Bài giảng Lý thuyết điều khiển 1 - Chương 1: Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1

Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 Mục đích -Hiểu được định nghĩa như thế nào là điều khiển tự động -Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển cơ bản -Phân loại hệ thống điều khiển -Các nguyên tắc điều khiển Lý thuyết điều khiển 1 1 Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 I. Khái niệm cơ bản Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ thống đạt được theo tiêu chuẩn mong muốn. Điều khiển tự động là điều khiển không có tác động của con người Ví dụ: Điều khiển tốc độ của xe motô theo mong muốn Lý thuyết điều khiển 1 2 Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 I. Khái niệm cơ bản Hệ thống ĐKTĐ bao gồm 3 phần chủ yếu: - Thiết bị điều khiển (TBĐK) - Đối tượng điều khiển (ĐTĐK) - Thiết bị đo lường và cảm biến (TBĐL) Nhiễu N Lý thuyết điều khiển 1 3 Thiết bị điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường Ngõ vào R Ngõ ra C Tín hiệu điều khiển U Tín hiệu hồi tiếp Cht Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 I. Khái niệm cơ bản Hệ thống ĐKTĐ bao gồm 3 phần chủ yếu (dạng sơ đồ khối): Lý thuyết điều khiển 1 4 - r(t) (reference): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn - c(t): tín hiệu ra - cht(t): tín hiệu hồi tiếp - e(t): sai số - u(t): tín hiệu điều khiển Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 Ví dụ: Ngõ vào R Thiết bị điều khiển Tín hiệu điều khiển Tín hiệu hồi tiếp Lý thuyết điều khiển 1 5 Giá trị mong muốnĐộ sai lệch Đối tượng điều khiển Độ cao h Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 + Hệ thống điều khiển hở: không có tín hiệu phản hồi từ ngõ ra về thiết bị điều khiển TBĐK ĐTĐK Ngõ raNgõ vào Lý thuyết điều khiển 1 6 Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ trong phòng Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 + Hệ thống điều khiển kín: có tín hiệu phản hồi từ ngõ ra về thiết bị điều khiển TBĐK ĐTĐK Ngõ raNgõ vào TBĐL Lý thuyết điều khiển 1 7 Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 II. Các nguyên tắc ĐKTĐ 1. Nguyên tắc giữ ổn định a. Điều khiển sai lệch TBĐK ĐTĐK Ngõ raNgõ vào -+ Lý thuyết điều khiển 1 8 TBĐL Tín hieäu C ñöôïc phaûn hoài vaø phoái hôïp vôùi tín hieäu vaøo R taïo ra sai leäch  = R – C. Tín hieäu sai leäch naøy ñöôïc ñöa vaøo TBÑK taïo ra tín hieäu ñieàu khieån U ñaët leân ÑTÑK. Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 b. Nguyeân taéc buø taùc ñoäng beân ngoaøi(feed forward control): TBÑK ÑTÑKU C N Loaïi heä thoáng naøy cho pheùp giöõ ngoõ ra khoâng ñoåi vaø khoâng phuï thuoäc vaøo taùc ñoäng beân ngoaøi Lý thuyết điều khiển 1 9 c. Nguyeân taéc ñieàu khieån hoãn hôïp (Sai leäch + buø taùc ñoäng beân ngoaøi): TBÑK ÑTÑKU C N TBĐL + - Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 2. Điều khiển theo chương trình Sử dụng cho hệ hở. Ngõ ra thay đổi theo một chương trình định sẵn. 3. Nguyên tắc tự chỉnh định Có khả năng tự thích nghi, tự cải tiến đối với sự thay đổi của các thông số. Nhiễu Lý thuyết điều khiển 1 10 TBĐK ĐTĐK Ngõ raNgõ vào TBĐL TBĐK thích nghi Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 III. Phân lọai hệ thống điều khiển. - Hệ tuyến tính và hệ phi tuyến. Hầu hết các hệ thống vật lý đều là hệ phi tuyến. Tuy nhiên, nếu phạm vi thay đổi của hệ không lớn có thể được tuyến tính hóa trong phạm vi biến thiên của các biến tương đối nhỏ. Hệ tuyến tính được biểu diễn dưới dạng phương trình vi phân/sai phân tuyến tính Hệ phi tuyến được biểu diễn dưới dạng phương trình vi phân/sai phân phi tuyến Lý thuyết điều khiển 1 11 - Hệ bất biến và biến thiên theo thời gian. Hệ biến thiên theo thời gian là hệ có ít nhất một tham số biến thiên theo thời gian. Các hệ số của phương trình biến thiên theo thời gian Hệ bất biến theo thời gian (hệ dừng) là hệ có các tham số không đổi theo thời gian. Các hệ số của phương trình không thay đổi theo thời gian. Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 - Hệ liên tục và gián đọan theo thời gian Trong hệ liên tục theo thời gian, tất cả các biến là hàm liên tục theo thời gian Hệ gián đoạn là hệ có ít nhất một tín hiệu là hàm gián đoạn theo thời gian. Hệ gián đoạn gồm: + Hệ thống xung. + Hệ thống số. Lý thuyết điều khiển 1 12 - Hệ đơn biến và đa biến Hệ đơn biến là hệ có một ngõ vào và một ngõ ra (SISO) Hệ đa biến là hệ có nhiều ngõ vào và nhiều ngõ ra (MIMO) - Hệ xác định và ngẫu nhiên. Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 IV. Ví dụ 1. Điều khiển tốc độ động cơ Khâu hồi tiếp là máy phát tốc, khâu so sánh dùng mạch điện tử và việc thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào động cơ bằng cách thay đổi điện áp vào động cơ Tốc độ động cơ tăng  điện áp tạo ra từ máy phát tốc tăng  hồi tiếp âm nên điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm  tốc độ động cơ ổn định lại Lý thuyết điều khiển 1 13 Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 2. Hệ thống điều khiển số máy công cụ. Bộ điều khiển có thể là máy tính (hệ CNC), nhận giữ liệu gia công và giữ liệu số chuyển đổi từ tín hiệu hồi tiếp vị trí của dao cắt rồi xác định sai lệch. Sai lệch dưới dạng số được chuyển thành tương tự điều khiển cơ cấu chấp hành đưa dao cắt tới vị trí yêu cầu Lý thuyết điều khiển 1 14 Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 3. Điều khiển lực nắm của cánh tay Robot Lý thuyết điều khiển 1 15 4. Điều khiển mức nước trong phòng thí nghiệm Chương 1. Giới thiệu về Lý thuyết điều khiển 1 V. Nhiệm vụ của lý thuyết điều khiển tự động 1. Xây dựng mô hình tóan học dựa trên hiện tượng vật lý của hệ thống 2. Khảo sát tính ổn định của hệ thống. 3. Khảo sát chất lượng của hệ theo các chỉ tiêu đề ra. Lý thuyết điều khiển 1 16 4. Mô phỏng hệ thống trên máy tính 5. Thực hiện mô hình mẫu và kiểm tra bằng thực nghiệm 6. Tinh chỉnh để tối ưu hóa chỉ tiêu chất lượng 7. Xây dựng hệ thống thiết kế.