207003 chapter 1

Chương Các khái niệm nguyên lý  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-1 GIỚI THIỆU: Vai trò điều khiển  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1.1 Giới thiệu Hệ thống điều khiển nhóm phần tử (hay hệ thống phụ trợ) liên kết lại với nhằm trì kết mong muốn cách tác động vào giá trị biến thống Ví dụ: Lò sưởi sản sinh nhiệt lượng trình đốt cháy nhiên liệu Đối tượng điều khiển: Nhiệt độ  lượng nhiên liệu  Van nhiên liệu Caùc phần tử bao gồm: Cơ cấu tác động cho van nhiên liệu, cảm biến nhiệt độ (thermostats) Hệ thống điều khiển đơn giản hình thành có giá trị ngõ (đáp ứng – response) ứng với ngõ vào  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-3 1.2 Lịch sử hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển hồi tiếp đời sớm lịch sử loài người Điều khiển mực chất lỏng: a Người Hy lạp cổ đại bắt đầu sử dụng hệ thống điều khiển có hồi tiếp khoảng năm 300 B.C Đó đồng hồ nước Ktesibios phát minh Ông cho nước nhỏ vào thùng chứa với tốc độ không đổi, mực nước thùng cho biết thời gian Để tốc độ nhỏ không đổi bể chứa nước phải trì mực nước Nguyên lý giữ mực sử dụng wc ngày b Đèn dầu tự châm dầu Byzantium  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động Điều khiển áp suất: a Năm 1681 Denis Papin phát minh van an toàn dùng để điều khiển áp suất nước Điều khiển tốc độ: Con quay James Watt  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động Sự ổn định ổn định hóa hệ thống: Khơi nguồn lý thuyết điều khiển ngày bắt đầu vào năm sau kỷ 19 - Năm 1868 James Clerk Maxwell đề tiêu chuẩn ổn định cho hệ bậc ba dựa hệ số phương trình vi phân mô tả hệ thống - Năm 1874 Edward John Routh phát triển tiêu chuẩn ổn định cho hệ bậc - Năm 1892 Luận án tiến sỹ Lyapunov thực hướng dẫn GS P L Chebyshev đại học St Petersburg “Những vấn đề ổn định chuyển động” - Năm 1874, Henry Bessemer nghiên cứu điều khiển ổn định di chuyển cabin tàu thủy thông qua hệ thủy lực sử dụng cảm biến gyro Ngồi cịn số nghiên cứu khác giải vấn đề trì góc bắn đại bác tàu sử dụng lắc đơn cảm biến để cảm nhận dịch chuyển  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động Những phát triển kỷ 20: Đầu năm 1900 hệ thống lái tàu tự động đạt tiến đáng kể - Năm 1922 công ty Sperry Gyroscope thiết kế hệ thống lái tàu tự động có sử dụng phần tử bù thích nghi nhằm nâng cao chất lượng điều khiển - Năm 1874 Edward John Routh phát triển tiêu chuẩn ổn định cho hệ bậc - Một nhà khoa học người Nga: Nicholas Minorsky phát triển lý thuyết ông, ứng dụng vào vài toán lái tàu tự động theo phương pháp mà ngày gọi phương pháp Vi tích phân tỷ lệ (ProportionalIntegral-Derivative - PID) Một phương pháp kinh điển hiệu  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động -Cuối năm 1920 đầu 1930, H W Bode H Nyquist phát triển phân tích khuếch đại hồi tiếp phịng thí nghiệm điện thọai Bell Những đóng góp giúp hình thành nên phương pháp phân tích tần số kỹ thuật thiết kế điều khiển hồi tiếp sử dụng ngày - Năm 1948 Walter R Evans, nhà khoa học lĩnh vực công nghiệp hàng không phát triển phương pháp biểu đồ để vẽ nghiệm phương trình đặc tính hệ thống hồi tiếp có thông số thay đổi khoảng giá trị định Ngày phương pháp gọi phương pháp quỹ đạo nghiệm số (root locus) Nghiên cứu với Bode Nyquist tảng cho lý thuyết phân tích hệ tuyến tính lý thuyết thiết kế hệ thống  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-9  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-10 Bộ điều khiển số tương tự  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-40 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 số - thiết kế từ mạch xử lý tín hiệu số - tín hiệu cập nhật dựa vào xung nhịp  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-41 Hệ thống điều khiển trình Hê thống điều khiển q trình trì đại lượng trình giá trị điều chỉnh (mong muốn)  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-42 Hệ thống điều khiển trình  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-43 Hệ thống điều khiển trình Individual local controllers Direct computer control system Distributed control system  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-44 Hệ thống điều khiển trình tự Time-driven operation Event-driven operation Hệ thống điều khiển trình tự thực loạt thao tác xác định trước  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-45 Cơ cấu tùy động (servo mechanism) Cơ cấu tùy động hệ thống điều khiển phản hồi đối tượng điều khiển vị trí (hay chuyển động)  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-46 Hệ thống điều khiển số Hê thống điều khiển số hệ thống sử dụng lệnh xác định trước để điều khiển loạt nguyên công  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-47 Hệ thống tay máy Pick-and-place robot  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-48 Hệ thống tay máy Industrial robot Robot cánh tay máy khả trình nhằm di chuyển đối tượng khác theo trình tự chuyển động xác định để thực nhiệm vụ cụ thể  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-49 Hệ thống tay máy Tế bào sản xuất Là kết hợp nhóm máy cơng cụ nhóm cánh tay máy nhằm làm tăng hiệu sản xuất loại sản phẩm đặc biệt  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-50 Vài thí dụ hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển tốc độ (bằng khí)  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-51 Vài thí dụ hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển tốc độ (bằng điện)  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-52 Vài thí dụ hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển mực nước  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-53 Vài thí dụ hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển nhiệt độ  C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 1-54