Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Kỹ thuật điều khiển điện tử với mục tiêu giúp các bạn có thể mô tả được phương thức điều khiển hở và kín - Nêu được các quan hệ trong sơ đồ luồng tín hiệu; Trình bày được nguyên lý cấu tạo, ứng dụng các bộ điều chỉnh: P, PI, PD, PID; Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập; Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI BÙI VĂN CÔNG (Chủ biên) NGUYỄN ANH DŨNG – LƯU HUY HẠNH GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm công tác ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Bùi Văn Cơng MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐÀO TẠO KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN Chương 1: Điều khiển điều chỉnh 1.1 Điều khiển 1.2 Điều chỉnh 13 Chương 2: Tìm hiểu điều chỉnh 15 2.1 Khái niệm chung 15 2.2 Đặc tính tĩnh 18 Chương 3: Qui tắc để biến đổi sơ đồ luồng tín hiệu 21 3.1 Sự chuẩn hóa đại lượng ngõ vào ngõ 21 3.2 Sơ đồ khối 24 3.3 Đặc tính động 30 Chương 34 Lắp ráp, thí nghiệm ứng dụng điều chỉnh sơ đồ mạch 34 4.1 Bộ tỉ lệ 34 4.2 Bộ tích phân 35 4.3 Bộ vi phân 36 4.4 Bộ PID 47 4.5 Bộ trễ 61 4.6 Bộ trì hoãn 63 Tài liệu tham khảo 66 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐÀO TẠO KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN Tên mô đun: Kỹ thuật điều khiển tự động Mã số mô đun: MĐ 29 Thời gian mô đun: 60 (LT: 12giờ; TH/TT/TN/BT/TL: 48 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN - Vị trí: Mơ đun bố trí học song song mơn học sở, đồng thời học sau mô đun: Điện tử công suất, Truyền động điện, Vi điều khiển… - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN - Mô tả phương thức điều khiển hở kín - Nêu quan hệ sơ đồ luồng tín hiệu - Trình bày ngun lý cấu tạo, ứng dụng điều chỉnh: P, PI, PD, PID - Chủ động, sáng tạo đảm bảo an tồn q trình học tập III NỘI DUNG MƠ ĐUN Nội dung tổng quát phân bổ thời gian Thời gian TT Tên mô đun Điều khiển điều chỉnh Tổng số Lý thuyết Thực hành/thực tập/thí nghiệm/bài tập/thảo luận Kiểm tra 1.1 Điều khiển 1.2 Điều chỉnh Tìm hiểu điều chỉnh 12 2.1 Khái niệm chung 2.2 Đặc tính tĩnh 2.3 Đặc tính động Qui tắc để biến đổi sơ đồ luồng tín hiệu 14 3.1 Sự chuẩn hóa đại lượng ngõ vào ngõ 3.2 Sơ đồ khối 3.3 Đặc tính động Lắp ráp, thí nghiệm ứng dụng điều chỉnh sơ đồ mạch 28 25 60 12 56 4.1 Bộ tỉ lệ 4.2 Bộ tích phân 4.3 Bộ vi phân 4.4 Bộ PID 4.5 Bộ trễ 4.6 Bộ trì hỗn Cộng Chương 1: Điều khiển điều chỉnh 1.1 Điều khiển Điều khiển học (Cybernetic): Ngành khoa học nghiên cứu trình điều khiển truyền thông hệ thống gọi điều khiển học Tuỳ theo đặc điểm đối tượng nghiên cứu, điều khiển học chia thành: điều khiển học kỹ thuật, điều khiển học kinh tế, điều khiển học sinh học, Trong ngành kể trên, điều khiển học kỹ thuật trùng với tự động học, ngành phát triển Trong tài liệu này, đề cập đến vấn đề điều khiển học kỹ thuật Tín hiệu : Thơng tin hệ thống điều khiển thể tín hiệu Các tín hiệu dịng điện, điện