Lý thuyết điều khiển tự động

PHAN XUÂN MINH (Chủ biên) HÀ THỊ KIM DUYÊN - PHẠM XUÂN KHÁNH Lý thuyết ĐIỀU KHDỂn Tự ĐỘNG NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC Bản quyền thuộc HEVOBCX) - Nhà xuất Giáo dục 10 - 2008/CXB/51 - 2061/G D M ã số : 7B679Y8 - DAI iy n ổ Á / đ ầ i t Lý th u y ết điểu khiển tự động nghiên cứu nguyên tắc chung để xây dựng hệ tự động, phương pháp để khảo sát chúng mà không p h ụ thuộc vào châ't v ật lý trình Lý thuyết điểu khiển tự động sở lý thuyết để th iế t kế hệ tự động lĩnh vực khác n h au kỹ th u ậ t, kinh tế nghiên cứu hệ th ể sống mơì quan hệ xã hội Nhiệm vụ lý thuyết điều khiển tự động khảo s t đặc tín h tĩnh (ở chế độ xác lập) đặc tính động hệ tự động, nh ằm th iế t kê hệ thông thỏa m ãn yêu cầu cho trước Nội dung lý th u y ết điều khiển tự động bao gồm: - P hân tích hệ thống điều khiển tự động; - Tổng hỢp hệ thống điều khiển tự động Giáo trìn h gồm chương, trìn h bày nội dung cốt lõi Lý th u y ết Điều khiển tự động từ kinh điển đến đại B ằng mơ hình điều khiển tiên tiến, giáo trình không đáp ứng tố t nhu cầu học tậ p sinh viên trưòng cao đảng kỹ thuật, mà cịn tài liệu th am khảo hữu ích cho kỹ sư công việc thực tế tiếp tục nghiên cứu sâu vể Lý thuyết Điều khiển tự động Do vấn đề đưỢc đề cập giáo trìn h rộng, n ên khơng trá n h khỏi khiếm khuyết Các tác giả chân th àn h cảm ơn tr â n trọ n g ý kiến đóng góp bạn đọc để cuốh sách hoàn thiện lần tái sau Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Khoa Điện tử, trưịng Đ ại học Cơng Nghiệp H Nội, Công ty cổ phần sách Đại học - Dạy nghề, 25 H àn Thuyên, Hà Nội Hà Nội, ngày 29 thảng năm 2008 CÁC TÁC GIẦ T ổ N q OUAN hỆ rk ố N q điỀu khiỂN Tự độNq 1.1 GIỚI THIỆU Công nghệ điều khiển tự động khoa học đại, ta gặp ứng dụng điều khiển tự động hầu hết lĩnh vực: Địi sơng (các th iế t bị gia dụng gia đình, hệ thơng điều khiển, giám sá t an ninh, cửa, cầu th an g máy tự động ); Công nghiệp (các dây chuyển sản xuất, tay máy robot lắp ráp, máy gia công CNC ); N ăng lượng (hệ thống điểu khiển nhà máy thủy điện, nhà máy n h iệt điện, điện h ạt n h ân , truyền tải điện ); Nông nghiệp (các nhà nuôi cắy cây, rau, công nghệ cao; hệ thống nuôi, ấp động vật, thủy sản ); Giao thông (máy bay, tà u điện, tàu thủy, tơ, hệ thơng tín hiệu điều khiển giao thông ); An ninh Quân (điểu khiển súng, pháo, máy bay chiến đâu, tên lửa ), Nghiên cứu khoa học (điều khiển q trìn h phóng, giũ quỹ đạo bay tà u vũ trụ , th iết bị thí nghiệm khoa học ) Ngay quản lý xã hội, kinh tế, sản xuâ't, điểu khiển tự động có ứng dụng n h ấ t định, ví dụ quản lý châ't lượng đào tạo kỹ sư trường đại học, điểu tiết giá thị trưịng, sơ lượng, châ't lượng sản phẩm sản xuâ't nhà máy Không ngưòi p h át m inh cơng nghệ điểu khiển tự động, tón tự nhiên H oạt động cùa người ìà rnột ví dụ điển hình, hệ thốhg điều khiển tự động kỳ diệu tự nhiên, từ trìn h giừ lượng hồng cầu, đưòng máu, bơm m áu cung câ^p oxy nuôi tế bào, đến việc điều khiển cánh tay, chân hoạt động, tự động điều tiết m để nhìn rõ v ật khoảng