(Tiểu luận) môn điều khiển tự động nêu định nghĩa về ển, điề điều khi u khiển tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

MÔN: Điều khiển tự động

GVHD:

Nguyễn Thành Phúc

STT:

30

Họ và Tên: Nguyễn Văn Phát
MSSV:

19525141

Lớp:

DHDI15B

SĐT:

0938344584

1

0

0

Tieu luan


Mục lục
I.Bài tập số 01 ............................................................................................................5
Bài 1: ......................................................................................................................5
Bài 2: ......................................................................................................................5
Bài 3: ......................................................................................................................5
Bài 4: ......................................................................................................................6
Bài 5: ......................................................................................................................6
II.Bài tập số 02 ...........................................................................................................7
Bài 1: .......................................................................................................................7
Bài 2: .......................................................................................................................8
Bài 3: .......................................................................................................................9
Bài 4: .......................................................................................................................9
III.Bài tập số 03........................................................................................................10
Bài 1: .....................................................................................................................10
Bài 2: .....................................................................................................................11
Bài 4: .....................................................................................................................13
Bài 5: .....................................................................................................................16
Bài 6: .....................................................................................................................18
Bài 7: .....................................................................................................................21
IV.Bài tập số 04 .......................................................................................................24
Bài 1: .....................................................................................................................24
Bài 2: .....................................................................................................................26
Bài 3: .....................................................................................................................27
Bài 4: .....................................................................................................................29
Bài 5: .....................................................................................................................32
Bài 6: .....................................................................................................................35

Bài 7: .....................................................................................................................39
V.Bài tập số 05.........................................................................................................43
Bài 1: .....................................................................................................................43
2

0

0

Tieu luan


Bài 2: .....................................................................................................................44
Bài 3: .....................................................................................................................44
Bài 4: .....................................................................................................................45
Bài 5: .....................................................................................................................47
Bài 6: .....................................................................................................................48
Bài 7: .....................................................................................................................48
Bài 8: .....................................................................................................................49
Bài 9: .....................................................................................................................51
Bài 10: ...................................................................................................................52
VI.Bài tập số 06 .......................................................................................................54
Bài 1: .....................................................................................................................54
Bài 2: .....................................................................................................................56
Bài 3: .....................................................................................................................58
Bài 4: .....................................................................................................................60
Bài 5: .....................................................................................................................62
Bài 6: .....................................................................................................................64
Bài 7: .....................................................................................................................67
Bài 8: .....................................................................................................................69

Bài 9: .....................................................................................................................72
Bài 10: ...................................................................................................................76
Bài 11: ...................................................................................................................79
Bài 12: ...................................................................................................................81
VII.Bài tập số 07 ......................................................................................................84
Bài 1: .....................................................................................................................84
Bài 2: .....................................................................................................................86
Bài 3: .....................................................................................................................87
Bài 4: .....................................................................................................................88
Bài 5: .....................................................................................................................89
Bài 6: .....................................................................................................................91
3

0

0

Tieu luan


Bài 7: .....................................................................................................................92
VIII.Bài tập số 08 .....................................................................................................94
Bài 1: .....................................................................................................................94
Bài 2: .....................................................................................................................95
Bài 3: .....................................................................................................................96
Bài 4: .....................................................................................................................97
Bài 5: .....................................................................................................................99
Bài 6: ...................................................................................................................101
IX.Bài tập số 09 .....................................................................................................102
Bài 1: ...................................................................................................................102

Bài 2: ...................................................................................................................104
Bài 4: ...................................................................................................................108
X. Bài tập số 10......................................................................................................110
Bài 1: ...................................................................................................................110
Bài 2: ...................................................................................................................112
Bài 3: ...................................................................................................................114
Bài 4:...................................................................................................................116
Bài 5: ...................................................................................................................116
Bài 6: ...................................................................................................................117
Bài 7: ...................................................................................................................118
Bài 8: ...................................................................................................................119
Bài 9: ...................................................................................................................120

