qua hình 3.4: Chương trình điều khiển Yêu cầu điều khiển Tác động Đối tượng Điều khiển Kết quả điều khiển NHIỄU Đường phản hồi So sánh
Hình 3.4: Hệ thống điều khiển theo vòng kín
Phương pháp này có khả năng giảm thiểu sự tác động của nhiễu bằng cách liên tục giám sát sự thay đổi tín hiệu ở ngõ ra khi nhận thấy có sự sai lệch lập tức hiệu chỉnh để giảm thiểu sai số này. Như vậy trong hệ thống luôn luôn có sự phản hồi từ ngõ ra trở về giúp hệ thống tác động lên đối tượng cần điều khiển,
cố gắng không để xảy ra hiện tượng mất kiểm soát, tăng tính ổn định cho hệ thống.
Như vậy để điều khiển được hệ thống một cách tự động (giảm thiểu sự giám sát và tác động bởi người điều khiển) bắt buộc đó phải là một hệ thống điều khiển theo vòng kín. Minh hoạ một hệ thống điều khiển theo vòng kín tự động điều khiển và ổn định tốc độ động cơ DC như hình 3.5. Tín hiệu yêu cầu Khuếch đại Động cơ + + _ _ Tải cơ Phản hồi tốc độ Phản hồi vị trí Khuếch đại
Hình 3.5: Hệ thống tự động điều khiển và ổn định tốc độ động cơ DC
Trong hệ thống trên hình 3.5, để tự động điều khiển và ổn định tốc độ động cơ DC, người ta thực hiện phản hồi tốc độ và vị trí. So sánh hai tín hiệu phản hồi này với tín hiệu yêu cầu đặt trước từ bên ngoài, hệ thống sẽ làm việc ổn định theo chế độ đặt trước này.
3.2. Hệ thống điều khiển tự động:
Một hệ thống điều khiển tự động bao gồm 3 phần chủ yếu: Thiết bị điều khiển (TBĐK).
Đối tượng điều khiển (ĐTĐK). Thiết bị đo lường (TBĐL).
N
C
Trang 49
Hình 3.6: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tự động. Trong đó:
C: tín hiệu cần điều khiển, thường gọi là tín hiệu ra (output). U: tín hiệu điều khiển.
TBĐK ĐTĐ
TBĐLF F
Trang 50
R: tín hiệu chủ đạo/ đặt/ chuẩn/ tham chiếu (reference) thường gọi là tín hiệu vào (input).
N: tín hiệu nhiễu tác động từ bên ngoài vào hệ thống. F: tín hiệu hồi tiếp, phản hồi (feedback).
3.3. Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển tự động
Để khảo sát và thiết kế một hệ thống điều khiển tự động người ta thực hiện các bước sau:
a) Dựa trên các yêu cầu thực tiễn, các mô hình vật lý ta xây dựng mô hình toán học dựa trên các quy luật, hiện tượng, quan hệ của các đối tượng vật lý. Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng từ các mô hình toán học của các phần tử riêng lẻ.
b) Dựa trên lý thuyết ổn định, ta khảo sát tính ổn định của hệ thống. Nếu hệ thống không ổn định ta thay đổi đặc tính của hệ thống bằng cách đưa vào một khâu bổ chính (compensation) hay thay đổi thay đổi tham số của hệ để hệ thành ổn định.
c) Khảo sát chất lượng của hệ theo các chỉ tiêu đề ra ban đầu. Nếu hệ không đạt chỉ tiêu chất lượng của bài toán yêu cầu, ta thực hiện bổ chính hệ thống.
d) Mô phỏng hệ thống trên máy tính để kiểm tra lại thiết kế. Đôi khi các bước a, b, c sẽ không cần đến nếu như việc mô phỏng gặp nhiều trở ngại trong khi quá trình thực nghiệm lại dễ dàng thực hiện và thu gặt kết quả cao. Lúc này người ta sẽ tiến hành thực nghiệm, bỏ qua mô phỏng.
e) Thực hiện mô hình mẫu (prototype) và kiểm tra thiết kế bằng thực nghiệm.
f) Tinh chỉnh lại thiết kế để tối ưu hoá chỉ tiêu chất lượng và hạ thấp giá thành (nếu có thể).
g) Xây dựng hệ thống thực tế.
3.1.2 Giới thiệu các hệ thống điều khiển trong công nghiệp
3.1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơ-le, thiết bị cơ khí
Đây là hệ thống điều khiển lâu đời nhất trong các hệ thống điều khiển. Ra đời vào giữa thế kỷ 19, cho đến nay nó vẫn là một trong những hệ thống điều khiển thông dụng nhất bởi các ưu điểm sau: độ miễn nhiễu tuyệt vời, khả năng chịu quá tải của các tiếp điểm tốt, tổn hao trên phần tử đóng cắt nhỏ, tuổi thọ cao và với chương trình điều khiển đơn giản thì đây là mạch điều khiển kinh tế nhất. Ví dụ: mạch điều khiển đèn chiếu sáng, quạt điện … hầu hết đều là hệ thống điều khiển dùng công tắc cơ khí. Xem ví dụ điều khiển dùng rơ-le và thiết bị cơ khí qua hình 3.7.
Hình 3.7: Hệ thống điều khiển dùng rơ-le và thiết bị cơ khí
Đây là mạch mở máy động cơ điện sử dụng động công tắc, thiết bị cơ khí. Khi nhấn nút mở máy M, cuộn dây rơ-le K có điện, đóng tiếp điểm K song song với tiếp điểm M, duy trì dòng điện qua rơ-le K cho dù thôi nhấn nút M. Khi muốn cắt điện cho động cơ chỉ cần nhấn nút D, rơ-le K mất điện do D hở mạch.
Từ lâu, trong điều khiển theo chương trình người ta đã sử dụng các “bộ não” cơ khí để điều khiển hệ thống chạy theo chương trình được định trước. Cụ thể như các bộ công tắc hình trống (drum switch) và công tắc hình cam (rotating-cam limit switch):