Chapter 1: Những khái niệm cơ bản về hệ thống điều khiển số

B ĐIỀU KHIỂN SỐ Chapter 1: Những khái niệm hệ thống điều khiển số WATT’S FLYBALL GOVERNOR ROBOT ARM MANIPULATION SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG Insulation Desired temperature Potentiometer Mesured temperature Control signal Controller Gas Fire Outside temperatur e Actual room Heat temperature loss Thermometer Heat Input HT ĐIỀU KHIỂN SỐ • Engine indicating system • A crew alerting system • The system includes: • An inertial reference system making use of laser gyroscopes and an electronic attitude director indicator • A flight-management computer system integrates navigation, guidance, and performance data functions The flight desk of the Boeing 757, 767  digital control electronics AUTOMATIC AIRCRAFT LANDING SYSTEM OUTLINE Cấu trúc hệ thống điều khiển số (ĐKS) Các loại tín hiệu hệ thống Bộ chuyển đổi tín hiệu A/D trình lấy mẫu Bộ chuyển đổi D/A khâu lưu trữ Ưu nhược điểm hệ thống ĐKS CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ REMARK Q trình lượng tử hóa cắt xén đại lượng vật lý dạng liên tục đầu vào Q trình biến đổi khơng tuyến tính khơng đề cập đến mơ hình tuyến tính ADC mơ tả tín hiệu đầu tín hiệu xung (được lượng tử hóa theo thời gian) EXAMPLE ĐỊNH LÝ 1(NYQUIST) Chu kỳ lấy mẫu T biến đổi ADC phải có giá trị 𝑇 ≤ Trong đó, 𝑓𝑚𝑎𝑥 tần số cực đại 2𝑓𝑚𝑎𝑥 sóng điều hòa hình sin tín hiệu đầu vào EXAMPLES Ví dụ 1: 𝑓 𝑡 = cos2 100𝜋𝑡 → 𝑇𝑚𝑎𝑥 =? Ví dụ 2: ∞ 𝑓 𝑡 = +෍ sin 2𝑛 − 2𝜋𝑡 (2𝑛 − 1)𝜋 𝑛=1 Ví dụ 3: lọc tín hiệu 𝑁𝑚𝑎𝑥 𝑓 𝑡 = + ෍ sin 2𝑛 − 2𝜋𝑡 (2𝑛 − 1)𝜋 𝑛=1 → 𝑇𝑚𝑎𝑥 = Với giá trị Nmax khác tín hiệu đầu có dạng khác 2(2𝑁𝑚𝑎𝑥 − 1) BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A VÀ KHÂU LƯU TRỮ DAC Bộ ADC biến đổi chuỗi đại lượng u(kT) thành tín hiệu liên tục u(t) để điều khiển hệ thống Bộ DAC mô lưu trữ, nhận thời điểm kT xung có biên độ tỷ lệ với trị số u(kT) có độ rộng bé so với T (tín hiệu lấy mẫu) trì số suốt chủ kỳ T Đáp ứng chuỗi xung chuỗi bậc thang có độ dài T Q trình biến đổi tức thời, khơng có trễ Giả thiết: • Đầu DAC với đầu vào giá trị độ lớn • Bộ DAC đưa tín hiệu tương tự tức thời • Đầu DAC số chu kỳ trích mẫu Quan hệ vào – DAC cho bởi: 𝑢 𝑘 𝑍𝑂𝐻 𝑢 𝑡 = 𝑢 𝑘 , 𝑘𝑇 ≤ 𝑡 < 𝑘 + 𝑇, 𝑘 = 0,1, … Dãy tín hiệu đầu vào DAC cần khoảng nhỏ, ngắn không để tạo đầu ra; đầu khơng xác với đầu vào mặt độ lớn biến thiên nhẹ chu kỳ trích mẫu Nhưng khâu lưu giữ bậc o (ZOH) sử dụng hầu hết cho mơ hình DAC hầu hết mơi trường điều khiển số NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DAC Đầu vào 𝛿(𝑡) ĐỊNH LÝ SHANNON Bộ biến đổi DAC tái tạo lại tín hiệu liên tục có tần số bé , T chu kỳ lấy mẫu 2𝑇 biến đổi Bộ biến đổi DAC thay khâu lấy mẫu nối tiếp với khâu lưu trữ bậc có hàm truyền đạt: − 𝑒 −𝑠𝑇 𝐻0 𝑠 = 𝑠 Những hàm khác sử dụng để xây dựng tín hiệu tương tự từ dãy chữ số Ví dụ, khâu lưu giữ bậc tạo tín hiệu analog đường thẳng, khâu lưu giữ bậc tạo tín hiệu dạng parabolas Những lưu giữ bậc cao tạo nên dạng song phức tạp độ xác cao ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG SỐ Sự xác: tín hiệu số biểu diễn với dạng 12 bit để biểu diễn chữ số đơn lẻ Nó kéo theo sai lệch nhỏ so với tín hiệu tương tự, tín hiệu nhiễu, tiếng ồn dịch chuyển công suất cung cấp tồn Những sai lệch thực Quá trình xử lý số tín hiệu số kéo theo phép tính cơng nhân cách lưu trữ giá trị số Những sai lệch mà ảnh hưởng đến biểu diễn cách sử dụng thành phần điện trở, tụ điện với giá trị thực tế mà biến thiên rõ ràng từ giá trị thiết kế nhỏ Tính linh hoạt Một điều khiển tương tự khó để hiệu chỉnh thiết kế lại lần phần cứng Một BĐK số thực thi firmware phần mềm hiệu chỉnh thực mà khơng cần thao đổi hồn tồn điều khiển nguyên Cấu trức BĐK số không cần theo dạng đơn giản sử dụng ĐK tương tự ... ĐIỀU KHIỂN SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC ➢ Tất tín hiệu truyền hệ thống liên tục ➢ Sơ đồ nguyên lý HT sơ đồ khối tương tự (phần cứng) HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ • Định nghĩa: có tín hiệu xung số hệ. .. trúc hệ thống điều khiển số (ĐKS) Các loại tín hiệu hệ thống Bộ chuyển đổi tín hiệu A/D q trình lấy mẫu Bộ chuyển đổi D/A khâu lưu trữ Ưu nhược điểm hệ thống ĐKS CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU... cần để giám sát biến điều khiển cho điều khiển phản hồi HỆ THỐNG PHÂN PHỐI THUỐC KÍN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC HT ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT CÁC LOẠI TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG TÍN HIỆU BƯỚC (STEP