áp, lực, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, vị trí, vận tốc,… Mỗi phần tử điều khiển nhận tín hiệu vào từ số phần tử hệ thống tạo nên tín hiệu đưa vào phần tử khác Hệ thống giao tiếp với mơi trường bên ngồi thơng qua tín hiệu vào, Thay tên gọi tín hiệu vào, tín hiệu người ta sử dụng khái niệm tác động đáp ứng với nghĩa là: tác động vào hệ thống tín hiệu vào hệ thống có đáp ứng tín hiệu Thơng thường tín hiệu biểu diễn toán học hàm số thời gian Trong sơ đồ hệ thống, tín hiệu vào, thường biểu diễn mũi tên hình 1.1 Hinh1.1 Hệ thống điều khiển đơn giản Điều khiển theo mạch hở: điều khiển theo tác động đặt trước (hay điều khiển theo chương trình), tức nhiệm vụ điều khiển đặc trưng lượng vào x(t) định sẵn trước cấu đặt cấu chương trình, kết điều khiển phụ thuộc vào nhiệm vụ điều khiển Hinh1.2 Sơ đồ khái quát hệ điều khiển theo mạch hở Ưu điểm: Điều khiển theo mạch hở có ưu điểm hệ điều khiển có cấu trúc đợn giản Nhược điểm: độ xác khơng cao khơng thể can thiệp vào kết điều khiển Ứng dụng: phạm vi ứng dụng hạn chế Điều khiển theo nguyên lý mạch kín hay điều khiển có phản hồi q trình điểu khiển sử dụng thông tin qua mạch phản hồi tạo thành mạch vịng kín hệ thống Q trình điều khiển có sử dụng thơng tin kết điều khiển thơng qua mạch phản hồi để tạo tín hiệu (tác động điều khiển) CCĐK, tạo thành mạch vịng kín hệ thống điều khiển, gọi hệ thống điều khiển theo mạch kín hay điều khiển có phản hồi Sơ đồ khái quát hệ thống điều khiển theo mạch kín trình bày hình 1.5 Hệ thống điều khiển theo mạch kín thực chất hệ thống ĐKTĐ, trình điều khiển xảy mà khơng có tham gia trực tiếp người trình điều khiển hoàn toàn thiết bị thực Mạch phản hồi đưa tín hiệu trở lại đầu vào, hình 1.4 mạch phản hồi chính, để phân biệt với mạch phản hồi khác có hệ thống ĐKTĐ, mạch phản hồi phụ hay mạch phản hồi hiệu chỉnh sê xét phần sau sách Mạch phản hồi mạch phản hồi xác định nguyên lý làm việc hệ thống ĐKTĐ Mạch phản hồi sơ đồ hình1.5 mạch phản hồi gián tiếp thực thông qua cấu đo lường cịn có tên gọi phản hồi khác đơn vị, CCĐL tạo tốn tử biến đổi tín hiệu khác Trong thực tế có hệ thống ĐKTĐ, chất vật lý tỷ lệ giống tín hiệu tín hiệu vào, phản hồi hệ phản hồi trực tiếp, có nghiã lượng đưa trực tiếp so sánh với lượng vào không thông qua CCĐL Phản hồi trực tiếp cịn gọi phản hồi đơn vị, tốn tử truyền tín hiệu mạch phản hồi Hình 1.6 trình bày sơ đồ khái quát hệ thống ĐKTĐ mạch kín có phản hồi trực tiếp Hinh1.3 Sơ đồ khối khái quát hệ thống điều khiển theo nguyên lý mạch kín (có phản hồi) Điều khiển tổ chức q trình tiến triển theo quy luật nhằm thực mục đích định Hệ thống điều khiển: tập hợp linh kiện, máy móc theo trình tự cần thiết để thực nhiệm vụ điều khiển gọi hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển trực tiếp điều khiển không trực tiếp Hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển trực tiếp hay không trực tiếp Hệ thống điều khiển trực tiếp hệ thống điều