Bài giảng Cơ sở tự động - Chương 1: Giới thiệu về hệ thống tự động

Moân hoïc

CÔ SÔÛ TÖÏ ÑOÄNG

Biên soạn: TS. Huỳnh Thái Hoàng

Bộ môn điều khiển tự động

Khoa Điện – Điện Tử

Đại học Bách Khoa TPHCM

Email: [email protected]

Homepage: www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/

Giảng viên: HTHoàng, NVHảo, NĐHoàng, BTHuyền, HHPhương, HMTrí

9 September 2011

1

Noäi dung moân hoïc

 Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển tự động

 Chương 2: Mô hình toán học hệ thống liên tục

 Chương 3: Đặc tính động học

 Chương 4: Đánh giá tính ổn định của hệ thống

 Chương 5: Chất lượng của 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

9 September 2011

2

Taøi lieäu tham khaûo

 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.

9 September 2011

3

Chöông 1

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

9 September 2011

4

Noäi dung chöông 1

 Khái niệm điều khiển

 Các nguyên tắc điều khiển

 Các phần tử trong hệ thống điều khiển tự động

 Phân loại hệ thống điều khiển tự động

 M

ộ

t s

ố

ví d

ụ

v

ề

các h

ệ

th

ố

ng

đ

i

ề

u khi

ể

n

9 September 2011

5

Khaùi nieäm veà ñieàu khieån

9 September 2011

6

Khaùi nieäm veà ñieàu khieån

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

Maét quan saùt ñoàng hoà ño toác ñoä

 thu thaäp thoâng tin.

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

giaûm toác neáu v>40km/h

 xöû lyù thoâng tin

 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.

9 September 2011

7

Heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng ñôn giaûn

9 September 2011

8

Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô hôi nöôùc

9 September 2011

9

Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô hôi nöôùc

9 September 2011

10

Taïi sao caàn phaûi ñieàu khieån töï ñoäng

 Ñaùp öùng cuûa heä thoáng khoâng thoûa maõn yeâu caàu

 Taêng ñoä chính xaùc

 Taêng hieäu quaû kinh teá

9 September 2011

11

Caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån

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

r(t)

y(t)

u(t)

e(t)

Đố

i t

ượ

ng

B

ộ đ

i

ề

u khi

ể

n



y_ht(t)

Cảm biến

Các ký hi

ệ

u vi

ế

t t

ắ

t:

 r(t): tín hiệu đặt hay tín hiệu chuẩn

 u(t): tín hiệu và của đối tượng điều khiển

 y(t): tín hiệu ra của đối tượng điều khiển

 y_ht(t): tín hiệu hồi tiếp

 e(t): sai số

9 September 2011

12

Ñoái töôïng



Raát ña daïng

 Caùc lôùp ñoái töôïng cô baûn:

 Ñieän

 Cô

 Nhieät

 Löu chaát

 Hoùa

 Heä thoáng thöïc teá coù theå bao goàm trong noù nhieàu quaù trình cô

baûn

9 September 2011

13

Caûm bieán



Caûm bieán nhieät ñoä

 Caûm bieán vò trí



Caûm bieán toác ñoä

 Caûm bieán gia toác

 Caûm bieán khoaûng caùch

 Caûm bieán löu löôïng

 Caûm bieán möùc

 Caûm bieán aùp suaát

 Caûm bieán löïc

 Caûm bieán maøu saéc

 Caûm bieán noàng ñoä,...

9 September 2011

14

Boä ñieàu khieån



Cô

 Ñieän

 Ñieàu khieån töông töï (analog)

 Ñieàu khieån soá (digital)

. Ñieàu khieån duøng vi xöû lyù, vi ñieàu khieån, DSP

. Ñieàu khieån duøng maùy tính

. Ñieàu khieån duøng caùc boä ñieàu khieån laäp trình (PLC)

9 September 2011

15

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

 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 Cô sôû tự động 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.

9 September 2011

16

Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån

9 September 2011

17

Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài

 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

9 September 2011

18

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

 Sô ñoà ñieàu khieån buø nhieãu

n

(

t

)

r(t)

u(t)

y(t)

Đối tượng

Bộ điều khiển

9 September 2011

19

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

 Sô ñoà ñieàu khieån san baèng sai leäch

n(t)

r(t)

y(t)

u(t)

e(t)

Đối tượng

Bộ điều khiển



y_ht(t)

Cảm biến

9 September 2011

20

Bài giảng Cơ sở tự động - Chương 1: Giới thiệu về hệ thống tự động - Huỳnh Thái Hoàng