Tổng hợp lý thuyết, công thức môn Ký thuật điều khiển tự động trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009 Trang 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN 3 1 1 HỆ THỐNG.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ HÀM TRUYỀN ĐẠT 1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG HỞ 1.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊNG KÍN 1.5 TUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾN 1.6 GIẢM CHẤN VÀ ỔN ĐỊNH 10 1.7 MỤC TIÊU CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 11 1.8 TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 11 1.9 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 12 1.10 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỂN HÌNH 14 CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI LAPLACE VÀ HÀM TRUYỀN 18 3.1 BIẾN ĐỔI LAPLACE 19 3.2 HÀM TRUYỀN 23 3.3 ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 24 3.4 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI SƠ ĐỒ KHỐI 26 3.5 HÀM TRUYỀN TRONG CÁC MẠCH ĐIỆN 30 CHƯƠNG 4: XỬ LÝ TÍN HIỆU 31 4.1 KHÁI NIỆM 32 4.2 CÁC MẠCH OPAMP CƠ BẢN 35 4.3 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 41 4.4 CÁC DẠNG BÀI TẬP 43 CHƯƠNG 5: CƠ CẤU CẢM BIẾN 46 5.1 KHÁI NIỆM 47 5.2 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN 47 NGÔ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP 5.3 ĐO VẬN TỐC 55 5.4 ĐO GIA TỐC 56 5.5 ĐO LỰC 57 5.6 ĐO NHIỆT ĐỘ 59 5.7 ĐO LƯU LƯỢNG 61 5.8 ĐO ÁP SUẤT 63 5.9 ĐO MỨC 64 CHƯƠNG 6: CƠ CẤU TÁC ĐỘNG 65 6.1 CƠ CẤU ĐÓNG MỞ ĐIỆN CƠ 66 6.2 PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG BÁN DẪN 69 6.3 PHẦN TỬ TÁC ĐỘNG THỦY LỰC – KHÍ NÉN 71 6.4 ĐỘNG CƠ ĐIỆN 73 CHƯƠNG 7: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 81 7.1 KHÁI NIỆM CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 82 7.2 RƠ-LE TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN LOGIC 82 7.3 PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) 83 7.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 83 NGÔ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP Chương KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN Nội dung: 1.1 Hệ thống điều khiển 1.2 Sơ đồ khối hàm truyền đạt 1.3 Hệ thống điều khiển vòng hở 1.4 Hệ thống điều khiển vịng kín 1.5 Tuyến tính phi tuyến 1.6 Giảm chấn ổn định 1.7 Mục tiêu hệ thống điều khiển 1.8 Tiêu chuẩn đánh giá hệ thống điều khiển 1.9 Phân loại hệ thống điều khiển 1.10 Một số hệ thống điều khiển điển hình NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hệ thống điều khiển nhóm phần tử liên kết lại với nhằm trì kết mong muốn cách tác động vào giá trị biến hệ thống 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ HÀM TRUYỀN ĐẠT 1.2.1 Sơ đồ khối: Thể phần tử thống nhận tín vào từ số phận hệ thống điều khiển tạo nên tín hiệu đưa vào phần tử khác Toàn hệ thống biểu diễn sơ đồ mô tả liên kết khối (Hình 1.1: Một số ví dụ sơ đồ khối) 1.2.2 Hàm truyền đạt: Là mối quan hệ tốn học tín hiệu vào tín hiệu phần tử TF = y(t) x(t) (Hình 1.2: Ý nghĩa hàm truyền đạt) NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP 1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG HỞ Là hệ thống mà tín hiệu điều khiển khơng có phụ thuộc vào tín hiệu từ trình (Hình 1.3: Cấu tạo hệ thống điều khiển vịng mở) NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP (Hình 1.4: Hai ví dụ hệ thống điều khiển vịng hở) 1.