4

0

0

Tieu luan


I.Bài tập số 01
Bài 1:
Nêu định nghĩa về điều khiển, điều khiển tự động?
Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để
đáp ứng của hệ “gần” với mục đích định trước. Điều khiển thự động là q trình mà
khơng có sự tác động cuả con người.
Cho ví dụ?
Cửa tự động

Cảm biến hồng ngồi(fan light): thu thập thơng tin
Hệ thống điều hành: xử lí thơng tin
Cơng tắc động cơ: tác động lên hệ thống.
Bài 2:
Tại sao cần điều khiển tự động?
Đáp ứng hệ thống không thỏa mãn yêu cầu, nên cần tăng độ chính xác, tăng năng
xuất, tăng hiệu quả kinh tế, tiết kiệm được thời gian, chi phí cơng nhân và làm được
những việc con người không làm được.
Bài 3:
Nêu các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển tự động? Vẽ sơ đồ khối? Cho biết các
thành phần này trong ví dụ câu 1?
Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển:
Gồm 3 thành phần cơ bản:
+ Đối tượng
+ Bộ điều khiển
+ Thiết bị đo lường(cảm biến)
r(t)

e(t)

u(t)

Bộ điều khiển

Ckt(t)

Đối tượng

c(t)

Cảm biến

Đối tượng: cánh cửa.
5

0

0

Tieu luan


Thiết bị đo lường: cảm biến hồng ngoại.
Bộ điều khiển là: hệ thống điều hành, động cơ và các bộ phận còn lại.
Bài 4:
Nêu các điều khiển thường gặp, mỗi loại cho một vài ví dụ? Cho biết thành phần trong
các ví dụ này?
Các điều khiển thường gặp là:
-

Điều khiển tốc độ

Ví dụ: điều chỉnh tốc độ của động cơ, máy quạt, thang máy,…
Đối tượng là tốc độ quay của motor, bộ phận đo lường là encoder, bộ phận điều khiển
Inverter,..
-

Điều khiển vị trí

Ví dụ: điều chỉnh vị trí trong thang máy, máy in, máy tiện CNC,..

Đối tượng là máy in, thiết bị đo lường là cảm biến vị trí, bộ phận điều khiển là các bộ
phận còn lại.
-

Điều chỉnh moment

Ví dụ: điều chỉnh moment trong bang chuyền, cần cẩu,….
Đối tượng là moment xoắn trong bang chuyền, thiết bị đo lường là bộ phận cảm biến
moment, bộ phận điều khiển là phần còn lại .
Bài 5:
Nêu các ứng dụng của lý thuyết điều khiển trong thực tiễn, cho ví dụ?
-

Áp dụng trong hầu hết tất cả các lĩnh vực kỹ thuật

-

Hệ thống sản xuất: nhà máy xi măng, nhà máy giấy

-

Q trình cơng nghiệp: nhiệt độ, áp suất

-

Hệ cơ điện tử: robot di động, cánh tay máy,..

-

Hệ thống thông tin: hệ thống phát thanh, truyền hình, tổng đài điện thoại,..

-

Hệ thống sản xuất và truyền tải năng lượng: nhà máy điện

-

Phương tiện giao thông: xe hơi, xe gắn máy, máy bay,..

-

Thiết bị đo lường: các máy vẽ, máy in,..

-

Thiết bị điện tử dân dụng: máy điều hòa, ti vi, tủ lạnh, máy giặt, nồi cơm,..
6

0

0

Tieu luan


-

Thiết bị y tế: máy chụp Xquang,…

II.Bài tập số 02

Bài 1:

a) Hàm nấc đơn vị.

b) Hàm đirac

c) Hàm dốc đơn vị.

d) Hàm mũ đơn vị.
7

0

0

Tieu luan


e) Hàm sin.

f) hàm cos.

g)

Bài 2:
a)

M
M

+ 𝐵𝑣(𝑡) = 𝑓(𝑡)

