GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của khoa học và kỹ thuật Lĩnh vực này hữu hiệu khắp nơi từ hệ thống phi thuyền không gian, hệ thố[.]
GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng phát triển khoa học kỹ thuật Lĩnh vực hữu hiệu khắp nơi từ hệ thống phi thuyền không gian, hệ thống điều khiển tên lửa, máy bay không người lái, người máy, tay máy quy trình sản xuất đại, đời sống hàng ngày: điều khiển nhiệt độ, độ ẩm Phát minh khởi đầu cho việc phát triển lĩnh vực điều khiển tự động điều tốc ly tâm để điều chỉnh nhiệt độ máy nước Jame Watt năm 1874 Các cơng trình đáng ý bước đầu phát triển lý thuyết điều khiển nhà khoa học Minorsky, Hazen, Nyquist năm 1922 Minorky thực hệ thống điều khiển tự động tàu chứng minh tính ổn định hệ thống xác định từ phương trình vi phân mơ tả hệ thống Năm 1932, Nyquist đưa nguyên tắc tương đối đơn giản để xác định tính ổn định hệ thống vịng kìn dựa sở đáp ứng vịng hở tính hiệu vào hình sin trạng thái xác lập Năm 1934, Hazen giới thiệu thuật ngữ điều chỉnh tự động (servo mechanism) cho hệ thống điều khiển định vị vâà thảo luận đến việc thiết kế hệ thống relay điều chỉnh động với ngõ vào tín hiệu thay đổi Trong suốt thập niên 40 kỷ 20 phương pháp đáp ứng tần số giúp cjo kỹ sư thiết kế hệ thống vịng kín tuyến tính thỏa yêu cầu chất lượng điều khiển Từ cuối thập niên 40 đầu thập niên 50 phương pháp quỹ đạo nghiệm Evan phát triển toàn vẹn Phương pháp quỹ đạo nghiệm đáp ứng tần số xem cốt lõi lý thuyết điều khiển cổ điển cho phép ta thiết kế hệ thống ổn định thỏa tiêu chất lượng điều khiển Những hệ thống chấp nhận chưa phải tối ưu, hoàn thiện Cho tới cuối thập niên 50 kỷ 20 việc thiết kế hay nhiều hệ thống chuyển qua việc thiết kế hệ thống tối ưu với ý nghĩa đầy đủ Khi máy móc đại ngày phức tạp với nhioều tín hiệu vào việc mơ tả hệ thống điều khiển đại đòi hỏi lượng lớn phương trình Lý thuyết điều khiển cổ điển liên quan hệ thống ngõ vào ngõ trở nên bất lực để phân tích hệ thống nhiều đầu vào, nhiều đầu Kể từ khoảng năm 1960 trở nhờ máy tính sốcho phép ta phân tích hệ thống phức tạp miền thời gian, lý thuyết điều khiển đại phát triển để đối phó với phức tạp hệ thống đại Lý thuyết điều khiển đại dựa phân tích miền thới gian tổng hợp dùng biến trạng thái, cho phép giải tốn điều khiển có u cầu chặt chẽ độ xác, trọng lượng giá thành hệ thống lĩnh vực kỹ nghệ không gian quân Sự phát triển gần lý thuyết điều khiển đại nhiều lĩnh vực điểu khiển tối ưu hệ thống ngẫu nhiên tiền định Hiện máy vi tính ngày rẽ, gọn khả xử lý lại mạnh nên dùng phần tử hệ thống điều khiển Những áp dụng gần lý thuyết điều khiển đại vào ngành kỹ thuật như: sinh học, y học, kinh tế, kinh tế xã hội TẬP LỆNH CƠ BẢN CỦA MATLAB I.LỆNH CƠ BẢN Chú ý: Các lệnh viết chữ thường, tác giả muốn viết hoa để người xem tiện theo dõi 1. Lệnh ANS a) Công dụng: (Purpose) Là biến chứa kết mặc định b) Giải thích: (Description) Khi thực lệnh mà chưa có biến chứa kết quả, MATLAB lấy biến Ans làm biến chứa kết c) Ví dụ: (Examples) 2-1 ans = 2. Lệnh CLOCK a) Công dụng: (Purpose) Thông báo ngày b) Cú pháp:(Syntax) c = clock c) Giải thích: (Description) Để thơng báo dễ đọc ta dùng hàm fix d) Ví dụ: (Examples) c = clock c = 1.0e+003* 2.0010 0.0040 0.0200 0.0030 0.0420 0.0501 c = fix(clock) c = 2001 4 20 3 43 3. Lệnh COMPUTER a) Công dụng: (Purpose) Cho biết hệ điều hành máy vi tính sử dụng Matlab b) Cú pháp: (Syntax) computer [c,m] = computer c) Giải thích: (Description) c: chứa thông báo hệ điều hành máy m: số phần tử ma trận lớn mà máy làm việc với Matlab. d) Ví dụ: (Examples) demo: chương trình có sẵn trong Matlab, chương trình minh họa số chức Matlab 10. Lệnh DIARY a) Công dụng: Lưu vùng thành file đĩa b) Cú pháp: diary filename c) Giải thích: filename: tên tập tin 11. Lệnh DIR a) Công dụng: Liệt kê tập tin thư mục b) Cú pháp: dir dir name c) Giải