MÔN điều khiển tự động nêu định nghĩa về ển, điề điều khi u khiển tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN MÔN: Điều khiển tự động GVHD: Nguyễn Thành Phúc STT: 30 Họ Tên: Nguyễn Văn Phát MSSV: 19525141 Lớp: DHDI15B SĐT: 0938344584 0 Mục lục I.Bài tập số 01 Bài 1: Bài 2: Bài 3: Bài 4: Bài 5: II.Bài tập số 02 Bài 1: .7 Bài 2: .8 Bài 3: .9 Bài 4: .9 III.Bài tập số 03 10 Bài 1: .10 Bài 2: .11 Bài 4: .13 Bài 5: .16 Bài 6: .18 Bài 7: .21 IV.Bài tập số 04 .24 Bài 1: .24 Bài 2: .26 Bài 3: .27 Bài 4: .29 Bài 5: .32 Bài 6: .35 Bài 7: .39 V.Bài tập số 05 .43 Bài 1: .43 0 Bài 2: .44 Bài 3: .44 Bài 4: .45 Bài 5: .47 Bài 6: .48 Bài 7: .48 Bài 8: .49 Bài 9: .51 Bài 10: 52 VI.Bài tập số 06 .54 Bài 1: .54 Bài 2: .56 Bài 3: .58 Bài 4: .60 Bài 5: .62 Bài 6: .64 Bài 7: .67 Bài 8: .69 Bài 9: .72 Bài 10: 76 Bài 11: 79 Bài 12: 81 VII.Bài tập số 07 84 Bài 1: .84 Bài 2: .86 Bài 3: .87 Bài 4: .88 Bài 5: .89 Bài 6: .91 0 Bài 7: .92 VIII.Bài tập số 08 .94 Bài 1: .94 Bài 2: .95 Bài 3: .96 Bài 4: .97 Bài 5: .99 Bài 6: 101 IX.Bài tập số 09 .102 Bài 1: 102 Bài 2: 104 Bài 4: 108 X Bài tập số 10 110 Bài 1: 110 Bài 2: 112 Bài 3: 114 Bài 4: 116 Bài 5: 116 Bài 6: 117 Bài 7: 118 Bài 8: 119 Bài 9: 120 0 I.Bài tập số 01 Bài 1: Nêu định nghĩa điều khiển, điều khiển tự động? Điều khiển q trình thu thập thơng tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ “gần” với mục đích định trước Điều khiển thự động q trình mà khơng có tác động cuả người Cho ví dụ? Cửa tự động Cảm biến hồng ngồi(fan light): thu thập thơng tin Hệ thống điều hành: xử lí thơng tin Cơng tắc động cơ: tác động lên hệ thống Bài 2: Tại cần điều khiển tự động? Đáp ứng hệ thống khơng thỏa mãn u cầu, nên cần tăng độ xác, tăng xuất, tăng hiệu kinh tế, tiết kiệm thời gian, chi phí cơng nhân làm việc người không làm Bài 3: Nêu thành phần hệ thống điều khiển tự động? Vẽ sơ đồ khối? Cho biết thành phần ví dụ câu 1? Các thành phần hệ thống điều khiển: Gồm thành phần bản: + Đối tượng + Bộ điều khiển + Thiết bị đo lường(cảm biến) r(t) e(t) u(t) Bộ điều khiển Ckt(t) Đối tượng c(t) Cảm biến Đối tượng: cánh cửa 0 Thiết bị đo lường: cảm biến hồng ngoại Bộ điều khiển là: hệ thống điều hành, động phận lại Bài 4: Nêu điều khiển thường gặp, loại cho vài