Các khái niệm cơ bản của điều khiển học kỹ thuật

BÁO CÁO CUỐI KÌ MƠN Thành viên: Lê Đức Minh Anh Nguyễn Văn Chính Nguyễn Tiến Duy Nguyễn Hữu Nguyên Lê Hữu Quốc Huy Nguyễn Huy Hoàng Dương Phước Quốc Đậu Thị Thảo Đặng Hồ Ngọc Trường HỌC: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN CƠ KHÍ Mục đích mơn học • Xác định hàm truyền để tìm mối quan hệ tín hiệu vào tín hiệu • Nghiên cứu chất lượng điều khiển (biến động lực học hệ thành dao động tín hiệu) Chương 1: Các khái niệm điều khiển học kỹ thuật  Hệ thống điều khiển tự động: Là tập hợp thành phần vật lí có mối liên quan tác động qua lại lẫn nhau, để chỉ huy, hiệu chỉnh thân điều khiển hệ thống khác Mỗi hệ thống có tác động vào đáp ứng hay cịn gọi là các tín hiệu vào tín hiệu Trong hệ thống có tín hiệu vào nhiều tín hiệu 2.Các phần tử hệ thống điều khiển tự động : Thiết bị điều khiển  Đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường  Phân loại hệ thống điều khiển tự động - Có thể phân thành loại hệ thống bản                                 Hệ thống hở  • Là hệ thống mà tín hiệu vào có tính chất độc lập với nhau                              Hệ thống kín  • Là hệ mà tín hiệu vào phụ thuộc vào nhau, tín hiệu vào phụ thuộc vào tín hiệu thơng qua phận phản hồi  • Hệ thống kín thường gọi hệ điều khiển có phản hồi  4.Hàm truyền hệ thống  •  Hàm truyền G(s) phần tử hệ thống điều khiển tuyến tính ảnh Laplace tín hiệu với ảnh Laplace tín hiệu vào , với điều kiện ban đầu triệt tiêu Dạng tổng quát hàm :  G1­=             ( Hàm truyền HGT ) G2=          ( ( ( Hàm truyền Động ) G3=          ( ( Hàm truyền điều khiển ) Đại số sơ đồ khối :   5.Quá trình q độ, q trình xác lập độ xác hệ điều khiển  • Tất thiết bị nói chung có q trình q độ thay đổi trạng thái, gây chậm trễ  thời gian đáp ứng , hiểu thời gian để nạp yếu tố dự trữ lượng Qúa trình gọi q trình q độ  • Với khoảng thời gian độ t = t1 – t0 • Sau thời gian t1 đáp ứng giá trị điều khiển ổn định , chế độ gọi chế độ xác lập ( hay chế độ ổn định ) Chương 2: Mô tả hệ thống điều khiển I Phương trình vi phân tuyến tính Khái niệm: Phương trình vi phân tuyến tính phương trình mơ tả mối quan hệ đại lượng biến động hệ thống vật lí, số hạng phương trình vi phân lũy thừa bậc biến phụ thuộc đạo hàm chúng •Phương trình vi phân mơ tả hoạt động: • Trong đó: J giá trị momen qn tính khối lượng M dt M lx M ms Mơ hình vật lý (Sơ đồ tính tốn) Ngun lý chồng chất hệ tuyến tính Trong hệ tuyến tính, chồng chất tính chất có ý nghĩa nhất, nghĩa tổng đáp ứng hệ đầu vào riêng biệt đáp ứng đầu vào chúng áp lên hệ đồng thời Theo ngun lí chồng chất cộng đại số ta có tín hiệu vào tổng tín hiệu vào tín hiệu tổng tín hiệu Biển diễn sơ đồ khối: Biến Laplace • Phương trình Laplace mơ tả hoạt động • Biển diễn sơ đồ khối: 4.5 Tiêu chuẩn ổn định 3) Các phương pháp xét ổn định : Biểu đồ Bood Biểu đồ Nichols 4) Phương pháp quỹ đạo nghiệm: Xác lập Quá độ 4.6 Phân loại khâu U(t) G(s) X(t) • Khâu khuyếch đại p G(s) = = = const U(t) X(t) T1 • Khâu qn tính G(s) = = U(t) X(t) T2 G(s) = =    Khâu dao động  U(t) X(t) 4.6 Phân loại khâu • Khâu tích phân G(s) = = • Khâu vi phân G(s) = = I U(t) X(t) D U(t) X(t) 4.7 Bộ hiệu chỉnh tín hiệu (Bộ điều khiển) • Mục đích: cải thiện đặc tính Động lực học hệ U(t) E(t) Bộ điều khiển I(t) - F(t) Bộ hiệu chỉnh Cảm biến Thiết bị chấp hành X(t) 4.7 Bộ hiệu chỉnh tín hiệu (Bộ điều khiển) • Bộ hiệu chỉnh PID – cổ điển ( 85 -90%) thiết bị điện sử dụng Mờ Trượt đại chủ yếu nghiên cứu Tối ưu v.v Phần cứng • Bộ hiệu chỉnh PID Phần mềm ( thuật toán) – điều khiển số mơ tả tốn học 4.8 Bộ hiệu chỉnh PID U(t) E(t) Bộ điều khiển I(t) - E(t) Bộ hiệu chỉnh Thiết bị chấp hành X(t) x(t)- đáp ứng độ ( tín hiệu ra) u(t) Cảm biến PID để cải thiện đáp ứng độ ( động lực học ) cao dao động nhiều Ts lớn Ts trình độ t trình xác lập(ổn định) 4.8 Bộ hiệu chỉnh PID (t) = Biến đổi theo Laplace  (t) = Sơ đồ khối với = KI S U(t) E(t) - F(t) + + KD S I(t) + KH (Gs) X(t) 4.8 Bộ hiệu chỉnh PID • điều khiển, điều chỉnh , I X • Giải thích ý nghĩa kí hiệu  - hệ số khuếch đại tỷ lệ  - thời gian đáp ứng  - hệ số khuếch đại tích phân  khiển )  - hệ số khuếch đại vi phân - sai số hệ ( độ xác hệ điều độ ổn định P,n 4.8 Bộ hiệu chỉnh PID Sai số Độ không ổn định max  Sử dụng hiệu chỉnh Yêu cầu độ xác cao PI = Yêu cầu độ ổn định cao PD = Yêu cầu thời gian đáp ứng ngắn (nhanh) = Bộ điều khiển PID = Bài tập: Khảo sát ĐLH hệ điều khiển trục quay hệ thủy lực SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CHƯƠNG TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BẰNG NGƠN NGỮ MATLAB Chương trình tính toán Simulink