Thuyết trình kỹ thuật điều khiển tự động

Hàm truyền laplace.- Hàm truyền của hộp giảm tốc + tải-Hàm truyền của động cơ - Hàm truyền của bộ điều khiển Với sơ đồ trên ta có các hàm truyền: 1 0... Đặc tính tần - biên – pha của hệ

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

TỐ

C KẾ

U

E

I

-F

 Hệ không có phản hồi thì không có tin hiệu –F

 Hệ có phản hồi là hệ có tín hiệu -F phản hồi về

bộ so sánh U

n

0

n

1 Hàm truyền (laplace).

- Hàm truyền của hộp giảm tốc + tải-Hàm truyền của động cơ

- Hàm truyền của bộ điều khiển

Với sơ đồ trên ta có các hàm truyền:

1

0

( ) ( )

( ) ( )

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ ĐKTĐ

Bổ trợ:

Ở ví dụ trên:

+ Gỗ thô = Đầu vào nguyên liệu <=> Tín hiệu vào + Chiếc máy nghiền = Máy gia công <=> Hàm truyền + Bột gỗ tinh = Sản phẩm đầu ra <=> Tín hiệu ra

Phương pháp mô tả:

I/ Sơ đồ khối và đại số sơ đồ khối.

Các ký hiệu sơ đồ khối

 Nguyên tắc biến đổi sơ đồ khối.

1 Rút gọn khối nối tiếp

2 Rút gọn khối song song.

3 Di chuyển điểm tụ ,tán về các vị trí cần thiết

4 Rút gọn hệ phản hồi.

5 Trình tự trên thực hiện từ vòng trong ra vòng ngoài.

1 Rút gọn khối nối tiếp.

U(s)

X1(s) X2(s)

2.1 Di chuyển điểm tụ.

 Di chuyển điểm tụ sang phải một khối

G(S) U(s)

- Di chuyển điểm tụ sang trái một khối

G(S) U(s)

3 Di chuyển điểm tán

 Di chuyển điểm tán sang phải một khối

G(S) U(s)

 Di chuyển điểm tán sang trái một khối

G(S) U(s)

F(s) Y(s)

G(S) U(s)

F(s)

Y(s) G(

S)

4 Rút gọn hệ chính tắc (hệ phản hồi)

G(S)H(S)U(s)

II/ Mô hình vật lý,mô hình toán,sơ đồ khối và

hàm truyền của một hệ cơ cấu

1 Gợi ý các bước giải bài toán

Bước 1: Từ mô hình vật lý ta viết phương

Bước 4: Từ hàm truyền ta tìm được :

+Tần số dao động riêng của động cơ

+ Hệ số tắt dần

m

x f

Sơ đồ khối:

A.S

Sau khi biến đổi sơ đồ khối:

Ta tìm dược hàm truyền:

= =

Với:      là tần số riêng 𝞷=         là hệ số tắt dần  

2.4 Phương Pháp Biến Trạng Thái

D B

 +







Lĩnh vực tần số

1.1 Trong lĩnh vực thời gian:

• x(t) : tín hiệu điều hòa.

• y(t): tín hiệu ra

1.2.1 Đặc tính tần - biên – pha của hệ điều khiển

=> Chuyển các tín hiệu điều khiển dưới dạng số

phức và biểu thị dưới dạng quan hệ tín hiệu vào

của hàm truyền

Phần ảo

của hàm

truyền

Biên độ A( ω )

Pha của hàm truyền

Dưới đây là các mối quan hệ của các tham số trong đăc tính

Quan hệ giữa pha của hàm truyền và biến vào của hàm truyền

Quan hệ giữa biên

độ của hàm truyền

và biến vào của hàm

truyền

Quan hệ giữa phần thực của hàm truyền và biến vào của hàm truyền

=> Cũng từ phương trình của hàm truyền dạng phức trên, ta vẽ nó trong tọa độ logarit => đặt tính tần số logarit hay đặc tính tần – biên – pha logarit.

Pha của hàm truyền

2 Các tín hiệu tác động và phản ứng của hệ khi nghiên cứu động lực học.

2.1 Tín hiệu vào: Thang đơn vị Tín hiệu ra: Hàm quá độ.

x(t)=1(t): có giá trị là 0 nếu t ≤0

có giá trị là 1 nếu t ≥0

t/h

t 0

1(t)

y(t) x(t)

2.1 Tín hiệu vào: Xung đơn vị Tín hiệu ra: Hàm quá độ xung

x t

dt

=

2.2 Tín hiệu vào: hàm tuyến tính tín hiệu ra: Hàm vận tốc.

x(t)=t

x(t)

y(t) t/h

t

0

45

2.3 Tín hiệu vào: Điều hòa (sin) Tín hiệu ra: Sin

x(t)=XsinΩt

y(t)=Ysin(Ωt+ )ϕ

2.5 Sai số của hệ ở chế độ xác lập

Khi t → ∞ → E∞(t) = δ => sai số của hệ ở chế

độ xác lập

F(s)