cách nhìn khác Ta có th ể nhận thấy râ't nhiểu hệ thốhg điều khiển tự động tương tự tự nhiên N hững ngưòi nghiên cứu vể lĩnh vực điều khiển tự động ln coi thước ngắm , mục đích để hướng nghiên cứu đ ạt tối T hiết kế, xây dựng hệ thông điều khiển tự động công việc ĩắi hứng th ú hâp dẫn, thích hợp cho ngưịi có tài sáng tạo, đam mê mong muốh khám phá mỏi Bỏi cơng việc địi hỏi học hỏi khơng ngừng, ln Jn sáng tạo Đa sơ' kỷ sư ngành khác thưịng cần nắm vững n h ất kiến thức ngành minh, ví dụ th iết kế mạch phần cứng, thiết kế phần mềm, gia công khí Tuy nhiên, kỹ sư th iết kế hệ thống điểu khiển tự động phải tự nghiên cứu, học hỏi làm việc nhiều lĩnh vực khác Ví dụ như, bạn th iế t k ế hệ thôVig điều khiển cơng nghệ hóa học (dầu khí, hóa châ't, dược phẩm ) bạn cần phải trang bị Ihêm kiến thức lĩnh vực hóa học, y học, khí, điện, điện tử, công nghệ thông tin, chưa kể đến toán học v ật lý học, điểu khiển học mà bạn học Đặc biệt sô' ngành p h át triển Việt Nam, điểu khiển tà u biển, th iết bị bay (máy bay, tên lửa, đạn pháo ), vũ trụ thiên vàn bạn cần phải có kiến thức vê quay định vỊ, hệ tọa độ không gian, quỹ đạo, khí động lực học 1.2 NHIỆM v ự C BẢN CỦA LÝ THUYẾT ĐIỂU KHIỂN T ự đ ộ n g Lý th u y ết điều khiển tự động nghiên cứu nguyên tắc chung để xây dựng hệ tự động, phương pháp để khảo sát chúng m không phụ thuộc vào chất vật lý trình Lý thuyết điều khiển tự động sở để th iết k ế hệ tự động lĩnh vực khác nh au kỹ th u ậ t, kinh tế nghiên cứu hệ thể sông mối quan hệ xã hội Nhiệm vụ lý thuyết điều khiển tự động khảo sá t đặc tín h tĩnh (ở chế độ xác lập) đặc tính động hệ tự động, nhằm th iết k ế hệ thông thỏa m ãn yêu cầu cho trước Nội dung lý th u y ết điều khiển tự động bao gồm: 1.2.1 Phân tích hệ thống điều khiển tự động Nhiệm vụ ph ân tích khảo sá t nguyên lý hoạt động phần tử hệ với câ"u trú c thông sô" cho với tác động khác đô'i với hệ thông Nhiệm vụ phân tích bao gồm khảo sá t tính ổn định hệ, đánh giá châ^t lượng tĩn h động, nghĩa khảo sá t trìn h điểu khiển 1.2.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển tự động Nhiệm vụ tổng hỢp nhiệm vụ tương đơì phức tạp hơn, bao gồm việc th iế t kế hệ thông: chọn sơ đồ thực câu điều khiển đối tưỢng, chọn phần tử xác định thông sô" chúng để bảo đảm ch ất lượng yêu cầu đ ặt đốỉ với hệ tự động Nhiệm vụ tổng hỢp gắn liền vởi nhiệm vụ tối ưu hóa, nghía nhiệm vụ tổng hỢp tốỉ ưu theo nghĩa đổì với hệ tự động Lý th u y ết điều khiển tự động liên hệ chặt chẽ vối linh vực khoa học kỹ th u ậ t khác lý th u y ết dao động, lý thuyết mạch, lý th u y ết trình ngẫu nhiên kiến thức máy điện, th iết bị điện, khí nén, th ủ y lực, th iế t bị cảm biến đo lưòng 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN c ô n g nghệ đ ể u KHIỂN T ự ĐỘNG T rải qua lịch sử, ngxíịi ln cơ" gắng thích nghi vói điểu kiện sống khác nhau, dùng trí khơn m ình điều khiển th ế giói theo cách có lợi n h ất cho Từ xa xưa, ngưịi biết h u ấn luyện, khai thác sức ngựa, trâu , voi để thực nhiểu công việc khác nhau, tiếp sau phát