trả lời đề cương điều khiển tự động

PHOTO ĐỨC HẠNH

Ôn Tập ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Câu 1 Trình bày những khái niệm cơ bản của hệ thống điều khiển tự động?...............2
Câu 2 Các nguyên tắc ĐKTĐ?.................................................................................3
Câu 3 Phân loại hệ thống điều khiển tự động?.........................................................4
Câu 4 Nêu những tích chất cơ bản của phép biến đổi Laplace?...............................4
Câu 5> Nêu khái niệm về hàm truyền đạt và các biện pháp tìm hàm truyền đạt?....5
Câu 6> Trình bày khái niệm về phương trình trạng thái và thành lập phương trình
trạng thái dạng tổng quát ?........................................................................................6
Câu 7 Các dạng tín hiệu tác động vào một khâu ?....................................................7
Câu 8>. Các dạng phản ứng của một khâu ?................................................................7
Câu 9> . Khái niệm về hàm truyền đạt tần số cách tìm hàm truyền đạt tần số từ một
khâu ?.............................................................................................................................7
Câu 10 Trình bày những khái niệm chung về tính ổn định của hệ thống ĐKTĐ ?.......8
Câu 11> Các tiêu chuẩn ổn định tần số ?......................................................................8

Lê Doãn Toàn

1

ĐH ÔTÔ1-k6


PHOTO ĐỨC HẠNH
Câu 1 Trình bày những khái niệm cơ bản của hệ thống điều khiển tự
động?
- Hệ thống (system): được định nghĩa là một tổ hợp được cấu thành từ nhiều
thành phần,trong đó có mối quan hệ giữa tín hiệu vào hoặc biến vào với tín
hiệu ra hoặc biến ra.
- Điều khiển: là tập hợp tất cả các tác động có mục đích,nhằm điều khiển một

quá trình này hay một quá trình kia theo một quy luật hoặc một chương trình
cho trước.
- Quá trình điều khiển ko có sự tham gia trực tiếp của con người,thì chúng được
gọi là quá trình điều khiển tự động
- Tập hợp các thiết bị mà nhờ đó quá trình điều khiển tự động được thực hiện
thì được gọi là hệ thống điều khiển tự động
Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển tự động:
Hệ thống điều khiển tự động được xây dựng từ 3 bộ phận chủ yếu:
-thiết bị điều khiển C
-đối tượng điều khiển O
-Thiết bị đo lường M
 đó là hệ thống có phản hồi hay liên hệ ngược
u(t) tín hiệu vào ; e(t) Sại lệch điều khiển ; x(t) Tín hiệu điều khiển ; y(t) Tín hiệu ra ;
z(t) Tín hiệu phản hồi
u(t)

e(t)
z(t)

Lê Doãn Toàn

C

x(t)

O

y(t)

M

2

ĐH ÔTÔ1-k6


PHOTO ĐỨC HẠNH
Câu 2 Các nguyên tắc ĐKTĐ?

u(t)

e(t)

Có 3 nguyên tắc cơ bản:

C

-

- Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch

z(t)

x(t)

O

y(t)

M

Tín hiệu ra y(t) được vào so sánh với tín hiệu vào u(t) nhằm tạo nên tín hiệu tác
động lên đầu bộ điều khiển C nhằm tạo nên tín hiệu điều khiển đối tượng O
- Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp bù nhiễu:

y1(t)

K

u(t)

e(t)

x(t)

C

O

y(t)

Nguyên tắc bù nhiễu là dùng thiết bị K để giảm nhieu cho hệ thống là nguyên
nhân ngây hậu quả trực tiếp cho hệ thống.
- Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp sai lệnh và bù nhiễu
y1(t)

K
u(t)

e(t)

z(t)

C

x(t)

O

y(t)

M

Là nguyên tắc kết hợp cả 2 nguyên tắc bù nhiễu và sai lệch,vừa có hồi tiếp do
sai lệch,vừa có thiết bị để bù nhiễu

Lê Doãn Toàn

3

ĐH ÔTÔ1-k6


PHOTO ĐỨC HẠNH
Câu 3 Phân loại hệ thống điều khiển tự động?
Hệ thống điều khiển gồm có các loại:
- Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính
- Hệ thống điều khiển phi tuyến tính
- Hệ thống điều khiển liên tục( các tín hiệu tác động lên hệ thống là hàm thay
đổi theo time)
- Hệ thống điều khiển rời rạc hay hệ sung số(tín hiệu là hàm rời rạc theo time)

