Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động - Phạm Thế Duy

Chia sẻ: Nguyen Vu Dinh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

361
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điêù khiên̉ hoc̣ (Cybernetics):là khoa học nghiên cứu những quá trình điều khiển và truyền thông trong máy móc, sinh vật và kinh tế …. Lý thuyết điều khiển tự động: là cơ sở lý thuyết của điều khiển học kỹ thuật.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động - Phạm Thế Duy

CHƯƠNG 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động Pham Thế Duy ̣ ptduy@yahoo.com
Nôi dung chương 1: ̣ 1.1. Khái niệm chung  1.1.1. Sơ đồ khối  1.1.2. Nguyên tắc xây dựng và phân loại hệ thống điều  khiển tự động 1.2. Các phương pháp mô tả toán học hệ thống điều khiển tự  động 1.2.1. Mô tả hệ thống trong miền thời gian  1.2.2. Mô tả hệ thống trong miền tần số  1.2.3. Phương pháp không gian trạng thái  1.2.4. Mối quan hệ giữa các phương pháp mô tả  1.3. Graph tín hiệu  1.4. Các quy tắc biến đổi sơ đồ khối  1.5. Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống điều khiển tự  động
́ ̣ KHAI NIÊM CHUNG  Điêu khiên hoc (Cybernetics):là khoa học ̀ ̉ ̣ nghiên cứu những quá trình điều khiển và truyền thông trong máy móc, sinh vật và kinh tế ….  Lý thuyết điều khiển tự động: là cơ sở lý thuyết của điều khiển học kỹ thuật.  Điều khiển tự động: là thuật ngữ chỉ quá trình điều khiển một đối tượng trong kỹ thuật mà không có sự tham gia của con người (automatic), nó ngược lại với quá trình điều khiển bằng tay (manual).
Sơ đồ khôi ́ N R U C TBĐK ĐTĐK F TBĐL Hình 1. Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển tự động.  C là tập hợp các tín hiệu cần điều khiển, th ường được gọi là tín hiệu ra. U là tập hợp các tín hiệu để điều khiển đối tượng, th ường gọi là  tín hiệu điều khiển. R là tập hợp các tín hiệu chủ đạo đặt vào hệ th ống, th ường  được gọi là tín hiệu vào. N là tập hợp các tín hiệu nhiễu tác động từ ngoài môi trường  vào hệ thống. F là tín hiệu phản hồi. 
CAC NGUYÊN TĂC XÂY DỰNG ́ ́ HT ĐKTĐ  Nguyên tắc giữ ổn định.  Nguyên tắc điều khiển chương trình.  Nguyên tắc điều khiển tự chỉnh định.
Nguyên tăc giữ ôn đinh. ́ ̉ ̣  Nguyên tắc bù tác động bên ngoài. N TBĐK U ĐTĐK C R Hình 2. Nguyên tắc bù tác động bên ngoài  Cân phai đo lường được tac đông bên ngoai. ̀ ̉ ́ ̣ ̀
Nguyên tăc giữ ôn đinh. ́ ̉ ̣  Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch. N ε R TBĐK U ĐTĐK C -Y Hình 3. Nguyên tắc điều khiển sai lệch.  Luôn con sai lêch trong hệ thông. ̀ ̣ ́
Nguyên tăc giữ ôn đinh. ́ ̉ ̣  Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp. N R ε TBĐK U ĐTĐK C -Y Hình 4. Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp.
Nguyên tắc điều khiển chương trình.  Tín hiệu ra C phải biến đổi theo thời gian theo một chương trình nào đó. C(t) = Co(t)  Dựa vào mô tả toán học của đối tượng, có thể xác định được tín hiệu điều khiển U(t) = Uo(t).  Có thể sử dung cac nguyên tăc giữ ôn đinh ̣ ́ ́ ̉ ̣ trong hệ thông nay ́ ̀
Nguyên tắc điều khiển tự chỉnh định  Cần điều khiển các đối tượng phức tạp hoặc nhiều đối tượng đồng thời.  Điều khiển đối tượng để cho một tín hiệu nào đó đạt được giá trị cực trị, hoặc đảm bảo một chỉ tiêu tối ưu nào đó. TBĐKA N R TBĐKC U ĐTĐK C TBĐK Hình 5. Hệ thống điều khiển thích nghi (tự chỉnh định).
