Control Definition<br /> <br /> Fig. 4.1. Block diagram of Closed Loop Controller<br /> <br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 4.1. Auto Control Definition<br /> • Automatic control systems are composed of three<br /> components:<br /> – Bộ cảm biến: đo lường trạng thái vật lý như nhiệt<br /> độ hay mức chất lỏng ...<br /> – Đáp ứng: hệ thống điện/cơ đơn giản hoặc các bộ<br /> điều khiển kỹ thuật số hoặc máy tính.<br /> – Thiết bị truyền động/chấp hành: khâu thực hiện<br /> mang tính cơ điện. Bộ đáp ứng xử lý các tín hiệu<br /> từ sensor cho ra các lện đến các thiết bvị chấp<br /> hành,<br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 2<br /> <br /> 8/26/2012<br /> <br /> 4.2. Control Theory<br /> • 4.2.1. An example:<br /> – Open-loop Controller (system): Car, Missile w/o feedback<br /> – Closed-loop ~:<br /> <br /> • Trong kỹ thuật và lý thuyết điều khiển giải<br /> quyết với các hành vi của hệ thống động học.<br /> Đầu ra mong muốn của một hệ thống được gọi<br /> là Reference.<br /> • Khi một hoặc nhiều biến đầu ra của một hệ<br /> thống cần phải tuân theo Reference nhất định<br /> theo thời gian, bộ điều khiển xử lý các yếu tố<br /> đầu vào để đạt được hiệu quả mong muốn ở đầu<br /> ra.<br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 4.2. Control Theory<br /> 4.2.1. Classical control theory: the closed-loop<br /> controller<br /> – Một bộ điều khiển vòng kín sử dụng thông<br /> tin phản hồi để điều khiển trạng thái hoặc<br /> kết quả đầu ra của một hệ thống động<br /> (System động học: tín hiệu đầu vào qua xử<br /> lý tạo ra kết quả đầu ra làm thay đổi chính<br /> quá trính đó).<br /> – Bộ điều khiển vòng kín có các ưu điểm:<br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 3<br /> <br /> 8/26/2012<br /> <br /> 4.2. Control Theory: 4.2.1. Classical CT<br /> – Loại bỏ được nhiễu<br /> – Đảm bảo thực hiện ngay cả với mô hình không xác<br /> định, khi mô hình không hoàn toàn đúng với thực<br /> tế và các quá trình không ổn định có thể được ổn<br /> định<br /> – Làm giảm độ nhạy với sự thay đổi tham số,<br /> cải thiện hiệu suất theo set point (Reference)<br /> <br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 4.2. Control Theory: 4.2.1. Classical CT<br /> • Trong một số hệ thống vòng kín và vòng hở được sử<br /> dụng đồng thời.<br /> • Vòng hở là feedforward để cải thiện hiệu suất theo Set<br /> Point.<br /> • Bộ điều khiển vòng kín thường là bộ điều khiển PID.<br /> <br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 4<br /> <br /> 8/26/2012<br /> <br /> 4.2. Control Theory: 4.2.1. Classical CT<br /> • Y(t) so sánh với r (t), qua bộ cảm biến đo lường.<br /> • Bộ điều khiển C xử lý độ lệch giữa Set Point và đầu<br /> ra để thay đổi giá trị U đầu vào cho hệ thống xử lý P.<br /> • Đây là loại điều khiển một vòng kín hoặc điều khiển<br /> có phản hồi, là hệ thống đ/kh SISO;<br /> • MIMO (Multi-Input Multi-Output), nhiều đầu vào /<br /> đầu ra. Trong trường hợp này biến được biểu diễn<br /> thông qua các vector thay vì các giá trị vô hướng đơn<br /> giản. Đối với một số tham số hệ thống phân tán, các<br /> vectơ có thể được vô hạn chiều.<br /> <br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 4.2. Control Theory: 4.2.1. Classical CT<br /> • Nếu bộ đ/kh C và đối tượng P là tuyến tính và thời<br /> gian bất biến, C (s) và P (s) không phụ thuộc vào thời<br /> gian, các hệ thống trên có thể được phân tích bằng<br /> biến đổi Laplace. Có các quan hệ sau:<br /> – Y(s) = P(s) x U(s)<br /> – U(s) = C(s) x E(s)<br /> – E(s) = R(s) – Y(s)<br /> <br /> • Giải Y(s) với R(s) ta được:<br /> <br /> Chapter 4 – Auto Control<br /> <br /> 5<br /> <br />