-y(s)E(s)

-u(s)

Để rõ hơn vấn đề, ta tìm hiểu vs dụ sau:

Khi thời gian tiến về vô cùng thì:

3.1 Khâu khuếch đại(Khâu tỷ lệ)

Biểu diễn khâu quán tính trên trục tọa độ theo thời gian:

3.4 Khâu vi phân.

y(t)=

y(s)=

3.5 Khâu tích phân y(t)=

y(s)= =>

Bộ điều khiển PID:

Mô tả bằng toán học sơ đồ khối cho bộ PID:

Các bạn hãy vận dụng kiến thức có trước để viết hàm truyền cho hệ điều khiển PID trên ???

Sơ đồ khối và đặc tính của bộ truyền:

Bộ điều khiển PID I(t)

a(t)

Đặc tính quá độ của bộ PID

3.5 Ổn định của hệ điều khiển tự động

Từ các chỉ tiêu của hệ điều khiển tự động ta nhân thấy được một yêu cầu cơ bản của hệ điều khiển tự động:

• Lim(quá độ)=0 khi t →∞

Nếu:

• Lim(quá độ)=0 khi t →∞ thì đó là một hệ không ổn định

 

 

Tiêu chuẩn xét

ổn định

Tiêu chuẩn ổn định đại số Tiêu chuẩn ổn định tần số

Điều kiện ràng buộc

Tiêu chuẩn Nyquyst

Tiêu chuẩn mikhalov

Đặc tính tần – biên - pha

Đặc tính tần số logarit

Tiêu chuẩn

Routh

Tiêu chuẩn hurwitz

Hệ hở sinh ra

từ hệ kín vẽ trong tọa độ tần biên pha không chứa m(-1,j0)

Đặc tính biên độ xuất phát từ trục dương, vẽ quay ngược chiều, dừng lại

ở góc phần tư nào thì góc đó là bậc của phương trình

Tiêu chuẩn ổn định đại số:

Các hệ số phương trình đặc trưng phải

định

Không

ổn định

Tiêu chuẩn ổn định ROUTH

Các số hạng trong cột thứ nhất bảng

ROUTH phải dương: Xét ví dụ sau đây:

Tiêu chuẩn ổn định HURWITZ

Để hệ ổn định thì a0 và các đinh thức HURWITZ phải dương Xét ví dụ sau:

Tiêu chuẩn NYQUIST

Điều kiện ổn định theo tiêu chuẩn này là đăc tính điều khiển không bao điểm m(0.-j)

Tiêu chuẩn MIKHAILOV

Điều kiện ổn định của tiêu chuẩn này là

quay phương trình đặc tính vào góc phần tư nào thì số góc đó là bậc của nó

Chương 4: MỘT SỐ HỆ ĐIỀU KHIỂN

Hệ dao động thẳng

Hệ dao động thẳng

2 (s)

1

n n

n n

k s

ω =

1 2

n

ξ =

Hệ dao động thẳng

+Phương trình cân bằng lưu lượng và lực:

Hệ thủy lực tạo chuyển đông quay-Motor thủy  lực

 + Phương trình cân bằng lưu lượng:

D p

Hệ truyền động bánh răng có 2 trục truyền động

Trong đó:

: momen quán tính khối lượng : hệ số ma sát nhớt

: momen chủ động : momen tải

J ,J

1 2

f ,f

1 2 C 1 C r

Từ hai hình trên ta có hệ phương trình:

Chuyển sang LAPLACE

J s + f1 1

C (s)

 Phương trình laplace:

 U(s) = (R + L s ).I(s) + E(s)

Động cơ điện một chiều kích từ song song

Hệ phương trình cân

bằng:

Chuyển sang laplace:

I(s) Ω (s) U(s)

K m K

R.f

Trên thực tế, các mô hình điều khiển tự

động đều có phản hồi, cách này hay cách

khác.

Muốn thành lập được bài toán hệ kín thì chúng ta chỉ cần tiến hành lấy các tham số và nhúng nó trong tín hiệu vào, và giải bài toán như một hệ hở.

Các hệ đó tương tự như:

Hệ chuyển động thẳng

Hay các hệ như dưới đây:

Hệ chuyển động thẳng

=> Trên đây là phần sơ lược của nhóm 5 về học phần “Điều khiển tự động” và chắc không thể tránh khỏi thiếu sót, mong thầy và các bạn bổ sung thêm và bỏ qua các sai sót.

=> Tài liệu này biên soạn dựa trên các báo cáo môn học của các nhóm trong chóm chính 05 và bài giảng của PGS.TS Trần Xuân Tùy và các tài liệu liên quan

Chúc các bạn học tốt!!!