Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quaù trình ñieàu khieån chuùng ta caàn thu thaäp thoâng tin veà ñoái töôïng caàn ñieàu khieån (quan saùt ñoàng hoà ño toác ñoä ñeå thu thaäp thoâng tin veà toác ñoä xe),[r]
(1)Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN 1.1 KHÁI NIỆM ĐIỀU KHIỂN
1.1.2 Điều khiển gì?
Một câu hỏi phổ biến với người làm quen với lý thuyết điều khiển “Điều khiển gì?” Để có khái niệm điều khiển xét ví dụ sau Giả sử lái xe đường, muốn xe chạy với tốc độ cố định 40km/h Để đạt điều mắt phải quan sát đồng hồ đo tốc độ để biết tốc độ xe chạy Nếu tốc độ xe 40km/h ta tăng ga, tốc độ xe 40km/h ta giảm ga Kết trình xe chạy với tốc độ “gần” tốc độ mong muốn Quá trình lái xe q trình điều khiển Trong q trình điều khiển cần thu thập thơng tin đối tượng cần điều khiển (quan sát đồng hồ đo tốc độ để thu thập thông tin tốc độ xe), tùy theo thông tin thu thập mục đích điều khiển mà có cách xử lý thích hợp (quyết định tăng hay giảm ga), cuối ta phải tác động vào đối tượng (tác động vào tay ga) để hoạt động đối tượng theo yêu cầu mong muốn
Định nghĩa: Điều khiển q trình thu thập thơng tin, xử
lý thông tin tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống “gần” với mục đích định trước Điều khiển tự động trình điều khiển không cần tác động người
(2)làm quen với lý thuyết điều khiển “Tại cần phải điều khiển?” Câu trả lời tùy thuộc vào trường hợp cụ thể, nhiên có hai lý người khơng thỏa mãn với đáp ứng hệ thống hay muốn hệ thống hoạt động tăng độ xác, tăng suất, tăng hiệu kinh tế Ví dụ lĩnh vực dân dụng, cần điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm cho hộ cao ốc tạo tiện nghi sống Trong vận tải cần điều khiển xe hay máy bay từ nơi đến nơi khác cách an tồn xác Trong cơng nghiệp, q trình sản xuất bao gồm vô số mục tiêu sản xuất thỏa mãn địi hỏi an tồn, độ xác hiệu kinh tế
Trong năm gần đây, hệ thống điều khiển (HTĐK) có vai trị quan trọng việc phát triển tiến kỹ thuật công nghệ văn minh đại Thực tế khía cạnh hoạt động ngày bị chi phối vài loại hệ thống điều khiển Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian hệ thống vũ khí, điều khiển máy tính, hệ thống giao thông, hệ thống lượng, robot, Ngay vấn đề kiểm toán hệ thống kinh tế xã hội áp dụng từ lý thuyết điều khiển tự động
Khái niệm điều khiển thật khái niệm rộng, nội dung sách đề cập đến lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
1.1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển
Chú thích ký hiệu viết tắt:
- r(t) (reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn - c(t) (controlled output): tín hiệu
- cht(t): tín hiệu hồi tiếp - e(t) (error): sai số - u(t) : tín hiệu điều khiển
(3)Để thực trình điều khiển định nghĩa trên, hệ thống điều khiển bắt buộc gồm có ba thành phần thiết bị đo lường (cảm biến), điều khiển đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường có chức thu thập thơng tin, điều khiển thực chức xử lý thông tin, định điều khiển đối tượng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển Hệ thống điều khiển thực tế đa dạng, sơ đồ khối hình 1.1 cấu hình hệ thống điều khiển thường gặp
Trở lại ví dụ lái xe trình bày ta thấy đối tượng điều khiển xe, thiết bị đo lường đồng hồ đo tốc độ đôi mắt người lái xe, điều khiển não người lái xe, cấu chấp hành tay người lái xe Tín hiệu vào r(t) tốc độ xe mong muốn (40km/h), tín hiệu c(t) tốc độ xe xe, tín hiệu hồi tiếp cht(t) vị trí kim đồng hồ đo tốc độ, sai số e(t) sai lệch tốc độ mong muốn tốc độ tại, tín hiệu điều khiển u(t) góc quay tay ga
Một ví dụ khác hệ thống điều khiển mực chất lỏng hình 1.2 dù đơn giản có đầy đủ ba thành phần kể Thiết bị đo lường phao, vị trí phao cho biết mực chất lỏng bồn Bộ điều khiển cánh tay địn mở van tùy theo vị trí phao, sai lệch lớn góc mở
