ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA
Nguyeãn Thò Phöông Haø (chuû bieân) - Huyønh Thaùi Hoaøng
LYÙ THUYEÁT
LYÙ THUYEÁTLYÙ THUYEÁT
LYÙ THUYEÁT
ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG
(Taùi baûn laàn thöù nhaát)
NHAØ XUAÁT BAÛN ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA
THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH - 2005
3
MUÏC LUÏC
Lôøi noùi ñaàu 7
Chöông 1
ÑAÏI CÖÔNG VEÀ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN 9
1.1 Khaùi nieäm ñieàu khieån 9
1.2 Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån 12
1.3 Phaân loaïi ñieàu khieån 15
1.4 Lòch söû phaùt trieån lyù thuyeát ñieàu khieån 20
1.5 Moät soá ví duï veà caùc phaàn töû vaø heä thoáng töï ñoäng 22
Chöông 2
MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN LIEÂN
TUÏC 36
2.1 Khaùi nieäm 36
2.2 Haøm truyeàn ñaït vaø ñaïi soá sô ñoà khoái 37
2.3 Sô ñoà doøng tín hieäu 60
2.4 Phöông phaùp khoâng gian traïng thaùi 66
2.5 Toùm taét 90
Phuï luïc: Moâ taû heä thoáng töï ñoäng duøng MATLAB 91
Chöông 3
ÑAËC TÍNH ÑOÄNG HOÏC CUÛA HEÄ THOÁNG 96
3.1 Khaùi nieäm veà ñaëc tính ñoäng hoïc 96
3.2 Caùc khaâu ñoäng hoïc ñieån hình 102
3.3 Ñaëc tính ñoäng hoïc cuûa heä thoáng töï ñoäng 116
3.4 Toùm taét 121
Phuï luïc: Khaûo saùt ñaëc tính ñoäng hoïc cuûa heä thoáng duøng
MATLAB 122
Chöông 4
KHAÛO SAÙT TÍNH OÅN ÑÒNH CUÛA HEÄ THOÁNG 124
4
4.1 Khaùi nieäm veà oån ñònh 124
4.2 Tieâu chuaån oån ñònh ñaïi soá 128
4.3 Phöông phaùp quyõ ñaïo nghieäm soá 134
4.4 Tieâu chuaån oån ñònh taàn soá 146
Chöông 5
ÑAÙNH GIAÙ CHAÁT LÖÔÏNG HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN 156
5.1 Caùc tieâu chuaån chaát löôïng 156
5.2 Sai soá xaùc laäp 158
5.3 Ñaùp öùng quaù ñoä 160
5.4 Caùc tieâu chuaån toái öu hoùa ñaùp öùng quaù ñoä 165
5.5 Ñaùnh giaù chaát löôïng quaù trình quaù ñoä theo ñaëc tính
taàn soá cuûa heä thoáng 168
Chöông 6
THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN LIEÂN TUÏC 172
6.1 Khaùi nieäm 172
6.2 AÛnh höôûng cuûa caùc boä ñieàu khieån ñeán chaát löôïng cuûa
heä thoáng 173
6.3 Thieát keá heä thoáng duøng QÑNS 187
6.4 Thieát keá heä thoáng duøng bieåu ñoà Bode 205
6.5 Thieát keá boä ñieàu khieån PID 214
6.6 Thieát keá heä thoáng ñieàu khieån hoài tieáp traïng thaùi 219
Phuï luïc: Thieát keá heä thoáng duøng MATLAB 229
Chöông 7
MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN RÔØI RAÏC 236
7.1 Heä thoáng ñieàu khieån rôøi raïc 236
7.2 Pheùp bieán ñoåi Z 242
7.3 Moâ taû heä thoáng rôøi raïc baèng haøm truyeàn 249
7.4 Moâ taû heä thoáng rôøi raïc baèng phöông trình traïng thaùi 255
Phuï luïc: Moâ taû heä rôøi raïc duøng MATLAB 272
5
Chöông 8
PHAÂN TÍCH VAØ THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN
RÔØI RAÏC 276
A. Phaân tích heä thoáng ñieàu khieån rôøi raïc 276
8.1 Ñieàu kieän oån ñònh cuûa heä rôøi raïc 276
8.2 Tieâu chuaån Routh - Hurwitz môû roäng 277
8.3 Tieâu chuaån Jury 279
8.4 Quyõ ñaïo nghieäm soá 280
8.5 Chaát löôïng heä thoáng rôøi raïc 285
B. Thieát keá heä thoáng ñieàu khieån rôøi raïc 293
8.6 Khaùi nieäm 293
8.7 Haøm truyeàn cuûa caùc khaâu hieäu chænh rôøi raïc 294
8.8 Thieát keá heä rôøi raïc duøng phöông phaùp QÑNS 297
8.9 Thieát keá duøng boä ñieàu khieån hoài tieáp traïng thaùi 306
8.10 Thieát keá boä ñieàu khieån PID 311
Chöông 9
HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG PHI TUYEÁN 314
9.1 Khaùi nieäm 314
9.2 Phöông phaùp maët phaúng pha 319
9.3 Phöông phaùp tuyeán tính hoùa gaàn ñuùng 324
9.4 Phöông phaùp tuyeán tính hoùa ñieàu hoøa 328
9.5 Phöông phaùp tuyeán tính hoùa töøng ñoaïn 339
9.6 Tieâu chuaån Lyapunov 342
9.7 Tieâu chuaån oån ñònh tuyeät ñoái V. M. Popov 357
9.8 Toång keát 365
Phuï luïc
A. Baûng bieán ñoåi laplace vaø Z 368
B. Toùm taét moät vaøi tính chaát vaø ñònh lyù cuûa pheùp bieán ñoåi z 369
C. Haøm moâ taû caùc khaâu phi tuyeán ñieån hình 370
6
Taøi lieäu tham khaûo 371