KỸ THUẬT điều KHIỂN tự ĐỘNG TRONG các LĨNH vực cơ KHÍ

KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG
CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

GVHD: Trần Xuân Tùy


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG
CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Điều khiển là gì?
Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý
thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ
thống “gần” với mục đích định trước. Điều khiển tự
động là quá trình điều khiển không cần sự tác động
của con người.


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Tại sao cần phải điều khiển?
Có hai lý do chính là con người không thỏa mãn với
đáp ứng của hệ thống và muốn hệ thống hoạt động
tăng độ chính xác, tăng năng suất, tăng hiệu quả kinh
tế.

KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG
CÁC MÔ HÌNH ỨNG DỤNG, HỆ KÍN


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Hệ thống điều khiển tự động là tập hợp các thành
phần vật lý có mối liên quan và tác động qua lại lẫn
nhau, để chỉ huy, hiệu chỉnh bản thân hoặc điều khiển
hệ thống khác.


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
u

e

X

C

x

f
M

O

y


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
u

e

X

C

x

O

y

f
M
u: Tín hiệu vào
y: Tín hiệu ra
e: Tín hiệu so sánh

x: Tín hiệu tác động vào
đối tượng điều khiển
f: Tín hiệu phàn hồi


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
u

e

X

C

x

f
M

O

y


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
C

Thiết bị điều khiển ( Controller )

Thiết bị điều khiển rất đa dạng, có thể là một mạch
RC, mạch khuếch đại thuật toán, mạch xử lý hay máy
tính PC.
Trước đây các bộ điều khiển như PID, được thực
hiện bằng các mạch rời. Gần đây do sự phát triển của
lý thuyết điều khiển rời rạc và kỹ thuật vi xử lý các bộ
điều khiển trên đã được thực thi bằng các chương trình
phần mềm chạy trên vi xử lý hay máy tính.


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

O

Đối tượng điều khiển ( Object )

Đối tượng điều khiển có thể là thiết bị kỹ thuật, dây
chuyền sản xuất, qui trình công nghệ... là mục tiêu
điều khiển của con người trong các lĩnh vực khác
nhau.
Các phần tử chấp hành thường dùng trong ĐKTĐ là
các loại động cơ bước, động cơ DC, servomotor, động
cơ AC, động cơ thủy lực khí nén...


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
M

Thiết bị đo lường ( Measuring device )

Thông thường người ta sử dụng các cảm biến:
• Cảm biến đo tốc độ
• Cảm biến đo lực
• Cảm biến ánh sáng
• Cảm biến nhiệt
• Cảm biến siêu âm
• Cảm biến đo áp suất
• ….

KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Hệ thống điều khiển mực chất lỏng


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Hệ thống điều khiển mực chất lỏng


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

DÙNG MÔ HÌNH TOÁN
Dựa vào các quy luật cơ bản của vật lý, tìm mối
quan hệ giữa những đại lượng biến đổi bên trong hệ

qua các phương trình biểu diễn ( phương trình vi phân.
Laplace, …), các phương trình đó gọi là mô hình toán
học của hệ thống.


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Biến đổi Laplace


Phương trình Laplace: F (s) L{f(t)} e -st . f (t ).dt
Bảng chuyển đổi:
x(t )
dx
dt
d nx
dt n

x(t ).dt

x( s)
s.x( s )
n

s .x ( s )
1
.x ( s )
s

0


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Biến đổi Laplace
Các bước tiến hành:
Mô hình vật lý

Mô hình toán

PT Laplace

Động lực học

Sơ đồ khối

Hàm truyền


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Biến đổi Laplace
P
F

x

CH
m

Flx

Fms
Fqt

m

f
A
Sơ đồ nguyên lý

F
Mô hình vật lý


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Biến đổi Laplace
Mô hình toán
F Fqt  Fms  Flx
dx 2
dx
F m 2  f
 cx
dt
dt

Phương trình Laplace
2

F ( s ) ms .x( s)  fs.x( s )  c.x( s )


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Biến đổi Laplace
Hàm truyền
x( s )
1
 2
F ( s ) ms  fs  c

Sơ đồ khối
F(s)

1
2
ms  fs  c

x(s)


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

Biến đổi Laplace
Động lực học
1
x( s )
c

F ( s) m s 2  f s  1
c
c
1
x( s )
c
 2
2 n
F ( s) s

.s  1
2
n n

Với

n 
1
n 
2

c
Tấn số riêng
m

f
n Hệ số tắt dần
c


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

DÙNG SƠ ĐỒ KHỐI
Sơ đồ khối là phương pháp mô tả hệ thống điều
khiển tự động bằng họa đồ, biểu diễn các mối quan hệ
giữa các phần tử hoặc biễu diễn cho các phương trình
toán học đặc trưng cho các phần tử đó.


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

DÙNG SƠ ĐỒ KHỐI
Các nguyên tắc biến đổi sơ đồ khối:
• Rút gọn các khối nối tiếp
G1(s)

G2(s)

G1(s).G2(s)

• Rút gọn các khối song song
G1(s)
G1(s) - G2(s)

G2(s)


KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÁC LĨNH VỰC CƠ KHÍ

DÙNG SƠ ĐỒ KHỐI
• Di chuyển điểm tụ sang phải một khối:
u(s)

E(s)

G(s)

y(s)

F(s)

u(s)
F(s)

y(s)

G(s)
G(s)

• Di chuyển điểm tụ sang trái một khối:
u(s)

y(s)

G(s)

F(s)

u(s)

G(s)
1
G(s)

y(s)
F(s)