van lớn Đối tượng điều khiển bồn chứa, tín hiệu c(t) mực chất lỏng bồn, tín hiệu vào r(t) mực chất lỏng mong muốn Muốn thay đổi mực chất lỏng mong muốn ta thay đổi độ dài đoạn nối từ phao đến cánh tay địn
Mục 1.5 trình bày chi tiết số phần tử hệ thống điều khiển thường gặp, qua làm bật vai trò phần tử hệ thống điều khiển
Hình 1.2 Hệ thống điều
(4)1.1.3 Các tốn lĩnh vực điều khiển tự động
Trong lĩnh vực điều khiển tự động có nhiều toán cần giải quyết, nhiên toán điều khiển thực tế quy vào ba tốn sau:
Phân tích hệ thống: Cho hệ thống tự động biết cấu trúc thông số Bài toán đặt sở thơng tin biết tìm đáp ứng hệ thống đánh giá chất lượng hệ Bài toán giải
Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc thông số đối tượng điều khiển Bài toán đặt thiết kế điều khiển để hệ thống thỏa mãn yêu cầu chất lượng Bài tốn nói chung giải
Nhận dạng hệ thống: Chưa biết cấu trúc thông số hệ thống Vấn đề đặt xác định cấu trúc thơng số hệ thống Bài tốn lúc giải
Quyển sách đề cập đến tốn phân tích hệ thống thiết kế hệ thống Bài toán nhận dạng hệ thống nghiên cứu môn học khác
1.2 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN
Các nguyên tắc điều khiển xem kim nam để thiết kế hệ thống điều khiển đạt chất lượng cao có hiệu kinh tế
Nguyên tắc 1: Nguyên tắc thông tin phản hồi
Muốn trình điều khiển đạt chất lượng cao, hệ thống phải tồn hai dịng thơng tin: từ điều khiển đến đối tượng từ đối tượng ngược điều khiển (dịng thơng tin ngược gọi hồi tiếp) Điều khiển không hồi tiếp (điều khiển vịng hở) khơng thể đạt chất lượng cao, có nhiễu
(5)khiển bù nhiễu cho chất lượng tốt
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bù nhiễu
Điều khiển san sai lệch (H.1.4): Bộ điều khiển quan sát tín hiệu c t( ), so sánh với tín hiệu vào mong muốn r t( ) để tính tốn tín hiệu điều khiển u t( ) Nguyên tắc điều khiển điều chỉnh linh hoạt, loại sai lệch, thử nghiệm sửa sai Đây nguyên tắc điều khiển
Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển san sai lệch
Điều khiển phối hợp: Các hệ thống điều khiển chất lượng cao thường phối hợp sơ đồ điều khiển bù nhiễu điều khiển san sai lệch hình 1.5
Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phối hợp
Nguyên tắc 2: Nguyên tắc đa dạng tương xứng
(6)C HÀM MÔ TẢ CÁC KHÂU PHI TUYẾN ĐIỂN HÌNH Khâu có vùng chết
sin
sin N
D, x(t) Msin t M M D α + α = − π α = = ω > 2
2 Khâu bão hòa
sin
N= α + α
π
2
3 Khâu khe hở
sin cos
sin
N j
M ; A
A D α α α = − + − π π π α = − = 2 2 1 Rơle vị trí có trễ
(cos cos )
( )
(sin sin )
sin N N K N
A D h 2K -j
A(D h)
D M
; sin ; A
A M D h
= α + α π + α − α π + α = α = = + 2
5 Khâu so sánh có trễ
Trigger Schmit khơng đảo
max
(cos sin ) sin H H V N j AV M M
, A
A D V
= α + α π α = = =
6 y x N M
y x = ⇒ = π = − 2 y x ; N 3M2
4
= =
45o x -D F(x) -D D 45o x F(x) VH VL
Vomax F(x)
Vi
x -KN
D + h D
-D
-D - h
KN h
x F(x)
F(x)
0 x
Y = -x2
Y = x2
-D 45o
D
(7)Tài liệu tham khảo
1 Nguyễn Thị Phương Hà, Điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1996
2 Nguyễn Thị Phương Hà, Bài tập Điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1996
3 Benjamin C Kuo, Automatic Control Systems, Prentice-Hall Intermational Editions, Seventh Edition, 1995
4 Stanley M Shinners, Modem Control System Theory and Design, New York, 1992
5 John Van De Vegte, Feedback Control Systems, Prentice-Hall, 1991
6 Katsuhiko Ogata, Modern Control Engineering, Prentice-Hall, 1990
7 Charlex L Phillips & H Troy Nagle, Digital Control System Analysis and Design, Prentice-Hall, 1992
8 Leigh J R., Applied Digital Control Theory, Design and Implementation, London, 1984
9 Karl J Åström and Björn Wittemmark, Computer Controlled