ví dụ? Cho biết thành phần ví dụ này? Các điều khiển thường gặp là: - Điều khiển tốc độ Ví dụ: điều chỉnh tốc độ động cơ, máy quạt, thang máy,… Đối tượng tốc độ quay motor, phận đo lường encoder, phận điều khiển Inverter, - Điều khiển vị trí Ví dụ: điều chỉnh vị trí thang máy, máy in, máy tiện CNC, Đối tượng máy in, thiết bị đo lường cảm biến vị trí, phận điều khiển phận lại - Điều chỉnh moment Ví dụ: điều chỉnh moment bang chuyền, cần cẩu,… Đối tượng moment xoắn bang chuyền, thiết bị đo lường phận cảm biến moment, phận điều khiển phần lại Bài 5: Nêu ứng dụng lý thuyết điều khiển thực tiễn, cho ví dụ? - Áp dụng hầu hết tất lĩnh vực kỹ thuật - Hệ thống sản xuất: nhà máy xi măng, nhà máy giấy - Q trình cơng nghiệp: nhiệt độ, áp suất - Hệ điện tử: robot di động, cánh tay máy, - Hệ thống thông tin: hệ thống phát thanh, truyền hình, tổng đài điện thoại, - Hệ thống sản xuất truyền tải lượng: nhà máy điện - Phương tiện giao thông: xe hơi, xe gắn máy, máy bay, - Thiết bị đo lường: máy vẽ, máy in, - Thiết bị điện tử dân dụng: máy điều hòa, ti vi, tủ lạnh, máy giặt, nồi cơm, 0 - Thiết bị y tế: máy chụp Xquang,… II.Bài tập số 02 Bài 1: a) Hàm nấc đơn vị b) Hàm đirac c) Hàm dốc đơn vị d) Hàm mũ đơn vị 0 e) Hàm sin f) hàm cos g) Bài 2: a) M M + 𝐵𝑣(𝑡) = 𝑓(𝑡) 𝑑𝑣(𝑡) 𝑑𝑡  Sau biến đổi Laplace ta được: M.s.V(s)+B.V(s)=F(s)  Hàm truyền G(s) = F(s) = 𝑑2 𝑦(𝑡) 𝑑𝑡 +𝐵 𝑑𝑦(𝑡) 𝑑𝑡 V(s) Ms+B + 𝐾𝑦(𝑡) = 𝑓(𝑡) 0  Sau biến đổi Laplace ta được: M.s2 Y(s)+B.s.Y(s)+K.Y(s)=F(s)  Hàm truyền G(s) = Bài 3: d3 c(t) dt3 + d2 c(t) dt2 + Y(s) F(s) + c(t) = dc(t) dt = M.𝑠2 +B.s+K d2 r(t) dt2 + dr(t) dt + r(t)  Sau biến đổi Laplace ta được: s3 C(s)+s2 C(s)+s.C(s)+C(s)=s2 R(s)+s.R(s)+R(s)  Hàm truyền G(s) = d3 y(t) dt3 + d2 y(t) dt2 + R(s) 𝑠2 +s+1 𝑠3 +𝑠2 +s+1 + 4y(t) = dy(t) dt = C(s) dr(t) dt + 4r(t)  Sau biến đổi Laplace ta được: s3 Y(s)+2s2 Y(s)+3s.Y(s)+4Y(s)=3.s.R(s)+4R(s)  Hàm truyền G(s) = R(s) Bài 4: - - 3s+4 𝑠3 +2𝑠2 +3s+4 - Thực phép biến đổi laplace ngược sau F(s) = - Phấn tích F(s) thành biểu thức tối giản: Ta có: F(s) = 10 = 𝑠(𝑠+2)(𝑠+3)2 A = s.F(s)|s=0 = 10 𝐴 𝑠 | + (s+2)(s+3)2 s=0 - B = (s+2).F(s)|s=−2 = - = Y(s) 𝐵 𝑠+2 = | s(s+3)2 s=−2 C = (s + 3)2 F(s)|𝑠=−3 = 10 10 𝑠(𝑠+2) + 𝐶 (𝑠+3)2 +  D= Vậy F(s) = −10(2s+2) | s2 +(s+2)2 s=−3 10 s(s+2)(s+3)2 = = 9s 40 − |𝑠=−3 = s+2 10 + 10 10 3.