𝑑𝑣(𝑡)
𝑑𝑡

 Sau khi biến đổi Laplace ta được: M.s.V(s)+B.V(s)=F(s)

 Hàm truyền G(s) = F(s) =

𝑑2 𝑦(𝑡)
𝑑𝑡 2

+𝐵

𝑑𝑦(𝑡)
𝑑𝑡

V(s)

1

Ms+B

+ 𝐾𝑦(𝑡) = 𝑓(𝑡)

8

0

0

Tieu luan


 Sau khi biến đổi Laplace ta được: M.s2 .Y(s)+B.s.Y(s)+K.Y(s)=F(s)
 Hàm truyền G(s) =

Bài 3:
d3 c(t)
dt3

+

d2 c(t)
dt2

+

Y(s)

F(s)

+ c(t) =

dc(t)
dt

=

1

M.𝑠2 +B.s+K

d2 r(t)
dt2

+

dr(t)
dt

+ r(t)

 Sau khi biến đổi Laplace ta được: s3 .C(s)+s2 .C(s)+s.C(s)+C(s)=s2 .R(s)+s.R(s)+R(s)
 Hàm truyền G(s) =

d3 y(t)
dt3

+ 2.

d2 y(t)
dt2

+ 3.

R(s)

𝑠2 +s+1

𝑠3 +𝑠2 +s+1

+ 4y(t) = 3.

dy(t)
dt

=

C(s)

dr(t)
dt

+ 4r(t)

 Sau khi biến đổi Laplace ta được: s3 .Y(s)+2s2 .Y(s)+3s.Y(s)+4Y(s)=3.s.R(s)+4R(s)

 Hàm truyền G(s) =

R(s)

Bài 4:

-

-

3s+4

𝑠3 +2𝑠2 +3s+4

-

Thực hiện phép biến đổi laplace ngược sau F(s) =

-

Phấn tích F(s) thành các biểu thức tối giản:

Ta có: F(s) =

10

=

𝑠(𝑠+2)(𝑠+3)2

A = s.F(s)|s=0 =

10

𝐴
𝑠

|

+

(s+2)(s+3)2 s=0

- B = (s+2).F(s)|s=−2 =
-

=

Y(s)

𝐵

𝑠+2

=

|
s(s+3)2 s=−2

C = (s + 3)2 F(s)|𝑠=−3 =

10

10

𝑠(𝑠+2)

5

+

9

𝐶

(𝑠+3)2

+

 D=

Vậy F(s) =

−10(2s+2)
|
s2 +(s+2)2 s=−3
10

s(s+2)(s+3)2

=

=

5

9s

40
9

−

5

|𝑠=−3 =

s+2

10

+

10
3

5

10

3.(s+3)2

 𝐿−1 {𝐹(𝑠)} = 𝑓(𝑡) = − 5e−2t +
9

𝐷

𝑠+3

= -5

D = ds [(s + 3)2 F(s)]|(s = −3) = s(s+2) |s=−3 =
d

10
s(s+2)(s+3)2

10
3

+

10
3

40

9(s+3)

t. e−3t +

40
9

e−3t
9

0

0

Tieu luan

III.Bài tập số 03
Bài 1:

- Ga(s) = G1(s)//G3(s) => Ga(s) = G1(s)+G3(s)
- Gb(s) = vòng hồi tiếp âm [G2(s) và H1(s)]
G2(s)

 Gb(s)= 1+G2(s).H1(s)

- Gc(s) = Ga(s) nối tiếp Gb(s)

G2(s)

 Gc(s) = Ga(s) + Gb(s) = G1(s)+G3(s) +1+G2(s).H1(s)

10

0

0

Tieu luan


 G(s) =

-

Bài 2:

Gc(s)

1+ Gc(s)

=

Thế s vào ta được:

1+G2(s).H1(s)
G2(s)
G2(s)
G1(s)+G3(s)
++
1+
G1(s)+G3(s)