khiển khơng có q trình khuếch đại tín hiệu (ở cần hiểu tín hiệu từ cấu đo lường) Tín hiệu từ cấu đo lường trực tiếp tác động lên cấu chấp hành Hệ thống điều khiển không trực tiếp (gián tiếp) hệ thống điều khiển tín hiệu từ cấu đo lường khuếch đại nhờ nguồn lượng bên đưa đến cấu chấp hành hoạt động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống mà trình điều khiển thực mà khơng có tham gia trực tiếp Sơ đồ nguyên lý sơ đồ mô tả đến chi tiết phần tử có hệ thống mà qua hiểu tương đối cặn kẽ nguyên lý tác động hệ thống ĐKTĐ Sơ đồ nguyên lý bao gồm sơ đồ nguyên lý chi tiết sơ đồ nguyên lý đơn giản Sơ đồ khối sơ đồ diễn tả phần tử tạo nên hệ thống dạng khối vng riêng biệt, rõ tên gọi khối mối liên hệ khối dạng mũi tên chiều truyền tín hiệu hệ thống Sơ đồ chức sơ đồ khối khối rõ chức mà khối thực hệ thống (như chức đo lường, biến đổi, khuếch đại, hiệu chỉnh, chấp hành, v.v ) Hinh1.4 Sơ đồ khối khái quát hệ thống điều khiển tự động Thiết bị hay cấu điều khiển (CCĐK) gọi điều khiển (controller) tập hợp phần lại hệ thống có nhiệm vụ thực trình điều khiển, tạo tác động điều khiển tác động trực tiếp lên ĐTĐK để bảo đảm trình cần điều khiển xảy theo quy luật mong muốn Đối tượng điều khiển (ĐTĐK) thiết bị kỹ thuật mà xảy q trình cần điều khiển (thí dụ mà cần trì nhiệt độ, mà cần điều khiển toạ độ dao cắt, nó, động mà cần điều chỉnh tốc độ hay góc quay nó, v.v ) VD: lị nhiệt, máy cơng cụ, máy bay cần điều khiển đường bay, anten rađa cần điều khiển góc quay Đối với hệ thống ĐKTĐ đầu vào đầu hệ đầu vào có đặt tín hiệu vào hay lượng vào hệ Các tín hiệu tác động: Tác động nhiễu: tác động gây sai lệch kết qủa điều khiển, tức làm cho kết điều khiển (lượng ra) thay đổi không theo quy luật mong muốn Phân loại: Nhiễu nội (nhiễu bên trong): thay đổi tham số nguồn ni, điện áp… Nhiễu bên ngồi: thay đổi tốc độ gió, áp suất khí tác động lên đối tượng bay, thay đổi nhiệt độ môi trường, nhấp nhô mặt đường tác động lên hệ ổn định tháp pháo xe tăng Các nguyên lý xây dựng hệ thống ĐKTĐ Các hệ thống ĐKTĐ xây dựng nguyên lý sau Hình 1.5 Sơ đồ khái qt hệ thống ĐKTĐ mạch kín có phản hồi trực tiếp (phản hồi đơn vị) Nguyên lý điều khiển theo sai lệch Hệ thống điều khiển theo nguyên lý sai lệch, hay nguyên lý phản hồi leeh tho^’ng` he^ nhờ có mạch phản hồi, hệ thống ln có q trình so sánh thơng tin nhiệm vụ điều khiển (tín hiệu vào) kết điều khiển (tín hiệu ra) hệ Nếu chúng tồn sai lệch CCĐK tạo tín hiệu điều khiển tác động lên ĐTĐK theo hướng để khử bỏ sai lệch Nhờ mà ĐTĐK ln trì quy luật biến đổi mong muốn Ngun lý cịn có tên gọi nguyên lý Polzunov-Watt, theo tên hai nhà kỹ thuật Nga Anh người sáng chế hệ thống ĐCTĐ mực nước tốc độ quay máy nước (thế kỷ XVIII) Nguyên lý điều khiển theo nhiễu loạn hay điều khiển theo nguyên lý bù nhiễu Bản chất nguyên lý điều khiển theo nhiễu (hay nói đầy đủ điều khiển theo nguyên lý bù nhiễu) chỗ: nhiễu đo (thường nhiễu tác động lên ĐTĐK) biến đổi thành tác động