thích: dir: liệt kê tập tin thư mục có thư mục hành dir name: đường dẫn đến thư mục cần liệt kê 12. lệnh DISP a) Cơng dụng: Trình bày nội dung biến (x) hình b) Cú pháp: disp (x) c) giải thích: x: tên ma trận tên biến chứa chuỗi ký tự, trình bày trực tiếp chuỗi ký tự chuỗi ký tự đặt dấu ‘’ d) Ví dụ: » num=('Matlab') I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Điều khiển học (Cybernctics): Là khoa học nghiên cứu trình điều khiển truyền thơng máy móc, sinh vật kinh tế Điều khiển học mang đặc trưng tổng quát phân chia thành nhiều lĩnh vực khác như: toán điều khiển, điều khiễn học kỹ thuật, điều khiển học sinh vật (phỏng sinh vật: bionics), điều khiển học kinh tế 2. Lý thuyết điều khiển tự động: Là sở lý thuyết điều khiển học kỹ thuật Điều khiển tự động thuật ngữ trình điều khiển đối tượng kỹ thuật mà khơng có tham gia người (automatic) ngược lại với q trình điều khiển tay (manual) 3. Hệ thống điều khiển tự động: Một hệ thống điều khiển tự động bao gồm phần chủ yếu: Thiết bị điều khiển (TBĐK) Đối tượng điều khiển (ĐTĐK) Thiết bị đo lường Hình 1.1 sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động Hình 1.1 Trong đó: C: tín hiệu cần điều khiển, thường gọi tín hiệu (output) U: tín hiệu điều khiển R: tín hiệu chủ đạo, chuẩn, tham chiếu (reference) thường gọi tín hiệu vào (input) N: tín hiệu nhiễu tác động từ bên ngồi vào hệ thống F: tín hiệu hồi tiếp, phản hồi (feedback) 4. Hệ thống điều khiển kín (closed loop control system): Là hệ htống điều khiển có phản hồi (feeback) nghĩa tín hiệu đo lường đưa thiết bị điều khiển Tín hiệu hồi tiếp phối hợp với tín hiệu vào để tạo tín hiệu điều khiển Hình 1.1 sơ đồ hệ thống kín Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu hệ thống kín lý thuyết điều khiển tự động 5. Hệ thống điều khiển hở: Đối với hệ thống hở, khâu đo lường không dùng đến Mọi thay đổi tín hiệu khơng phản hồi thiết bị điều khiển Sơ đồ hình 1.2 hệ thống điều khiển hở Hình 1.2: Hệ thống điều khiển hở Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu hệ thống hở lý thuyết relay lý thuyết ôtômát hữu hạn II PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Hệ thống điều khiển phân loại nhiều cách khác Sau số phương pháp phân loại: 1. Hệ tuyến tính phi tuyến: Có thể nói hầu hết hệ thống vật lý hệ phi tuyến, có nghĩa hệ thống có phần tử phần tử phi tuyến (quan hệ vào quan hệ phi tuyến) Tuy nhiên, phạm vi thay đổi biến hệ thống không lớn, hệ thống tuyến tính hóa phạm vi biến thiên biến tương đối nhỏ Đối với hệ tuyến tính, phương pháp xếp chồng áp dụng 2. Hệ bất biến biến thiên theo thời gian: Hệ bất biến theo thời gian (hệ dừng) hệ thống có tham số khơng đổi (theo thời gian) Đáp ứng hệ không phụ thuộc vào thời điểm mà tín hiệu vào đặt vào hệ thống điều khiển phi thuyền không gian, với khối lượng giảm theo thời gian tiêu thụ lượng bay 3. Hệ liên tục gián đoạn theo thời gian: Trong hệ liên tục theo thìi gian, tất biến hàm liên tục theo thời gian Cơng cụ phân tích hệ thống liên tục phép biến đổi Laplace hay Fourier Tronh đó, hệ gián đoạn hệ thống có tín hiệu hàm gián đoạn theo thời gian Người ta phân biệt hệ thống gián đoạn gồm: - Hệ thống xung: hệ thống mà có phần tử xung (khóa đóng ngắt) tín hiệu lấy mẫu (sample) giữ (hold) (Hình 1.3) ... (phỏng sinh vật: bionics), điều khiển học kinh tế 2.? ?Lý thuyết điều khiển tự động: Là sở lý thuyết điều khiển học kỹ thuật Điều khiển tự động thuật ngữ trình điều khiển đối tượng kỹ thuật... với q trình điều khiển tay (manual) 3. Hệ thống điều khiển tự động: Một hệ thống điều khiển tự động bao gồm phần chủ yếu: Thiết bị điều khiển (TBĐK) Đối tượng điều khiển (ĐTĐK)... 1.2: Hệ thống điều khiển hở Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu hệ thống hở lý thuyết relay lý thuyết ôtômát hữu hạn II PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Hệ thống điều khiển phân loại