Bài giảng Cơ sở tự động: Chương 1 - TS. Huỳnh Thái Hoàng - Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng

Khái niệm iệ điều điề khiển khiể Các nguyên tắc điều khiển Các phần tử trong hệ thống điều khiển tự động Phân loại hệ thống điều khiển tự động Một ộ số vví dụ về ccácc hệệ thống ố g điều[r]

Moân hoïc CƠ SỞ TỰ ĐỘNG Biên soạn: TS Huỳnh Thái Hoàng Bộ môn điều ề khiển ể tự động Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TPHCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn Homepage: www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ Giảng viên: HTHoàng, NVHảo, NĐHoàng, BTHuyền, HHPhương, HMTrí September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Noäi dung moân hoïc  Ch Chương Giới thiệu 1: hiệ vềề hệ thống hố điều điề khiển khiể tự động độ  Chương 2: Mô hình toán học hệ thống liên tục  Chương 3: Đặc tính động học  Chương 4: Đánh giá tính ổn định hệ thống  Chương 5: Chất lượng hệ thống điều khiển  Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục  Chương 7: Mô tả toán học hệ rời rạc  Chương 8: Phân tích hệ rời rạc  Chương 9: Thiết kế hệ rời rạc  Chương 10: Ứng dụng September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Taøi lieäu tham khaûo  Giaùùo trình: Gi h Lyùù thuyeá h át ñieà ñi àu khieå ån tự độ ñ ng Nguyễn Thị Phương Hà – Huỳnh Thái Hoàng NXB Đạïi họïc Q Quoác Gia TPHCM  Bài tập: Bài tập điều khiển tự động Nguyeãn Thò Phöông Ha Nguyen Haø NXB Đại học Quốc Gia TPHCM Tham khaû Th kh ûo: taáát caûû caùùc taøøi lieä li äu cóù cáùc từø khó kh ùa: control, control theory, control system, feedback control TD: Automatic Control Systems, y B C Kuo Modern Control Engineering, K Otaga Modern Control System Theory and Design, S.M Shinners Feedback Control Systems, Systems J.V.De J V De Vegte Vegte  September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Chöông GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Noäi dung chöông      Khái niệm iệ điều điề khiển khiể Các nguyên tắc điều khiển Các phần tử hệ thống điều khiển tự động Phân loại hệ thống điều khiển tự động Một ộ số vví dụ ccácc hệệ thống ố g điều đ ều khiển ể September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Khaùi nieäm veàà ñieààu khieåån September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Khaùi nieäm veà ñieàu khieån  Thí duï d 1: Laù L ùi xe, muïc tieâ ti âu giữ iữ tố t ác độ ñ ä xe oåån ñònh ñò h v=40km/h 40k /h Mắt quan sát đồng hồ đo tốc độ  thu thaääp thoâng tin Boä naõo ñieàu khieån taêng toác neáu v<40km/h, giaûm toác neáu v>40km/h  xửû lý thông tin  Tay giảm ga tăng ga  tac tác động len leân heä thong thoáng Kết quá trình điều khiển trên: xe chạy với tốc độ “gần” baèng 40km/h  Định nghĩa: Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống g n” với mụïc đích định ị trước Điều khiển tựï độäng là q quaù trình “gaà điều khiển không có tác động người September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Hệ thống điều khiển mực chất lỏng đơn giản September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Điều khiển tốc độ động nước September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Điều khiển tốc độ động nước September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 10 Tại cần phải điều khiển tự động  Đáùp ứùng củûa hệ h thoá h áng khoâ kh ng thoû h ûa maõn yeâu caààu  Tăng độ chính xác  Taêng hieäu quaû kinh teá September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 11 Caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån thaø h ønh phaà h àn cô baû b ûn: đố đ ái tượng, b ñieà ñi àu khieå ån, caûûm bieá bi án r(t)  e(t) Bộ điều khiển u(t) Đối tượng y(t) yht(t) Cảm biến ế Các ký hiệu viết tắt:  r(t): tín hiệu đặt hay tín hiệu chuẩn  u(t): tín hiệu và đối tượng điều khiển  y(t): (t): tín hiệu đối tượng điều khiển  yht(t): tín hiệu hồi tiếp  