m inh cỗ máy thơ sơ để thay th ế cho chúng, trìn h phát triển th ế tiếp diễn Nửa cuối th ế kỷ VXII b đầu x u ât p h át m inh ứng dụng công nghệ điều khiển tự động van an tồn cho hệ thơng khí hơi, điểu khiển tốíc độ cối xay gió Tuy nhiên, p h át m inh quan trọng n h ấ t nay, coi nển móng, động lực cho nghiên cứu lý th u y ết điều khiển sau p h át m inh Jam es W att vào năm 1769 điều khiển tốc độ tuabin nưốc dựa lực quay ly tâm nặng hay gọi máy điều tốc ly tâm (hình 1.1) Nguyên lý hoạt động hệ thơng trì cho tơ'c quay tuabin nước giữ ổn định Nếu tốc độ n táng lên, thông qua câu ly tâm , trư ợt kéo lên (kéo đầu A cánh tay đòn AB) đầu B bị ấn xuống làm cho van đóng lại, làm giảm luồng cấp vào tuabin, tốc độ quay tuabin giảm xuống Tương tự tốc độ quay tuabin ngun nhân bị giảm xuống cánh tay địn AB thơng qua cấu ly tâm hạ đầu A xuổhg nâng đầu B lên để mở cửa van cho luồng vào máy nhiều làm tàng tốc độ quay tuabin nưốc Các th u ậ t toán điều khiển ngày x uất vào khoảng th ế kỷ XIX Nảm 1868, Ja m es Clerk Maxwell đưa "Tiêu chuẩn ổn định hệ bậc ba dựa hệ sơ' phương trình vi phân" N àm 1874, Edvvard Jonh Routh, dựa đề xuất VVilliam Kingdon Clifford đưa "Tiêu chuẩn ổn định hệ bậc năm" Năm 1877, để tài nghiên cứu Adams Pride đưa ‘T iê u chuẩn ổn định hệ thống động” P h t triển đồng th u ậ n vối nghiên cứu này, Routh công bố viết với tiêu để ‘T h am luận ổn định trạ n g th chuyển động”, nội dung báo ngày tiêu chuẩn ổn định Routh - H urw itz đề cập đến Chương Ngoài ra, A lexandr Lyapunov góp cơng lớn cho p h át triển toán học điều khiển ổn định hệ thống điều khiển Ngay sinh viên tạ i đại học St Petersburg Nga, Lyapunov mỏ rộng công việc Routh cho hệ phi tuyến luận án tiến sỹ khoa học vào năm 1892 với tựa đề “Vân đề tổng quan ổn định chuyển động” Các biến đổi toán học sỏ để p h át triển lý thuyết điều khiển Laplace (1749 - 1827) Pourier (1758 - 1830) p h t triển Cuối năm 1920 đầu năm 1930, H w Bode H N yquist làm việc phịng th í nghiệm điện thoại Bell nghiên cứu cơng trìn h th iết kê khuếch đại ph ản hồi dựa trê n đáp ứng tầ n sô" ngưỢc lại tốn họr biến Rồ” phức, cơng trìn h miêu tả cách xác định tín h ổn định hệ thống sử dụng phương pháp miền tần số Phương pháp sau mỏ rộng đời phương pháp th iết k ế hệ thống điểu khiển mà ngày sử dụng rộng rãi Năm 1948, VValter R Evans kỹ sư làm ngành hàn g không, p h át triển kỹ th u ậ t đồ th ị để vẽ quỹ đạo nghiệm phương trìn h đặc trư ng hệ thống có phản hồi Đây thực đóng góp rắt quan trọng trìn h p h t triển Lý thuyết Điểu khiển tự động, phương pháp ngày phương pháp quỹ tích nghiệm số đưỢc đề cập đến chương Lý th u y ết điểu khiển kinh điển từ trước năm 1950 để cập đến hệ thông đầu vào - đầu SISO (Single In p u t - Single O utput) giới hạn cơng cụ tính tốn Vói địi máy tính th ậ p niên 1950, biểu diễn, phân tích hệ thống khơng gian trạn g thái phương pháp tổng hợp hệ thống nhiều đầu vào - nhiều đầu MIMO (M ulti In p u t - M ulti O utput) x u ất ứng dụng th àn h công số hệ thống phức tạp quân sự, vũ trụ , cơng nghiệp