Bài giảng lý thuyết điều khiển tự động bài 1 ths đỗ tú anh

cu u du o ng th Nhập môn ðiều khiển tự ñộng an co ng c om Lý thuyết ðiều khiển tự động ThS ðỗ Tú Anh Bộ mơn ðiều khiển tự ñộng Khoa ðiện, Trường ðHBK HN CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-1 Nhập môn th an co ng c om Một hệ thống ñiều khiển tự ñộng tổ hợp phần tử hoạt ñộng với cho tồn hệ thống vận hành cách tự động ñể thực chức (nhiệm vụ) ñặt trước Ví dụ hệ thống ðKTð (từng phần tồn phần) • Máy móc thiết bị: tủ lạnh, máy điều hịa nhiệt độ, thang du o ng máy, vơ tuyến điều khiển từ xa, hệ thống viễn thơng, Internet, … cu u • Cơng nghiệp: CN sản xuất giấy, xi măng, CN tơ, … • Ứng dụng khác: nhà máy điện, lị phản ứng (hạt nhân hóa chất), hệ thống giao thông vận tải, rô bốt, hệ thống vũ khí, máy tính, nơng nghiệp, hệ thống tự động hóa tịa nhà, … Lý thuyết ðKTð Bộ mơn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-2 Ưu điểm hệ thống ðKTð c om Nhập môn an co ng • Giảm thiểu tham gia người lĩnh vực kỹ thuật kể giảm nhân công, tăng suất chất lượng sản phẩm, … • Giảm lao ñộng nặng nhọc, tai nạn nghề nghiệp th • Nâng cao chất lượng sống ng Một vài phát minh đáng nhớ cu u du o • 1769, James Watt phát minh máy ñiều chỉnh tốc ñộ ly tâm dùng động nước • 1957, Liên Xơ cũ phóng thành cơng vệ tinh nhân tạo bay quanh trái đất • 1969, dự án tàu vũ trụ Apollo Mỹ ñưa người lần ñầu tiên bước lên mặt trăng Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-3 Nhập môn c om Lịch sử phát triển co ng • 1930 – 1960: ðiều khiển kinh điển ðiều khiển tỷ lệ – tích phân – vi phân (PID) (Classical Control) an • 1960 – nay: ðiều khiển ñại cu u du o ng th (Modern Control) ðiều khiển không gian trạng thái, ðK tối ưu, ðK số, ðK thích nghi, ðK bền vững, ðK mờ, … Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-4 u(t) ðTðK y(t) ðáp ứng Tín hiệu co ng Kích thích Tín hiệu vào c om Hệ thống điều khiển ng th an Tín hiệu y(t) có quan hệ với tín hiệu vào u(t): y(t)=Tu(t), T tốn tử cu u du o ðN 1.1 Xét ñối tượng T cần ñiều khiển ñáp ứng mong muốn y(t), tìm tín hiệu vào u(t) thích hợp cho với tín hiệu đó, hệ thống đạt tín hiệu mong muốn y(t) Ở đây, tín hiệu vào thích hợp u(t) đgl tín hiệu điều khiển Trên thực tế, tốn tìm tín hiệu điều khiển u(t) chuyển thành tốn tổng hợp (thiết kế) điều khiển Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-5 Hệ thống ñiều khiển ng c om ðN 1.2 Hệ thống điều khiển vịng hở (open-loop) hệ thống mà tín hiệu vào u(t) khơng phụ thuộc vào tín hiệu y(t), có nghĩa u(t) khơng phải hàm y(t) du o Bộ ðK u(t) ðTðK y(t) Bộ ðK (controller,regulator, compensator) y(t) r(t) – tín hiệu ñặt (reference signal) r(t) cu u r(t) ng th an co ðN 1.3 Hệ thống điều khiển vịng kín (closed-loop) hệ thống mà tín hiệu vào u(t) phụ thuộc vào tín hiệu y(t), có nghĩa u(t) hàm y(t) Bộ ðK Lý thuyết ðKTð u(t) ðTðK Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-6 Hệ thống điều khiển ụ d Ví ng Máy giặt (ðTðK) y(t) Quần áo giặt ng th an Tín hiệu đặt u(t) Bộ lập trình (Bộ ðK) Tín hiệu ðK co r(t) c om Máy giặt quần áo hệ thống ðK vịng hở dụ í V u(t) Bình nước nóng Bộ ðC nhiệt (ðTðK) (Bộ ðK) Tín hiệu ðK y(t) Tín hiệu đặt cu u r(t) du o Bình nước nóng hệ thống ðK vịng kín Lý thuyết ðKTð Nhiệt độ nước Bộ mơn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-7 c om Hệ thống ñiều khiển ng • Ở hệ thống ðK vịng kín, thơng tin liên quan ñến ñầu hệ ñược ñưa trở lại ñầu vào tác ñộng hồi tiếp th an co • Nếu chất lượng hệ thống chưa thỏa mãn, nhờ tác ñộng hồi tiếp, ðK “hành ñộng” ñể ñưa hệ thống ñạt tới chất lượng mong muốn cu u du o ng • Các hệ thống ðK vịng kín sử dụng u cầu chất lượng ðK cao (về độ xác, tốc ñộ, …) Trong phạm vi chương trình, quan tâm ñến hệ ñiều khiển hồi tiếp Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-8 Hệ thống ñiều khiển hồi tiếp _ Thiết bị ðK ng u(t) Thiết bị CH co Bộ so sánh e(t) + y(t) ðTðK an r(t) c om Sơ đồ hồn chỉnh Thiết bị ño du o ng th yˆ (t ) cu u e(t) Tín hiệu sai lệch yˆ (t ) Tín hiệu đo Lý thuyết ðKTð Bộ mơn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-9 Hệ thống điều khiển hồi tiếp c om Hệ thống điều khiển lị phản ứng hạt nhân cu u du o ng th an co ng ụ d Ví Lý thuyết ðKTð Sơ ñồ khối cấu trúc ??? Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-10 Các bước thiết kế hệ thống ñiều khiển c om Nghiên cứu ñối tượng cần ðK ñịnh loại cảm biến thiết bị chấp hành sử dụng Mơ hình hóa hệ thống cần ðK; đơn giản hóa mơ hình cần thiết ng Phân tích mơ hình; xác định tính chất co Quyết định tiêu chất lượng hệ th an Quyết ñịnh cấu trúc ñiều khiển du o ng Thiết kế ðK thỏa mãn tiêu CL ñặt ra, khơng, giảm bớt tiêu tổng qt hóa cấu trúc ðK cu u Mô hệ thống ðK vừa nhận được, máy tính ñối tượng thử nghiệm Lặp lại bước cần thiết Chọn phần cứng phần mềm thực ðK 10.Chỉnh ñịnh trực tuyến (on-line) ðK cần thiết Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... tín hiệu vào thích hợp u(t) đgl tín hiệu điều khiển Trên thực tế, tốn tìm tín hiệu điều khiển u(t) chuyển thành tốn tổng hợp (thiết kế) điều khiển Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com... mặt trăng Lý thuyết ðKTð Bộ môn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-3 Nhập môn c om Lịch sử phát triển co ng • 19 30 – 19 60: ðiều khiển kinh điển ðiều khiển tỷ... lệch yˆ (t ) Tín hiệu đo Lý thuyết ðKTð Bộ mơn ðKTð-Khoa ðiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2-9 Hệ thống điều khiển hồi tiếp c om Hệ thống điều khiển lị phản ứng hạt nhân