giáo trình điều khiển tự động

* Boọ Moõn : Cụ ẹieọn Tửỷ •Bộ mơn : Cơ Điện Tử •2 GV: Th.S NGUYỄN TẤN PHÚC. TEL: 01267102772. EMAIL: phucnt@hcmuaf.edu.vn. Website lưu trữ slide giảng : http://www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=phucnt Bộ Môn : Cơ Điện Tử BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG •Bộ môn : Cơ Điện Tử •3 * *Số tiết : 30 tiết Lý Thuyết – 15 tiết thực hành. *Giảng viên: ThS. Nguyễn Tấn Phúc. Giáo trình- tài liệu tham khảo : *Slide bài giảng – giáo trình. *Sách: Lý Thuyết điều khiển tự động , Nguyễn Thị Phương Hà, ĐH BK TpHCM. * Sách : bài tập lý thuyết điều khiển tự động, Nguyễn Thị Phương Hà, ĐH BK TpHCM. *Sách: Modern Control Engineering , K. Ogaka Modern Control Systems, RC. Dorf . Phần mềm MATHLAB 2008B •Bộ môn : Cơ Điện Tử •4 •Bộ môn : Cơ Điện Tử •5 * *Nghiên cứu các phương pháp, công cụ toán học để mô tả, phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển tự động. •Bộ môn : Cơ Điện Tử •6 * • Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động • Chương 2: Mô tả toán học các hệ thống điều khiển. (Mô hình hoá một số hệ thống ) • Chương 3: Đặc tính động học của hệ thống • Chương 4: Tính ổn định của hệ thống • Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển • Chương 6: Thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống. • Chương 7: Hệ thống điều khiển rời rạc. •Bộ môn : Cơ Điện Tử •7 * 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.2 Cấu trúc của hệ thống điều khiển 1.3 Các nguyên tắc điều khiển 1.4 Phân loại hệ thống 1.5 Các bài toán cơ bản 1.6 Ví dụ ứng dụng 1.7 Sơ lược lịch sử phát triển •Bộ môn : Cơ Điện Tử •8 * 1) Điều khiển Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h 1. Thu thập thông tin: Mắt quan sát đồng hồ tốc độ. 2. Xử lý thông tin: Não so sánh v mong muốn và v thực tế  ra quyết định tăng / giảm ga. 3. Tác động: Tay vặn tay ga để thực hiện tăng/giảm ga. Kết quả : xe chạy với tốc độ ổn định 40 km/h *Điều khiển = quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống. *Điều khiển = “can thiệp” vào hệ thống để biến đổi, hiệu chỉnh sao cho đáp ứng của hệ đạt mục đích định trước. *Quá trình điều khiển không cần sự tham gia trực tiếp của con người gọi là điều khiển tự động. •Bộ môn : Cơ Điện Tử •9 * Ví dụ 2: Điều khiển giữ ổn định mức nước h=const =H 0 1. Thu thập thông tin: Thiết bị đo = phao 2. Xử lý thông tin: Bộ điều khiển = hệ thống đòn bẩy. 3. Tác động: Cơ cấu tác động = van. Mức nước H 0 có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh độ dài thanh nối phao-đòn bẩy. •Bộ môn : Cơ Điện Tử •10 * 2) Tín hiệu *Lý thuyết thông tin: tín hiệu = nội dung thông tin. *Bản chất vật lý: tín hiệu = đại lượng vật lý. (điện áp, dòng điện, vận tốc, vị trí, áp suất, nhiệt độ,…) *Toán học: tín hiệu = hàm số theo thời gian. ( u(t), i(t), v(t), x(t), p(t), (t), ) *Trên sơ đồ khối: các tín hiệu vào/ra = các mũi tên [...]... •24 * * Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC •Bộ môn : Cơ Điện Tử •25 * * Hệ điều khiển tốc độ động cơ servo •Bộ môn : Cơ Điện Tử •26 * * Hệ thống điều khiển máy trộn •Bộ môn : Cơ Điện Tử •27 * * Hệ thống điều khiển nhiệt độ •Bộ môn : Cơ Điện Tử •28 * * Hệ thống điều khiển máy CNC •Bộ môn : Cơ Điện Tử •29 * * Lý thuyết điều khiển kinh điển (trước 1960) * Maxwell (1968) mô tả hệ thống bằng ph trình vi phân,... hằng số định trước  Điều khiển bù nhiễu  Điều khiển san bằng sai lệch  Điều khiển phối hợp 1.3.2 Nguyên tắc điều khiển theo chương trình Mục tiêu: Tạo đáp ứng y(t) có đặc tính thời gian định trước (chương trình= hàm thời gian) 1.3.3 Nguyên tắc điều khiển thích nghi Mục tiêu: Điều khiển các đối tượng có mô hình toán và thông số động (thay đổi trong quá trình làm việc do ảnh hưởng của môi trường) •Bộ... quá trình điều khiển (xác định sai số xác lập e(), thời gian ổn định ts , độ vọt lố POT,…) •Bộ môn : Cơ Điện Tử •21 * •Bộ môn : Cơ Điện Tử •22 * 2) Bài toán thiết kế Biết cấu trúc và thông số của đối tượng điều khiển Yêu cầu: *Thiết kế bộ điều khiển (xác định loại và thông số tối ưu của bộ điều khiển) để hệ thống đạt yêu cầu chất lượng đã đề ra •Bộ môn : Cơ Điện Tử •23 * * Hệ điều khiển tốc độ động. .. điều khiển (controlled variable), giá trị thực (Process Value) yht(t) : tín hiệu hồi tiếp (feedback) yht = K.y ; e= r- yht e(t) : tín hiệu sai lệch, sai số (error) Nếu K=1 thì: e=r-y u(t) : tín hiệu điều khiển z(t): tín hiệu nhiễu •Bộ môn : Cơ Điện Tử •12 * 1.3 Các nguyên tắc điều khiển 1.3.1 Nguyên tắc điều khiển giữ ổn định Mục tiêu: Duy trì đáp ứng y= hằng số định trước  Điều khiển bù nhiễu  Điều. .. suất vị trí nòng van (độ nâng, góc mở) vị trí con trượt (lượng di động) •Bộ môn : Cơ Điện Tử Động cơ điện Xylanh lực Lò nhiệt vận tốc n(t) góc quay(t) vận tốc, vị trí, lực Nhiệt độ lưu lượng, áp suất Van Chiết áp •11 Điện áp *  3 thành phần cơ bản: Đối tượng điều khiển, thiết bị đo (cảm biến), bộ điều khiển z(t) r(t) e(t) Bộ điều khiển yht (t) u(t) Đối tượng ĐK y(t) Thiết bị đo r(t) : tín hiệu vào,... phần thực dương của ph trình đặc tính * Routh (1877), Hurwitz (1895): Tiêu chuẩn ổn định đại số * Nyquist (1932), Bode (1940s): Tiêu chuẩn ổn định tần số * Evans (cuối 1940s - đầu 1950s): Phương pháp quỹ đạo nghiệm * Sử dụng các mô hình toán: hàm truyền, đáp ứng tần số * Ứng dụng thiết kế hệ liên tục tuyến tính SISO, bộ điều khiển PID, bộ điều khiển sớm-trễ pha * Lý thuyết điều khiển hiện đại (~ 1960... tuyến tính SISO, bộ điều khiển PID, bộ điều khiển sớm-trễ pha * Lý thuyết điều khiển hiện đại (~ 1960 đến nay) * Sử dụng mô hình toán: phương trình trạng thái * Ứng dụng thiết kế hệ MIMO, bộ điều khiển số: vi xử lý, máy tính * Lý thuyết điều khiển thông minh * Điều khiển mờ, mạng thần kinh nhân tạo, thuật toán di truyền * Thiết kế hệ thống không cần dùng mô hình toán học •Bộ môn : Cơ Điện Tử •30 •Any questions... phương trình vi phân/sai phân hệ số hằng * Đáp ứng của hệ không phụ thuộc thời điểm tác động tín hiệu vào * Hệ biến đổi theo thời gian (hệ không dừng) * Ví dụ : tên lửa có khối lượng m= m(t) 1.4.3 Phân loại theo số lượng tín hiệu vào-ra * Hệ SISO (Single Input – Single Output): một ngõ vào – một ngõ ra * Hệ MIMO (Multi Input – Multi Output) : nhiều ngõ vào – nhiều ngõ ra Môn học Điều khiển tự động (30... ổn định (tt) 2) Điều khiển san bằng sai lệch (feedback control)  Sơ đồ: z(t) r(t) e(t) y(t) u(t) Bộ điều khiển Đối tượng  Ví dụ: Nđộ đặt * Đặc điểm: Nđộ ngoài trời e Bộ ĐK u Máy lạnh Phòng Nđộ phòng Cảm biến nhiệt - u(t) được hình thành dựa trên độ sai lệch vào-ra - Có thể làm triệt tiêu ảnh hưởng của nhiễu không biết trước/ không đo được  có khả năng tạo đáp ứng chính xác - Quá trình hiệu chỉnh... - Quá trình hiệu chỉnh chậm hơn bù nhiễu (sai -> sửa sai) •Bộ môn : Cơ Điện Tử •15 * 1.3.1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định (tt) 3) Điều khiển phối hợp  Sơ đồ: r(t) * Đặc điểm: e(t) z(t) Bộ điều khiển u(t) Đối tượng y(t) Kết hợp mạch bù nhiễu và mạch hồi tiếp - Mạch bù nhiễu sẽ tác động nhanh để bù trừ trước ảnh hưởng của các nhiễu đo được - Mạch hồi tiếp sẽ tiếp tục hiệu chỉnh để triệt tiêu sai số tạo ra . Điện Tử •7 * 1. 1 Các khái niệm cơ bản 1. 2 Cấu trúc của hệ thống điều khiển 1. 3 Các nguyên tắc điều khiển 1. 4 Phân loại hệ thống 1. 5 Các bài toán cơ bản 1. 6 Ví dụ ứng dụng 1. 7 Sơ lược lịch. lịch sử phát triển •Bộ môn : Cơ Điện Tử •8 * 1) Điều khiển Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h 1. Thu thập thông tin: Mắt quan sát đồng hồ tốc độ. 2. Xử lý thông tin:. điều khiển, thiết bị đo (cảm biến), bộ điều khiển. •Bộ môn : Cơ Điện Tử 13 * 1. 3 Các nguyên tắc điều khiển 1. 3 .1 Nguyên tắc điều khiển giữ ổn định Mục tiêu: Duy trì đáp ứng y= hằng số