Bài giảng Điều khiển số - Chương 1+2: Những khái niệm cơ bản của điều khiển số. Phép biến đổi Z
CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CỦA ĐIỀU KHIỂN SỐ
1.1 Định nghĩa hệ thống điều khiển số
• Hệ thống điều khiển liên tục: tất cả các tín
hiệu truyền trong hệ thống đều là các tín
hiệu liên tục.
• Hệ thống điều khiển số: có ít nhất một tín
hiệu truyền trong hệ thống là tín hiệu
xung, số.
Ví dụ hệ thống điều khiển liên tục
– điều khiển tốc độ ĐMđl
PI
liên tục
ω*
uđk
α
Rω
(-)
ω
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển liên tục
x(t)
e(t)
u(t)
y(t)
TBĐK
ĐTĐK
(-)
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số
u*
x*
e*
y*
y(t)
TBĐK
số
ĐTĐK
D/A
A/D
TBĐK số: phần mềm
(-)
Máy tính: hệ thống
vi xử lý, vi điều
khiển, PC, …
máy tính
Hệ thống điều khiển số ĐMđl
uđk
α
D/A
A/D
u*
x*
e*
y(t)
TBĐK
số
ĐTĐK
D/A
A/D
(-)
y*(t)
máy tính
Hệ thống điều khiển liên tục ĐMđl
PI
liên tục
ω*
uđk
α
Rω
(-)
ω
x(t)
e(t)
u(t)
y(t)
TBĐK
ĐTĐK
(-)
• Hệ thống điều khiển liên tục: phần cứng. Sơ đồ
nguyên lý của hệ thống và sơ đồ khối tương tự như
nhau.
• Hệ thống điều khiển số: phần mềm. Sự khác nhau
giữa nguyên lý của hệ thống và sơ đồ khối. Nhắc đến
hệ thống điều khiển số là nói đến cả phần cứng và phần
mềm.
Chức năng của máy tính: tính toán, xác định các tín
hiệu Æ xử lý tín hiệu số
u*
x*
e*
y(t)
TBĐK
số
ĐTĐK
D/A
A/D
(-)
y*(t)
máy tính
1.2 Lấy mẫu (lượng tử hóa) tín hiệu
3 nguyên tắc lượng tử hóa
1. Lượng tử hóa theo thời gian: Lấy mẫu tín hiệu vào những thời điểm
định trước, cách đều nhau một chu kỳ lấy mẫu T. Giá trị thu được là
những giá trị của tín hiệu tại thời điểm lấy mẫu.
f(t)
Ví dụ: đo mực nước sông.
Đo mùa khô. Đo mùa nước
dâng
0T
2T
3T
4T
5T
6T
7T
1T
t
2. Lượng tử hóa theo mức: Lượng tử hóa tín hiệu khi tín hiệu đạt những giá trị
định trước.
f(t)
t
Ví dụ: đo mực nước sông theo mức báo động
3. Lượng tử hóa hỗn hợp: Lấy mẫu tín hiệu vào những thời điểm định
trước, cách đều nhau một chu kỳ lấy mẫu T. Giá trị thu được bằng
mức định trước, có sai số bé nhất so với giá trị thực của tín hiệu tại
thời điểm lấy mẫu.
f(t)
Ví dụ đọc số đo
0T
2T
3T
4T
5T
6T
7T
1T
t
Trong kỹ thuật, đại đa số các trường hợp đều
sử dụng phương pháp lượng tử hóa theo thời
gian.
Chỉ xét đến lượng tử hóa theo thời gian
với chu kỳ lấy mẫu T
1.3 Nguyên lý cấu trúc các bộ biến đổi tín hiệu
1. Bộ biến đổi D/A
Chức năng: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu liên tục
0
1
0
f*
f
D/A
4 bit
1
Nguyên lý cấu trúc
R
-
ur
+
4R
2n R
2R
u2
un
u1
-uref
a1
a2
an
ui = -aiuref
n
n
aiuref
ui
u = −R
=
∑2i R ∑
r
2i
i=1
i=1
n
uref
2n
uref
2n
a 2n−i
=
a 2n−1 + a 2n−2 +⋅⋅⋅+ a 21 + a 20
=
(
)
1
2
n−1
n
∑
i
i=1
• Số lượng bit n.
2n −1
ur max = uref
• Giá trị cực đại điện áp đầu ra urmax
2n
uref
2n
• Độ phân giải
• Độ tuyến tính
•Tần số làm việc
2. Bộ biến đổi A/D
Chức năng: biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu số
f
f*
A/D
Nguyên lý cấu trúc
CLK
Bộ đếm
a1
an
D/A
• Tính phức tạp
• Tốc độ
-
+
• Giá thành
f
1.4 Vấn đề chuyển đổi tín hiệu
1. A/D
f(t)
f
f*
A/D
T
f
f *
f
0T
2T
3T
4T
5T
6T
7T
1T
t
f
f*
Nhắc lại hàm bậc thang đơn vị và xung Dirac
1
0⋅⋅⋅t < 0
⎧
⎨
⎩
1(t) =
1⋅⋅⋅t ≥ 0
t
d1(t)
Κδ(t)
δ(t)
δ (t) =
dt
t
t
0⋅⋅⋅t ≠ 0
∞⋅⋅⋅t = 0
⎧
⎨
⎩
SKδ(t) = K
δ (t) =
Sδ(t) = 1
K
1
f(t)
f2
f1
0T
2T
3T
4T
5T
6T
7T
1T
t
Định lý Nyquist: Chu kỳ lấy mẫu T của bộ biến đổi A/D phải có giá trị
1
T ≤
2fmax
trong đó fmax là tần số cực đại của sóng điều hòa hình sin tín hiệu đầu vào.
Ví dụ: f(t) = cos2(100πt)
Tmax = ?
1+ cos(2.100πt)
cos2 100πt =
1
1
fmax =100[Hz] ⇒ Tmax =
= 0.005[s]
200
1
0 . 8
0 . 6
0 . 4
0 . 2
0
T=0.01
0
0 . 0 0 5
0 . 0 1
0 . 0 1 5
0 .0 2
Tải về để xem bản đầy đủ
38 trang
26060
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điều khiển số - Chương 1+2: Những khái niệm cơ bản của điều khiển số. Phép biến đổi Z", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dieu_khien_so_chuong_12_nhung_khai_niem_co_ban_cua.pdf