- Hệ thống điều khiển ngẫu nhiên(tín hiệu là hàm ngẫu nhiên)
- Hệ thống điều khiển tối ưu(là hệ thống ĐK phức tạp,tổng hợp các tín hiệu điều
khiển,hệ thống đạt độ chính xác cao nhất)
- Hệ thống điều khiển thích nghi(tự điều chỉ theo điều kiện môi trường hay đặc
tính của đối tượng bằng các thay đổi hàm số và cấu trúc của thiết bị điều khiển)
- Hệ thống điều khiển tiền định( tất cả các tín hiệu truyền đạt là hàm theo time
sác định)
Câu 4 Nêu những tích chất cơ bản của phép biến đổi Laplace?
Các tính chất của phép biến đổi Laplace:
<a là một số thực>
1. Tính chất tuyến tính: L[a.f(t)]= a.L[f(t)] = a.F(s).
2. Tính chất xếp chồng: Nếu f1(t) và f2(t) có ảnh biến đổi Laplace là F 1(s) và F2(s)
thì ta có:
L[f1(t) ± f2(t)] = L[f1(t)] ± L[f2(t)] = F1(s) ± F2(s)
3 Tính chất trễ (Chuyển dịch thời gian -Translation in time):
Nếu f(t) có ảnh là F(s), và f(t-a) =0 khi 0L[ f(t- a ) ] = e-as F(s) .
4 Tính chất vi phân phức (Complex diffirentiation):
Nếu f(t) có ảnh là F(s) thì:
L[tf (t )] = −

Lê Doãn Toàn

d
F ( s)
ds

4

ĐH ÔTÔ1-k6

PHOTO ĐỨC HẠNH
5 Tính chất chuyển dịch ảnh: Nếu f(t) có ảnh là F(s), a là một số thực bất kỳ hay
là một số phức khi đó:
L[e-at f(t) ] = F (s + a)
6 Tính chất vi phân thực: Nếu f(t) có ảnh là F(s) thì :
L[f ' (t) ] = sF(s) - f(0+).
7 Tính chất tích phân thực Nếu F(s) là ảnh của f(t) thì
L[ ∫ f (t )dt ] =

F ( s)
+
s

∫ f (0)
s

8 Tính chất giá trị cuối:
Nếu biến đổi Laplace của f(t) là F(s) và nếu giới hạn f(t) tồn tại khi t → ∞ khi đó:
lim sF ( s ) = lim f (t ) = f (∞)
s →0

t →∞

f (t ) thì
9 Tính chất giá trị đầu: Nếu tồn tại lim
t→0
f ( +0) = lim f (t ) = lim sF ( s )
t →0

s →∞

Câu 5> Nêu khái niệm về hàm truyền đạt và các biện pháp tìm hàm truyền đạt?
Hàm truyền đạt của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống đó
biểu hiện qua phép biến đổi laplace với điều kiện ban đầu triệt tiêu bằng 0 { f(o)=0}
Phương pháp tìm hàm truyền đạt:
Từ phương trình vi phân tổng quát của một khâu hệ thống:
a0

dny
d n −1 y
d y
d mx
d m−1 x
d x
+
a
+
...
+
a
+
a
y
(
t
)
=
b

+
b
+ ... + bm −1
+ bm x (t )
1
n −1
n
0
1
n
n −1
m
m −1
dt
dt
dt
dt
dt
dt

Biến đổi laplace với các điều kiện ban đầu bằng 0 và theo định nghĩa,ta có tổng quát
của hàm chuyền đạt: W ( s ) =

Lê Doãn Toàn

b0 s m + b1 s m −1 +  + bm −1 s + bm
a 0 s n + a1 s n −1 +  + a n −1 s + a n

5

ĐH ÔTÔ1-k6


PHOTO ĐỨC HẠNH
Câu 6> Trình bày khái niệm về phương trình trạng thái và thành lập phương trình
trạng thái dạng tổng quát ?
Khái niệm phương trình trạng thái:
- Đối với một hệ thống,ngoài tín hiệu ra và tín hiệu vào cần phải xác định nhưng
đôi khi ta cùng cần quan tâm đến các trạng thái khác,khác với tín hiệu vào ra
được đo lường bằng các bộ phận cảm biến còn các biến trạng thái đo được và
xác định thông qua các đại lượng khác,từ đó xây đựng một phương trình toán
học cho phép xác định được các biến trạng thái gọi là “phương trình trạnh thái”
Thành lập phương trình trạng thái tổng quá:
Xét m tín hiệu vào và m tín hiệu r tín hiệu ra.
Hệ thống có :
ui 
 
m tín hiệu vào u1(t),u2(t)…..Um(t) viết U= ..  U € R
um
 
 yi 
 
r tín hiệu ra y1(t)…Yr(t) viết Y= ..  Y€ R
 yr 
 
 xi 
 
.. 
n biến trạng thái x1(t)….xn(t) viết là X=   X€ R
 xn

 
 .
X = AX + BU
phương trình trạng thái tổng quát của hệ viết dưới dạng : 
Y = CX + DU