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊNG KÍN 1.4.1 Khái niệm: Là hệ thống mà tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào sai lệch tín hiệu mong muốn tín hiệu phản hồi (Hình 1.5: Cấu tạo hệ thống điều khiển vịng kín) Cũng lấy ví dụ hệ thống điều khiển anten thiết kế dạng vòng kín với cảm biến để phản hồi thơng tin vị trí anten cho điều khiển NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP (Hình 1.6: Hệ thống điều khiển anten với vịng kín) 1.4.2 Sơ đồ khối: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín với Set point với tín hiệu cài đặt ban đầu (giá trị mong muốn) so sánh với giá trị đo (Measured variable) từ cảm biến (sensor) cho tín hiệu thể độ sai lệch (Error signal) Từ điều khiển (controller) nhận tín hiệu cho tín hiệu điều khiển (control signal) Bộ phận truyền động (actuator) nhận tín hiệu điều khiển cho biến số điều chỉnh (Manipulated Variable) Lúc Bộ phận chấp hành (Prosess) thực hoạt động từ biến số nhận chó giá trị điều khiển (controlled variable) Vì hệ thống vịng kín nên giá trị đựơc điều khiển đưa đến cảm biến (sensor) cảm biến cho giá trị hồi tiếp đo (measured variable) để tiếp tục vịng điều khiển kín Q trình tóm gọn q ba giai đoạn: NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP - Đo lường: đo giá trị thực biến điều khiển - Ra định: tính tốn sai lệch sử dụng giá trị sai lệch để thực hành động điều khiển - Tác động: sử dụng tín hiệu điều khiển để tác động số biến điều khiển trình cho làm giảm giá trị sai lệch (Hình 1.7: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín) 1.4.3 So sánh hệ thống điều khiển vịng hở vịng kín: Hệ thống điều khiển vịng hở Đơn giản chi phí đầu tư thấp Khơng kiểm sốt giá trị thực tế Có thể ứng dụng đặc tính làm việc cấu tác động trình tương đối ổn định Thường xuyên thực trình cân chỉnh hệ thống Hệ thống điều khiển vịng kín Phức tạp chi phí đầu tư cao Có thể điểu khiển giá trị thực tế Giá trị thực tế ổn định bất chấp đặc tính làm cấu tác động trình Thỉnh thoảng cần kiểm tra đặc tính làm việc cảm biến 1.5 TUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾN Khi phân tích thiết kế, hầu hết hệ thống điều khiển giả sử bao gồm phần tử tuyến tính – phần tử cho tín hiệu tỷ lệ thuận với tín hiệu vào Phần tử tuyến tính bảo tồn dạng hình học tín hiệu vào (Hình 1.8: Phần tử tuyến tính khơng làm thay đổi dạng đồ thị tín hiệu) NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP Các khái niệm cần nắm: - Dãy chết: dãy giá trị mà tín hiệu vào X khơng làm thay đổi tín hiệu Y (Hình 1.9: Dãy chết) - Trễ: tính phi tuyến dẫn đến giá trị tín hiệu Y khơng trùng tín hiệu vào X tăng hay giảm (Hình 1.10: Trễ) - Bão hòa: giới hạn dãy giá trị tín hiệu Y (Hình 1.11: Bão hịa) NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME2009– TỔNG HỢP 1.6 GIẢM CHẤN VÀ ỔN ĐỊNH Hệ số khuếch đại điều khiển xác định đặc tính quan trọng hệ thống điều khiển, dạng giảm chấn – dạng ổn định Đặc tính hệ thống thể đáp ứng tác động tín hiệu nhiễu (Hình 1.12: Các dạng giảm chấn) Các dạng giảm chấn: Undamped: khơng giảm chấn, dao động điều hịa Hệ thống biên giới ổn định Underdamped: Dưới giảm chấn, giảm chấn Hệ thống ổn định (do đạt giá trị xác lập) Critically damped: Giảm chấn tới hạn, giảm chấn đến mức chuẩn Hệ thống ổn định (do đạt giá trị xác lập) Overdamped: Quá giảm chấn, giảm chấn nhiều Hệ thống ổn định (do đạt giá trị xác lập) Các dạng đồ thị không dao động điều hịa khơng đạt giá trị xác lập hệ thống khơng ổn định NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 10 ... ME2009– TỔNG HỢP 1.10 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỂN HÌNH 1.10.1 Bộ điều khiển số tương tự: Bộ điều khiển tương tự: thiết kế từ mạch xử lý tín hiệu tương tự; tín hiệu cập nhật liên tục Bộ điều khiển. .. ME2009– TỔNG HỢP 1.9.3 Giá trị điều chỉnh: - Ít thay đổi → hệ thống điều chỉnh - Thay đổi liên tục → hệ thống tùy động 1.9.4 Vị trí điều khiển: - Ở phòng điều khiển trung tâm → hệ thống điều khiển. .. điều khiển trình tự: Hệ thống điều khiển trình tự thực loạt thao tác xác định trước Gồm hệ thống điều khiển theo trình tự thời gian (mỗi hoạt động trình tự thực khoảng thời gian định) hệ thống điều