Digital control (bachelor)

iu khin hc là khoa hc nghiên cu nhng quá trình iu khin và thông tin trong các máy móc sinh v t. Trong iu khin hc,  i tng iu khin là các thi
t b , các h th ng k thu t, các c c
sinh v t… iu khin hc nghiên cu quá trình iu khin các  i tng k thu t c gi là iu khin hc k thu t. Trong ó « iu khin t ng » là c s lý thuy
t ca iu khin hc k thuât. Khi nghiên cu các qui lu t iu khin ca các h th ng k thu t khác nhau, ngi ta s dng các mô hình toán thay th
cho các  i tng kho sát. Cách làm này cho phép chúng ta m rng phm vi nghiên cu và tng quát bài toán iu khin trên nhiu  i tng có mô t toán hc gi ng nhau. Môn hc
iu khin t ng cung cp cho sinh viên các ki
n thc c bn v xây dng mô hình toán hc ca mt  i tng và ca c h th ng. Trên c s ó, sinh viên có kh nng phân tích, ánh giá cht lng ca h th ng iu khin. Ngoài ra, bng các phng pháp toán hc, sinh viên có th tng hp các b iu khin thích hp  h th ng t c các ch tiêu cht lng  ra.

16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 1 Điều khiển số (Digital Control Systems) Phần A: Môn học truyền đạt các kiến thức phục vụ phân tích, thiết kế các hệ thống điều khiển tự động sử dụng vi xử lý ( P, C, DSP). Phần A bao gồm các nội dung thuộc chương trình dành cho Đại học. (Version 8, 2/2015) Mã số: EE4435 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 2 Điều khiển số Chương 1: Mô hình tín hiệu và hệ thống 1. Cấu trúc cơ sở của hệ thống ĐK số 2. Mô hình tín hiệu trên miền ảnh z 3. Mô hình hệ thống trên miền ảnh z Chương 2: Điều khiển có phản hồi đầu ra 1. Xét ổn định của hệ thống số 2. Thiết kế trên miền thời gian xấp xỉ liên tục 3. Thiết kế trên miền thời gian gián đoạn 4. Một số dạng mở rộng 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 3 Điều khiển số Chương 3: Điều khiển có phản hồi trạng thái 1. Ôn lại các kiến thức cơ sở 2. Mô hình trạng thái gián đoạn 3. Tính ĐK được, QS được và các dạng chuẩn 4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống ĐK số trên không gian trạng thái 5. Một số dạng mở rộng Chương 4: Thực hiện kỹ thuật hệ thống ĐK số 1. Ảnh hưởng của số hóa (lượng tử hóa) biên độ 2. Thiết kế hệ thống bằng máy tính (MATLAB) 3. Thiết kế hệ thống vi điều khiển 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 4 Điều khiển số Tài liệu tham khảo: [1] Kannan M. Moudgalya: Digital Control. John Wiley & Sons, Ltd, 2007 [2] Franklin G.F., Powell J.D., Workman M.L.: Digital Control of Dynamic Systems. Addison Wesley, 2 nd Edition, 1994 [3] Isermann R.: Digitale Regelsysteme. Bd. I und II, Springer-Verlag, 2. Auflage, 1987-1988 [4] Föllinger O.: Regelungstechnik. Hüthig Buch Verlag, 6. Auflage, 1990 [5] Quang Ng.Ph.: MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động. NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2004 Chú ý: Giáo trình này sử dụng để dậy các lớp đại học với thời lượng 3 TC, bao gồm lý thuyết và ví dụ. Với các lớp 4 TC, sẽ dậy giống như lớp 3 TC nhưng có thêm bài tập. 