e(t): sai số September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 12 Đối tượng  Raát ña daï Rat dang ng  Các lớp đối tượng bản:  Ñieän  Cô  Nhieä Nhi ät  Löu chaát  Hoùa  Hệ thống thực tế có thể bao gồm nó nhiều quá trình baûn ban September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 13 Caûm bieán  Caûm bien Cam biến nhiệt độ  Caûm bieán vò trí  Caûm bien Cam bieán toc tốc độ  Caûm bieán gia toác  Cảm biến khoảng cách  Cảm biến lưu lượng  Cảm biến mức  Caûm bieán aùp suaát  Cảm biến lực  Caûm bieán maøu saéc  Cảm biến nồng độ, September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 14 Boä ñieàu khieån  Cô  Ñieän  Ñieu Ñieàu khiển tương tự khien tö (analog)  Ñieàu khieån soá (digital)  Ñieà Ñi àu khieå ån duø d øng vii xử lý l ù, vii ñieà ñi àu khieå ån, DSP  Ñieàu khieån duøng maùy tính  Ñieààu khieåån duøng caùc boä ñieààu khieåån laäp trình (PLC) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 15 Các bài toán lĩnh vực điều khiển tự động    Phaân tích Ph í h heä h thoá h áng: Cho Ch heä h thoá h áng tự độ đ ng đã ñ bieá bi át caááu truùùc vaøø thông số Bài toán đặt là tìm đáp ứng hệ thống và đánh giá chất lượïng hệä g Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc và thông số đối tượng điều khiển Bài toán đặt là thiết kế điều khiển để h ä thong heä th á thoa th û man õ cacù yeu â cau à veà chat h át lượ löô ng Nhaän daïng heä thoáng: Chöa bieát caáu truùc vaø thoâng soá cuûa heä thoáng g Vấn đề dặët là xác định ò caáu truùc vaø thoâng soá cuûa heää thoáng Môn học Cơ sở tự động giải quyếát bài toán phân tích hệ thống và thiết kế hệ thống Bài toán nhận dạng hệ thống g n cứu g moân hocï khaùc ñöôcï nghieâ September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 16 Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 17 Nguyeân taéc 1: 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài  Muoáán heä h thoá h áng ñieà ñi àu khieå ån coùù chaá h át lượ l ng cao thì h baé b ét buoä b c phaû h ûi có phải hồi thông tin, tức phải có đo lường các tín hiệu từ đối tượïng g  Các sơ đồ điều khiển dựa trên nguyên tắc phản hồi thông tin:  Ñieàu khieån buø nhieãu  Ñieàu khieån san baèng sai leäch  Ñieà Ñi àu khieå ån phoá h ái hợ h p September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 18 Nguyeân taéc 1: 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)  S đồ Sô ñ à ñieà ñi àu khieå ån buø b ø nhieã hi ãu n(t) r(t) () September 2011 Bộ điều điề khiển khiể u(t) () Đối tượng t © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM y(t)) y( 19 Nguyeân taéc 1: 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)  S đồ Sô ñ à ñieà ñi àu khieå ån san baè b èng saii leä l ch n(t) r(t)  e(t) Bộ điều khiển u(t) Đối tượng y(t) yht(t) Cảm biến September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 20 Nguyeân taéc 1: 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)  S đồ Sô ñ à ñieà ñi àu khieå ån keá k át hợ h p n(t) r(t)  e(t) Bộ điều khiển u(t) Đối tượng y(t) yht(t) Cảm biến September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 21 Nguyeân taéc 2: 2: Nguyên tắc đa dạng tương xứng    Muoáán quaùù trình h ñieà ñi àu khieå ån coùù chaá h át lượ l ng thì h đa ñ daï d ng cuûûa boä b điều khiển phải tương xứng với đa dạng đối tượng Tính đa dạïng bộä điều khiển thể hiệän khả thu thậäp thông tin,, lưu trữ thông tin, truyền tin, phân tích xử lý, chọn định, Ý nghĩa: Cần thiết kế điều khiển phù hợp với đối tượng Thí dụ: Hãy so sánh yêu cầàu chấát lượng điềàu khiểån và điềàu khiển sử dụng các hệ thống sau:  Ñieu Ñieàu khien khiển nhiệt độ ban baøn ui uûi (chap (chaáp nhaän sai so soá lôn) lớn) vơi với đieu ñieàu khiển nhiệt độ lò sấy (không chấp nhận sai số lớn)  Điều khiển mực nước bồn chứa khách sạn (chỉ cần đảm bảo luôn có nước bồàn) với điềàu khiểån mực chấát lỏng các dây