1+G2(s).H1(s)

=

(s(s
)+)G3
(s)+H1(s)
1+G2(
(G1s()s.()G1
).G2(s)
+G3

2s+3

2s3 + 10s2 +22s+27

- G1=G2=G3=G4 =s

-

Đổi vị trí bộ tổng 1 ra sau bổ tổng 2

-

Ga(s) = G1(s) // với nhánh => Ga(s) = 1+G1(s)

-

Gb(s) = G3(s)//G4(s) => Gb(s) => Gb(s) = G3(s)-G4(s)

-

Gc(s) = vòng hồi tiếp âm của [ G2(s) và Gb(s) ]
11

0

0

Tieu luan


- Gc(s) =
-

G2(s)
1+G2(s).[G3(s)−G4(s)]

G(s) = Ga(s) nối tiếp với Gc(s)

 G(s)= 1+G1(s) x

Bài 3:

G2(s)

1+G2(s).[G3(s)−G4(s)]

=

G2(s).[1+G1(s)]
1+G2(s).[G3(s)−G4(s)]

Thế s vào ta được: s2 + 𝑠

-

G1=G2=G3 = s

-

H1=H2=H3 = 𝑠

-

Ha(s) = H1(s)//H2(s)//H3(s)

1

 Ha(s) = H1(s)-H2(s)+H3(s)
-

Ga(s) = G2(s) nối tiếp G3(s)

 Ga(s) = G2(s).G3(s)

12

0

0

Tieu luan


-

Gb(s) = vòng hồi tiếp [Ga(s) với Ha(s)]

 Gb(s) =

Ga(s)

1+Ga(s).Ha(s)

=

G3
1+G2(s).G3(G2(s).
s).[H1(
s)(s)
−H2(s)+H3(s)]

- Gs = G1(s) nối tiếp Gb(s) = G1(s) x 1+G2(s).G3(

 Gs =

Bài 4:

G2(s).G3(s).G1(s)

1+G2(s).G3(s).[H1(s)−H2(s)+H3(s)]

G2(s).G3(s)
s).[H1(s)−H2(s)+H3(s)]

s3

Thế s vào ta được: 𝑠+1

-

G1=G2=G3 = s

-

H1=H2=H3 =

-

Ta chuyển nhánh V3(s) ra sau G2(s)

1

𝑠

13

0

0

Tieu luan


-

G3(s)

Ga(s) = vòng hồi tiếp[G3(s) với H3(s) ] => Ga(s) = 1+G3(s).𝐻3(s)
Gb(s) = 1 +

1

𝐺2(s)

-

Chuyển bộ tổng V3(s) ra trước G1(s)

-

Gab(s) = Ga(s) nối tiếp Gb(s) => Gab(s) = Ga(s).Gb(s) =

- Ha(s) = H2(s) nối tiếp 1/G1(s) => Ha(s) =
-

H2(s)

G1(s)

G3(s)

1+G3(s).𝐻3(s)

.(1 +

1

𝐺2(s)

Gc(s) = G1(s) nối tiếp G2(s) => Gc(s) = G1(s).G2(s)

14

0

0

Tieu luan

)


H2(s)

𝐺1(𝑠)

-

Hb(s)= Ha(s) // H1(s) => Hb(s) =

-

Gd(s) = vòng hồi tiếp [Gc(s) với Hb(s)]

 Gd(s) =
-

G1(s).G2(s)

H2(s)
1+G1(s).G2(s).( G1(s) +1)

=

G(s) = Gd(s) nối tiếp Gab(s)

 G(s) =

G1(s).G2(s)

+1

G1(s).G2(s)

1+G2(s).H2(s)+G2(s).H2(s).H1(s)
G3(s)

H2(s)
1+G1(s).G2(s).(
+1) G3(s).H3(s)+1
G1(s)

.

