Bài giảng điều khiển tự động chương 1 tổng quan về điều khiển tự động

Điều Khiển Tự Động 9/9/2014 Mục đích môn học  Nghiên cứu phương pháp, công cụ toán học để mô tả, phân tích thiết kế hệ thống điều khiển tự động 9/9/2014 Nội dung môn học        Chương 1: Tổng quan điều khiển tự động Chương 2: Mô tả toán học phần tử hệ thống điều khiển Chương 3: Đặc tính động học hệ thống Chương 4: Tính ổn định hệ thống Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển Chương 6: Thiết kế hiệu chỉnh hệ thống Chương 7: Hệ thống điều khiển rời rạc 9/9/2014 Chương 1: Tổng quan điều khiển tự động 1.1 Các khái niệm 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển 1.3 Các nguyên tắc điều khiển 1.4 Phân loại hệ thống 1.5 Các toán 1.6 Ví dụ ứng dụng 1.7 Sơ lược lịch sử phát triển 9/9/2014 1.1 Các khái niệm 1) Điều khiển Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h 9/9/2014 1.1 Các khái niệm 1) Điều khiển Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40 km/h Mắt quan sát đồng hồ tốc độ  Thu thập thông tin Não so sánh v mong muốn v thực tế, định tăng/giảm ga  Xử lý thông tin Tay vặn tay ga để thực tăng/giảm ga  Tác động Kết : xe chạy với tốc độ ổn định 40 km/h   Điều khiển = trình thu thập thông tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để biến đổi, hiệu chỉnh cho đáp ứng hệ đạt mục đích định trước Điều khiển tự động = trình điều khiển không cần tham gia trực tiếp người 9/9/2014 1.1 Các khái niệm (tt) Ví dụ 2: Điều khiển giữ ổn định mức nước h=const =H0 Thu thập thông tin: Thiết bị đo = phao Xử lý thông tin: Bộ điều khiển = hệ thống đòn bẩy Tác động: Cơ cấu tác động = van Mức nước H0 thay đổi cách điều chỉnh độ dài nối phao-đòn bẩy 9/9/2014 1.1 Các khái niệm (tt) 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: tín hiệu vào/ra = mũi tên 9/9/2014 • Ví dụ tín hiệu vào, điện áp u(t) lưu lượng, áp suất công suất vị trí nòng van (độ nâng, góc mở) Động điện Xylanh lực Lò nhiệt Van vận tốc n(t) góc quay(t) vận tốc, vị trí, lực Nhiệt độ lưu lượng, áp suất Chiết áp 9/9/2014 vị trí trỏ Chiết áp Điện áp (góc xoay) 9/9/2014 10 • Hệ điều khiển tốc độ động servo DC rotor 9/9/2014 tacho encoder 38 • Hệ điều khiển tốc độ động servo DC 9/9/2014 39 1.6 Các ví dụ ứng dụng  Động RC servo 9/9/2014 40 1.6 Các ví dụ ứng dụng  Động RC servo 9/9/2014 41 1.6 Các ví dụ ứng dụng  Động RC servo 9/9/2014 42 1.6 Các ví dụ ứng dụng  Động RC servo 9/9/2014 43 1.6 Các ví dụ ứng dụng (tt) http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2012/02/dan-tu-doi-huong  Đạn tự đổi hướng Viên đạn dài ~10 cm, gắn cảm biến quang phần chóp để phát tia laser mục tiêu Cảm biến gửi thông tin vị trí mục tiêu tới vi mạch điện tử Các vi mạch điện tử sử dụng thuật toán để điều khiển dẫn động điện từ, kích hoạt vảy nhỏ xíu để chỉnh hướng viên đạn tới mục tiêu Thử nghiệm với khoảng cách 800m, đạn bắn với tốc độ ~720m/s, bay chệch mục tiêu [...]... tín hiệu điều khiển /tác động (control signal, NếuManipulate K =1 thì: Variable) e=r-y z(t): tín hiệu nhiễu ( Noise, Disturbance) 9/9/2 014 13 9/9/2 014 14 9/9/2 014 15 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 khiển san bằng sai lệch  Điều khiển phối hợp 1. 3.2 Nguyên tắc điều khiển theo chương trình... y(t)  (1  e cos 4t  2e sin 4t) 5 9/9/2 014 29 1. 5 Các bài toán cơ bản 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 9/9/2 014 30 1. 6 Các ví dụ ứng dụng  Hệ điều khiển tốc độ động cơ Diesel, tuabin hơi 9/9/2 014 31 • Hệ điều khiển tốc độ động cơ... 