chuyền sản xuất (mực chất lỏng cần giữ không đổi))  … September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 22 Nguyeân taéc 3: 3: Nguyên tắc bổ sung ngoài   Một hệ thống luôn tồn và hoạt động môi trường cụ thể và có tác độäng q qua lạïi chặët chẽ với môi trường đó Nguyê g y n taéc boå sung ngoài thừa nhậân có đối tượng chưa biết (hộp đen) tác động vào hệ thống và ta phải điều khiển hệ thống lẫn hộp đen YÙ nghóa: Y hó Khi thieá thi át keá k á heä h ä thoá th áng tự tư độ ñ äng, muoáán heä h ä thoá th áng coùù coùù chất lượng cao thì không thể bỏ qua nhiễu September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 23 Nguyeân taéc 4: 4: Nguyên tắc dự trữ  Vì nguyên tắc luôn coi thông tin chưa đầy đủ phải đề phòng các bất trắc xảy và không đượïc dùng toàn bộä lựïc lượïng g ñieàu kiện bình thường Vốn dự trữ không sử dụng, cần để đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 24 Nguyeân taéc 5: 5: Nguyeân taéc phaân caáp  Một hệ thống điều khiển phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ sung cho trung tâm Cấu trúc phân cấp thường sử dụng laø cau la caáu truc truùc hình cay caây  Ña soá heä thoáng ñieàu khieån caùc daây chuyeàn saûn suaát hieän co coù the theå chia lam laøm cap: caáp:  Cấp thực thi: điều khiển thiết bị, đọc tín hiệu từ cảm biến  Cap Caáp phoi phối hợ hôp p  Cấp tổ chức và quản lý September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 25 Nguyeân taéc 5: 5: Nguyeân taéc phaân caáp Thí duï du:: Heä SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 26 Nguyeân taéc 5: 5: Nguyeân taéc phaân caáp Thí duï du:: Heä thong thoáng san saûn xuat xuất linh hoạ hoatt (FMS) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 27 Nguyeân taéc 6: 6: Nguyeân taéc caân baèng noäi  Mỗi hệ thống cần xây dựng chế cân nội để có khả tựï g giaûi q quyeá y t biến độäng xảy September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 28 Phân loại hệ thống điều khiển September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 29 Phân loại dựa trên mô tả toán học hệ thống    Hệ thốáng liên tục: Hệ thốáng liên tục mô tảû bằèng phương trình vi phaân Heä thong thoáng rôi rời rạ rac: c: Heä thong thoáng rôi rời rạ racc đượ ñöôcc mo moâ ta taû bang baèng phöông trình sai phaân Hệ thống tuyến tính: hệ thống mô tả hệ phương trình vi phaân/sai phaân tuyeáán tính Hệ thống phi tuyến: hệ thống mô tả hệ phương trình vi phaân/sai phan phan/sai phaân phi tuyen tuyeán Hệ thống bất biến theo thời gian: hệ số phương trình vi phân/ sai phân mô tả hệ thống không đổi Hệ thống biến đổi theo thời gian: hệ số phương trình vi phân/ sai phân mô tả hệ thống thay đổi theo thời gian September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 30 Phân loại dựa trên số ngõ vào – ngõ hệ thống  Heä thoáng moät ngoõ vaøo – moät ngoõ (heä SISO): (Single Input – Single Output) Heä thong thoáng nhieu nhieàu ngo ngoõ vao vaøo – nhieu nhieàu ngo ngoõ (heä MIMO): (Multi Input – Multi Output) Đa số các hệ thống thực tế là hệ phi tuyến biến đổi theo thời gian, nhiều ngõ vào, nhiều ngõ Moân hoï Mon hocc Cô sô sở tự tư động đe đề cập đen đến ly lyù thuyet thuyeát ñieu ñieàu khien khieån heä tuyeán tính baát bieán, moät ngoõ vaøo, moät ngoõ September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 31 Phân loại theo chiến lược điều khiển  Mục tiêu điều khiển thường gặp là sai số tín hiệu và tín hieäu vaøo chuaån caøng nhoû caøng toát Tuøy theo daïng tín hieäu vaøo maø ta co ma coù cac các loạ loaii ñieu ñieàu khien khieån sau:  Ñieàu khieån oån ñònh hoùa: Neáu tín hieäu chuaån r(t) = const, ta goïi laø ñieàu khieån oån ñònh hoùa  Ñieààu khieå Ñi ån theo th chöông hö t ì h Tín trình: Tí hieä hi äu vaøøo r(t) ( ) laø l ø haø h øm thay h đổ ñ åi theo thời gian đã biết trước  Điều khiển theo dõi: Tín hiệu vào r(t) là hàm không biết