1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động potx

76 2,8K 48

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 76
Dung lượng 2,65 MB

Nội dung

Mô tả hệ thống trong miền thời gianHàm truyền đạt  Hàm truyền đạt Gs được định nghĩa là tỷ số giữa ảnh Laplace Ys của đáp ứng yt, và ảnh Laplace Us của kích thích ut, khi hệ được kí

Trang 2

Nội dung chương 1:

 1.1 Khái niệm chung

 1.2.1 Mô tả hệ thống trong miền thời gian

 1.2.2 Mô tả hệ thống trong miền tần số

 1.2.3 Phương pháp không gian trạng thái

 1.2.4 Mối quan hệ giữa các phương pháp mô tả

 1.3 Graph tín hiệu

 1.4 Các quy tắc biến đổi sơ đồ khối

 1.5 Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống điều khiển tự

động

Trang 3

KHÁI NIỆM CHUNG

Điều khiển học (Cybernetics):là khoa học

nghiên cứu những quá trình điều khiển và truyền thông trong máy móc, sinh vật và kinh tế …

Lý thuyết điều khiển tự động: là cơ sở lý

thuyết của điều khiển học kỹ thuật

Điều khiển tự động: là thuật ngữ chỉ quá

trình điều khiển một đối tượng trong kỹ thuật

mà không có sự tham gia của con người (automatic), nó ngược lại với quá trình điều khiển bằng tay (manual)

Trang 4

Sơ đồ khối

 C là tập hợp các tín hiệu cần điều khiển, thường được gọi là tín hiệu ra.

 U là tập hợp các tín hiệu để điều khiển đối tượng, thường gọi là tín hiệu điều khiển.

 R là tập hợp các tín hiệu chủ đạo đặt vào hệ thống, thường được gọi là tín hiệu vào.

 N là tập hợp các tín hiệu nhiễu tác động từ ngoài môi trường vào hệ thống.

TBĐL Hình 1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển tự động.

N

F

Trang 5

CÁC NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG

HT ĐKTĐ

 Nguyên tắc giữ ổn định

 Nguyên tắc điều khiển chương trình.

 Nguyên tắc điều khiển tự chỉnh định.

Trang 6

Nguyên tắc giữ ổn định.

Trang 7

Nguyên tắc giữ ổn định.

Hình 3 Nguyên tắc điều khiển sai lệch.

Trang 8

Nguyên tắc giữ ổn định.

Hình 4 Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp.

Trang 9

Nguyên tắc điều khiển chương trình.

 Tín hiệu ra C phải biến đổi theo thời gian theo một chương trình nào đó C(t) = Co(t)

 Dựa vào mô tả toán học của đối tượng, có thể xác định được tín hiệu điều khiển U(t) = Uo(t)

 Có thể sử dụng các nguyên tắc giữ ổn định trong hệ thống này

Trang 10

Nguyên tắc điều khiển tự chỉnh định

 Cần điều khiển các đối tượng phức tạp hoặc nhiều đối tượng đồng thời

 Điều khiển đối tượng để cho một tín hiệu nào

đó đạt được giá trị cực trị, hoặc đảm bảo một chỉ tiêu tối ưu nào đó

Trang 11

PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.

 Hệ thống ổn định tín hiệu ra : C = Co = const

 Hệ thống chương trình: C = C(t)

 Hệ thống theo dõi (hệ thống tuỳ động): Tất

cả các tín hiệu tác dụng vào hệ thống là theo các hàm thời gian không biết trước.

 Hệ một vòng.

 Hệ nhiều vòng.

Trang 12

PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.

Phân loại theo tính chất biến đổi của thông số.

 Hệ thống dừng: là hệ thống mà tất cả các thông số

của nó không biến đổi theo thời gian.

 Hệ thống không dừng: là hệ thống mà trong đó chỉ

cần có một hệ số biến đổi theo thời gian.

Phân loại theo đặc điểm thích nghi với môi trường.

 Hệ thống không thích nghi: là hệ thống tự động thông

thường, khi có sự biến động của môi trường tác động vào đối tượng sẽ làm cho đặc tính của đối tượng biến đổi.

 Hệ thống thích nghi: lả hệ thống thực hiện theo

nguyên tắc tự chỉnh định đã xét ở trên.