G1(s)G3(s).(1+G2(s))

= [1+G1(s).G2(s).H1(s)].[G3(s).G4(s)+1)]

1

.(1+ G2(s))

s3 +s2

- Thế s vào ta được: s3+s2+s+1
15

0

0

Tieu luan


Bài 5:

-

S nối tiếp vs S => 𝑠 2

-

Ga(s) = 𝑠 2 //(1/s) => Ga(s) =

-

Chuyển nhánh 2 ra sau:

s3 +1
s

16

0

0

Tieu luan


-

H1(s) = s//s = s+s = 2s

-

Gb(s) = Ga(s) nối tiếp 1/s => Gb(s) =

-

s3 +1
s2

Gs = vòng hồi tiếp âm[Gb(s) với H1(s)] => Gs =

𝑠3 +1
𝑠2
𝑠3 +1
1+ 2 .2s
𝑠

=

𝑠3 +1

2𝑠4 +𝑠2 +2𝑠

17

0

0

Tieu luan


Bài 6:

-

G1=G2=G3 = s

-

H1=H2=H3 =

-

Chuyển vị trí bộ tổng 2 ra trước 3 Chuyển vị trí nhánh 4 ra sau G2(s)

-

Chuyển cả 2 bổ tổng (2) và (3) ra trước G1(s).

-

Hb(s) = 1/G1(s) nối tiếp H2(s) => Hb(s) =

-

Gb(s) = H1(s) nối tiếp 1/G2(s) và song song vs nhánh = > Gb(s) =

1

s

H2(s)
G1(s)

H1(s)
+1
G2(s)

18

0

0

Tieu luan

-

Ga(s) = G1(s) nối tiếp G2(s) => Ga(s) = G1(s).G2(s)

Gc(s) = Gb(s) nối tiếp G3(s) => Gc(s) = Gb(s).G3(s)= (
H2(s)
G1(s)

-

Hb(s) = 1/G1(s) nối tiếp H2(s) => Hb(s) =

-

Hc(s) = 1/G1(s) nối tiếp H3(s) => Hc(s) =

-

Gd(s) = Vòng hồi tiếp âm [Hb(s) với Ga(s)] => Gd(s) =

H1(s)

G2(s)

+1).G3(s)

H3(s)
G1(s)

G1(s).G2(s)

Ga(s)
=
1+Ga(s).Hb(s) 1+.G2(s).H2(s)

19

0

0

Tieu luan


-

Ge(s) = Gd(s) nối tiếp Gc(s)

 Ge(s) = Gd(s).Gc(s) =

G1(s).G2(s)

1+.G2(s).H2(s)

.(

H1(s)

G2(s)

G1(s).G3(s).[H1(s)+G2(s)]

-

= [1+.G2(s).H2(s)]+[G3(s).H2(s).(H1(

Gf(s) = vòng hồi tiếp âm[Ge(s)-Hc(s)]

s)+G2(s)]

G1(s).G3(s).[H1(s)+G2(s)]

[1+.G2(s).H2(s)]+[G3(s).H2(s).(H1(s)+G2(s)]
Gd(s)
=
=
H3(s) .G3(s).[H1(s)+G2(s)]
1+Gd(s).Hc(s)
1+

 Gf(s)

[1+.G2(s).H2(s)]+[G3(s).H2(s).(H1(s)+G2(s)]

=

-

+1).G3(s)

G1(s).G3(s).[𝐻1(𝑠)+G2(s)]

[1+.G2(s).H2(s)]+[G3(s).H2(s).(𝐻1(𝑠)+G2(s)] + H3(s) .G3(s).[𝐻1(𝑠)+G2(s)]

Gs = vòng hồi tiếp âm đơn vị của Gf(s)

 Gs =

Gf(s)

1+Gf(s)

=

=

G1(s).G3(s).[H1(s)+G2(s)]
[1+.G2(s).H2(s)]+[G3(s).H2(s).(H1(s)+G2(s)] + H3(s) .G3(s).[H1(s)+G2(s)]
G1(s).G3(s).[H1(s)+G2(s)]
1+
[1+.G2(s).H2(s)]+[G3(s).H2(s).(H1(s)+G2(s)] + H3(s) .G3(s).[H1(s)+G2(s)]