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 5 1. Mô hình tín hiệu và hệ thống 1.1 Cấu trúc cơ sở của hệ thống ĐK số 1 1 0 0 1 1 k k k k k k p u p u p u q e q e q e                    1 1 01 ÐC 1 1 01 Qz q q z q z Gz p p z p z Pz                  Khâu Điều chỉnh: 1. Pt. Sai phân 2. Hàm truyền đạt trên miền ảnh z 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 6 1. Mô hình tín hiệu và hệ thống 1.1 Cấu trúc cơ sở của hệ thống ĐK số • Khâu ĐC: sử dụng vi xử lý (microprocessor: P), vi điều khiển (microcontroller: C) hoặc vi xử lý tín hiệu (digital signal processor: DSP) • Khâu DAC: có thể không tồn tại một cách tường minh, mà ẩn dưới dạng thiết bị có chức năng DA. Ví dụ: khâu điều chế vector điện áp (khi điều khiển digital động cơ ba pha) • Khâu ADC: thường sử dụng khi đo đạc giá trị thực của đại lượng ra (ví dụ: đo dòng). Đôi khi tồn tại dưới dạng khác như: đo tốc độ quay bằng IE 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 7 1. Mô hình tín hiệu và hệ thống 1.1 Cấu trúc cơ sở của hệ thống ĐK số Khâu ADC và quá trình trích mẫu đo             0 1 2 0 , 1 , 2 , hay , , , k u k u u u u u u u                       * 0 0 k k u t u kT t kT u t t kT             Sau khi trích mẫu (lý tưởng) bằng ADC ta thu được chuỗi giá trị số: Để khảo sát tín hiệu gián đoạn bằng công cụ Laplace (hay phân tích phổ), đồng thời tạo điều kiện mô tả hỗn hợp với các khâu liên tục, ta nhân chuỗi với hàm (t) và thu được dãy xung: 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 8 1. Mô hình tín hiệu và hệ thống 1.1 Cấu trúc cơ sở của hệ thống ĐK số Khâu DAC và quá trình lưu giữ (nhớ) khi xuất         0 1 1 1 k k u t u t kT t k T             0 1 sT skT k k e U s u e s              * 1 sT H Us e Gs s Us    Mô hình tín hiệu có dạng bậc thang trên miền thời gian: Chuyển sang miền ảnh Laplace: Từ đó thu được hàm truyền đạt của khâu giữ chậm: 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 9 1. Mô hình tín hiệu và hệ thống 1.2 Mô hình tín hiệu trên miền ảnh z         ** 00 skT k kk u t u kT t kT U s u e              Chuyển phương trình mô tả dãy xung u * (t) sang miền ảnh Laplace: Thay: ta thu được: sT ze     * 0 sT k k ez k U s U z u z          Ví dụ: Một tín hiệu gián đoạn về thời gian cho trước bởi 00 0 k k k u ak           Ảnh z của tín hiệu kể trên:     00 k kk kk a U z a z z               Chuỗi trên chỉ hội tụ khi , tức là ở vùng phía ngoài đường tròn có bán kính a vai trò quan trọng của T đối với ổn định của hệ thống. 1az 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 10 1. Mô hình tín hiệu và hệ thống 1.3 Mô hình hệ thống trên miền ảnh z Hệ thống ĐK số bao gồm 2 loại khâu cơ bản: 1. Khâu có bản chất gián đoạn: Các tín hiệu vào/ra/ trạng thái đều gián đoạn về thời gian và về mức. Khâu mô tả các thiết bị ĐK digital. 2. Khâu có bản chất liên tục: Mô tả đối tượng điều khiển. Khi gián đoạn hóa sẽ đưa đến mô hình như hình bên. Việc gián đoạn hóa xuất phát từ mô hình trạng thái liên tục của đối tượng. [...]... 1.3 Mô hình hệ thống trên miền ảnh z 1.3.1 Mô hình khâu có bản chất gián đoạn 2) Mô tả bằng hàm truyền đạt trên miền ảnh z X  z    xk ; U  z    uk  Với: là ảnh z của chuỗi giá trị (tín hiệu digital) đầu ra / đầu vào, ta sẽ có hàm truyền đạt sau: X z 1 m   b0  b1 z  bm z  ; mn 1 n U  z  a0  a1 z  an z G  z  Chú ý: Trên cơ sở các phương trình vector sai phân, có thể mô . Moudgalya: Digital Control. John Wiley & Sons, Ltd, 2007 [2] Franklin G.F., Powell J.D., Workman M.L.: Digital Control of Dynamic Systems. Addison Wesley, 2 nd Edition, 1994 [3] Isermann R.: Digitale. 16 March 2015 GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 1 Điều khiển số (Digital Control Systems) Phần A: Môn học truyền đạt các kiến thức phục vụ phân tích, thiết kế các hệ. ĐK số • Khâu ĐC: sử dụng vi xử lý (microprocessor: P), vi điều khiển (microcontroller: C) hoặc vi xử lý tín hiệu (digital signal processor: DSP) • Khâu DAC: có thể không tồn tại một cách tường