Trang 13

PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.

Trang 14

PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.

Phân loại theo sai lệch tồn tại ở trạng thái tĩnh.

 Hệ thống ngẫu nhiên: là hệ thống mà tin tức thu thập

được đối với các tác động bên ngoài tác dụng vào và của đối tượng là không đầy đủ Hệ thống ngẫu nhiên cũng có thể hiểu là trong đó chỉ cần có một tín hiệu

Trang 15

PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.

Trang 16

Các phương pháp mô tả toán học hệ

thống điều khiển tự động

 1.2.1 Mô tả hệ thống trong miền thời gian

 1.2.2 Mô tả hệ thống trong miền tần số

 1.2.3 Phương pháp không gian trạng thái

 1.2.4 Mối quan hệ giữa các phương pháp

mô tả

Trang 17

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Phương trình vi phân.

 Quan hệ giữa tín hiệu vào u(t) và tín hiệu ra y(t) có dạng

 Trong đó các hệ số ai và bi được xác định từ các phần tử (các linh kiện, thiết bị) cấu thành trong hệ thống Chúng có thể là hằng số, nhưng cũng có thể là các tham số phụ thuộc thời gian t hoặc phụ thuộc vào các đối số khác

Trang 18

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Hàm truyền đạt

 Hàm truyền đạt G(s) được định nghĩa là tỷ số giữa ảnh Laplace Y(s) của đáp ứng y(t), và ảnh Laplace U(s) của kích thích u(t), khi hệ được kích thích từ trạng thái 0, tức là khi có các điều kiện đầu:

Trang 19

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Hàm truyền đạt

 Định nghĩa của biến đổi Laplace:

Trang 20

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Hàm truyền đạt

 Một số tính chất của biến đổi Laplace:

Trang 21

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Hàm truyền đạt

n n

Trang 22

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Hàm trọng lượng

 Hàm trọng lượng g(t) là đáp ứng của hệ thống khi hệ đang

ở trạng thái 0 và được kích thích bởi tín hiệu dirac (t) ở đầu vào.

Trang 23

Mô tả hệ thống trong miền thời gian

Hàm quá độ h(t)

 Hàm trọng lượng h(t) là đáp ứng của hệ thống khi hệ đang ở trạng thái 0 và được kích thích bởi tín hiệu dirac 1(t) ở đầu vào.

Trang 24

Mô tả hệ thống trong miền tần số

 Đặc tính tần số biên pha

 Đặc tính tần số biên pha logarith

Trang 25

Đặc tính tần số biên pha.

 Xét hệ thống tuyến tính mô tả bởi phương trình vi phân

n n

Trang 26

Đặc tính tần số biên pha.

 Chú ý G(jω) không phải là ảnh Fourier của g(t) Nó chỉ là ảnh Fourier của g(t) khi các của của G(s) đầu nằm bên trái mặt phẳng phức

 Nếu kích thích một hệ thống có hàm truyền đạt bền G(s) từ trạng thái 0 bằng tín hiệu điều hoà

 thì khi t → vô cùng hệ sẽ có đáp ứng y(t) được xác định từ hàm đặc tính tần số như sau:

Trang 27

Đặc tính tần số biên pha.

Trang 28

Đặc tính tần số biên pha.

Trang 29

Đặc tính tần số biên pha.

Trang 30

Đặc tính tần số biên pha.

Trang 31

Đặc tính tần số biên pha.

Trang 32

Đặc tính tần số biên pha.

Trang 33

Đặc tính tần số biên pha logarith.

Trang 34

Đặc tính tần số biên pha logarith.

Trang 35

Đặc tính tần số biên pha logarith.

Trang 36

Đặc tính tần số biên pha logarith.

