zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Bài giảng Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Báo xấu

15
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển" trình bày các nội dung chính sau đây: Khái niệm và phân loại thiết bị điều khiển; Phân loại thiết bị điều khiển; Hàm điều khiển. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển

ME3081: Mechatronic System Design Lecturer: PhD. Dang Thai Viet Mechatronics Department, School of Mechanical Engineering, HUST Viet.dangthai@hust.edu.vn 2
Chương 8. Thiết kế hệ thống điều khiển ME3081: Mechatronic System Design Mục 1. Khái niệm và phân loại thiết bị điều khiển Mục 2. Phân loại thiết bị điều khiển Mục 3. Hàm điều khiển 3
8.1. Khái niệm (1) Hình 8.1. Quan hệ của các phần tử cơ bản trong hệ thống điều khiển hệ Cơ điện tử • Ngoài 3 phần tử cơ bản gồm bộ điều khiển, hệ thống đo và cơ cấu chấp hành, hệ thống điều khiển còn cần có các thành phần hỗ trợ để đảm bảo quá trình làm việc của hệ thống. 4
8.1. Khái niệm (2) Hình 8.2. Mô hình cơ bản hệ thống cơ điện tử • Cảm biến (HT đo): Thực hiện quá trình đo các giá trị thực tại đầu ra hệ thống • Bộ điều khiển: Phần cứng và phần mềm thực hiện quá trình tính toán, điều khiển, thiết lập quan hệ vào ra trong hệ thống • Đối tượng: Cơ cấu chấp hành, thực hiện lệnh điều khiển và tạo nên đáp ứng đầu ra của hệ thống 5
8.1. Khái niệm (3) ❑ Xe dò line Hình 8.3. Thành phần cơ bản trong xe tự hành dò line 6
8.1. Khái niệm (4) ❑ Bàn tay robot Hình 8.4. Hệ thống dùng sóng não điều khiển 7
8.2. Thiết bị điều khiển (1) ❑ Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller - PLC) • Ứng dụng điều khiển chu trình trong công nghiệp • Có các mô đun A/D, D/A, cho phép ghép nối mở rộng • Lập trình đơn giản dạng Ladder, function blocks, và lệnh Hình 8.5. Bộ điều khiển PLC 8
8.2. Thiết bị điều khiển (2) ❑ Vi điều khiển (Micro Controller) • Computer trên chip • Mạch tích hợp vi xử lý, cổng vào ra I/O, bộ chuyển đổi A/D… • Dùng trong nhiều sản phẩm điện tử gia dụng và các mạch điều khiển Hình 8.6. Bộ vi điều khiển 9
8.2. Thiết bị điều khiển (3) ❑ Bộ xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing -DSP) • Vi điều khiển làm việc với dữ liệu dạng số • Cho phép tính toán phức tạp với khả năng lập trình chuyên sâu • Dùng trong các hệ thống hiện đại, thông minh ứng dụng công nghệ cao hiện nay. Hình 8.7. Bộ xử lý dữ liệu số 10
8.2. Thiết bị điều khiển (4) ❑ Máy tính • Máy tính cá nhân, máy trạm, máy chuyên dụng xử lý dữ liệu lớn, máy tính nhúng tùy theo các yêu cầu kỳ thuật tính toán đặt ra • Với sự phát triển của khoa học công nghệ và vật liệu các máy tính nhúng và chip thế hệ mới ra đời, phục vụ cho khả năng tính toán và xử lý cao. Hình 8.8. Hệ thống thông minh trong đô thị 11
8.3. Hàm điều khiển (1) ❑ Điều khiển ON/OFF: • Điều khiển có 2 trạng thái đối lập nhau là tắt, bật tương ứng 2 mức logic 0 và 1, thường sử dụng trong việc khởi động hoặc dừng thiết bị/hệ thống làm việc. Cần có bảo vệ quá trình mở máy/dừng máy. • Giá trị thực dao động và khi giá trị này đã vượt quá lố nhiều so với giá trị đặt nhưng hệ thống có thể vẫn bật hoặc tắt. Cần đi kèm các thiết bị bảo vệ. Hình 8.9. Đồ thị quá trình khởi động. 12