Khoảng thịi gian từ 1960 đến thòi kỳ phát triển m ạnh mẽ lý thuyết điểu khiển nâng cao: điểu khiển ưu, bền vững, trí tuệ nhân tạo (mạng nơron), logic mị (fuzzy logic) đưỢc ứng dụng vào hệ thông điểu khiển đại giúp cho hệ thống diều khiển tự động ngày ổn định thông minh hđn Trên tấ t cả, lý thuyết điểu khiển kinh điển nển tảng điểu khiển đại Việc kết hợp lý thuyết điều khiển kinh điển vối đại cho ta hệ thốhg đơn giản rà't hiệu quả, 1.4 C SỞ HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN T ự ĐỘNG Trong hệ thống điêu khiển tự động tồn hai th àn h phần Đối tượng điều khiển (ĐTĐK) Bộ điều khiển (BĐK) Đôl tượng điều khiển (hệ thốhg máy móc) k ết hỢp th àn h phần (có liên hệ liên kết vối nhau) để thực nhiệm vụ định đó, ĐTĐK có đầu vào tín hiệu kích thích u(t) thích hỢp đáp ứng đầu y(t) thông sô' công nghệ đó, y(t) gọi đại lượng cần điều khiển Lây ví dụ, lị điện trở đốì tượng điểu khiển nhiệt độ lò đại lưđng cần điều khiển y(t) Để đảm bảo cho n h iệt độ lò cố định hay thay dổi theo n h u cầu ta phải thay đổi tín hiệu kích thích u(t) điện áp cấp cho lị u(t) Kích thích ^ Đối tương điéu khiển y(t) ^ Đáp ứng Hình 1.2 Sơ đối tượng diéu khiển với đắu vào vả đắu Các tác động th ay đổi điện áp câ'p cho lò để n h iệt độ lò đ ạt giá trị mong muốh gọi tác động điểu khiển Trong hệ thông điều khiển b ằn g tay, tác động người thực hiện, hệ thống điều khiển tự động th ì điều khiển thực Như vậy, điều khiển hệ thơng tìm cách can thiệp vào hệ thông để hiệu chỉnh, biến đổi cho có đặc điểm, tính ch ất mà ngưịi sử dụng mong mn 1.4.1 Hệ thống điều khiển vòng mỏ Hệ thống điều khiển vòng mở (hình 1.3) hệ thống điểu khiển mà tín hiệu điểu khiển u(t) khơng phụ thuộc vào tín hiệu dáp ứng đầu x(t) Hinh 1.3 Hệ thống điéu khiển vịng mở 1.4.2 Hệ thống vịng kín hay điều khiển có phàn hổi Hệ thơVig vịng kín hay điều khiển có phản hồi (hình 1.4) hệ thơlng điểu khiển mà tín hiệu điều khiển u(t) phụ thuộc vào tín hiệu đáp ửng đầu ra, ví dụ u(t) hàm y(t) Hềnh 1.4 Hệ thống điéu khiển vịng kín Trong sú đồ ngồi tín hiệu đáp ứng đầu y(t), tín hiệu điều khiển u(t), cịn có tín hiệu đ ặt (giá trị mong mn) giá trị mà ngưịi điều khiển mong muốn ỏ đáp ứng đầu hệ thống x(t) ^ Bô điéu khiển (chương trinh) u(t) Mô hỉnh máy giặt y(t) ^ Hỉnh 1.5 Ví dụ thống điéu khiển mảy giặl Một ví dụ đơn giản n h ất vể hệ điều khiển vòng mở điều khiển máy giặt gia đình (hình 1.5) Vói tín hiệu đặt đưỢc lập trìn h sẵn điều-khiển mức nước bơm vào, thòi gian giặt, thòi gian vắt, tốic độ động làm việc trình , tấ t lựa chọn thực nghiộm, cho ch ất lượng đầu “độ sạch” quần áo tốt nhất, đây, tín hiệu đầu “độ sạch” quần áo giặt không đo tự động trình làm việc, ch ất ỉượng hệ thốhg hồn tồn phụ thuộc vào thông số đ ặ t sẵn “bộ điều khiển” tức phụ thuộc vào kinh nghiệm n ^ ò i giặt Với hệ điều khiển vịng kín, ví dụ cụ thể điều khiển nh iệt độ lị điện trở (hình 1.6) Lị điện trở cấu tạo gồm có vỏ kim loại, lốp gạch sam ốt chịu nhiệt, lòng lò gia n h iệt th a n h điện trở đốt, nhiệt độ lò đo đầu đo nhiệt Hình 1.6 Ví dụ hệ thống điéu khiển nhiệt độ lò điện trở Trong hệ thống điểu khiển nh iệt độ lị điện trở, tín hiệu đ ặt x(t) n h iệt độ mong muổh đ ạt được, đáp ứng đầu nh iệt độ thực lò đo sensor nh iệt điện (hoặc n h iệt điện trở) đưa máy tính điểu khiển qua biến đổi A/D (Analog/Digital) Hiệu số n h iệt độ đ ặt với n h iệt độ thực cho ta sai số n h iệt độ e(t) hệ thống Từ sai số máy tín h điểu khiển có nhiệm vụ tín h tốn đưa tín hiệu điều khiển rơle đóng ng nguồn cấp cho lị để giữ cho sai sơ" nh iệt đ t tiêu châ't lượng đă đ ặ t Hình 1.7 Sơ đổ hệ thống điéu khiển lơ nhiệt 1.5 VÍ DỤ MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN T ự ĐỘNG TRONG THỰC TẾ 1.5.1 Hệ thống điều khiển mức chổt lòng Đây mơ hình ta thường gặp hệ thơng cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm , trạm trộ n liệu N hiệm vụ hệ thống trì mức châ't lỏng h bể chứa, mức ch ất lỏng đưỢc đo phản hồi vể 10 điều khiển thông qua đo (hình 1.8) Van ln xả châ"t lỏng đầu vói lưu lượng Qout » van van analog nhận tín hiệu điểu khiển từ th iết bị điều khiển để bơm châ't lỏng vào với lưu lượng Qin nhằm giữ mức chất lỏng h theo mức đ ặt ngưịi sử dụng Mày tính u-"' Hình 1,8 Mô hỉnh hệ thống điéu khiển mức chát lỏng Hinh 19 Sơ hệ thống điéu khiển mức chát lỏng 1.5.2 Hệ thống điều khiển mây công cụ CNC Hệ tru y ền động điểu khiển chương trình sơ' ứng dụng rộng rãi sản xuâ't công nghiệp, n h ất máy gia công cắt gọt kim loại tự động, tru n g tâm gia cơng dây chuyển sản x^t tự động có robot tham gia T rong hệ CNC, máy công cụ hệ điểu khiển số hợp th àn h th iế t bị gia cơng có k h ả lập trình qua thao tác paneỉ qua máy vi tính Việc lập trìn h trực tiếp máy nhò đối thoại ngưòi hệ điều khiển số làm cho máy công cụ CNC trở n ên hữ u dụng kinh tế cho xí nghiệp có quy mơ nhỏ trung bình Trong ví dụ này, ta xét đến điều khiển tru y ền động trục chạy bàn m áy m áy phay CNC trường hỢp tổng q u át n h ất loại máy CNC 11 Trên hình 1.10 sơ đồ truyền động trục máy Độngcơ-S^ phay CNC, gồm trục chuyển động bàn gá phôi X, y, z trục chuyển động dao phay Hình dáng sản phẩm định chuyển động bàn gá phôi, tùy vật liệu cần gia công củng vỊ trí cắt ĂC M ^ X ^ dao mà ấn định tốc độ Động Động dao cắt Các truyền động bàn gá phôi thường E)ộng dùng động trục Hinh 1,10 BỐ trí truyén động trục mày phay CNC truyền vít me, động tùy vào yêu cầu công nghệ mà dùng động điện xoay chiểu AC, chiểu DC, động bước hay AC DC Servo (các loại máy đại dùng động Servo) ị\ Ậ Chương trinh máy tính Bàn địch chuyển Encorder đo góc o o o i Ị ì ì ỉ / // / / Đónqcơ Bộ điéu khiển số ^ - D H f- H - ỉ- ỉ- ỉ Truc vít me o o o /7 n H H l li Phanh Khuếch dại □ 'ề ễo cơng suất 'Q Phản hổi vị trí CO Phản hổi vận tốc Hinh 1.11 Sơ dó điéu khiển trục mảy phay CNC Từ yêu cầu công nghệ, chương trìn h ngưịi sử dụng đưa vào CNC thông qua panel điểu khiển, qua máy vi tính, đĩa chương trình Từ đó, vỊ trí cần thiết để thực biên dạng yêu cầu chức CNC tính tốn nội suy Giá trị tính tốn tín hiệu đ ặt đầu 12 vào cho trục chuyển động X, y, z Trong trưòng hỢp đơn