Cơ sở điều khiển tự động 4

Lịch sử phát triển của điều khiển tự động được ghi nhận từ trước công nguyên, bắt đầu từ đồng hồ nước có phao điều chỉnh Ktesibios ở Hy Lạp.

Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 19 Từ hình 1.18: 1236123565. 1 236.1.WWWWWW=+ Hàm truyền đạt hở của hệ thống: 12356 3 4 hWW WW= Hàm truyền đạt kín của hệ thống: 1hkhWWW=+ 1.4 GRAPH TÍN HIỆU Được dùng để xác định hàm truyền đạt của hệ thống ĐKTĐ với các đặc điểm sau: - Graph là đồ hình gồm các nhánh và các nút. - Mỗi một nút của graph được biểu diễn bằng một điểm và ghi tên một đại lượng nào đó trong hệ thống điều khiển. Nút gốc là lượng vào, nút ngọn là lượng ra của một khâu nào đó. - Một nhánh nối nút gốc và nút ngọn có mũi tên, trên đó ghi giá trị hàm truyền đạt tương ứng với một khâu nào đó (hình 1.19). Hàm truyền đạt của một nhánh bằng tỉ số giữa giá trị nút ngọn và giá trị nút gốc: ij j iWXX= Tương tự như sơ đồ cấu trúc, sự liên kết của các nhánh riêng lẻ tạo thành một graph tín hiệu cho một hệ thống điều khiển. * Các quy tắc biến đổi của graph: - Các nhánh nối tiếp: Hình 1.18W1 W3 W4 W5 U B YW236 jXiXijW Hình 1.19 X1 X2 X3 W1 W1X1 X2 W1.W2 Hình 1.20 Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 20- Các nhánh song song: - Phản hồi dương (âm) - Khử nhánh tạo vòng kín: * Sự tương quan giữa sơ đồ cấu trúc hệ thống và graph tín hiệu trong hệ thống điều khiển Hình 1.23 là graph tín hiệu biểu diễn hệ thống có sơ đồ cấu trúc như hình 1.24. Theo hình 1.23 ta có: 21122X WX W X=+ X1 X2 W1+W2 Hình 1.21 X1 X2 W1 W2 X1 X2 1121.WWW±Hình 1.22 X1 X2 W1 W2 X1 X2 X3 W1 W1X1 X3 132.1WWW−Hình 1.23 W2W1 W3 W2 + 1X 2X3XHình 1.24 Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 21332X WX= Vậy: 31313121X WWWX W==− Theo hình 1.24 ta có: 31313 1 312 2111X WWWWWX WW== =−− Vậy hai sơ đồ là tương đương với nhau. TÓM TẮT NỘI DUNG HỌC TẬP CHƯƠNG 1 Trong chương này ta cần nhớ các khái niệm sau: + Một hệ thống điều khiển tự động bao gồm ba thành phần cơ bản là đối tượng điều khiển, thiết bị điều khiển và thiết bị đo lường. Các hệ thống điều khiển mà ta xét ở đây đều sử dụng phương thức điều khiển theo sai lệch. + Đặc trưng cơ bản nhất của các phần tử tuyến tính là nguyên lý xếp chồng, nghĩa là khi có một tổ hợp tín hiệu tác động ở đầu vào của phần tử thì tín hiệu ra sẽ bằng tổ hợp tương ứng của các tín hiệu ra thành phần. + Có thể mô tả một hệ thống điều khiển tự động bằng hàm truyền đạt, bằng phương trình trạng thái và sơ đồ cấu trúc của hệ thống sẽ thể hiện mối liên hệ giữa hai phương pháp mô tả này. + Chương này cũng đưa ra các nguyên tắc biến đổi sơ đồ khối như chuyển đổi vị trí các tín hiệu vào/ra một khối; tìm hàm truyền đạt tương đương của các khâu mắc nối tiếp, song song, hồi tiếp . để từ đó, ta tìm hàm truyền đạt của toàn hệ thống. + Graph tín hiệu cũng là một cách mô tả hệ thống, được dùng để tìm hàm truyền đạt của hệ thống. Các quy tắc biến đổi giữa các nhánh của nó cũng tương đương như các quy tắc biến đổi giữa các khối trong sơ đồ cấu trúc của hệ thống. BÀI TẬP Bài 1: Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển điển hình? Bài 2: Thế nào là hàm truyền đạt của hệ thống? a. Hàm truyền đạt của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống đó biểu diễn theo thời gian. b. Hàm truyền đạt của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống đó biểu diễn theo biến đổi Laplace với điều kiện đầu không đổi. c. Hàm truyền đạt của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống đó biểu diễn theo biến đổi Laplace với điều kiện đầu triệt tiêu. Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 22d. Hàm truyền đạt của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống đó biểu diễn theo biến đổi Laplace với các điều kiện đầu khác nhau. Bài 3: Nghiệm đa thức mẫu số của PTĐT là: a. Các điểm cực (pole) b. Các điểm không (zero) Bài 4: Xây dựng phương trình trạng thái mô tả hệ thống liên tục tuyến tính từ PTVP mô tả quá trình động học của hệ thống dạng: 101 11 .nnnnnndy d y dyaa aaykudtdt dt−−−+ ++ + = Bài 5: Đặc tính tần số của hệ thống hở? Bài 6: Đặc tính tần số của hệ thống kín? Bài 7: Cho hệ thống như hình sau: Hàm truyền đạt của hệ thống là: a. 123WWW W=++ b. 123 WWWW= c. 123WWWW=+ Bài 8: Khi chuyển tín hiệu vào từ trước ra sau một khối thì: a. Tín hiệu đó phải đi qua một khối mới có hàm truyền đạt chính bằng khối đó. b. Tín hiệu đó phải đi qua một khối mới có hàm truyền đạt bằng nghịch đảo của khối đó. Bài 9: Khi chuyển tín hiệu ra từ trước ra sau một khối thì: a. Tín hiệu đó phải đi qua một khối mới có hàm truyền đạt chính bằng khối đó. b. Tín hiệu đó phải đi qua một khối mới có hàm truyền đạt bằng nghịch đảo của khối đó. 1W 2W3WU Y1U 2U Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 23Bài 10: Cho hệ thống như hình sau: Tìm hàm truyền đạt của hệ thống? Bài 11: Cho hệ thống như hình sau Tìm hàm truyền đạt của hệ thống? Bài 12: Graph tín hiệu như hình trên biểu thị hàm truyền đạt ijW bằng bao nhiêu? a. ij j iWXX= b. ij i jWXX= Bài 13: Hàm truyền đạt của hệ thống trong hình sau sẽ bằng: W1(p) W2(p) W3(p) U(p) Y(p) Wa(p) Wb(p) Wd(p) Wc(p) Y(p) U(p) jXiXijW( )hWp U Y Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 24a. ()()()1hkhWpWpWp=+ b. ()()()1hkhWpWpWp=− c. ()()11khWpWp=+ d. ()( )()21hkhWpWpWp=+ Bài 14: Nghiệm đa thức mẫu số của hàm truyền đạt được gọi là gì? a. Các điểm không b. Các điểm cực c. Các điểm cực trị d. Các điểm uốn . hệ thống điều khiển tự động bao gồm ba thành phần cơ bản là đối tượng điều khiển, thiết bị điều khiển và thiết bị đo lường. Các hệ thống điều khiển mà. W2 + 1X 2X3XHình 1. 24 Chương 1. Mô tả toán học hệ thống điều khiển tự động 21332X WX= Vậy: 31313121X WWWX W==− Theo hình 1. 24 ta có: 31313 1 312