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) 9/9/2 014 16 1. 3 .1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định 1) Điều khiển bù nhiễu (feedforward control)  Sơ đồ: z(t) r(t)  Bộ điều khiển u(t) Đối tượng y(t) Ví dụ: Nđộ yêu cầu... nh.liệu Tín hiệu tác động u3(t): Lưu lượng nhiên liệu đưa vào đcơ  Nhiễu z(t): Sự thay đổi bất thường của tải  9/9/2 014 33 1. 6 Các ví dụ ứng dụng  Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC 0 -10 V 9/9/2 014 34 • Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC r(t) u1(t) e(t) KĐVS yht(t) z(t) u2(t) KĐCS Động cơ y(t) Tachometer - ĐTĐK, Thiết bị đo, Bộ điều khiển, CCTĐ = ? - Bản chất vật lý của y, yht, r, e, u1, u2, z = ?   ...vị trí con trỏ Chiết áp Điện áp (góc xoay) 9/9/2 014 11 Linear potentiometer 9/9/2 014 12 1. 2 Cấu trúc hệ thống điều khiển  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, chuẩn (reference input), giá trị đặt trước... của bộ điều khiển sao cho hệ thích ứng với mọi biến động của môi trường  9/9/2 014 22 1. 4 Phân loại hệ thống điều khiển 1. 4 .1 Phân loại theo mạch hồi tiếp  Hệ kín (hệ hồi tiếp): Sử dụng mạch hồi tiếp Hệ kín có loại một vòng hồi tiếp và nhiều vòng hồi tiếp  Hệ hở: Không dùng mạch hồi tiếp  chỉ phù hợp với các ứng dụng không đòi hỏi đáp ứng chất lượng cao 9/9/2 014 23 1. 4 Phân loại hệ thống điều khiển. .. Tác động nhanh, ngăn chặn trước ảnh hưởng của nhiễu - Với hệ phức tạp (có nhiễu không biết trước/ không đo được) thì đáp ứng sẽ kém chính xác  9/9/2 014 17 1. 3 .1 Nguyên tắc ĐK giữ ổn định  Ví dụ: Nđộ yêu cầu 9/9/2 014 Nđộ ngoài trời Nhiệt kế Rơle van Lò sưởi Phòng Nđộ phòng 18 1. 3 .1 Nguyên tắc ĐK giữ 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. .. điều khiển tốc độ động cơ Diesel, tuabin hơi r(t) e(t) Van đkh yht(t) u3(t) u2(t) u1(t) xylanh Van nliệu Con lắc ly tâm z(t) Động cơ y(t) Bánh răng - ĐTĐK, Thiết bị đo, Bộ điều khiển, Cơ cấu tác động = ? - Bản chất vật lý của r, y, yht, e, u1, u2, u3, z = ? Các thành phần chức năng cơ bản: 9/9/2 014 32 • Hệ điều khiển tốc độ động cơ Diesel, tuabin hơi Tên gọi, ký hiệu và bản chất vật lý của các tín hiệu:... đồ: r(t) e(t) Bộ điều khiển z(t) u(t) Đối tượng y(t) Đặc điểm: 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 bởi các nhiễu không đo được  9/9/2 014 20  Ví dụ: 9/9/2 014 21 1.3.3 Nguyên tắc ĐK thích nghi  Sơ đồ: z(t) Chỉnh định r(t) v(t) Điều khiển u(t) Đối tượng... Phân loại hệ thống điều khiển 9/9/2 014 24 1. 4 Phân loại hệ thống điều khiển 1. 4.2 Phân loại theo đặc điểm mô tả toán học  Hệ liên tục  Tín hiệu truyền trong hệ là hàm số liên tục theo tgian  Mô tả bằng phương trình vi phân  Hệ rời rạc  Tín hiệu truyền trong hệ là dạng chuỗi xung / mã số  Mô tả bằng phương trình sai phân 9/9/2 014 25 1. 4 Phân loại hệ thống điều khiển (tt)  Hệ tuyến tính (lý tưởng) ... thống điều khiển tự động 9/9/2 014 Nội dung môn học        Chương 1: Tổng quan điều khiển tự động Chương 2: Mô tả toán học phần tử hệ thống điều khiển Chương 3: Đặc tính động học hệ thống Chương. .. thống Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển Chương 6: Thiết kế hiệu chỉnh hệ thống Chương 7: Hệ thống điều khiển rời rạc 9/9/2 014 Chương 1: Tổng quan điều khiển tự động 1. 1 Các khái niệm 1. 2... hệ thống điều khiển 1. 3 Các nguyên tắc điều khiển 1. 4 Phân loại hệ thống 1. 5 Các toán 1. 6 Ví dụ ứng dụng 1. 7 Sơ lược lịch sử phát triển 9/9/2 014 1. 1 Các khái niệm 1) Điều khiển Ví dụ 1: Lái xe,