trước theo thời gian September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 32 Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển    Ñieàu khieån kinh ñieån Điều khiển đại Ñi àu khieå Ñieà ån th thoââng minh i h September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 33 Ñieàu khieån kinh ñieån     Mô tả toán học dùng để phân tích và thiết kế hệ thống là hàm truyeàn Ñaëc ñiem: ñieåm:  Ñôn giaûn  AÙp dung ï g thuaään lôiï cho heää thoáng tuyeá y n tính baát bieán moäät ngoõ g vaøo, moät ngoõ  Kyõ thuaät thieát keá mieàn taàn soá Caùc phöông phaùp phaân tích vaø thieát keá heä thoáng:  Quỹ đạo nghiệm số  Ñaë Ñ ëc tính tí h taà t àn soáá: bieå bi åu đồ ñ à Nyquist, N i t bieå bi åu đồ ñ à Bode B d Boä ñieàu khieån:  Sôm Sớm tre treå pha  PID (Proportional – Integral – Derivative) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 34 Điều khiển đại     Mô tả toán học chủ yếu ế dùng để phân tích và thiết kế hệ thống là phöông trình traïng thaùi Ñaëc ñiem: ñieåm:  Có thể áp dụng cho hệ thống phi tuyến, biến đổi theo thời gian, nhieàu ngoõ vaøo, nhieàu ngoõ  Kỹ thuật thiết kế miền thời gian Caùc phöông phaùp thieát keá heä thoáng:  Ñieàu khieån toái öu  Ñieàu khieån thích nghi  Ñieà Ñi àu khieå ån beà b àn vöng ữ Boä ñieàu khieån:  Hoi Hoài tiep tieáp traï trang ng thai thaùi September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 35 Ñieàu khieån thoâng minh    Về nguyên tắc không cần dùng mô hình toán học để thiết kế hệ thoáng Ñaëc ñiem: ñieåm:  Mô phỏng/bắt chước các hệ thống thông minh sinh học  Bộä điều khiển có khả xử lý y thoâng tin khoâng chaéc chaén, có khả học, có khả xử lý lượng lớn thông tin Caùc phöông phaùp ñieàu khieån thoâng minh  Điều khiển mờ (Fuzzy Control)  Maïng thaàn kinh nhaân taïo (Neural Network)  Thuaä Th ät toá t ùn di truyeà t àn (Genetic (G ti Algorithm) Al ith ) … September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 36 Nội dung môn học Cơ sở điều khiển tự động  Noääi dung N d chính hí h cuûûa moâân hoï h c Cơ sở tự t động độ chuû h û yếáu đề đ à cấáp đế ñ án caùc phöông phaùp kinh ñieån phaân tích, thieát keá heä thoáng tuyeán tính, bất biến, ngõ vào, ngõ Do kiến thức có từ môn học giúp kỹ sư có thể phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển cấp thực thi (cấp điều khiển thiết bị hệ thống điều khieån phan khien phaân cap) caáp) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 37 Caùc moân hoïc lieân quan  Đểå cóù thể Ñ th å thieá thi át keá k á đượ ñöô c caùùc heä h ä thoá th áng ñieà ñi àu khieå ån cấáp thự thö c thi thực tế, ngoài kiến thức lý thuyết điều khiển tự động người thiết kế cần nắm vững kiến thức các liên quan như:  Mạch điện, mạch điện tử  Đo lường công nghiệp  Kỹ thuật số, vi xử lý  Đo lường điều khiển dùng máy tính,… September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 38 Các môn học nâng cao lý thuyết điều khiển tự động    Cacc PP ñieu Caù ñieàu khien khiển đạ ñaii se đượ ñöôcc ñe đề cập đen đến mon moân hoï hoc: c:  Lý thuyết điều khiển đại(bậc Đại học)  Ñieàu khieån toái öu ((baääc Cao hoïïc))  Điều khiển thích nghi bền vững (bậc Cao học)  Ñieàu khieån heä ña bieán (baäc Cao hoïc)  Ñieààu khieåån heä phi tuyeáán (baäc Cao hoïc) Các PP điều khiển thông minh đề cập đến môn học  Trí tueä nhan nhaân taï tao o va vaø heä chuyen chuyên gia (bậc Đạ Ñaii hoï hoc) c)  Heä thoáng ñieàu khieån thoâng minh (baäc Cao hoïc)  Maï Mang ng neuron nhaän daï dang, ng, dự dö bao baùo va vaø ñieu ñieàu khien khieån (baäc Cao hoï hoc) c) Các PP nhận dạng hệ thống đề cập đến môn học:  Mô hình mô (bậc Đại học)  Moâ hình hoùa, nhaän daïng vaø moâ phoûng (baäc Cao hoïc) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 39 Moät soá thí duï veà caùc heä thoáng ñieàu khieån September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 40 Các ứng