(s+3)2  𝐿−1 {𝐹(𝑠)} = 𝑓(𝑡) = − 5e−2t + 𝐷 𝑠+3 = -5 D = ds [(s + 3)2 F(s)]|(s = −3) = s(s+2) |s=−3 = d 10 s(s+2)(s+3)2 10 + 10 40 9(s+3) t e−3t + 40 e−3t 0 III.Bài tập số 03 Bài 1: - Ga(s) = G1(s)//G3(s) => Ga(s) = G1(s)+G3(s) - Gb(s) = vòng hồi tiếp âm [G2(s) H1(s)] G2(s)  Gb(s)= 1+G2(s).H1(s) - Gc(s) = Ga(s) nối tiếp Gb(s) G2(s)  Gc(s) = Ga(s) + Gb(s) = G1(s)+G3(s) +1+G2(s).H1(s) 10 0 π α2=− (l=-1) Qui tắc 6:  Giao điểm tiệm cận với trục hoành: OA= ∑ cực−∑ zero n−m = [0−1−10]−(−1.5) OA= -4.75 α1= π = -4.75 (l=0) π α2= − (l=-1) Quy tắc 7: Phương trình đặc trưng hệ thống: 1+ K.(s+1.5) s.(s+1).(s+10) = (1)  Điểm tách nhập:  K= −(s3 + 11s2 +10s) (s+1.5)  dk ds = −2s3 −15.5s2 −33s−15 (s+1.5)2 =0 s1= -0.62 (nhận) s2= -2.47 (nhận) s3= -4.36 (nhận) Quy tắc 8:  Giao điểm QDNS với trục ảo: 1+ (   k(s + 1.5)= -(s3 + 11s2 + 10s) K.(s+1.5) s s+1).(s+10)  s + 11s + (10 + K)s + 1.5K = = (1) (2) (2) 63 0 - Thay s= (jw) vào pt (2) (jw)3 + 11(jw)2 + (10 + K)(jw) + 1.5K −jw3 − 11w + (10 + K)(jw) + 1.5𝐾 =0 w=0 K=0 w = E1.26j K= 0 22 w (loại) Bài 6: 64 0 Phương trình đặc trưng hệ thống: K 1+(s+2).(s+4).(s+6) =0 - Các cực: p1=-2; p2=-4; p3=-6 (n=3) - Các zero khơng có (m=0) Qui tắc 5:  Góc tạo đường tiệm cận với trục hoành (2l+1).π (2l+1).π = 3−0 𝑛−𝑚 α= α1= π (l=0) π α2=− (l=-1) α3= π (l=1) Qui tắc 6:  Giao điểm đường tiệm cận với trục hoành OA= ∑ cực−∑ zero OA= -4 α1= π α2= − n−m = [−2−4−6]−(0) = -4 (l=0) π (l=-1) α3= π (l=1) Quy tắc 7: 0  Phương trình đặc trưng hệ thống: K (s+2).(s+4).(s+6) 1+ = (1)  Điểm tách nhập:  K = −s3 − 12s2 − 44s − 48  dk ds = −3s2 − 24s − 44 = 65 0 s1= -2.84 (nhận) s2= -5.15 (loại) Quy tắc 8: (1)  k + (s + 2) (s + 4) (s + 6) =  s3 + 12s + 44s + 48 + K K (s+2).(s+4).(s+6)  Giao điểm QDNS với trục ảo: 1+ =0 = (1) (2) - Thay s= (jw) vào pt (2) (jw)3 + 12(jw)2 + 44(jw) + 48 + K = −jw3 − 12w + 44(jw) + 48 + K = w=0 K = -48 (loại) w = E2√11 => s =E2√11j K = 480 66 0 Bài 7: Phương trình đặc trưng hệ thống: + s(s+2).(s+4).(s+1) = K(s+3) 0 - Các cực: p1=0; p2=-1; p3=-2; p4=-4 (n=4) - Các zero: z1= -3 (m=1) Qui tắc 5: Tiệm cận: α= (2l+1).π 𝑛−𝑚 = (2l+1).