điều khiển (thông qua CCĐK) tác động lên ĐTĐK với mục đích bù trừ ảnh hưởng chúng lên kết điều khiển Khi điều khiển theo nguyên lý mục đích đạt tới bù trừ hồn toàn tác động nhiễu định Hệ thống ĐKTĐ trường hợp coi bất biến (khơng phụ thuộc) tác động nhiễu Ngun lý điều khiển theo nhiễu cịn có tên gọi nguyên lý Pônsêlê (tên nhà kỹ thuật Pháp người sử dụng nguyên lý kỹ thuật) Sơ đồ khối khái quát hệ thống ĐKTĐ làm việc theo nguyên lý bù nhiễu trình bày hình 1.8 Hình 1.6 Sơ đồ khái quát hệ thống ĐKTĐtác động theo nguyên lý bù nhiễu VD: Hệ thống điều khiển ổn định đường bay tên lửa phịng khơng với cảm biến đo áp suất khí quyển, đo tốc độ gió, đo gia tốc tải, đo góc xoay tốc độ xoay tên lửa, v.v đưa vào hệ thống điều khiển để ổn định đường bay tên lửa Nhược điểm: bù trừ một vài nhiễu đo được, không ngăn chặn ảnh hưởng nhiễu thứ yếu, khơng đo Ưu điểm: tính bất biến khơng phải tuyệt đối cịn phụ thuộc vào tính ổn định tham số CCĐK ĐTĐK, mức độ xác ổn định tham số mạch bù trừ Ứng dụng: hệ thống ĐKTĐ xây dựng theo nguyên lý bù nhiễu sử dụng cách độc lập Nguyên lý điều khiển hỗn hợp Hệ thống xây dựng theo nguyên lý điều khiển hỗn hợp hệ thống kết hợp nguyên lý điều khiển theo mạch hở theo mạch kín, tức kết hợp điều khiển theo sai lệch điều khiển theo nhiễu Sơ đồ khối khái quát hệ thống trình bày hình 1.9 Hình 1.7 Sơ đồ khối khái quát hệ thống ĐKTĐ hỗn Hệ thống hỗn hợp tận dụng ưu điểm hai nguyên lý trên: nhờ mạch bù nhiễu khắc phục ảnh hưởng tác động nhiễu chủ yếu nhờ có mạch phản hồi thực trình điều khiển hạn chế tác động nhiễu lại Các nguyên lý điều khiển gọi hệ thống ĐKTĐ kinh điển Một số nguyên lý điều khiển mới: điều khiển tối ưu, điều khiển bền vững, nguyên lý điều khiển mờ, nguyên lý điều khiển nơ-ron Phân loại hệ thống điều khiển tự động Các hệ thống ĐKTĐ khác nhiều khía cạnh: đặc điểm truyền tín hiệu, tính chất tác động, số lượng tín hiệu vào ra, chất toán học hệ thống nhiều đặc tính khác Tính chất đa dạng hệ thống ĐKTĐ đòi hỏi phải phân loại để có phương pháp khảo sát, nghiên cứu thích hợp đề phương pháp tính tốn, thiết kế chúng Việc phân loại tiến hành theo dấu hiệu phân loại khác Phân loại theo nguyên lý xây dựng 10 Các hệ thống ĐKTĐ phân chia thành loại: hệ thống ĐKTĐ theo mạch hở, hệ thống ĐKTĐ theo mạch kín hệ thống ĐKTĐ hỗn hợp Phân loại theo tính chất tác động đầu vào Tuỳ thuộc vào tính chất tác động đầu vào x(t) hệ thống ĐKTĐ phân thành loại sau; Hệ thống điều khiển theo số hay gọi hệ thống tự ổn định hệ thống có lượng vào x(t) khơng thay đổi (const) Nhiệm vụ của hệ thống ĐKTĐ trì một vài đai lượng vật lý giá trị không đổi Đây hệ thống ĐCTĐ VD: Các hệ thống ĐCTĐ tốc độ loại động cơ, hệ thống ĐCTĐ điện áp, tần số máy phát, hệ thống ĐCTĐ nhiệt độ, áp suất, nồng độ dung dịch ngành sản xuất công nghệ, v.v Hệ thống điều khiển theo chương trình hệ thống ĐKTĐ có lượng vào x(t) hàm biết trước dạng chương trình điều khiển VD: Các hệ điều khiển đường bay định