G1(s).G3(s).[H1(s)+G2(s)]

1+G2(s).H2(s)+G3(s).(H1(s)+G2(s)).[G2(s)+G1(s)+H3(s)]

20

0

0

Tieu luan


s4 +s2

- Thế s vào ta được: 2s4+3s2+2𝑠+1

Bài 7:

-

G1=G2=G3 = s

-

H1=H2=H3 =

-

Đổi vị trí bộ tổng 3 và 4 đồng.

-

Di chuyển nhánh 7 ra sau G3(s)

1

𝑠

21

0

0

Tieu luan


-

Ga(s) = vòng hồi tiếp âm[G1(s) với H2(s)] => Ga(s) =

-

Gb(s) = G2(s) nối tiếp G3(s) => Gb(s) = G2(s).G3(s)

-

Ha(s) = H1(s) nối tiếp (1/G3(s)) => Ha(s) =

-

Gc(s) = vòng hồi tiếp âm [Gb(s) với H3(s)]

 Gc(s) =

Gb(s)

1+Gb(s).H3(s)

=

H1(s)
G3(s)

G1(s)

1+G1(s).H2(s)

G2(s).G3(s)

1+G2(s).G3(s).H3(s)

22

0

0

Tieu luan


-

Gd(s) = Ga(s) nối tiếp Gc(s)

 Gd(s) = Ga(s).Gc(s) =
=
-

G1(s).G2(s).G3(s)

[1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)

Ge(s) = vòng hồi tiếp âm [Gd(s) với Ha(s)]

 Ge(s) =
=

-

G2(s).G3(s)
G1(s)
.
1+G1(s).H2(s) 1+G2(s).G3(s).H3(s)

Gd(s)

1+Gd(s).Ha(s)

=

G1(s).G2(s).G3(s)
[1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)
G1(s).G2(s).H1(s)
1+[
1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)]

G1(s).G2(s).G3(s)

[1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)]+ G1(s).G2(s).H1(s)

Gf(s) = Ge(s)//G4(s)

23

0

0

Tieu luan


G1(s).G2(s).G3(s)
 Gf(s) = Ge(s)+G4(s) = [1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)]+ G1(s).G2(s).H1(s)

-

+G4(s)

Gs = vòng hồi đơn vị âm [Gf(s)]

 Gs =
=

Gf(s)

1+Gf(s)

=

G1(s).G2(s).G3(s)
[1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)]+ G1(s).G2(s).H1(s)
G1(s).G2(s).G3(s)
1+[1+G1( ) ( )] [
s .H2 s . 1+G2(s).G3(s).H3(s)]+ G1(s).G2(s).H1(s)

G1(s).G2(s).G3(s)
[1+G1(s).H2(s)].[1+G2(s).G3(s).H3(s)]+ G1(s).G2(s).H1(s)+G1(s).G2(s).G3(s)

s3

- Thế s vào ta được: s3+3𝑠+2

IV.Bài tập số 04
Bài 1:
R(s) +

-

1
𝑠2

+

50
(S+1)

+

C(s)

S

-

-

2
S

2

24

0

0

Tieu luan


50

Vòng gồi tiếp âm giữa [ và
s+1
(S và 2) song song vs nhau

2s

]

50𝑠
𝑠 2 − 𝑠 − 100

1
𝑠2

1

s2

và

50s

s2 −s−100

và s − 2 nối tiếp nhau

R(s) +

-

S-2

50𝑠 2 − 100
𝑠 4 − 𝑠 3 − 100𝑠2

C(s)

50s2 −100

Vòng hồi tiếp âm đơn vị của [s4−s3−100s2]

50𝑠 2 − 100
𝑠 4 − 𝑠 3 + 50𝑠2 + 100

C(s)

25

0

0

Tieu luan