Đang tải... (xem toàn văn)
1/2/2012 1/89 MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Khoa Cơ Khí Bộ môn Kỹ thuật máy &&O&& CHƯƠNG I KHÁI NIỆM HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG 2/89 Tài liệu tham khảo Lý thuyết điều kh[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Khoa Cơ Khí-Bộ môn Kỹ thuật máy &&O&& - MÔ PHỎNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CHƯƠNG I KHÁI NIỆM HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG 1/2/2012 1/89 Tài liệu tham khảo Lý thuyết điều khiển tự động - Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng, NXB ĐHQG TP HCM, 2003 Automation and Control systems - Benjamin C Kuo, Prentice-Hall International, Ninth ediction, 2010 Modern Control Engineering - Katsuhiko Ogata, Prentice-Hall, Fifth ediction, 2010 Control Systems Engineering - Norman S Nise, Fifth ediction, 2008 1/2/2012 2/89 Khái niệm 1/2/2012 3/89 Khái niệm 1/2/2012 4/89 Định nghĩa: Điều khiển trình thu thập thông tin, xử lý thông tin, tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống tiến “Gần” với mục đích định trước Tại cần phải điều khiển? Do đáp ứng hệ thống không thỏa mãn yêu cầu Tăng độ xác Tăng suất Tăng hiệu kinh tế 1/2/2012 5/89 thành phần HT ĐKTĐ O: Đối tượng điều khiển u: tín hiệu điều khiển, tín hiệu chủ đạo C: Bộ điều khiển, điều chỉnh y: Tín hiệu M: Cơ cấu đo lường f: Các tác động từ bên ngồi z: Tín hiệu hồi tiếp e: Sai lệch điều khiển 1/2/2012 6/89 toán Phân tích hệ thống: Cho hệ thống tự động biết cấu trúc thơng số Tìm đáp ứng hệ thống đánh giá chất lượng hệ thống Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc thông số đối tượng điều khiển Thiết kế điều khiển cho hệ thống thu thỏa mãn yêu cầu chất lượng Nhận dạng hệ thống: Chưa biết cấu trúc thông số hệ thống Xác định cấu trúc thông số hệ thống 1/2/2012 7/89 Một số nguyên tắc điều khiển Bù tác động bên Điều khiển theo sai lệch Hỗn hợp 1/2/2012 8/89 Phân loại hệ thống điều khiển Có nhiều tiêu phân loại khác nhau, nhiên ta kể số loại phân theo mơ tả tốn học hệ thống sau: Hệ thống liên tục (pt vi phân) Hệ thống rời rạc (pt sai phân) Hệ thống tuyến tính (vi phân sai phân tuyến tính) Hệ thống phi tuyến (vi phân sai phân phi tuyến) Hệ thống bất biến theo thời gian (hệ số pt vi phân sai phân mô tả hệ thống không đổi) Hệ thống biến đổi theo thời gian (hệ số pt vi phân sai phân mô tả hệ thống thay đổi theo thời gian) 1/2/2012 9/89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động 1/2/2012 10/89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động Hệ thông điều khiển khơng liên tục 1/2/2012 11/89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động 1/2/2012 12/89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động 1/2/2012 13/89 Mơ hình tốn học Tại cần mơ hình tốn học để mơ tả hệ thống? Hệ thống điều khiển thực tế đa dạng có chất vật lý khác Cần sở chung để phân tích, thiết kế Với hệ thống tuyến tính hệ số hằng, sử dụng phương trình vi phân tuyến tính hệ số để mơ tả quan hệ tín hiệu vào tính hiệu an dny dt n + an - 1/2/2012 d n- y dt n- + + a1 dy dt + a0 y = bm dmx dt m + bm- d m- x dt m- + + b1 n: Bậc hệ thống, hệ thống hợp thức n m ai, bi: Thông số hệ thống dx dt + b0 x 14/89 Ví dụ 1: Đặc tính động học hệ thống giảm chấn xe d y t dy t M +B + Ky t f t dt dt M: B: K: f(t): y(t): 1/2/2012 khối lượng tác động lên bánh xe hệ số cản nhớt độ cứng lị xo lực sóc: tín hiệu vào dịch chuyển thân xe: tín hiệu 15/89 Ví dụ 2: Đặc tính động học tốc độ xe ô tô dv t M + Bv t f t dt M: B: f(t): v(t): 1/2/2012 khối lượng xe, hệ số ma sát lực kéo động cơ: tốc độ xe: thơng số hệ thống tín hiệu vào tín hiệu 16/89 Ví dụ 3: Đặc tính mạch điện Áp dụng định luật Kirchoff ta viết phương trình điện áp sau: ei Ri(t ) + L di(t ) + i(t )dt dt C eo i(t )dt C Gọi q i(t )dt , ta có phương trình vi phân dạng sau: ei Lq + Rq + q C 1/2/2012 ei: điện áp đặt vào – tín hiệu vào q: điện tích tụ C – tín hiệu 17/89 Nhận xét: Phương trình vi phân mơ tả hệ thống có dạng tổng quát sau: an dny dt n + an - d n- y dt n- + + a1 dy dt + a0 y = bm dmx dt m + bm- d m- x dt m- + + b1 dx dt + b0 x Nhận thấy bậc n > phương trình khó giải Vì vậy, phân tích hệ thống dựa vào phương trình vi phân gặp nhiều khó khăn Thiết kế hệ thống dựa vào phương trình vi phân không thực trường hợp tổng quát Để giải vấn đề ta sử dụng dạng mơ tả khác, là: Hàm truyền Phương trình trạng thái 1/2/2012 18/89 Biến đổi Laplace: Định nghĩa: Biến đổi Laplace hàm f(t) là: ¥ L {f (t)}= F (s)= ị f (t )e- st dt f(t) : hàm xác định với t 0, f(t) = t < 1/2/2012 s : biến laplace (biến phức) s = + j L : tốn tử Laplace 19/89 Tính chất phép biến đổi Laplace Phép biến dổi Laplace toán tử tuyến tính a, b số bất kỳ, f1(t) f2(t) hàm theo thời gian t L toán tử Laplace Biến đổi Laplace đạo hàm hàm số tích phân hàm số xác định sau: 1/2/2012 20/89 ... 1/ 2/2 012 10 /89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động Hệ thông điều khiển không liên tục 1/ 2/2 012 11 /89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động 1/ 2/2 012 12 /89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động. .. phân mô tả hệ thống không đổi) Hệ thống biến đổi theo thời gian (hệ số pt vi phân sai phân mô tả hệ thống thay đổi theo thời gian) 1/ 2/2 012 9/89 Một số ví dụ hệ thống điều khiển tự động 1/ 2/2 012 ... điều khiển 1/ 2/2 012 6/89 toán Phân tích hệ thống: Cho hệ thống tự động biết cấu trúc thơng số Tìm đáp ứng hệ thống đánh giá chất lượng hệ thống Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc thông số đối