trước máy bay không người lái, hệ thống điều khiển tự động máy công cụ: bào, phay, tiện với chương trình định trước nhớ máy tính số (máy CNC) Hệ thống ĐKTĐ bám, gọi tắt hệ bám hệ thống ĐKTĐ có lượng vào x(t) hàm khơng biết trước thay đổi theo quy luật Nhiệm vụ hệ thống ĐKTĐ bảo đảm lượng y(t) phải "bám" theo thay đổi lượng vào x(t) VD: Các hệ hệ bám đồng góc dùng hệ thống xen-xin khí tài hay máy công cụ, hệ thống bám vô tuyến điện tử đài ra-đa, v.v Phân loại theo dạng tín hiệu sử dụng hệ thống ĐKTĐ Theo dạng (hay phương pháp biến đổi truyền) tín hiệu hệ thống ĐKTĐ, có hệ thống ĐKTĐ tác động liên tục hệ thống ĐKTĐ tác động gián đoạn Hệ thống ĐKTĐ tác động liên tục (gọi tắt hệ liên tục) hệ mà tất phần tử hệ có lượng hàm liên tục theo thời gian Hệ thống ĐKTĐ tác động gián đoạn (gọi tắt hệ thống ĐKTĐ gián đoạn, hay hệ rời rạc) hệ có chưa phần tử gián đoạn, tức phần tử có lượng vào hàm liên tục lượng hàm gián đoạn theo thời gian 11 Tuỳ thuộc vào tính chất gián đoạn lượng ra, hệ gián đoạn phân chia thành: hệ thống ĐKTĐ xung, hệ thống ĐKTĐ kiẻu rơ-le hệ thống ĐKTĐ số Hệ thống ĐKTĐ xung hệ có gián đoạn tín hiệu thay đổi xảy qua khoảng thời gian xác định (còn gọi gián đoạn theo thời gian) Hệ thống ĐKTĐ kiểu rơ-le hệ gián đoạn tín hiệu xảy tín hiệu vào qua giá trị ngưỡng (cịn gọi gián đoạn theo mức) Hệ thống ĐKTĐ số hệ thống ĐKTĐ có chứa phần tử gián đoạn có tín hiệu dạng mã số, tức tín hiệu gián đoạn theo thời gian theo mức VD: Các hệ thống hoàn chỉnh dạng vi xử lý P, xử lý tín hiệu số DSP, tồn máy tính số Các hệ số chứa biến đổi tương tự-số (A-D converter) số-tương tự (D-A converter) Phân loại theo dạng phương trình động học mơ tả hệ thống ĐKTĐ Về mặt toán học, hệ thống ĐKTĐ hay phần tử chúng mơ tả phương trình tốn học: phương trình tĩnh phương trình động Dựa vào tính chất phương trình các hệ thống ĐKTĐ phân biệt thành hệ thống ĐKTĐ tuyến tính hệ thống ĐKTĐ khơng tuyến tính (phi tuyến) Hệ thống ĐKTĐ tuyến tính hệ mơ tả phương trình tốn học tuyến tính: phương tĩnh dạng y = f(x) phương trình động phương trình vi phân sai phân phương trình tuyến tính Hệ thống ĐKTĐ tuyến tính có tham số khơng thay đổi hay hệ thống ĐKTĐ dừng VD : Hệ thống điều khiển ổn định đường bay thiết bị bay Hệ thống ĐKTĐ khơng tuyến tính hệ thống ĐKTĐ mơ tả phương trình tốn học khơng tuyến tính Đó hệ có chứa phần tử phi tuyến điển hình VD : Hệ có chứa phần tử rơ-le Phân loại theo số lượng đại lượng cần điều khiển Tuỳ thuộc vào số lượng đại lượng cần điều khiển hay điều chỉnh (lượng hệ) có hệ chiều hệ nhiều chiều Hệ thống ĐKTĐ chiều có đại lượng cần điều khiển Hệ thống ĐKTĐ nhiều chiều hệ có từ hai đại lượng cần điều khiển trở lên 12 VD: Hệ nhiều chiều hệ thống ĐCTĐ máy phát điện xoay chiều, hệ lúc ổn định hai tham số điện áp tần số phát máy phát có hệ ĐCTĐ hai chiều 1.2 Điều chỉnh Điều chỉnh trình điều khiển, nhiệm vụ điều khiển bảo đảm trì một vài đại lượng vật lý cụ thể khơng thay đổi biến đổi theo quy luật định Sơ đồ chức tổng quát hệ thống ĐKTĐ Sơ đồ chức tổng quát hệ thống ĐKTĐ biểu diễn phần tử hệ thống liên kết với theo trình tự định Các phần tử tạo thành từ linh kiện, máy móc, thiết bị khác có chất vật lý khác nhau, có nhiệm vụ (chức năng) giống Hình 1.8 Sơ đồ chức tổng quát hệ thống ĐKTĐ hỗn hợp Phần tử : cấu đặt hay cấu chương trình có nhiệm vụ tạo quy luật thay đổi mong muốn tín hiệu vào x(t), tức tạo nhiệm vụ điều khiển VD : Chương trình điều khiển từ máy tính, chiết áp, thiết bị cơ, điện – điện tử v.v ) Phần tử + : Cơ cấu so sánh cấu cộng có nhiệm vụ tạo tín hiệu sai lệch có chức cộng tín hiệu Giải thích chi tiết trường hợp cấu cộng trường hợp cấu sai lệch Phần tử + Cơ cấu khuếch đại thực chức khuếch đại sơ (cơ cấu 3) khuếch đại cơng suất (cơ cấu 6) tín hiệu đơi có chức 13 biến đổi tín hiệu (từ chiều thành xoay chiều hay ngược lại) cho phù hợp với phần tử đứng sau VD : khuếch đại điện tử, bán dẫn, khuếch đại thuật tốn; cịn khuếch đại cơng suất khuếch đại từ, khuếch đại rơ le, khuếch đại máy điện, khuếch đại thuỷ lực, khuếch đại khí nén Phần tử + : Các cấu hiệu chỉnh có chức làm tốt chất lượng qúa trình điều khiển cách tạo định luật điều khiển khác hệ thống Phần tử hiệu chỉnh nối tiếp (4) mắc nối tiếp với phần tử mạch hay mạch thẳng hệ thống Phần tử hiệu chỉnh song song dạng liên hệ phản hồi phụ (hay phản hồi phận, phản hồi hiệu chỉnh) để phân biệt với liên hệ phản hồi tồn nguyên lý làm việc cuả hệ thống ĐKTĐ Phần tử : Cơ cấu chấp hành (CCCH) có chức tạo tác động điều khiển tác động tực tiếp lên đối tượng điều khiển nhằm bảo đảm thay đổi quy luật điều khiển mong muốn VD : Các động chấp hành, động điện chiều, động điện xoay chiều hai pha ba pha, động thuỷ lực hay khí nén Cơ cấu châp hành cơng suất lớn cịn có tên gọi thiết bị sec-vô hay động sec-vô Phần tử 10 : Cơ cấu đo lường-biến đổi (bộ cảm biến) dùng để nhận thông tin kết điều khiển biến đổi chúng dạng tín hiệu phản hồi z(t) phù hợp để so sánh với tín hiệu vào x(t) Phần tử 11 Cơ cấu đo lường nhiễu loạn 11, nói trên, dùng để đo nhiễu tạo tín hiệu bù trừ sai số nhiễu gây điều khiển bất biến Cơ cấu tồn hệ thống có điều khiển hỗn hợp 14 Chương 2: Tìm hiểu điều chỉnh Mục tiêu: - Mô tả phương pháp điều khiển - Ứng dụng mạch điều khiển - Chủ động, sáng tạo đảm bảo an tồn q trình học tập 2.1 Khái niệm chung Nguyên tắc điều khiển thể đặc điểm lượng thông tin phương thức hình thành tác động điều khiển hệ thống Có ba nguyên tắc điều khiển bản: nguyên tắc giữ ổn định, nguyên tắc điều khiển theo chương trình ngun tắc điều khiển thích nghi Khi thiết kế hệ thống ta dựa vào mục tiêu điều khiển, yêu cầu chất lượng giá thành để chọn nguyên tắc điều khiển phù hợp 2.1.1 Nguyên tắc giữ ổn định Nguyên tắc nhằm giữ tín hiệu ổn định giá trị số định trước Có ba nguyên tắc điều khiển giữ ổn định : Điều khiển bù nhiễu Nguyên tắc dùng tác động bên ngồi lên ĐTĐK kiểm tra đo lường được, cịn đặc tính ĐTĐK xác định đầy đủ Bộ điều khiển sử dụng giá trị đo nhiễu để tính tốn tín hiệu điều khiển u(t) Ngun tắc điều khiển có ý nghĩa phịng ngừa, ngăn chặn trước Hệ thống có khả bù trừ sai số trước nhiễu thực gây ảnh hưởng đến tín hiệu Tuy nhiên, thực tế khơng thể dự đoán kiểm tra hết loại nhiễu nên với hệ phức tạp điều khiển bù nhiễu khơng thể cho chất lượng cao Hình 2.1 Sơ đồ chung Điều khiển san sai lệch Nguyên tắc dùng tác động bên ngồi khơng kiểm tra đo lường được, cịn đặc tính ĐTĐK chưa xác định đầy đủ 15 Tín hiệu y(t) đo phản hồi so sánh với tín hiệu vào r(t) Bộ điều khiển sử dụng độ sai lệch vào-ra để tính tốn tín hiệu điều khiển u(t), điều chỉnh lại tín hiệu theo hướng làm triệt tiêu sai lệch Nguyên tắc điều khiển có tính linh hoạt, thử nghiệm sửa sai Hệ thống có khả làm triệt tiêu ảnh hưởng nhiễu trước và/hoặc không đo Nhược điểm tác động hiệu chỉnh hình thành sau độ sai lệch tồn phát hiện, tức sau tín hiệu thực bị ảnh hưởng Các trình trễ hệ làm cho tín hiệu khơng giữ ổn định cách tuyệt đối mà thường có dao động nhỏ quanh giá trị xác lập Hình 2.2 Hệ thống điều khiển san sai lệch Điều khiển phối hợp Để nâng cao chất lượng điều khiển, kết hợp nguyên tắc bù nhiễu nguyên tắc san sai lệch Mạch bù nhiễu tác động nhanh để bù trừ sai số tạo nhiễu đo được, mạch điều khiển phản hồi hiệu chỉnh tiếp sai số tạo nhiễu không đo Hình 2.3 Hệ thống điều khiển phối hợp Điều khiển theo chương trình Khi tín hiệu vào r(t) khơng thay đổi theo thời gian ta có hệ thống ổn định hoá hay hệ thống điều chỉnh Mục tiêu điều khiển hệ giữ cho sai số tín hiệu vào tín hiệu nhỏ tốt Hệ thống điều khiển ổn định hoá ứng dụng rộng rãi dân dụng công nghiệp, điển hình hệ thống điều chỉnh nhiệt độ, điện áp, tốc độ, áp suất, lưu lượng, mức nước, nồng độ, độ pH, Hệ thống điều khiển theo chương trình Nếu tín hiệu vào r(t) hàm định trước theo thời gian, yêu cầu đáp ứng hệ thống chép lại giá trị tín hiệu vào r(t) ta có hệ thống điều 16 khiển theo chương trình Ứng dụng điển hình loại hệ thống điều khiển máy CNC, robot cơng nghiệp Hệ thống theo dõi Nếu tín hiệu vào r(t) hàm trước theo thời gian, yêu cầu điều khiển để đáp ứng y(t) bám sát r(t), ta có hệ thống theo dõi Điều khiển theo dõi thường sử dụng hệ thống điều khiển pháo phịng khơng, rađa, tên lửa, tàu ngầm, Hệ thống điều khiển thích nghi Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc điều khiển thích nghi Trong phương thức điều khiển theo chương trình, tín hiệu điều khiển phát chương trình định sẵn tác động vào thiết bị điều khiển Ở x(t) hàm định trước (chương trình), u cầu tín hiệu y(t) hệ thống phải chép lại giá trị x(t) Tức hệ phải thực hoạt động theo chương trình lập Ví dụ: Hệ thống gia cơng điều khiển số máy CNC, hệ thống thu thập truyền số liệu Nguyên tắc giữ cho tín hiệu thay đổi theo hàm thời gian (chương trình) định trước 2.1.2 Nguyên tắc điều khiển thích nghi (tự chỉnh định) Khi cần điều khiển đối tượng phức tạp, có thơng số dễ bị thay đổi ảnh hưởng