Giáo trìnhLý thuyết điều khiển tự động ppt

Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động  i MỤC LỤC  :  3 :  12 :  55 :  71 :   93 :  104 :  144 :  171 :  206  224 ii LỜI NÓI ĐẦU t -  G               n    Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 3 Chƣơng 1 ĐẠI CƢƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 1.1. KHÁI NIỆM ĐIỀU KHIỂN Thí dụ 1 -    -     -   t   Định nghĩa  Khái lý thuyết điều khiển các hệ thống kỹ thuật  Điều khiển tự động:    Tại sao cần phải điều khiển: vì -   TD:     -   Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển:  -  -  -   Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thường gặp: Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 4  - r(t)  - c(t)  - c ht (t) - e(t)  - u(t) Câu hỏi:  Thí dụ 2     Các bài toán cơ bản trong lĩnh vực điều khiển tự động:  Phân tích hệ thống r Thiết kế hệ thống  Nhận dạng hệ thống    1.2. CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN          u(t)    r(t) c(t) c ht (t) e(t) Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 5  Nguyên tắc 1 dòng  .    Điều khiển bù nhiễu: Điều khiển san bằng sai lệch: Điều khiển phối hợp:  Nguyên tắc 2:      Ý nghĩa Thí dụ    r(t) u(t) c ht (t)  e(t) c(t) n(t) + -   r(t) u(t) c ht (t)  e(t) c(t) + -   r(t) u(t) c(t) n(t) Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 6 -   -     Nguyên tắc 3:     Ý nghĩa    Nguyên tắc 4:    d  Nguyên tắc 5:     Thí dụ: -  -   Nguyên tắc 6:                     1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN  khác nhau Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 7  Phân loại theo đặc điểm của hệ thống: Hệ thống liên tục  phân. Hệ thống rời rạc  Hệ thống tuyến tính  Hệ thống phi tuyến  Hệ thống một ngõ vào – một ngõ ra SISO (Single Input  Single Output) Hệ thống nhiều ngõ vào – nhiều ngõ ra MIMO (Multi Input  Multi Output) Hệ thống bất biến theo thời gian:   Hệ thống biến đổi theo thời gian:   Trong  ngõ vào    Phân loại theo chiến lược điều khiển:   Điều khiển ổn định hoá:  Điều khiển theo chƣơng trình: . Điều khiển theo dõi:   Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển: Điều khiển kinh điển:   -  -  -  Integral  Derivative) Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 8 Đặc điểm: -  -  Điều khiển hiện đại:   -  -  -  -  -  Đặc điểm: -  . -  Điều khiển thông minh:   -  -  -  -  -   -   1.4. MỘT SỐ THÍ DỤ VỀ CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG        . 1.4.1. Điều khiển nhiệt độ -   Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 9 -                    Thí dụ 1 Thí dụ 2 1.4.2. Điều khiển động cơ: -              trong máy móc, dây  -        [...]... 1: Đại cương về hệ thống tự động Thí dụ: Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC 1.4.3 Hệ thống điều khiển mực chất lỏng: 1.4.4 Hệ thống điều khiển máy công cụ bằng máy tính: 10 Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 11 Chương 2: Mô tả toán học Chương 2 MÔ TẢ TOÁN HỌC PHẦN TỬ& HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC Đối tƣợng điều khiển rất đa dạng và có bản chất vật lý khác nhau, nhƣ động cơ, lò nhiệt, máy bay,... của một số đối tƣợng điều khiển: a Động cơ DC - Lư: điện cảm phần ứng -  : tốc độ động cơ - Rư: điện trở phần ứng - Mt: moment tải - Uư: điện áp phần ứng - J: moment quán tính - Eư: sức phản điện động  Theo định luật Kirchoff ta có: Uư(t) = i ư(t) Rư + Lư di (t) + Eư(t) (1) Eư(t) = K  (t ) (2) dt Trong đó: K: hệ số  : từ thông kích từ  Phƣơng trình cân bằng moment trên trục động cơ: M (t )  M... thống