Bài giảng hệ thống điều khiển

Bài giảng hệ thống điều khiển Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển Nắm được các hiểu biết cơ bản của kĩ sư hệ thống điều khiển và có thể đưa ra một vài ví dụ minh họa và mối quan hệ của chúng với các vấn đề chính hiện thời. Có thể thuật lại vắn tắt lịch sử các hệ thống điều khiển và vai trò của chúng trong xã hội. Có khả năng thảo luận các con đường tiến triển việc điều khiển trong tương lai. Nhận ra các phần tử khi thiết kế hệ thống điều khiển và nắm được các đánh giá việc điều khiển trong ngữ cảnh thiết kế kỹ thuật.

Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển 1. Sơ lược Lịch sử về Điều khiển Tự động 2. Các Ví dụ về Hệ thống Điều khiển 3. Thiết kế Hệ thống Điều khiển 4. Sự phát triển tương lai của Hệ thống Điều khiển 5. Các ví dụ thiết kế 6. Ví dụ thiết kế liên tục : Ổ đĩa đọc Hệ thống. 7. Tổng kết Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • Yêu cầu • Nắm được các hiểu biết cơ bản của kĩ sư hệ thống điều khiển và có thể đưa ra một vài ví dụ minh họa và mối quan hệ của chúng với các vấn đề chính hiện thời. • Có thể thuật lại vắn tắt lịch sử các hệ thống điều khiển và vai trò của chúng trong xã hội. • Có khả năng thảo luận các con đường tiến triển việc điều khiển trong tương lai. • Nhận ra các phần tử khi thiết kế hệ thống điều khiển và nắm được các đánh giá việc điều khiển trong ngữ cảnh thiết kế kỹ thuật. Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • Kỹ thuật liên quan tới việc hiểu biết và điều khiển vật chất và tác động lên tự nhiên nhằm làm lợi cho con người. • Kỹ sư hệ thống điều khiển quan tâm tới việc hiểu biết và điều khiển các khoảng môi trường của chúng, gọi là các hệ thống, để cung cấp các sản phẩm kinh tế hữu dụng cho xã hội. • Kỹ thuật điều khiển dựa trên cơ sở nền tảng của lý thuyết phản hồi và phân tích hệ thống tuyến tính, và nó tích hợp các khái niệm của lý thuyết mạng và lý thuyết truyền thông. Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • Một hệ thống vòng hở sử dụng một thiết bị kích thích để điều khiển trực tiếp một quá trình mà không có phản hồi. Ví dụ là một lò vi sóng được đặt thời gian hoạt động cố định • Một hệ thống điều khiển vòng kín sử dụng phép đo đầu ra và phản hồi tín hiệu này để so sánh nó với đầu ra mong muốn. • Ví dụ : nếu một con tàu đi lệch hướng sang phải, bánh lái được truyền động để lái con tàu sang trái. Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • Điều khiển vòng kín có nhiều ưu điểm hơn so với điều khiển vòng hở bao gồm khả năng loại bỏ được các nhiễu loạn bên ngoài disturbances external và cải thiện độ suy giảm nhiễu phép đo measurement noise Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • Rất nhiều hệ thống điều khiển phản hồi có nhiều hơn một vòng phản hồi. Vòng bên trong có một bộ điều khiển và một cảm biến và vòng bên ngoài cũng có một bộ điều khiển và cảm biến khác. Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG • Ứng dụng đầu tiên của điều khiển phản hồi xuất hiện trong sự phát triển của kỹ thuật điều chỉnh phao ở Hy Lạp trong giai đoạn từ 300 đến 1 trước công nguyên. • Bộ điều tốc ly tâm của James Watt được phát triển vào năm 1769 để điều khiển tốc độ động cơ hơi nước . • Hệ thống phản hồi đầu tiên trong lịch sử được cho là ở Nga là phát minh bộ điều chỉnh mức nước bởi I.Polzunov vào năm 1765 Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG • Thế kỷ tiếp theo được đặc trưng bởi sự phát triển của các hệ thống điều khiển tự động qua hiểu biết trực giác và sáng chế. Các nỗ lực để tăng sự chính xác của hệ thống điều khiển dẫn đến sự tắt dần của dao động quá độ chậm hơn và thậm chí là hệ thống không ổn định. • Năm 1868, J.C.Maxwell đã thiết lập nguyên lý toán học liên quan đến lý thuyết điều khiển mà sử dụng mô hình phương trình vi phân cho máy điều tốc • khoảng năm 1950, lý thuyết kỹ thuật điều khiển nhấn mạnh vào việc phát triển và sử dụng phương pháp mặt phẳng-s và đặc biệt là cách tiếp cận quỹ đạo nghiệm. Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.3 CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.3 CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN [...]