dụng lý thuyết điều khiển  Aùp dụng hầu hết tất các lĩnh vực kỹ thuật  Hệ thống sản xuất: nhà máy xi măng, nhà máy đường,…  Quaù Q ù trình t ì h coââng nghieä hi äp: nhieä hi ät độ ñ ä, löu lư lượ löô ng, aùùp suaáát, toá t ác độ ñ ä,…  Hệ điện tử: cánh tay máy, máy công cụ,…  Heä thong thoáng thong thoâng tin  Hệ thống sản xuất và truyền tải lượng  Phöông g tieään g giao thoâng g: xe hôi,, taøu hoûa, maùy bay, y, taøu vuõ truïï,…  Thiết bị quân  Thiết bị đo lường  Thiết bị điện tử dân dụng: máy điều hòa, ti vi, tủ lạnh, máy giaët, maùy aûnh, noài côm ñieän,…  Thiet Thieát bò y te teá September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 41 Hệ thống điều khiển nhiệt độä  Nhiệt độ là đại lượng tham gia vào nhiều quá trình công nghệ: sản xuất xi măng, gạch men, nhựa, cao su, hóa dầu, thực phẩm,  Mục tiêu điềàu khiểån thường là giữ cho nhiệt độ ổån định (điềàu khiển ổn định hóa) hay điều khiển nhiệt độ thay đổi theo đặc tính thời gian định trươc thôi trước (đieu (ñieàu khien khieån theo chöông trình) trình) Nhaø maùy xi maêng September 2011 Nhaø maùy giaáy © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 42 Hệ thống điều khiển nhiệt độä  Heä thoáng saáy noâng saûn (caø pheâ, haït ñieàu, tieâu,….) Heä thong thoáng saá say y nong noâng saû san n September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 43 Hệ thống ổn định nhiệt độä September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 44 Hệ thống điều khiển nhiệt độ theo chương trình September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 45 Bộ điều khiển và giao tiếp người dùng VCC 4.7k 4.7k 4.7k Q1 VCC3 VCC2 VCC1 PORTD<7> 1k A1015 D6 LED 7DOAN LED_7DOAN B A C D E 11 F G A B C D E F G DOT VCC SW5 A1015 PORTD<6> Q4 DOT D 10 1k A1015 1k PORTD<4> 4.7k Q3 VCC4 A1015 PORTD<5> 12 1k Q2 VCC 10k 10k PIC16F877A V_sensor VREF+ PORTC<2> 15 16 17 18 23 24 25 26 C16 13 33p C17 33p September 2011 10MHz CRYSTAL 14 12 31 MCLR*/VPP RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS*/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 33 34 35 36 37 38 39 40 DOT A B C D E F G 19 20 21 22 27 28 29 30 SW4 SW3 SW2 SW1 SW4 SW4 SW3 SW3 PORTD<4> PORTD<5> PORTD<6> PORTD<7> SW2 SW2 OSC1/CLKIN RE0/RD*/AN5 RE1/WR*/AN6 RE2/CS*/AN7 10 SW1 OSC2/CLKOUT VSS VSS VDD VDD 11 32 VCC © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM SW1 46 Mạch đo nhiệt độ dùng cặp nhiệt điện (bù nhiệt dùng LM335) +5V R1 10k v1 - OP07 R3 Rf 3.3k 18k Rf 10k +5V R2 10k U1 + +5V - + U5 v4 OP07 + - +5V 7 -5V OP07 RA0/AN0 R4 U6 2.2k -5V -5V LM335 - U2 v2 R6 1k OP07 R5 10k + -5V R8 R9 22k 10k R10 1k +5V + C17 0u 10u + - U3 R7 OP07 100 R11 2.2k - + U4 OP07 Vout = 0.0391Td 8 Thermocouple 7 +5V v3 -5V -5V September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 47 Mạch đo nhiệt độ dùng cặp nhiệt điện (bù nhiệt dùng LM35) U1 LM35 35 + - 10uF V22 R1 25k OP07 5V -5V V3 + - Thermo couple J1 + C2 10uF September 2011 - - OP07 100 V1 OP07 Vout PA0/ADC0 OP07 -5V U3 1.8k -5V R2 + U5 R4 R6 R3 100 3.9k 100 R5 5V 5V U4 GND C1 U2 VOUT 5V VC C 5V -5V © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 48 Mạch coâng suaát R3 FUSE Heater +12V 470 U15 MOC3020 PORTC<2> R1 Q2 BTA16 220Vac 0Vdc Q1 Q2SC1815 47k R2 330 September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 49 Một hệ thống điều khiển nhiệt độ thực tế September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 50 Hệ thống điều khiển động   Độäng Ñ ô (DC, (DC AC) laø l ø thieá thi át bò truyeà t àn độ đ äng đượ đươ c sử dụ d ng raáát phoå h å bieán maùy moùc, daây chuyeàn saûn suaát Có bài toán điều khiển thường g gặëp: điều khiển tốc độä, điều khieån vò trí, ñieàu khieån moment September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 51 Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 52 Điều khiển PID vị trí động DC