PHÂN LOAI CÁC HỆ THÔNG ̣ ́ ĐIÊU KHIÊN TỰ ĐÔNG. ̀ ̉ ̣  Phân loại theo đặc điểm tín hiệu vào. Hệ thống ổn định tín hiệu ra : C = Co =  const Hệ thống chương trình: C = C(t)  Hệ thống theo dõi (hệ thống tuỳ động): Tất  cả các tín hiệu tác dụng vào hệ thống là theo các hàm thời gian không biết trước.  Phân loại theo số vòng kín. Hệ một vòng.  Hệ nhiều vòng. 
PHÂN LOAI CÁC HỆ THÔNG ̣ ́ ĐIÊU KHIÊN TỰ ĐÔNG. ̀ ̉ ̣ Phân loại theo tính chất biến đổi của thông số.  Hệ thống dừng: là hệ thống mà tất cả các thông số  của nó không biến đổi theo thời gian. Hệ thống không dừng: là hệ thống mà trong đó chỉ  cần có một hệ số biến đổi theo thời gian. Phân loại theo đặc điểm thích nghi với môi trường.  Hệ thống không thích nghi: là hệ thống tự động thông  thường, khi có sự biến động của môi trường tác động vào đối tượng sẽ làm cho đặc tính của đối tượng biến đổi. Hệ thống thích nghi: lả hệ thống thực hiện theo  nguyên tắc tự chỉnh định đã xét ở trên.
PHÂN LOAI CÁC HỆ THÔNG ̣ ́ ĐIÊU KHIÊN TỰ ĐÔNG. ̀ ̉ ̣  Phân loại theo đặc điểm mô tả toán học của hệ thống. Hệ thống liên tục.  Hệ thống gián đoạn  Hệ thống tuyến tính.  Hệ thống phi tuyến.  Hệ thống tuyến tính hoá. 
PHÂN LOAI CÁC HỆ THÔNG ̣ ́ ĐIÊU KHIÊN TỰ ĐÔNG. ̀ ̉ ̣ Phân loại theo sai lệch tồn tại ở trạng thái tĩnh.  Hệ thống có sai tĩnh.  Hệ thống vô sai tĩnh.  Phân loại theo khả năng thu thập tin tức.  Hệ thống tiền định: là hệ thống mà các tác động vào  nó là các hàm cho trước theo qui luật nào đó, và đặc tính cấu trúc của đối tượng là xác định. Hệ thống ngẫu nhiên: là hệ thống mà tin tức thu thập  được đối với các tác động bên ngoài tác dụng vào và của đối tượng là không đầy đủ. Hệ thống ngẫu nhiên cũng có thể hiểu là trong đó chỉ cần có một tín hiệu truyền đạt mô tả bằng một hàm ngầu nhiên.
PHÂN LOAI CÁC HỆ THÔNG ̣ ́ ĐIÊU KHIÊN TỰ ĐÔNG. ̀ ̉ ̣  Phân loại theo năng lượng tiêu thụ. Hệ thống điện.  Hệ thống thuỷ lực.  Hệ thống khí nén.  Hệ thống hỗn hợp: sử dụng nhiều dạng  năng lượng khác nhau.
Các phương pháp mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động  1.2.1. Mô tả hệ thống trong miền thời gian  1.2.2. Mô tả hệ thống trong miền tần số  1.2.3. Phương pháp không gian trạng thái  1.2.4. Mối quan hệ giữa các phương pháp mô tả
Mô tả hệ thống trong miền thời gian Phương trinh vi phân. ̀  Quan hệ giữa tín hiệu vào u(t) và tín hiệu ra y(t) có dạng. dny dmu dy du a 0y + a 1 + ... + a n = b0u + b1 + ... + bn n dt m dt dt dt  Trong đó các hệ số ai và bi được xác định từ các phần tử (các linh kiện, thiết bị) cấu thành trong hệ thống. Chúng có thể là hằng số, nhưng cũng có thể là các tham số phụ thuộc thời gian t hoặc phụ thuộc vào các đối số khác.
Mô tả hệ thống trong miền thời gian ̀ ̀ ̣ Ham truyên đat  Hàm truyền đạt G(s) được định nghĩa là tỷ số giữa ảnh Laplace Y(s) của đáp ứng y(t), và ảnh Laplace U(s) của kích thích u(t), khi hệ được kích thích từ trạng thái 0, tức là khi có các điều kiện đầu:  d n - 1y (0) dy (0) y (0); ;.....; đều bằng 0.  dt dt Y (s ) G (s ) = U (s )
Mô tả hệ thống trong miền thời gian ̀ ̀ ̣ Ham truyên đat ̣ ̃ ̉ ́ ̉  Đinh nghia cua biên đôi Laplace:
Mô tả hệ thống trong miền thời gian ̀ ̀ ̣ Ham truyên đat  Môt số tinh chât cua biên đôi Laplace: ̣ ́ ́ ̉ ́ ̉