bài giang ly thuyet dieu khien tu dong potx

Giảng viên: Lê Thị Kim Loan
Khoa: Công Nghệ Điện

ĐẠI CƢƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐiỀU
KHIỂN

Khái niệm điều khiển
Các nguyên tắc điều khiển
Phân loại điều khiển
Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển
Một số ví dụ về các phần tử và hệ thống tự động
Các ví dụ về điều khiển tự động
Các thành phần cơ bản của hệ
thống điều khiển
 r(t): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn
 c(t): tín hiệu ra
 c
ht
(t): tín hiệu hồi tiếp
 e(t): tín hiệu sai lệch, sai số
 u(t): tín hiệu điều khiển
Điều khiển vòng kín và điều
khiển vòng hở
 Điều khiển vòng kín (closed-loop control system):
 Là các hệ thống điều khiển có hồi tiếp (feedback
control)
 Làm giảm sai lệch và làm cho ngõ ra của hệ thống đạt
được giá trị mong muốn
 Đáp ứng của hệ thống ít bị ảnh hưởng bởi nhiểu bên

ngoài hoặc sự thay đổi thông số bên trong hệ thống
 Tính ổn định là một vấn đề cần giải quyết của hệ
thống điều khiển vòng kín
 Điều khiển vòng hở ( open-loop control system):
 Đối với các hệ thống này thì ngõ ra không ảnh hưởng
đến hoạt động điều khiển.
 Tín hiệu ra không được hồi tiếp về để so sánh với tín
hiệu vào.
 Các hệ thống hoạt động dựa vào thời gian là các hệ
thống điều khiển vòng hở

MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC

Khái niệm (tự học)
Hàm truyền đạt và đại số sơ đồ khối
Sơ đồ dòng tín hiệu (graph tín hiệu)
Không gian trạng thái

2.1 HÀM TRUYỀN ĐẠT
 Định nghiã: hàm truyền đạt của hệ thống là tỷ số
giữa biến đổi Laplace của tín hiệu ra và biến đổi
Laplace của tín hiệu vào khi điều kiện đầu bằng 0.
 Cho hệ thống sau:




 Hàm truyền của hệ thống là:

 Hệ thống bậc n được mô tả bằng phương trình vi
phân:




 Lấy biến đổi Laplace 2 vế và lập tỷ số ta được hàm
truyền của hệ thống là:





nn
nn
mm
mm
asasasa
bsbsbsb
sR
sC
sG








1
1
10
1
1
10


)(
)(
)(
Hàm truyền đạt của các khâu hiệu
chỉnh:
Vi(t) Vo(t)
R
C
dt
tdv
C
dt
tdv
Cti
c
)()(
)(
0

Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên tụ C cho

ta:
 Khâu tích phân bậc 1:
Theo định luật Kirchoff ta có:
)()()( tvtvtv
icr

)1()()(
)(
)()()(.
0
0
tvtv
dt
tdv
RC
tvtvtiR
i
ic


Biểu thức (1) chính là phương trình vi phân mô tả
khâu tích phân bậc 1. Giả sử điều kiện đầu bằng
0, biến đổi Laplace hai vế biểu thức (1), ta được:
RCsVo(s) + Vo(s) = Vi(s)
1
1
)(
)(
)(
0



RCssV
sV
sG
i
Suy ra:
Đặt T=RC, hàm truyền của khâu tích phân bậc 1 có
dạng:
1
1
)(
)(
)(
0


TssV
sV
sG
i
Cách 2:
Áp dụng công thức phân áp, ta có:
)s(V
ZR
Z
)s(V
i
C
C

0


1RCs
1
Cs/1R
Cs/1
)s(V
)s(V
)s(G
i
0




Suy ra:
 Khâu vi phân bậc 1:
R
C
Vi(t) Vo(t)
Áp dụng công thức phân áp, ta có:
)s(V
ZR
R
)s(V
i
C
0



1RCs
RCs
Cs/1R
R
)s(V
)s(V
)s(G
i
0




Suy ra:
RCT
Ts
Ts
sV
sV
sG
i


 ;
1)(
)(
)(
0
Hay:

 Khâu sớm pha:
Áp dụng công thức phân áp, ta có:
C
R2
Vi(t)
R1
Vo(t)
)()(
2
2
0
sV
RZ
R
sV
i


Suy ra:
2
2
1
0
)(
)(
)(
RZ
R
sV
sV

sG


CsRRRR
CsRR
CsRRR
CsRR
R
CsR
R
R
sG
1221
12
121
12
2
1
1
2
)1(
)1(
)1(
1
)(










1
1
)(
21
12
1
21
2






s
RR
CRR
CsR
RR
R
SG
CRT
R
RR
RR
CRR

T
RR
R
K
C
1
2
21
21
12
21
2
);1(
;;








Đặt:
1Ts
1Ts
K)s(G
C




Ta có hàm truyền của khâu sớm pha:
 Khâu trể pha:
Áp dụng công thức phân áp, ta có:
Suy ra:
Vi(t)
C
R1
R2
Vo(t)
)()(
1
0
sV
ZR
Z
sV
i


ZR
Z
sV
sV
sG
I


1
0
)(

)(
)(
Đặt :
)1(;)(
21
2
21




RR
R
CRRT
Ta có hàm truyền của khâu trể pha:
1Ts
1Ts
)s(G



1)(
1
1
1
1
1
)(
21
2

21
2
2
1
2










CsRR
CsR
CsRCsR
CsR
Cs
CsR
R
Cs
CsR
sG
 Khâu tỉ lệ (P)
Vo(t)
Vi(t)
R1
R2

-
+
U1
3
2
6
1
2
0
)(
)(
)(
R
R
sV
sV
sG
i

1
2
R
R
K
P

Đặt
Kp
sV
sV

sG
i

)(
)(
)(
0
 Khâu tích phân tỉ lệ (PI):
-
+
U1
3
2
6
R1
C
Vi(t)
Vo(t)
R2
11
0
1
)(
)(
)(
2
R
Cs
R
R

Z
sV
sV
sG
i


CsRR
R
sG
11
2
1
)( 
CR
K
R
R
K
IP
11
2
1
; 
Đặt
s
K
KsG
I
P

)(
Hàm truyền:
 Khâu vi phân tỉ lệ (PD):
Z
R
sV
sV
sG
I
2
0
)(
)(
)( 
CsR
R
R
sG
2
1
2
)( 
CRK
R
R
K
DP 2
1
2
; 

Đặt
SKKsG
DP
)(
Hàm truyền:
-
+
U1
3
2
6
C
Vi(t)
R2
R1
Vo(t)
 Khâu vi tích phân tỉ lệ (PID):
1
2
0
)(
)(
)(
Z
Z
sV
sV
sG
I


12
2121
2211
;
1
; CRK
CR
K
CR
CRCR
K
DIP



Đặt
Hàm truyền:
C2
-
+
U1
3
2
6
C1
Vi(t)
R2
R1
Vo(t)
sK

s
K
KsG
D
I
P
)(