... điểm kỹ thuật so với việc thực hiện phép đo 2) Định nghĩa và mô hình hóa hệ thống 3) Thiết kế hệ thống điều khiển và mô phỏng và phân tích hệ thống được hợp nhất Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển 1.5 TƯƠNG LAI PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN • Mục đích tiếp tục của hệ thống điều khiển là cung cấp tính linh hoạt rộng rãi và mức độ độ tự trị cao • Phạm...Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.3 CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.3 CÁC VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN • Lý thuyết điều khiển hiện đại quan tâm đến các hệ thống mà đặc tính tự tổ chức, thích nghi, bền vững, có khả năng học hỏi và tối ưu • Việc điều khiển máy tính áp dụng vào công nghiệp điện năng ngày càng... các hệ thống trở nên phổ biến và kinh tế hơn • Nghiên cứu trong điều khiển giám sát, các phương pháp giao diện người-máy, và sự quản lý kho dữ liệu máy tính nhằm giảm gánh nặng vận hành và cải thiện hiệu quả hoạt động Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển 1.6 VÍ DỤ THIẾT KẾ Các hệ thống điều khiển lưới điện thông minh Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều. .. Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển 1.6 VÍ DỤ THIẾT KẾ Điều khiển tốc độ đĩa quay Chương 2 Mô hình toán học của hệ thống 1 Phương trình vi phân của Hệ thống Vật lý 2 Xấp xỉ tuyến tính cho Hệ thống Vật lý 3 Biến đổi Laplace 4 Hàm truyền cho Hệ thống Tuyến tính 5 Mô hình sơ đồ khối 6 Mô hình graph tín hiệu 7 Các ví dụ thiết kế Chương 2 Mô hình toán học của hệ thống • Yêu cầu – Nhận biết các phương... đầu tư 100 triệu $ được điều khiển nhiệt độ, bề ngang bề dài, dầy mỏng và chất lượng • Phát triển về các phương tiện trên không không người lái unmanned aerial vehicles (UAVs) Chương 1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển • 1.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN • Quá trình thiết kế bao gồm 7 khối xây dựng chính sắp xếp thành ba nhóm sau: 1) Thiết lập các mục đích và các biến được điều khiển, và định nghĩa các... hình toán học của hệ thống 2.2 XẤP XỈ TUYẾN TÍNH CHO CÁC HỆ VẬT LÝ • Đại đa số các hệ vật lý là tuyến tính trong một khoảngcủa các biến Khi các biến tăng lên vượt ngoài phạm vi giới hạn nó sẽ trở nên phi tuyến • Một hệ thống được định nghĩa là tuyến tính dưới dạng của kích thích và đáp ứng hệ thống • Một hệ thống tuyến tính thỏa mãn tính chất xấp chồng và thuần nhất tức là: a) Hệ thống kích thích x1(t)... học của hệ thống 2.4 HÀM TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH • Hàm truyền của hệ thống tuyến tính được xác định là tỉ số của biến đổi Laplace biến đầu ra chia cho biến đổi laplace biến đầu vào với giả thiết các điều kiện đầu bằng không • Hàm truyền chỉ xác định cho hệ thống tuyến tính dừng (các tham số hằng) • Mô tả hàm truyền không bao gồm bất kì thông tin liên quan đến cấu trúc bên trong của hệ thống và... hóa, thì ta có thể sử dụng biến đổi Laplace để đơn giản cách giải quyết • Thực tế trong các hệ thống phức tạp và việc bỏ đi nhiều nhân tố xác đáng buộc ta phải đưa ra các giả thiết về hoạt động của hệ thống Chương 2 Mô hình toán học của hệ thống Cách tiếp cận mô hình hóa hệ thống động lực học gồm: 1 Định nghĩa hệ thống và các thành phần của nó 2 Thiết lập công thức mô hình toán học và các giả thiết cần... động học của các hệ thống vật lý – Có thể dùng xấp xỉ tuyến tính hóa qua việc sử dụng chuỗi khai triển Taylor – Hiểu được ứng dụng và vai trò của biến đổi Laplace trong việc thu được hàm truyền – Nhận thức các sơ đồ khối (và lưu đồ graph tín hiệu) và vai trò của nó khi phân tích hệ thống điều khiển – Hiểu được vai trò quan trọng của việc mô hình hóa quá trình thiết kế hệ thống điều khiển Chương 2 Mô... y2(t) β ×x1 (t ) β ×y1 (t ) b) Kích thích dẫn đến đáp ứng là Chương 2 Mô hình toán học của hệ thống 2.2 XẤP XỈ TUYẾN TÍNH CHO CÁC HỆ VẬT LÝ • Ví dụ: Các hệ sau có phải là hệ tuyến tính không? y = x2 a) Hệ thống b) Hệ thống y = mx + b •) Ta thường có thể tuyến tính hóa các phần tử phi tuyến với giả thiết các điều kiện tín hiệu nhỏ Sử dụng khai triển Taylor xung quanh điểm làm việc 2 2 dg y (t ) = g