E4 01 introduction to control systems

Chapter Introduction to control systems Denis Papin’s water float regulator  C.B Pham Wall’s fly-ball governor 1-1 Basic concepts System: an interconnection of elements and devices for a desired purpose Control system: a group of components that maintains a desired result by manipulating the value of another variable in the system Inlet Outlet  C.B Pham 1-2 Block diagram & Transfer function Block diagram • A block representing each component in a control system connected by lines that represent the signal paths • Each block receives an input signal from some block of the system and produces an output signal for another block of the system  C.B Pham 1-3 Block diagram & Transfer function  C.B Pham 1-4 Block diagram & Transfer function Transfer function (TF): a mathematical relationship between the input and output of a control system component Specifically, the transfer function is defined as y(t) TF  x(t)  C.B Pham 1-5 Block diagram & Transfer function  C.B Pham 1-6 Open-loop vs closed-loop Open-loop control systems: utilize a controller or control actuator to obtain the desired response  C.B Pham 1-7 Open-loop vs closed-loop - Complete the block diagram of the system  C.B Pham 1-8 Open-loop vs closed-loop Closed-loop control systems: utilize feedback to compare the actual output to the desired output response  C.B Pham 1-9  C.B Pham 1-10 Hệ thống tay máy Industrial robot  C.B Pham Robot cánh tay máy khả trình nhằm di chuyển đối tượng khác theo trình tự chuyển động xác định để thực nhiệm vụ cụ thể 1-27 Điều khiển q trình Q trình cơng nghiệp phân thành loại: • Q trình rời rạc: nhóm cơng đoạn rời rạc có điều kiện bắt đầu (từng cơng đoạn) rõ ràng • Q trình liên tục: q trình có tín hiệu vào / liên tục (khơng bị ngắt qng) Có tín hiệu vào (bộ điều khiển) thay đổi cho để trì tín hiệu mong muốn  C.B Pham 1-28 Điều khiển trình rời rạc  C.B Pham 1-29 Sequentially controlled systems A sequentially controlled system controls a process that is defined as a series of tasks to be performed one after the other Each operation in the sequence is performed either for a certain amount of time Time-driven operation  C.B Pham 1-30 Sequentially controlled systems Each operation in the sequence is performed until the task is finished Event-driven operation  C.B Pham Sequencer used for liquid mixing 1-31 Điều khiển trình liên tục Ba thao tác chính: - Đo lường - Ra định - Tác động  C.B Pham 1-32 Điều khiển q trình liên tục Khi có thay đổi tải giá trị điều chỉnh, hệ thống điều khiển phải đảm bảo mục tiêu sau: • Giảm thiểu giá trị sai lệch lớn • Giảm thiểu thời gian xác lập • Giảm thiểu độ sai lệch dư Giai đoạn chuyển tiếp Giai đoạn xác lập Giá trị sai lệch xác lập gây ma sát, phụ tải, độ xác cảm biến phản hồi  C.B Pham Thực chế độ điều khiển thích hợp 1-33 Phương án điều khiển Relay circuit Digital IC circuit Pneumatic controller Micro-controller PC-based controller Programmable logic controller  C.B Pham 1-34 So sánh phương án Chỉ tiêu so sánh Mạch rơ-le Vi điều khiển Máy tính PLC Giá thành Khá thấp Thấp Cao Khá cao Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả chống nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt Khả thích ứng mơi Rất tốt trường công nghiệp Khá tốt Không tốt Rất tốt Lắp đặt Tốn thời gian thiết kế Tốn nhiều thời gian lập trình Lập trình lắp đặt đơn giản Khả điều khiển tác Khơng vụ phức tạp Có Có có Mức độ thay đổi điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Cơng tác bảo trì Kém Kém – IC hàn Kém – có Tốt – mônhiều mạch điện đun tiêu tử chuyên dùng chuẩn hóa  C.B Pham Tốn thời gian thiết kế lắp đặt 1-35 Rơle mạch điều khiển logic  C.B Pham 1-36 Rơle mạch điều khiển logic Rơle cấu tạo để tạo nên nhiều cặp tiếp điểm  C.B Pham 1-37 Rơle mạch điều khiển logic Rơle thực chức logic  C.B Pham 1-38 Rơle mạch điều khiển logic Hệ thống pick & place robot  C.B Pham 1-39 Rơle mạch điều khiển logic Hệ thống uốn cong chi tiết  C.B Pham 1-40 Thiết kế mạch điều khiển trình tự Ý tưởng việc thiết kế là: • Dùng rơle điều khiển cho buớc trình • Khi trình làm việc bước đó, có rơle điều khiển gắn liền với bước kích hoạt • Số bước trình tương ứng 1-1 với số trạng thái điều khiển Mỗi trạng thái điều khiển biểu diễn nhánh mạch điều khiển bậc thang Giả sử q trình có bước liền kế bước i, bước j, buớc k Nhánh thứ j mạch điều khiển có dạng tổng quát sau:  C.B Pham 1-41 ... Process control Manual control Automatic flow control  C.B Pham Automatic color control 1-1 9 Feed-forward control vs Feed-back control Example: A continuous, stirred-tank blending systems The control. .. 1-5 Block diagram & Transfer function  C.B Pham 1-6 Open-loop vs closed-loop Open-loop control systems: utilize a controller or control actuator to obtain the desired response  C.B Pham 1-7 ... 1-7 Open-loop vs closed-loop - Complete the block diagram of the system  C.B Pham 1-8 Open-loop vs closed-loop Closed-loop control systems: utilize feedback to compare the actual output to the