tự động dễ dàng hơn Nhờ phép biến đổi Laplace, ta có thể thực hiện đƣợc điều này Giả sử điều kiện đầu bằng 0, để ý rằng: - L c(t )  C (s)  dc(t )  - L  sC( s)  dt    d 2 c(t )  ( tính chất ảnh của đạo hàm)  d  dc(t )  - L  2   L   2   ssC( s)  s 2 C ( s)  dt  dt   dt  …  d n c(t )  - L  n   s n C ( s)  dt  Đối với r(t) ta cũng có các biểu thức tƣơng tự Biến... dùng hàm truyền để mô tả hệ thống Nói cách khác chỉ dựa vào hàm truyền ta có thể đánh giá đƣợc đặc tính động của hệ thống - Việc nghiên cứu hệ thống tự động dựa vào hàm truyền (phân thức đại số, biểu thức (2.2) dễ dàng hơn dựa vào phƣơng trình vi phân (2.1) Hàm truyền đạt của các khâu hiệu chỉnh thụ động a Mạch tích phân bậc 1 Áp dụng công thức phân áp ta có: R V0 ( s)  C vi vo ZC Vi ( S ) R  ZC 1... rất đa dạng và có bản chất vật lý khác nhau, nhƣ động cơ, lò nhiệt, máy bay, phản ứng hoá học…  cần có cơ sở để phân tích, thiết kế các hệ thống điều khiển có bản chất vật lý khác nhau Cơ sở đó chính là toán học Có 2 phƣơng pháp để mô tả toán học hệ thống tự động đó là phương pháp hàm truyền đạt và phương pháp biến trạng thái 2.1 PHƢƠNG PHÁP HÀM TRUYỀN ĐẠT 2.1.1 PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE Định nghĩa: Cho... ) dt (3) Trong đó: M (t )  K i ư(t) : moment của động cơ (4) Biến đổi Laplace (1), (2), (3), (4) ta đƣợc: Uư(s) = Iư(s) Rư + Lư s Iư(s) + Eư(s) (5) Eư(s) = K  (s) (6) 22 Chương 2: Mô tả toán học M (s)  M t (s)  B (s)  Js (s) (7) M (s)  K I ư(s) (8) Tu  Lu là hằng số thời gian điện từ của động cơ Ru TC  J là hằng số thời gian điện cơ của động cơ B Ta đặt: Ta có thể viết lại (5) và (7) nhƣ...  Iƣ = (5’) (7)  M(s) – Mt(s) = B(1+TCs)  (s)   (s) = M ( s)  M t ( s) B(1  TC s) (7’) Từ (5’), (6), (7’), và (8) ta có thể biểu diễn động cơ DC bằng sơ đồ khối: Hàm truyền của động cơ: Uƣ(s) Mt(s) 1 / Ru 1  sTu 1/ B 1  sTC K  (s) Eƣ(s) K Hàm truyền động cơ:  ( s) U u ( s)  b Lò nhiệt Công suất P Lò nhiệt Nhiệt độ t0 Hàm truyền của lò nhiệt được xác định bằng phương pháp thực nghiệm 23... e dt  2 j  s  j  s  j   s 2  2     0  Vậy: L (sin t )u (t )  2 s  2 Ta có: L (sin t )u (t )  2.1.2 HÀM TRUYỀN ĐẠT 15 Chương 2: Mô tả toán học Định nghĩa: c(t) r(t) Hệ thống tự động Ngõ ra Ngõ vào Quan hệ ngõ vào – ngõ ra của mọi hệ thống tuyến tính liên tục đều có thể mô tả bởi phƣơng trình vi phân: a0 d n c(t ) d n 1c(t ) dc(t )  a1   a n 1  a n c(t )  n n 1 dt dt... Hệ hồi tiếp dƣơng: chứng minh tƣơng tự, dễ dàng suy ra: Gk ( s )  R(s) + E(s) + G( s) 1  G( s).H ( s) C(s) G (s) Cht(s) H(s) d Hệ hồi tiếp nhiều vòng: - Đối với các hệ thống phức tạp gồm nhiều vòng hồi tiếp, ta thực hiện các phép biến đổi sơ đồ khối để làm xuất hiện các dạng đơn giản (nối tiếp, song song, hồi tiếp 1 vòng) và tính hàm truyền tƣơng đƣơng theo thứ tự từ trong ra ngoài Hai sơ đồ khối... sau: Gợi ý: Biến đổi tƣơng đƣơng sơ đồ khối nhƣ sau: - Chuyển bộ tổng  ra trƣớc G1(s), sau đó đổi vị trí 2 bộ tổng  và  Chuyển điểm rẽ nhánh  ra sau G2(s) 2.4 GRAPH TÍN HIỆU Để biểu diễn hệ thống tự động, ngoài phƣơng pháp sử dụng sơ đồ khối, ta còn có thể sử dụng phƣơng pháp graph tín hiệu Hãy so sánh hai hình vẽ dƣới đây: R(s) + E(s) G (s) - C(s) R(s) 1 E(s) G(s) C(s) -H(s) H(s)  Định nghĩa: . lý thuyết điều khiển các hệ thống kỹ thuật  Điều khiển tự động:    Tại sao cần phải điều khiển: vì - . Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động 3 Chƣơng 1 ĐẠI CƢƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 1.1. KHÁI NIỆM ĐIỀU KHIỂN Thí dụ 1 - . Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động  i MỤC LỤC 