giản n h ất ta coi trục độc lập với (bỏ qua tác động tưđng hỗ trục) la có sơ đồ điều khiển trục hình 1.11 Các giá trị đặt tính toán đưỢc so sánh với giá trị thực tín hiệu vỊ trí vận tốc phản hồi thông qua đầu đo encorder p h át tốc, từ giá trị sai lệch dó mà điểu khiển đưa tín hiệu điểu khiển, tín hiệu điểu khiển đưỢc khuếch đại qua biến đổi công su ât tdi động chấp hành Từ đó, ta rú t sơ đồ tổng hỢp vòng điểu khiển máy phay CNC Hinh 1.12, Sơ tính tốn điéu khiển trục máy phay CNC 1.5.3 Hệ thống điều khiển robot Robot lĩnh vực gắn liền với điện tử, nói đến robot ta thấy ứng dụng to lớn đến đời sơng xã hội công nghiệp sản xuất Trước năm 1990, nước ta chưa du nhập kỹ th u ậ t robot, th ậm chí cịn chưa nh ận nhiều thơng tin lĩnh vực Từ đến có nhiều sở cơng nghiệp nhập robot từ nưốc để phục vụ sản xuâ't, b đầu có nơi b đầu th iết kế chế tạo robot Trong linh vực robot nói riêng diện tử nói chung, điếu khiển tự động đóng vai trị rấ t quan trọng, năo th iế t bị Điều khiển chuyển động tay máy robot chia giai đoạn: lập phương án chuyển động (motion planning), th iết k ế quỹ đạo (trajectory generation), điều khiển bám quỹ đạo (trajectory tracking) Trong giai đoạn lập phương án chuyển động, kinh nghiệm hiểu biết m ình ngưịi th iết k ế lập đưòng chuyển động cho tay máy chưa cần quan tâm đến thòi gian chuyển động Sang giai đoạn th iết k ế quỹ đạo ngưòi th iế t kế phải lập quỹ dạo chuyển động theo đưòng chuyển động mong muôn chọn ^ a i đoạn trưóc, vận tốc, gia tốc chuyển động theo hàm thòi gian Giai đoạn cuốỉ th iế t k ế điều khiển bám theo quỹ đạo chuyển động mong muốh 13 Chương trinh máy tính Hình 1.13 Hệ thống điéu khiển tay máy robot Vấn đề điều khiển robot nói chung rấ t phức tạp, ngồi việc đảm bảo thực quỹ đạo cách xác, phải giải vâ'n đề tương tác vối đối tưỢng công tác Nhiệm vụ robot (tức phần công tác) th iế t lập không gian công tác, tác động điều khiển lại đ ặ t vào khớp nên biến khớp đốỉ tượng điều khiển trự c tiếp Vì vậy, tốn động học ngưỢc bao giị phải đưỢc giải Ngoài kỹ th u ậ t điều khiển cịn phụ thuộc k ết câ'u phần khí robot, ví dụ sử dụng hệ toạ độ Để hay hệ toạ độ khác, sử dụng câ'u chấp hàn h kiểu nào, có dùng truyền động khí phụ hay khơng Hlnh tu Trun động khớp tách riêng khớp tay máy robot Trường hợp đơn giản n h ất điều khiển robot tách riêng khớp điều khiển hoàn toàn độc lập với khâp khác (hình 1.14), hệ điều khiển có đại lượng vào đại lượng - SISO (smgle inpuưsingle output system) Sự ảnh hưởng khớp vói q trìn h làm việc coi nhiễu Khi điều khiển tay máy gần giốhg vỏi điều khiển máy CNC Sơ đồ điều khiển hệ thốhg mô tả hình 1.15 14 Hình 1.15 Sơ điéu khiển khớp tay máy robot 1.5.4 Hệ thống điều khiển ổn định lắc ngang tàu thủy Ví dụ trìn h bày hệ thơng ổn định cho tà u biển gặp sóng to gió lón, tà u bị nghiêng góc (góc Roll) có nghĩa bị lệch góc so vói trục th ẳn g đứng hình vẽ (thường Vây giảm lắc ngang hay gọi tưỢng lắc ngang) Chuyển động lắc ngang tàu chuyển động gây say sóng cho thuyền viên h àn h khách, , , , ^ Hinh 1.16 MO hlnh