CHƯƠNG 1 các PHẦN tử và hệ THỐNG tự ĐỘNG

Giáo viên:


Nguyễn Thị Cẩm Lai

- E-mail:


Hoàng Văn Mạnh

- E-mail:


Học liệu:


Bài giảng trên lớp



Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động (Phan Xuân Minh chủ
biên, NXB Giáo dục)



Tham khảo: Lý thuyết điều khiển tuyến tính (Nguyễn Doãn
Phước, NXB Khoa học và kỹ thuật)


CHƯƠNG 1
CÁC PHẦN TỬ VÀ

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG


Các khái niệm chung


Điều khiển là gì?
Là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động
lên hệ thống để đáp ứng hệ thống gần với mục tiêu đặt trước



Điều khiển tự động là gì?
Là quá trình điều khiển mà không cần tác động của con người




Tín hiệu là gì?

Có 2 loại tín hiệu: tín hiệu tiền định và tín hiệu ngẫu nhiên
Tín hiệu tiền định là một hàm số phụ thuộc thời gian: x(t)
Có 4 dạng tín hiệu tiền định cơ bản:
Tín hiệu liên tục: hàm liên tục từng đoạn theo thời gian
Tín hiệu không liên tục: hàm không liên tục theo thời gian
Tín hiệu tương tự: hàm x(t) liên tục theo miền giá trị
Tín hiệu rời rạc: hàm x(t) không liên tục theo miền giá trị
Trên thực tế, tín hiệu phải có chung đồng thời đặc điểm trên miền
xác định và miền giá trị:
- Tín hiệu liên tục – tương tự

- Tín hiệu không liên tục – tương tự
- Tín hiệu liên tục – rời rạc
- Tín hiệu không liên tục – rời rạc





Một số tín hiệu tiền định điển hình:

1.

Tín hiệu bậc thang

2.

Tín hiệu tăng đều

3.

Tín hiệu xung vuông

4.

Tín hiệu xung dirac


Tín hiệu ngẫu nhiên


Những tín hiệu không mô tả bằng một hàm cụ thể theo thời
gian (không phải tín hiệu tiền định) là tín hiệu ngẫu nhiên



Tập hợp tất cả các mô hình xi(t) thuộc tập hợp X(t) có thể có
của tín hiệu ngẫu nhiên gọi là quá trình ngẫu nhiên


I. Cấu trúc và các phần tử cơ bản của hệ
thống




Trong đó:
+ C là thiết bị điều khiển
+ M là thiết bị đo lường
+ O đối tượng điều khiển

Các tín hiệu tương ứng:
+ u là tín hiệu vào
+ y là tín hiệu ra
+ x là tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng
+e là sai lệch điều khiển
+z là tín hiệu phản hồi




Ví dụ hệ thống bơm nước trong hộ gia đình


2. Các nguyên tắc cơ bản
1.

Nguyên tắc điều khiển san bằng sai lệch
Tín hiệu ra y(t) được so sánh với tín hiệu vào u(t) để tìm ra
tín hiệu sai lệch gửi về bộ điều khiển C nhằm tạo tín hiệu
điều khiển phù hợp cho đối tượng O


2. Nguyên tắc điều khiển bù nhiễu
Nguyên tắc bù nhiễu là sử dụng thiết bị bù K để giảm ảnh
hưởng của nhiễu là nguyên nhân trực tiếp gây ra hậu quả cho
hệ thống


3.Nguyên tắc hỗn hợp cả hai phương pháp trên
Đây là phương pháp sử dụng cả hai phương pháp trên, vừa có
hồi tiếp theo sai lệch vừa dùng các thiết bị để bù nhiễu




Ngoài ra còn có các nguyên tắc điều khiển khác:
+Nguyên tắc đa dạng tương xứng: sự đa dạng của bộ điều khiển
phải tương xứng với sự đa dạng của đối tượng điều khiển. Do đó
cần phải thiết kế bộ điều khiển phù hợp với đối tượng điều khiển.
+Nguyên tắc bổ xung ngoài: hệ thống luôn hoạt động trong môi

trường có nhiễu tác động. Do đó cần khảo sát tác động nhiễu nào
có thể gặp phải để có được bộ điều khiển chất lượng cao nhất.
+Nguyên tắc dự trữ: lường trước các ảnh hưởng khác có thể tác
động lên hệ thống mà chưa được tính toán tới
+Nguyên tắc cân bằng nội: mỗi hệ thống cần xây dựng cơ chế cân
bằng nội để có khả năng tự giải quyết những biến động xảy ra


+Nguyờn tc phõn cp
Nh h SCADA
Quản lý
công ty

PC

Điều hành
sản xuất

Điều khiển
giám sát

Điều khiển

Chấp hành
Qúa trình kỹ thuật
Hình 2.3: Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống
điều khiển và giám sát


3. Phân loại hệ thống điều khiển tự

động


Dựa trên phương pháp toán học
Hệ thống liên tục: mô tả bằng phương trình vi phân
Hệ thống rời rạc: mô tả bằng phương trình sai phân
Hệ thống tuyến tính: hệ được mô tả bởi hệ phương trình
vi phân/sai phân tuyến tính
Hệ thống phi tuyến: hệ được mô tả bởi hệ phương trình
vi phân/sai phân phi tuyến
Hệ thống bất biến theo thời gian: hệ số của phương trình
vi phân/sai phân mô tả hệ thống không đổi
Hệ thống biến đổi theo thời gian: hệ số của phương
trình vi phân/sai phân mô tả hệ thống thay đổi theo thời gian




Phân loại theo ngõ vào và ngõ ra
Hệ thống một ngõ vào, một ngõ ra
( single input- single output)
Hệ thống nhiều ngõ vào, nhiều ngõ ra
( multi input- multi output)


4. Sự phát triển của điều khiển tự
động
Điều khiển kinh điển
Dạng này khá đơn giản, áp dụng cho hệ thống tuyến
tính bất biến một ngõ vào một ngõ ra.

Sử dụng bộ điều khiển PID


Điều khiển hiện đại
Có thể áp dụng cho hệ thống phi tuyến, biến đổi theo thời gian,
nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra.
Sử dụng phương pháp điều khiển tối ưu, thích nghi, bền vững






Điều khiển tối ưu: Có vai trò xác định và tạo lập những luật điều
khiển cho hệ thống để hệ thống đạt được chỉ tiêu và hiệu quả nhất



Điều khiển thích nghi: Là tổng hợp các kĩ thuật nhằm tự động
chỉnh các bộ điều khiển trong mạch điều khiển để thực hiện hay
duy trì ở một mức độ nhất định khi các thông số của hệ thống thay
đổi..



Điều khiển bền vững: Làm cho chất lượng của hệ thống ổn định,
không phụ thuộc vào sự thay đổi của đối tượng, nhiễu ( Hệ thống
vẫn được duy trì mặc dù có sự thay đổi của đối tượng)



Điều khiển thông minh
Nguyên tắc không cần dùng mô tả toán học
Dạng này có khả năng mô phỏng làm giống được những hệ
thống sinh học
Bộ điều khiển có khả năng xử lý thông tin nhanh nhạy, chính
xác và khối lượng nhiều
Các phương pháp: +Điều khiển mờ
+ Mạng thần kinh nhân tạo
+Thuật toán di truyền


5.Một số hệ thống điều khiển tự
động trong thực tế


Ngôi nhà thông minh




Hệ thống đo lưu lượng khí bioga tự động