ind ict 4 1531

8/26/2012 Chapter - Automatic Control • What Automatic Control is, • Automatic Control Theory, • Process Control, • Stability • Controllers: – PID Controllers, – Optimal Control, – Adaptive Control –… Chapter – Auto Control 4.1 Auto Control Definition • Automatic control: is the research area and theoretical base for mechanization and automation, employing methods from mathematics and engineering • A central concept is that of the system which is to be controlled, such as a generator’s field wild (kích thích máy phát điện), governor or an entire ballistic missile (tên lửa đạn đạo) • The systems studied within automatic control are mostly the linear systems Chapter – Auto Control 8/26/2012 4.1 Auto Control Definition Fig 4.1 Block diagram of Closed Loop Controller Chapter – Auto Control 4.1 Auto Control Definition • Automatic control systems are composed of three components: – Bộ cảm biến: đo lường trạng thái vật lý nhiệt độ hay mức chất lỏng – Đáp ứng: hệ thống điện/cơ đơn giản điều khiển kỹ thuật số máy tính – Thiết bị truyền động/chấp hành: khâu thực mang tính điện Bộ đáp ứng xử lý tín hiệu từ sensor cho lện đến thiết bvị chấp hành, Chapter – Auto Control 8/26/2012 4.2 Control Theory • 4.2.1 An example: – Open-loop Controller (system): Car, Missile w/o feedback – Closed-loop ~: • Trong kỹ thuật lý thuyết điều khiển giải với hành vi hệ thống động học Đầu mong muốn hệ thống gọi Reference • Khi nhiều biến đầu hệ thống cần phải tuân theo Reference định theo thời gian, điều khiển xử lý yếu tố đầu vào để đạt hiệu mong muốn đầu Chapter – Auto Control 4.2 Control Theory 4.2.1 Classical control theory: the closed-loop controller – Một điều khiển vịng kín sử dụng thơng tin phản hồi để điều khiển trạng thái kết đầu hệ thống động (System động học: tín hiệu đầu vào qua xử lý tạo kết đầu làm thay đổi q trính đó) – Bộ điều khiển vịng kín có ưu điểm: Chapter – Auto Control 8/26/2012 4.2 Control Theory: 4.2.1 Classical CT – Loại bỏ nhiễu – Đảm bảo thực với mơ hình khơng xác định, mơ hình khơng hồn tồn với thực tế q trình khơng ổn định ổn định – Làm giảm độ nhạy với thay đổi tham số, cải thiện hiệu suất theo set point (Reference) Chapter – Auto Control 4.2 Control Theory: 4.2.1 Classical CT • Trong số hệ thống vịng kín vịng hở sử dụng đồng thời • Vòng hở feedforward để cải thiện hiệu suất theo Set Point • Bộ điều khiển vịng kín thường điều khiển PID Chapter – Auto Control 8/26/2012 4.2 Control Theory: 4.2.1 Classical CT • Y(t) so sánh với r (t), qua cảm biến đo lường • Bộ điều khiển C xử lý độ lệch Set Point đầu để thay đổi giá trị U đầu vào cho hệ thống xử lý P • Đây loại điều khiển vịng kín điều khiển có phản hồi, hệ thống đ/kh SISO; • MIMO (Multi-Input Multi-Output), nhiều đầu vào / đầu Trong trường hợp biến biểu diễn thông qua vector thay giá trị vơ hướng đơn giản Đối với số tham số hệ thống phân tán, vectơ vơ hạn chiều Chapter – Auto Control 4.2 Control Theory: 4.2.1 Classical CT • Nếu đ/kh C đối tượng P tuyến tính thời gian bất biến, C (s) P (s) không phụ thuộc vào thời gian, hệ thống phân tích biến đổi Laplace Có quan hệ sau: – Y(s) = P(s) x U(s) – U(s) = C(s) x E(s) – E(s) = R(s) – Y(s) • Giải Y(s) với R(s) ta được: Chapter – Auto Control 8/26/2012 4.2 Control Theory: 4.2.1 Classical CT • Trong khung hàm truyền (transfer function) hệ thống • Tử số - numerator, khuếch đại thuận từ R đến Y • Mẫu số - denomirator, hệ số phản hồi • Nếu P(s)C(s) >>1 Y(s) = R(s) => đơn giản thiết lập Set Point đầu Chapter – Auto Control 4.2 Control Theory: 4.2.2 Stability • Tính ổn định: với đầu vào bị chặn thời gian, đầu giới hạn Điều biết đến ổn định BIBO (Bounded IN – Bounded OUT - Lyapunov) • Nếu hệ thống ổn định BIBO đầu khơng vơ hạn, đầu vào hữu hạn Chapter – Auto Control 8/26/2012 4.2 Control Theory: 4.2.2 Stability • In the two cases, if respectively the pole has a real part strictly smaller than zero or a modulus strictly smaller than one, it is asymptotically stable: the variables of an asymptotically stable control system always decrease from their initial value and not show permanent oscillations, which are instead present if a pole has a real part exactly equal to zero (or a modulus equal to one) If a simply stable system response neither decays nor grows over time, and has no oscillations, it is marginally stable: in this case it has non-repeated poles along the vertical axis (i.e their real and complex component is zero) Oscillations are present when poles with real part equal to zero have an imaginary part not equal to zero Chapter – Auto Control 4.2 Control Theory: 4.2.2 Stability • Differences between the two cases are not a contradiction The Laplace transform is in Cartesian coordinates and the Z-transform is in circular coordinates, and it can be shown that • the negative-real part in the Laplace domain can map onto the interior of the unit circle • the positive-real part in the Laplace domain can map onto the exterior of the unit circle • If the system in question has an impulse response of Chapter – Auto Control ... – Auto Control 8/26/2012 4. 2 Control Theory: 4. 2.2 Stability • In the two cases, if respectively the pole has a real part strictly smaller than zero or a modulus strictly smaller than one, it...8/26/2012 4. 1 Auto Control Definition Fig 4. 1 Block diagram of Closed Loop Controller Chapter – Auto Control 4. 1 Auto Control Definition • Automatic control... imaginary part not equal to zero Chapter – Auto Control 4. 2 Control Theory: 4. 2.2 Stability • Differences between the two cases are not a contradiction The Laplace transform is in Cartesian coordinates