Bài giảng Điều khiển tự động - Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động cung cấp cho các bạn những kiến thức về các khái niệm cơ bản, cấu trúc của hệ thống điều khiển, nguyên tắc điều khiển, phân loại hệ thống, lịch sử phát triển hệ thống điều khiển.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Điều khiển tự động - Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động
- Điều Khiển
Tự Động
9/9/2014 1
- Mục đích môn học
Nghiên cứu các phương pháp, công cụ
toán học để mô tả, phân tích và thiết kế
các hệ thống điều khiển tự động.
9/9/2014 2
- Nội dung môn học
Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động
Chương 2: Mô tả toán học
phần tử và hệ thống điều khiển
Chương 3: Đặc tính động học của hệ thống
Chương 4: Tính ổn định của hệ thống
Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển
Chương 6: Thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống
Chương 7: Hệ thống điều khiển rời rạc
9/9/2014 3
- Chương 1:
Tổng quan về điều khiển tự động
1.1 Các khái niệm cơ bản
1.2 Cấu trúc của hệ thống điều khiển
1.3 Các nguyên tắc điều khiển
1.4 Phân loại hệ thống
1.5 Các bài toán cơ bản
1.6 Ví dụ ứng dụng
1.7 Sơ lược lịch sử phát triển
9/9/2014 4
- 1.1 Các khái niệm cơ bản
1) Điều khiển
Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h
9/9/2014 5
- 1.1 Các khái niệm cơ bản
1) Điều khiển
Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h
1. Mắt quan sát đồng hồ tốc độ Thu thập thông tin
2. Não so sánh v mong muốn và v thực tế, ra quyết định
tăng/giảm ga Xử lý thông tin
3. Tay vặn tay ga để thực hiện tăng/giảm ga Tác động
Kết quả : xe chạy với tốc độ ổn định 40 km/h.
Điều khiển = quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin
và tác động lên hệ thống để biến đổi, hiệu chỉnh sao cho
đáp ứng của hệ đạt mục đích định trước.
Điều khiển tự động = quá trình điều khiển không cần
sự tham gia trực tiếp của con người.
9/9/2014 6
- 1.1 Các khái niệm cơ bản (tt)
Ví dụ 2: Điều khiển giữ ổn định mức nước h=const =H0
1. Thu thập thông tin: Thiết bị đo = phao
2. Xử lý thông tin: Bộ điều khiển = hệ thống đòn bẩy.
3. Tác động: Cơ cấu tác động = van.
Mức nước H0 có thể
thay đổi bằng cách điều
chỉnh độ dài thanh nối
phao-đòn bẩy.
9/9/2014 7
- 1.1 Các khái niệm cơ bản (tt)
2) Tín hiệu
Lý thuyết thông tin: tín hiệu = nội dung thông tin.
Bản chất vật lý: tín hiệu = đại lượng vật lý.
(điện áp, dòng điện, vận tốc, vị trí, áp suất, nhiệt độ,…)
Toán học: tín hiệu = hàm số theo thời gian.
( u(t), i(t), v(t), x(t), p(t), (t),.... )
Trên sơ đồ khối: các tín hiệu vào/ra = các mũi tên
9/9/2014 8
- • Ví dụ về các tín hiệu vào, ra
điện áp u(t) vận tốc n(t)
Động cơ điện
góc quay(t)
lưu lượng, áp suất vận tốc, vị trí, lực
Xylanh lực
công suất Nhiệt độ
Lò nhiệt
vị trí nòng van lưu lượng, áp suất
Van
(độ nâng, góc mở)
Chiết áp
9/9/2014 9
- vị trí con trỏ Điện áp
Chiết áp
(góc xoay)
9/9/2014 10
- vị trí con trỏ Điện áp
Chiết áp
(góc xoay)
9/9/2014 11
- Linear potentiometer
9/9/2014 12
- 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển
3 thành phần cơ bản: Đối tượng điều khiển, thiết bị đo
(cảm biến), bộ điều khiển. z(t)
r(t) e(t) u(t) y(t)
Bộ điều khiển Đối tượng ĐK
yht (t)
Thiết bị đo
r(t) : tín hiệu vào, chuẩn (reference input), giá trị đặt trước (Set Value)
y(t) : tín hiệu ra (output), biến quá trình, giá trị thực tế (Process Value)
yht(t) : tín hiệu hồi tiếp, biến đo lường ( Measure Variable)
e(t) : tín hiệu sai lệch, sai số (error) yht = K.y ; e= r- yht
u(t) : tín hiệu điều khiển /tác động (control signal,
NếuManipulate
K=1 thì: Variable)
e=r-y
z(t): tín hiệu nhiễu ( Noise, Disturbance)
9/9/2014 13
- 9/9/2014 14
- 9/9/2014 15
- 1.3 Các nguyên tắc điều khiển
1.3.1 Nguyên tắc điều khiển giữ ổn định
Mục tiêu: Duy trì đáp ứng y= hằng số định trước
Điều khiển bù nhiễu
Điều khiển san bằng sai lệch
Điều khiển phối hợp
1.3.2 Nguyên tắc điều khiển theo chương trình
Mục tiêu: Tạo đáp ứng y(t) có đặc tính thời gian
định trước (chương trình=hàm thời gian).
1.3.3 Nguyên tắc điều khiển thích nghi
Mục tiêu: Điều khiển các đối tượng có mô hình
toán và thông số động (thay đổi trong quá trình
làm việc do ảnh hưởng của môi trường).
9/9/2014 16
- 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định
1) Điều khiển bù nhiễu (feedforward control)
Sơ đồ:
z(t)
r(t) u(t) y(t)
Bộ điều khiển Đối tượng
Ví dụ:
Nhiệt kế Nđộ ngoài trời
Nđộ Nđộ phòng
yêu cầu Rơle van Lò sưởi Phòng
Đặc điểm:
- u(t) được hình thành dựa trên giá trị đo được của nhiễu.
- Tác động nhanh, ngăn chặn trước ảnh hưởng của nhiễu.
- Với hệ phức tạp (có nhiễu không biết trước/ không đo được)
thì đáp ứng sẽ kém chính xác.
9/9/2014 17
- 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định
Ví dụ:
Nhiệt kế Nđộ ngoài trời
Nđộ Nđộ phòng
yêu cầu Rơle van Lò sưởi Phòng
9/9/2014 18
- 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định (tt)
2) Điều khiển san bằng sai lệch (feedback control)
Sơ đồ: z(t)
r(t) e(t) u(t) y(t)
Bộ điều khiển Đối tượng
Ví dụ:
Nđộ ngoài trời
Nđộ đặt e u Nđộ phòng
Bộ ĐK Máy lạnh Phòng
Cảm biến nhiệt
Đặc điểm:
- u(t) được hình thành dựa trên độ sai lệch vào-ra.
- Có thể làm triệt tiêu ảnh hưởng của nhiễu không biết trước/
không đo được có khả năng tạo đáp ứng chính xác.
- Quá trình hiệu chỉnh chậm hơn bù nhiễu (sai -> sửa sai).
9/9/2014 19
- 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định (tt)
3) Điều khiển phối hợp
Sơ đồ:
z(t)
r(t) e(t) u(t) y(t)
Bộ điều khiển Đối tượng
Đặc điểm: Kết hợp mạch bù nhiễu và mạch hồi tiếp.
- Mạch bù nhiễu sẽ tác động nhanh để bù trừ trước
ảnh hưởng của các nhiễu đo được.
- Mạch hồi tiếp sẽ tiếp tục hiệu chỉnh để triệt tiêu sai số
tạo ra bởi các nhiễu không đo được.
9/9/2014 20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