September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 53 Điều khiển PID số tốc độ động DC September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 54 Một hệ thống điều khiển động thực tế    Động cơ: DC, DC AC Cảm biến: biến trở, máy phát tốc, encoder Boää ñieàu khieån: DC Driver,, AC Driver ((Inverter)) DC Motor Encoder DC Driver September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 55 Hệ thống điều khiển mực chất lỏng  Hệ thống điều khiển mực chất lỏng thường gặp các quá trình công nghiệp chế biến thực phẩm, nước giải khác, các hệ thoá h áng xửû lý l ù nướùc thả h ûi,  Điều khiển mực chất lỏng, điều khiển lưu lượng chất lỏng  Các loại cảm biến đo mức chất lỏng:  Caûm biến đo dịch chuyển: biến trở, encoder  Caûm bieán aùp suaát  Cam Caûm bieán ñieän dung bien September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 56 Một thí dụ hệ thống điều khiển mực chất lỏng Hình vẽ tham khảo từ giáo trình: Cơ sở tự động học, Lương văn Lăng, NXB Đại học Quốc Gia September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 57 Mô hình điều khiển mực chất lỏng phòng thí nghiệm September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 58 Hệ thống điều khiển độ đậm đặc bột giấy September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 59 Heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 60 Heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 61 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển góc cánh nâng máy bay September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 62 Heä thoáng ñieàu khieån maùy CNC September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 63 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy CNC September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 64 Heä thoáng chöng caát (coâng ngheä hoùa hoïc) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 65 Hệ thống điều khiển máy phát điện nước September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 66 ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TẠI SAO CẦN CƠ SỞ TOÁN HỌC? September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 67 Các chiến lược điều khiển n(t) (t) r(t) ()  e(t) Bộ điều điề khiển khiể u(t) () Đối tượng t y(t)) y( yht(t) Cảm biến  ON-OFF: Tín hiệu điều khiển u(t) có hai mức  Lieân tuïc: Tín hieäu ñieàu khieån u(t) nhaän giaù trò lieân tuïc baát kyø September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 68 Ñieàu khieån ONON-OFF  Đơn giản, phân tích và thiết kế không cần dựa vào toán học  Chỉ cho kết điềàu khiểån tốt đối tượng điềàu khiểån không có quán tính có quán tính bé  Moät soá thí duï:  Điều khiển các phần tử khí nén  Điều khiển động kéo băng tải số dây chuyền sản xuaát  Cac Caùc öng ứng dụ dung ng khac khaùc khong khoâng can caàn yeu yeâu cau caàu ñieu ñieàu khien khieån chính xaùc September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 69 Thí dụ điều khiển mực chất lỏng bồn chứa LH LL Maùy bôm Bồn chứa September 2011 V xaûû Van © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 70 Cảm biến mức chất lỏng  Ph Phao September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 71 Cảm biến mức chất lỏng  C û bien Cam bi á ñieä ñi än dung d  Nguyeâ g y n lyù y hoạït độäng  Phaùt hieän chaát loûng: ON  Khoâng phaùt hieän chaát loûng: OFF LL LL September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 72 Thieát bò ñieàu khieån  Relay R R R N Nam chaâ h âm ñieä ñi än Ti áp ñi Tieá điểåm thường đó ñ ùng Tiếp điểm thường mở Loø xo September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 73 Sơ đồ điều khiển mức chất lỏng bồn Sơ đồ điều khiển +24V 0V LH LL K1 K1 K1 Sơ đồ động lực ~220V M K1 September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 74 Đáp ứng hệ thống điều khiển ONON-OFF mức chất lỏng y(t) HIGH LOW Dao động