π α1= π 4−1 (l=0) π α2=− (l=-1) α3= π (l=1) Qui tắc 6: OA= ∑ cực−∑ zero OA= α1= π −4 n−m = [0−1−2−4]−(−3) 4−1 = −4 (l=0) π α2= − (l=-1) α3= π (l=1) 67 0 Quy tắc 7:  Phương trình đặc trưng hệ thống: K(s+3) 1+s(s+2).(s+4).(s+1) = (1)  Điểm tách nhập: (1)  K= (s4 +7s3 +14s2 +8s) dk  ds (s+3) = 3s4 +26s3 +77s2 +84s+24 (s+3)2 s1= -0.43 (nhận) s2= -1.61 (loại) Quy tắc 8: s3,4= −3.3 ± 0.68j (loại) (1)  k(s + 3) + s(s + 2) (s + 4) (s + 1)  s + 7s + 14s + 8s − k(s + 3) K(s+3) s(s+2).(s+4).(s+1)  Giao điểm QDNS với trục ảo: 1+ - Thay s= (jw) vào pt (2) = = (jw) + 7(jw) + 14(jw) + 8(jw) 0+ k((jw) + 3) = w − 7jw − 14(w ) + 8jw + Kjw + 3k = = (1) (2) (2) =0 w=0 K = (loại) w = E1.59 => s =E1.59j K = 9.7 68 0 Bài 8: Phương trình đặc trưng hệ thống: K(s+4) (s+1).(s+2).(s+3) 1+ =0 - Các cực: p1=-1; p2=-2; p3=-3 (n=3) - Các zero: z1= -4 (m=1) Qui tắc 5:  Góc tạo tiệm cận với trục hồnh: α= (2l+1).π (2l+1).π = 3−1 𝑛−𝑚 0 69 π α1= (l=0) π α2=− (l=-1) α3= Qui tắc 6: 3π (l=1) 0  Giao điểm tiệm cận với trục hoành: ∑ cực−∑ zero OA= α2 = [−1−2−3]−(−4) 3−1 π − (l=0) OA= α1= π n−m = 3π = -1 (l=-1) α3 = π (l=1) Quy tắc 7:  Phương trình đặc trưng hệ thống: 1+ K(s+4) (s+1).(s+2).(s+3) = (1)  Điểm tách nhập: (1)  K= = −(s3 +6s2 +11s+6) dk  (s+4) ds s1= -1.47 (nhận) 2s3 +18s2 +48s+38 − (s+4)2 =0 s2= -2.65 (loại) s3= -4.88 (loại) Quy tắc 8: K(s+4) s+1).(s+2).(s+3)  Giao điểm QDNS với trục ảo: 1+( (1)  k(s + 4) + (s + 1) (s + 2) (s + 3) = = (1) 70 0  s3 + 6s2 + 11s + + k(s + 4) - Thay s= (jw) vào pt (2) (jw) + 6(jw) + 11(jw) + + k((jw) + 4) −jw3 − 6(w ) + 11jw + Kjw + 4k (2) = w=0 =0 =0 K = -1.5 (loại) 𝑤 = ±√19𝑗 K = -30 (loại) 0 71 0 ... Bài 1: N? ?u định nghĩa đi? ?u khi? ??n, đi? ?u khi? ??n tự động? Đi? ?u khi? ??n trình thu thập thông tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ “gần” với mục đích định trước Đi? ?u khi? ??n thự động. .. Các đi? ?u khi? ??n thường gặp là: - Đi? ?u khi? ??n tốc độ Ví dụ: đi? ?u chỉnh tốc độ động cơ, máy quạt, thang máy,… Đối tượng tốc độ quay motor, phận đo lường encoder, phận đi? ?u khi? ??n Inverter, - Đi? ?u khi? ??n. .. r(t) e(t) u( t) Bộ đi? ?u khi? ??n Ckt(t) Đối tượng c(t) Cảm biến Đối tượng: cánh cửa 0 Thiết bị đo lường: cảm biến hồng ngoại Bộ đi? ?u khi? ??n là: hệ thống đi? ?u hành, động phận lại Bài 4: N? ?u đi? ?u khi? ??n