8.3. Hàm điều khiển (2) ❑ Điều khiển P, I, D: R(s) E(s) C(s) Gc(s) G(s) ▪ Điều khiển tỷ lệ P: • Tín hiệu điều khiển được khuếch đại hệ số : 𝐾 𝑃 • Tín hiệu ra của bộ điều khiển Gc(s): • Trong miền thời gian: 𝑢 𝑡 = 𝐾𝑃 𝑒 𝑡 𝑈 𝑠 𝐺𝑐 𝑠 = = 𝐾𝑃 𝐸 𝑠 • Biến đổi Laplace: 𝑈 𝑠 = 𝐾𝑃 𝐸 𝑠 𝐾𝑃 𝐺 𝑠 𝐺𝑇 𝑠 = • Hàm truyền của hệ thống: 1 + 𝐾𝑃 𝐺 𝑠 𝑠. 𝑋(𝑠) 1 𝑒 𝑠𝑠 = lim = lim • Sai lệch tĩnh đối với tín hiệu thang: 𝑠→0 1 + 𝐾 𝑃 𝐺(𝑠) 𝑠→0 1 + 𝐾 𝑃 𝐺(𝑠) 13
8.3. Hàm điều khiển (3) ▪ Khâu tỷ lệ P: Hình 8.10. Đồ thị đặc tính làm việc hệ thống theo thời gian với 3 giá trị KP khi KI=KD=1. • Hệ số của khâu tỉ lệ lớn là do thay đổi lớn ở đầu ra mà sai số thay đổi nhỏ. Nếu hệ số của khâu tỉ lệ quá cao, hệ thống sẽ không ổn định. • Ngược lại, hệ số nhỏ là do đáp ứng đầu ra nhỏ trong khi sai số đầu vào lớn, và làm cho bộ điều khiển kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm. 14
8.3. Hàm điều khiển (4) ▪ Điều khiển tích phân I: X(s) E(s) Y(s) Gc(s) G(s) • Tín hiệu ra của bộ điều khiển Gc(s): • Trong miền thời gian: 𝑢 𝑡 = 𝐾 𝐼 න 𝑒 𝑡 𝑑𝑡 𝑈 𝑠 𝐾𝐼 𝐾𝐼 𝐺𝑐 𝑠 = = 𝐸 𝑠 𝑠 • Biến đổi Laplace: 𝑈 𝑠 = 𝐸 𝑠 𝑠 𝐾𝐼 𝐺 𝑠 • Hàm truyền của hệ thống: 𝐺𝑇 𝑠 = 𝑠 + 𝐾𝐼 𝐺 𝑠 𝑠. 𝑋(𝑠) 1 1 • Sai lệch tĩnh đối với tín hiệu thang: 𝑒 𝑠𝑠 = lim = lim = 𝑠→0 𝑠 + 𝐾 𝐼 𝐺(𝑠) 𝑠→0 𝑠 + 𝐾 𝐼 𝐺(𝑠) 𝐾 𝐼 𝐺(𝑠) 15
8.3. Hàm điều khiển (5) ▪ Khâu tích phân I: Hình 8.11. Đồ thị đặc tính làm việc hệ thống theo thời gian với 3 giá trị KI khi KP=KD=1. • Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) sẽ tăng tốc chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển. • Tuy nhiên, vì khâu tích phân là đáp ứng của sai số tích lũy trong quá khứ, nó có thể khiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị đặt (ngang qua điểm đặt và tạo ra một độ lệch với các hướng khác). 16
8.3. Hàm điều khiển (6) ▪ Điều khiển vi phân D: X(s) E(s) Y(s) Gc(s) G(s) • Tín hiệu ra của bộ điều khiển Gc(s): 𝑑𝑒 𝑡 • Trong miền thời gian: 𝑢 𝑡 = 𝐾𝐷 𝑑𝑡 𝑈 𝑠 𝐺𝑐 𝑠 = = 𝑠𝐾 𝐷 • Biến đổi Laplace: 𝑈 𝑠 = 𝑠𝐾 𝐷 𝐸 𝑠 𝐸 𝑠 𝑠𝐾 𝐷 𝐺 𝑠 𝐺𝑇 𝑠 = • Hàm truyền của hệ thống: 1 + 𝑠𝐾 𝐷 𝐺 𝑠 𝑠. 𝑋(𝑠) 1 • Sai lệch tĩnh đối với tín hiệu thang: 𝑒 𝑠𝑠 = lim = lim =1 𝑠→0 1 + 𝑠𝐾 𝐷 𝐺(𝑠) 𝑠→0 1 + 𝑠𝐾 𝐷 𝐺(𝑠) 17
8.3. Hàm điều khiển (7) ▪ Khâu vi phân D: Hình 8.12. Đồ thị đặc tính làm việc hệ thống theo thời gian với 3 giá trị KD khi KP=KI=1. • Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính này là đang chú ý nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển. • Điều khiển vi phân được sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố được tạo ra bởi thành phần tích phân và tăng cường độ ổn định của bộ điều khiển hỗn hợp 18
8.3. Hàm điều khiển (8) ▪ Điều khiển kết hợp PI, PD và PID: X(s) E(s) Y(s) Gc(s) G(s) 𝑈 𝑠 • Hàm truyền của bộ điều khiển Gc(s): 𝐺𝑐 𝑠 = 𝐸 𝑠 𝐾𝐼 𝐾𝐼 𝐺𝑐 𝑠 = 𝐾𝑃 + 𝐺 𝑐 𝑠 = 𝐾 𝑃 + 𝑠𝐾 𝐷 𝐺𝑐 𝑠 = 𝐾𝑃 + + 𝑠𝐾 𝐷 𝑠 𝑠 𝐺𝑐 𝑠 . 𝐺 𝑠 𝐺𝑇 𝑠 = • Hàm truyền của hệ thống: 1 + 𝐺𝑐 𝑠 . 𝐺 𝑠 1 • Sai lệch tĩnh đối với tín hiệu thang: 𝑒 𝑠𝑠 = lim 𝑠𝐸 𝑠 = lim 𝑠→0 𝑠→0 1 + 𝐺 𝑐 . 𝐺 19
8.3. Hàm điều khiển (9) ▪ Điều khiển kết hợp PID: 𝐾𝐼 𝑇𝐼 𝐺𝑐 𝑠 = 𝐾𝑃 + + 𝑠𝐾 𝐷 = 𝐾 𝑃 1 + + 𝑠𝑇 𝐷 𝑠 𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝐼 𝑇𝐷 = 𝐾𝑃 ; 𝑇𝐼 = 𝐾𝑃 Hình 8.13. Đồ thị đặc tính làm việc hệ thống theo thời gian của bộ PID Điều khiển Thời gian tăng Độ vượt lố max Thời gian bình ổn Sai lệch tĩnh P Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm I Giảm Tăng Tăng Triệt tiêu D Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2432 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.