Trang 37

Phương pháp không gian trạng thái

 Sử dụng không gian trạng thái khi cần xem xét không những quan hệ giữa tín hiệu vào

và tín hiệu ra mà còn cần xem xét các trạng thái nội tại của hệ thống

 Ví dụ: Điều khiển động cơ ngoài tốc độ còn cần quan tâm tới: gia tốc, độ rung, tổn hao năng lượng …

 Về mặt toán học: không gian trạng thái là hệ

n phương trình vi phân bậc nhất thay cho phương trình vi phân bậc n

Trang 38

Phương pháp không gian trạng thái

Trang 39

Thành lập hệ phương trình trạng

thái từ phương trình vi phân

 Khi vế phải không chứa đạo hàm của tín hiệu vào

Trang 40

Thành lập hệ phương trình trạng

thái từ phương trình vi phân

Trang 41

Thành lập hệ phương trình trạng

thái từ phương trình vi phân

Trang 42

Thành lập hệ phương trình trạng

thái từ phương trình vi phân

Trang 43

Thành lập hệ phương trình trạng

thái từ phương trình vi phân

Trang 44

Thành lập hệ phương trình trạng thái từ hàm truyền và sơ đồ khối

 Biến đổi hàm truyền thành phương trình vi phân (Lấy laplace ngược)

 Dùng phương pháp toạ độ pha

 Đặt trực tiếp từ sơ đồ khối với số biến trạng thái đúng bằng số cực hàm truyền

Trang 45

Thành lập hệ phương trình trạng thái từ hàm truyền và sơ đồ khối

 Phương pháp toạ độ pha

Trang 46

Thành lập hệ phương trình trạng thái từ hàm truyền và sơ đồ khối

 Đặt biến trạng thái từ sơ đồ khối

Trang 47

Thành lập hệ phương trình trạng thái từ hàm truyền và sơ đồ khối

 Đặt biến trạng thái từ sơ đồ khối

Trang 48

Tính hàm truyền từ Phương trình

trạng thái.

Trang 49

Tính hàm truyền từ Phương trình

trạng thái.

Trang 50

Tính hàm truyền từ Phương trình

trạng thái.

Trang 51

Tính hàm truyền từ Phương trình

trạng thái.

Trang 52

Tính hàm truyền từ Phương trình

trạng thái.

Trang 53

Quan hệ giữa các phương pháp mô hình hoá hệ thống điều khiển tự động

 Hàm truyền đạt nhận được bằng các Lấy

laplace hai vế phương trình vi phân Thay vi giải phương trinh vi phân sẽ giải phương

trình đại số

 Đặc tính tần số biên pha thu được bằng cách thế s = (jω) vào hàm truyền, đặc tính tần số biên logarith là logarith module của G(jω)

Đặc tính pha logarith là biều diễn của

argument G(jω) theo trục ω

 Hệ phương trình trạng thái là n phương trình

vi phân bậc 1 rút ra từ phương trình vi phân

Trang 54

Quan hệ giữa các phương pháp mô hình hoá hệ thống điều khiển tự động

Trang 55

GRAHP TÍN HIỆU

 Cấu tạo của graph bao gồm:

 Các điểm nút: Các điểm tách và cộng tín hiệu.

 Các đường nối: mỗi đường tương ứng với hàm truyền của nhánh đó.

Trang 56

GRAHP TÍN HIỆU

 Các thành phần của graph:

Trang 57

GRAHP TÍN HIỆU

 Công thức Masson xác định hàm truyền từ graph:

Trang 58

GRAHP TÍN HIỆU

 Ví dụ:

Trang 59

GRAHP TÍN HIỆU

Trang 60

GRAHP TÍN HIỆU

Trang 61

GRAHP TÍN HIỆU

Trang 62

ĐẠI SỐ SƠ ĐỒ KHỐI

Trang 63

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 64

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 65

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 66

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 67

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 68

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 69

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 70

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 71

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 72

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 73

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 74

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 75

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Trang 76

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG SƠ ĐỒ

KHỐI

Ngày đăng: 28/06/2014, 06:20

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

 1.1.1. Sơ đồ khối - Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động potx
1.1.1. Sơ đồ khối (Trang 2)
Hình 2. Nguyên tắc bù tác động bên ngoài - Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động potx
Hình 2. Nguyên tắc bù tác động bên ngoài (Trang 6)
Hình 3. Nguyên tắc điều khiển sai lệch. - Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động potx
Hình 3. Nguyên tắc điều khiển sai lệch (Trang 7)
Hình 4. Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp. - Chương 1: Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động potx
Hình 4. Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp (Trang 8)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TRÍCH ĐOẠN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w