September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM t 75 Thí dụ điều khiển cổng tự động coång cong động cam caû m bien bieán LS2 (coâng taéc haønh trình) MỞ ĐÓNG DỪNG DÖNG September 2011 cam caû m bien bieán LS1 (coâng taéc haønh trình) Yêu cầu: Nhấn nút [MỞ]  cổng mở Nhấn nút [ĐÓNG]  cổng đóng Nhaán nut Nhan nuùt [DÖNG] [DỪNG]  cong cổng dừ döng ng © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 76 Caûm bieán vò trí  Coâng tac Cong taéc hanh haønh trình September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 77 Caûm bieán vò trí  Caûm bien Cam bieán ñieän cam caûm September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 78 Sơ đồ điều khiển cổng tự động +24V Dừng 0V Mở LS1 K2 K1 LS2 K1 K2 K1 Đóng K2 September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 79 Sơ đồ động lực điều khiển cổng tự động Nguoàn DC + K1  K2 M K2 K1 Sơ đồ động lực động DC September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 80 Sơ đồ động lực điều khiển cổng tự động 3Pha220V K1 K1 K1 K2 K2 K2 M Sơ đồ động lực động AC September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 81 Khuyeát ñieåm  Chất lượ Chat löông ng ñieu ñieàu khien khieån co coù ñam đảm bao baûo khong khoâng neu neáu cong coång co coù quan quaùn tính lớn?  Áp dụng sơ đồ tương tự để điều khiển thang máy di chuyển từ tầng này đến tầng khác người sử dụng thang có cảm thấy an toàn, thoải mái? September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 82 Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten Biến trở ((vòò trí ñaëët) AÊn-ten Boä ñieu ñieàu khien khieån Động September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Biến trở (caûûm bieáán vò trí) 83 Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ONON-OFF c(t) (t)  e(t) =  u(t)=0  e(t) >  u(t)=+V  e(t) <  u(t)=V Dao động t September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 84 Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ONON-OFF c(t)  |e(t)|    u(t)=0  e(t) >   u(t)=+V  e(t) <    u(t)=V c(t)  nhỏ: Dao động  lớn: Sai số t September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM t 85 Hệ thống phát hộp sữa rỗng Hộp sữa Loại bỏ CB C l h khí Cy-lanh September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Đạt 86 Thieát bò chaáp haønh: cycy-lanh khí neùn Xylanh khí chieu chieàu September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 87 Thieát bò chaáp haønh: cycy-lanh khí neùn Xylanh khí chieu chieàu September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 88 Relay thời gian (Timer) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 89 Sơ đồ điều khiển loại bỏ hộp sữa rỗng +24V 0V CB T2 R Giữ trạ Giö trang ng thaù thaii loi loãi R R T1 T1 Thờøi gian Th i trìì h hoãõn trước đẩy hộp T2 Thời gian đẩy hộp K September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Van khí đẩåy hộp 90 Dây chuyền đóng hộp táo September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 91 Phaùt hieän taùo: Caûm bieán quang September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 92 Thiết bị đếm táo: Bộ đếm (Counter) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 93 Dây chuyền đóng hộp táo: Sơ đồ điều khiển September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 94 Boä ñieàu khieån laäp trình (PLC  Programmable Logic Controller) September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 95 Haïn cheá cuûa phöông phaùp ñieàu khieån ONON-OFF y(t) t  Đối tượïng có q quán tính,, đáp ứng có dao độäng September 2011 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 96 Cải thiện chất lượng đối tượng có quán tính? y(t) t  Cần hiểu biết đặc tính động học hệ thống  Mo Moâ hình toan toán họ hocc September 2011  Ly Lyù thuyet thuyeát ñieu ñieàu khien khiển tự tư động © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM 97