Bài giảng Lý thuyết điều khiển tự động - Chương 1: Phần tử và hệ thống điều khiển tự động

Moân hoïc

â ï

LYÙ THUYEÁT ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG

Á À Å Ï Ä

Ù

Giaûng vieân: TS. Huyønh Thaùi Hoaøng

Boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng

Khoa Ñieän – Ñieän Töû

Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM

Email: [email protected]

Homepage: http://www2.hcmut.edu.vn/~hthoang/

26 September 2006

1

Noäi dung moân hoïc

â ï

ä

Chöông 1: Phaàn töû vaø heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng

Chöông 2: Moâ taû toaùn hoïc heä thoáng ñieàu khieån lieân tuïc

Chöông 3: Ñaùnh giaù tính oån ñònh cuûa heä thoáng

Chöông 4: Chaát löôïng cuûa heä thoáng ñieàu khieån

Chöông 5: Thieát keá heä thoáng ñieàu khieån lieân tuïc

Chöông 6: Moâ taû toaùn hoïc heä thoáng ñieàu khieån rôøi raïc

Chöông 7: Phaân tích vaø thieát keá heä thoáng ñieàu khieån rôøi raïc

Chöông 8: Heä thoáng ñieàu khieån phi tuyeán

26 September 2006

2

Taøi lieäu tham khaûo

ø ä

û

Giaùo trình: Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng

Nguyeãn Thò Phöông Haø – Huyønh Thaùi Hoaøng

NXB Ñaïi hoïc Quoác Gia TPHCM

Baøi taäp: Baøi taäp ñieàu khieån töï ñoäng

Nguyeãn Thò Phöông Haø

NXB Ñaïi hoïc Quoác Gia TPHCM

Tham khaûo: taát caû caùc taøi lieäu coù caùc töø khoùa:

control, control theory, control system, feedback control

TD: Automatic Control Systems, B. C. Kuo.

Modern Control Engineering, K. Otaga.

Modern Control System Theory and Design, S.M. Shinners

Feedback Control Systems, J.V.De Vegte.

26 September 2006

3

Chöông 1

PHAÀN TÖÛ VAØ HEÄ THOÁNG TÖÏ ÑOÄNG

À Û Ø Ä Á

Ï Ä

26 September 2006

4

Noäi dung chöông 1

ä

Khaùi nieäm ñieàu khieån

Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån

Phaân loaïi ñieàu khieån

Moät soá ví duï veà caùc heä thoáng ñieàu khieån

26 September 2006

5

Khaùi nieäm veà ñieàu khieån

ù ä à à å

26 September 2006

6

Khaùi nieäm

ù ä

Thí duï 1: Laùi xe, muïc tieâu giöõ toác ñoä xe oån ñònh v=40km/h

1. Maét quan saùt ñoàng hoà ño toác ñoä

⇒ thu thaäp thoâng tin.

2. Boä naõo ñieàu khieån taêng toác neáu v<40km/h,

giaûm toác neáu v>40km/h

⇒ xöû lyù thoâng tin

3. Tay giaûm ga hoaëc taêng ga

⇒ taùc ñoäng leân heä thoáng

Keát quaû cuûa quaù trình ñieàu khieån treân: xe chaïy vôùi toác ñoä “gaàn”

baèng 40km/h.

Ñònh nghóa: Ñieàu khieån laø quaù trình thu thaäp thoâng tin, xöû lyù

thoâng tin vaø taùc ñoäng leân heä thoáng ñeå ñaùp öùng cuûa heä thoáng

“gaàn” vôùi muïc ñích ñònh tröôùc. Ñieàu khieån töï ñoäng laø quaù trình

ñieàu khieån khoâng coù söï taùc ñoäng cuûa con ngöôøi.

26 September 2006

7

Taïi sao caàn phaûi ñieàu khieån töï ñoäng?

û à å ï ä

ï

à

Ñaùp öùng cuûa heä thoáng khoâng thoõa maõn yeâu caàu

Taêng ñoä chính xaùc

Taêng naêng suaát

Taêng hieäu quaû kinh teá

26 September 2006

9

Caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån

ù ø û û ä á

à

å

3 thaønh phaàn cô baûn: ñoái töôïng, boä ñieàu khieån, caûm bieán

26 September 2006

10

Caùc baøi toaùn cô baûn trong lónh vöïc ñieàu khieån töï ñoäng

ù ø ù ï à å ï ä

û

Phaân tích heä thoáng: Cho heä thoáng töï ñoäng ñaõ bieát caáu truùc vaø

thoâng soá. Baøi toaùn ñaët ra laø tìm ñaùp öùng cuûa heä thoáng vaø ñaùnh

giaù chaát löôïng cuûa heä.

Thieát keá heä thoáng: Bieát caáu truùc vaø thoâng soá cuûa ñoái töôïng

ñieàu khieån. Baøi toaùn ñaët ra laø thieát keá boä ñieàu khieån ñeå ñöôïc

heä thoáng thoûa maõn caùc yeâu caàu veà chaát löôïng.

Nhaän daïng heä thoáng: Chöa bieát caáu truùc vaø thoâng soá cuûa heä

thoáng. Vaán ñeà daët ra laø xaùc ñònh caáu truùc vaø thoâng soá cuûa heä

thoáng.

Moân hoïc Lyù thuyeát ÑKTÑ chæ giaûi quyeát baøi toaùn phaân tích heä

thoáng vaø thieát keá heä thoáng. Baøi toaùn nhaän daïng heä thoáng seõ

ñöôïc nghieân cöùu trong moân hoïc khaùc.

26 September 2006

11

Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån

â é à å

ù

26 September 2006

12

Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài

â é â é â û à

Muoán heä thoáng ñieàu khieån coù chaát löôïng cao thì baét buoäc phaûi

coù phaûi hoài thoâng tin, töùc phaûi coù ño löôøng caùc tín hieäu töø ñoái

töôïng.

Caùc sô ñoà ñieàu khieån döïa treân nguyeân taéc phaûn hoài thoâng tin:

Ñieàu khieån buø nhieãu

Ñieàu khieån san baèng sai leäch

Ñieàu khieån phoái hôïp

26 September 2006

13

Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)

â é â é â û à

Sô ñoà ñieàu khieån buø nhieãu

26 September 2006

14

Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)

â é â é â û à

Sô ñoà ñieàu khieån san baèng sai leäch

26 September 2006

15

Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)

â é â é â û à

Sô ñoà ñieàu khieån keát hôïp

26 September 2006

16

Nguyeân taéc 2: Nguyeân taéc ña daïng töông xöùng

â é â é

ï

ù

Muoán quaù trình ñieàu khieån coù chaát löôïng thì söï ña daïng cuûa boä

ñieàu khieån phaûi töông xöùng vôùi söï ña daïng cuûa ñoái töôïng. Tính ña

daïng cuûa boä ñieàu khieån theå hieän ôû khaû naêng thu thaäp thoâng tin,

löu tröõ thoâng tin, truyeàn tin, phaân tích xöû lyù, choïn quyeát ñònh,...

YÙ nghóa: Caàn thieát keá boä ñieàu khieån phuø hôïp vôùi ñoái töôïng.

Thí duï: Haõy so saùnh yeâu caàu chaát löôïng ñieàu khieån vaø boä ñieàu

khieån söû duïng trong caùc heä thoáng sau:

Ñieàu khieån nhieät ñoä baøn uûi (chaáp nhaän sai soá lôùn) vôùi ñieàu

khieån nhieät ñoä loø saáy (khoâng chaáp nhaän sai soá lôùn).

Ñieàu khieån möïc nöôùc trong boàn chöùa cuûa khaùch saïn (chæ caàn

ñaûm baûo luoân coù nöôùc trong boàn) vôùi ñieàu khieån möïc chaát

loûng trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát (möïc chaát loûng caàn giöõ

khoâng ñoåi).

…

26 September 2006

17

Nguyeân taéc 3: Nguyeân taéc boå sung ngoaøi

â é â é å

ø

Moät heä thoáng luoân toàn taïi vaø hoaït ñoäng trong moâi tröôøng cuï theå

vaø coù taùc ñoäng qua laïi chaët cheõ vôùi moâi tröôøng ñoù. Nguyeân taéc boå

sung ngoaøi thöøa nhaäân coù moät ñoái töôïng chöa bieát (hoäp ñen) taùc

ñoäng vaøo heä thoáng vaø ta phaûi ñieàu khieån caû heä thoáng laãn hoäp ñen.

YÙ nghóa: Khi thieát keá heä thoáng töï ñoäng, muoán heä thoáng coù coù

chaát löôïng cao thì khoâng theå boû qua nhieãu

26 September 2006

18

Nguyeân taéc 4: Nguyeân taéc döï tröõ

â é â é ï õ

Vì nguyeân taéc 3 luoân coi thoâng tin chöa ñaày ñuû phaûi ñeà phoøng caùc

baát traéc xaûy ra vaø khoâng ñöôïc duøng toaøn boä löïc löôïng trong ñieàu

kieän bình thöôøng. Voán döï tröõ khoâng söû duïng, nhöng caàn ñeå ñaûm

baûo cho heä thoáng vaän haønh an toaøn.

26 September 2006

19

Nguyeân taéc 5: Nguyeân taéc phaân caáp

â é â é â á

Moät heä thoáng ñieàu khieån phöùc taïp caàn xaây döïng nhieàu lôùp ñieàu

khieån boå sung cho trung taâm. Caáu truùc phaân caáp thöôøng söû duïng

laø caáu truùc hình caây.

Ña soá heä thoáng ñieàu khieån trong caùc daây chuyeàn saûn suaát hieän

nay coù theå chia laøm 3 caáp:

Caáp thöïc thi: ñieàu khieån thieát bò, ñoïc tín hieäu töø caûm bieán.

Caáp phoái hôïp

Caáp toå chöùc vaø quaûn lyù

26 September 2006

20

Nguyeân taéc 5: Nguyeân taéc phaân caáp

â é â é â á

Thí duï: Heä SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

26 September 2006

21

Bài giảng Lý thuyết điều khiển tự động - Chương 1: Phần tử và hệ thống điều khiển tự động - Huỳnh Thái Hoàng