A,B,C,D là ma trận trạng thái

Lê Doãn Toàn

6

ĐH ÔTÔ1-k6


PHOTO ĐỨC HẠNH
Câu 7 Các dạng tín hiệu tác động vào một khâu ?
Các dạng tín hiệu tác động vào 1 khâu :
- Tín hiệu bậc thang đơn vị l(t)= 0 khi t≤0 và =1 khi t≥0
- Tín hiệu xung đơn vị-hàm δ (t) : δ (t) =
- Tín hiệu điều hòa : sin (wt +φ) hay

0 t ≠ 1
d
1(t ) = 
dt
∞ t = 1
{

e

ϕ

jwt +}

- Tín hiệu có dạng bất kì : Mô tả bởi hàm x(t) có biểu hiện theo tín hiệu l(t) hoặc
δ (t).

Câu 8>. Các dạng phản ứng của một khâu ?
Các dạng phản ứng của một khâu.
- Hàm quá độ của một khâu : Là phản ứng của khâu đó khi tín hiệu tác động vào
là một hàm bậc thang đơn vị l(t).kí hiệu là hàm quá độ h(t)
x(t)=l(t)->l/p thì : h(t)-> H(p)=Y(p)=W(p).l/p
- Hàm trọng lượng : phản ứng của khâu đó khi tín hiệu tác động vào là hàm
xung, đơn vị δ (t) ,kí hiệu của hàm trọng lượng là w(t)
x (t) = δ (t) ->1 thì w(t)->Y(p)=W(p).l=W(p)
w(t)=dh(t)/dt - Phản ứng của một khâu khi tín hiệu tác động đầu vào là một hàm x(t) bất kì.

Câu 9> . Khái niệm về hàm truyền đạt tần số cách tìm hàm truyền đạt
tần số từ một khâu ?
Khái niệm
Hàm truyền đạt tần số của một khâu,kí hiệu là W(jw) là tỉ số giữa tín hiệu ra và tín
hiệu vào ở trạng thái xác lập khi tín hiệu vào biến thiên theo quy luật điều hòa
u(t)=Um.Sin(wt)
Cách tìm hàm chuyền đạt :

Lê Doãn Toàn

7

ĐH ÔTÔ1-k6


PHOTO ĐỨC HẠNH
Hàm truyền đạt tần số được tìm từ hàm chuyền đạt của một khâu(hệ thống) theo mối
liên hệ :W(jw)=W(p)

p = jw

Câu 10 Trình bày những khái niệm chung về tính ổn định của hệ thống
ĐKTĐ ?
Khái niệm chung về tính ổn định : Ổn định của hệ thống là khả năng của hệ thống tự
trở lại trạng thái xác lập sau khi các tác động phá vỡ trạng thái xác lập đã có mất đi.
Thực chất khi nói tới ổn định là nói tới một đại lượng được điều khiển nào đó ổn
định.

Câu 11> Các tiêu chuẩn ổn định tần số ?
- Tiêu chuẩn Nyquist theo đặc tính tần số biên pha
Phát biểu
điều kiện cần và đủ để hệ thống kín ổn định :
+ khi hệ hở ổn định là đặc tính tần số biên-pha của hệ hở Wh(jw) không bao điểm
(-1,j0)
+khi hệ hở không ổn định là đặc tính tần số biên –pha của hệ hơ bao điểm
(-1,j0) m/2 vòng kín nếu w biến đổi từ 0 đến ∞
- Tiêu chuẩn Nyquist theo đặc tính tần số logarit
Phát biểu : điều kiện cẩn và đủ để hệ thống kín ổn định khi hệ thống hở ổn định là số
giao điểm chuyển đổi dương bằng số giao điểm chuyển đổi âm của đặc tính φ(w)với
đường thẳng –π trong phạm vi tần số w để L(w) >0
- Tiêu chuẩn ổn địnhMikhailov

Phát biểu :điều kiện cần và đủ để một hệ thống tuyến tính ổn định là biểu đồ vecto đa
thức đặc tính A(jw) xuất phát từ trục thực dương quay n góc phần tư ngược chiều
kim đồng hồ khi w tăng từ 0-> ∞.

Hết

Lê Doãn Toàn

8

ĐH ÔTÔ1-k6