giàm lác ngang tồu thúy dùng vây phu thịi có the gây hư hỏng hàng hóa chí lắc ngang q m ạnh hàng hóa bị xơ lệch, nghiêm trọng có th ể gây mâ't ổn định cho tà u làm lật tàu Hinh 17 Sơ hệ thống điéu khiển ổn định góc Roll tảu 15 Từ xa xưa, ngưịi ta nghĩ phương pháp khác làm giảm lắc ngang tàu để táng khả nàng làm việc hiệu thuyền viên, giảm tổn thâ't hàng hóa quan trọng làm cho tàu an toàn N hững phương pháp giảm lắc ngang thường dùng như: két chống lắc ngang, biến đổi vỏ tàu, giảm lắc ngang bánh lái, ổn định lắc ngang vây (fin stabilizers), nhiên, hiệu hay sử dụng n h ất ổn định vây, nhằm ph át sinh phản lực chỏing lại nghiêng khơi phục vị trí ổn định tàu Chiều dài vây có th ể điều chỉnh thơng qua hệ truyền động (thưịng dùng hệ thủy lực) rú t h ết vào th ân tàu khơng cần sử dụng, góc nghiêng tàu đo quay định vị 1.5.5 Hệ thống điểu khiển chống íắc ngang máy bay Tương tự tà u thủy, tượng’lắc ngang máy bay gây tác hại nguy hiểm nhiều Để khắc phục tượng này, máy bay sử dụng hệ thông phức tạp, nhiên phần nhiệm vụ hai cánh nhỏ phụ nằm phần sau cánh máy bay (hình 1.18) Hai bên cánh nhỏ có th ể dựng lên cụp xuống thơng qua hệ truyền động, theo nguyên lý động lực học giúp máy bay chống lại nghiêng bên Hình 1.1B, Mơ hỉnh ổn định lác ngang máy bay Sơ đồ điều khiển tổng quan hệ thơng cho hình 1.19, góc lệch đo hệ quay định vị 16 Hình 1.19 Sơ đổ hệ thống điéu khiển ổn định góc Roll mảy bay 1.6 TĨM TẮT Chương giói thiệu tổng quan điều khiển tự động, lịch sử phát triển, khái niệm hệ thông điều khiển sơ" ví dụ tổng quan hệ thơng điều khiển thực tế, qua rú t ý th iết k ế xây dựng hệ thông điểu khiển: - Xác định mục đích điều khiển việc phải xác định bắt dầu vối hệ thông bâ't kỳ, điều khiển gì, với độ xác th ế nào, khoảng giá trị Điều cần phải trìn h bày giá trị, thông sô cụ thể - Nắm vững vể th iết bị điều khiển, đo lưòng thiết bị chấp hành: điều giúp ta có lựa chọn xác hiệu n h ất thiết bị dùng hệ thôVig nhằm đ ạt mục đích điều khiển đề t - Hiểu biết vể quy trìn h cơng nghệ, mơi trưịng làm việc, đặc trư n g hệ thống điều khiển mà ta xây dựng: ta th iết kế, xây dựng hệ thống điểu khiển tàu biển tốt chưa lần lái hay n h ất quan sát người ta lái tàu biển, không t.hể điều khiển máy bay không tran g bị kiến thức tốt vể khí động lực học vấn đề quan trọng kỹ sư điểu khiển tự động phải tra u dồi cho kiên thức lĩnh vực mà hệ thống điểu khiển m ình hoạt động G T r EK tư đòng - A 17 ... hệ tự động, nh ằm th iế t kê hệ thông thỏa m ãn yêu cầu cho trước Nội dung lý th u y ết điều khiển tự động bao gồm: - P hân tích hệ thống điều khiển tự động; - Tổng hỢp hệ thống điều khiển tự động. .. vật lý trình Lý thuyết điều khiển tự động sở để th iết k ế hệ tự động lĩnh vực khác nh au kỹ th u ậ t, kinh tế nghiên cứu hệ thể sông mối quan hệ xã hội Nhiệm vụ lý thuyết điều khiển tự động. .. q điỀu khiỂN Tự độNq 1.1 GIỚI THIỆU Công nghệ điều khiển tự động khoa học đại, ta gặp ứng dụng điều khiển tự động hầu hết lĩnh vực: Địi sơng (các th iế t bị gia dụng gia đình, hệ thơng điều khiển,