môi trường, nhiều đối tượng đồng thời mà phải đảm bảo cho tín hiệu có giá trị cực trị, hay tiêu tối ưu điều khiển với thơng số cố định khơng thể đáp ứng được, ta phải dùng nguyên tắc thích nghi Sơ đồ hệ thống thích nghi hình 1.7 Tín hiệu v(t) chỉnh định lại thơng số điều khiển cho hệ thích ứng với biến động mơi trường Hình 2.4 Hệ thống điều khiển thích nghi 17 2.2 Đặc tính tĩnh Đặc tính tĩnh biểu diễn mối quan hệ tín hiệu đầu với tín hiệu đầu vào Y f (X ) Để xác định dạng đặc tính người ta thay đổi giá trị đầu vào X đo tín hiệu đầu thay đổi nào, từ người ta xây dựng đường dạng đồ thị phần tử cho ta đặc tính phần tử 2.2.1.Tín hiệu Analog Analog: tín hiệu tương tự có dạng đồ thị biểu diễn tín hiệu analog đường liên tục (ví dụ sin,cos,hoặc đường cong lên xuống bất kỳ) Tín hiệu tương tự hình sin C i2 i1 R R1 i1 + u1 + u1 u2 u2 R i2 R C C R1 i1 R2 i2 - - + u1 R2 i2 R + C C - - u1 u2 R1 R1 i1 + u1 u2 u1 u2 18 + u2 2.2.2 Tín hiệu Digital Digital:tín hiệu số bao gồm hai mức cao thấp Hình 2.5 Tín hiệu dạng số Hình 2.6 Tín hiệu dạng xung 2.2.3 Các tín hiệu liên tục gián đoạn Tín hiệu liên tục Hệ tác động liên tục (gọi tắt hệ liên tục) hệ mà tất phẩn tử hệ có lượng hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu dạng hàm liên tục tín hiệu chiều (chưa biến điệu) tín hiệu xoay chiều (đã biến điệu) tương ứng có hệ ĐKTĐ chiều (DC) hệ thống ĐKTĐ xoay chiều (AC) (thí dụ hệ thống bám đồng công suất nhỏ dùng động chấp hành p ha) Tín hiệu gián đoạn Hệ tác động gián đoạn (gọi tắt hệ gián đoạn hay hệ rời rạc) hệ có chứa phần tử gián đoạn, tức phần tử có lượng vào hàm liên tục lượng hàm gián đoạn theo thời gian Tuỳ theo tính chất gián đoạn lượng ra, hệ gián đoạn phân chia thành loại: hệ thống ĐKTĐ xung, hệ thống ĐKTĐ kiểu rơ le hệ thống ĐKTĐ số 19 Nếu gián đoạn tín hiệu xẩy qua thời gian xác định (ta gọi gián đoạn theo thời gian) tín hiệu vào thay đổi, ta có hệ ĐKTĐ xung Nếu gián đoạn tín hiệu xẩy tín hiệu vào qua giá trị ngưỡng xác định (chúng ta gọi gián đoạn theo mức), ĐKTĐ kiểu rơle Hệ rơle thực chất hệ phi tuyến, đặc tính tĩnh hàm phi tuyến Đây đối tượng nghiên cứu phần quan trọng lý thuyêt ĐK Nếu phần tử gián đoạn có tín hiệu dạng mã số (gián đoạn theo mức theo thời gian), ta có hệ ĐKTĐ số Hệ thống ĐKTĐ số hệ chứa thiết bị số (các biến đổi A/D, D/A, máy tính điện tử (PC), vi xử lý 20 ... sin C i2 i1 R R1 i1 + u1 + u1 u2 u2 R i2 R C C R1 i1 R2 i2 - - + u1 R2 i2 R + C C - - u1 u2 R1 R1 i1 + u1 u2 u1 u2 18 + u2 2.2.2 Tín hiệu Digital Digital:tín hiệu số bao gồm hai mức cao thấp Hình... nghiên cứu trình điều khiển truyền thơng hệ thống gọi điều khiển học Tuỳ theo đặc điểm đối tượng nghiên cứu, điều khiển học chia thành: điều khiển học kỹ thuật, điều khiển học kinh tế, điều khiển. .. Bùi Văn Cơng MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐÀO TẠO KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN Chương 1: Điều khiển điều chỉnh 1. 1 Điều khiển 1. 2 Điều chỉnh