1
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG
VõnhưThành–BộmônCơđiệntử
Email : [email protected]
Mobile: 0903532083
2
Giới thiệu môn học
Chương 1: Tổng quan về điều khiển tự động
Chương 2: Mô tả hệ điều khiển tự động
Chương 3: Mô hình hóa các khâu cơ bản –cơ khí, điện, thủy lực, nhiệt
Chương 4: Đặc tính của hệ thống điều khiển tự động
Chương 5: Khảo sát hàm truyền đạt của một số hệ thống cơ điện tửphổbiến
Chương 6: Phân tích đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển tựđộng
Chương 7: Thiết kế hệ thống điều khiển–bộ điểu khiển PID
Chương 8: Giới thiệu hệ thống điều khiển rời rạc và bộ PID số
Báo cáo và bài tập:Sử dụng Matlab để làm demo và báo cáo
[GK]*0.2+[BT]*0.2+[CK]*0.6
3
Giới thiệu môn học
Tài liệu tham khảo
-Sách, giáotrình, bàigiảngchính:7
1VõNhưThành: BàigiảngmônhọcKỹthuậtđiềukhiểntựđộng
2TrầnXuânTùy, PhạmĐắp: Kỹthuậtđiềukhiểntựđộngtronglĩnhvựccơkhí.
-Tàiliệuthamkhảo:
3HoàngMinh Sơn: Cơsởhệthốngđiềukhiểnquátrình
4BùiquốcKhánh: Quátrìnhđiềukhiển.
5LâmTăngĐức: Giáotrìnhlýthuyếtđiềukhiểntựđộng.
6KatsuhitoOgata: Modern Control Engineering.
7Balas.G, Doyle. J.C: Analysis and Synthesis Toolbox. MatLabUser’s Guide.
5
•Cáckháiniệmcơbảnvềđiềukhiểntựđộng
-Điềukhiểnlàtậphợptấtcảcáctácđộngcómụcđíchnhằmđiềukhiển
mộtquátrìnhnàyhayquátrìnhkiatheomộtquyluậthaymộtchương
trìnhchotrước.
-Điềukhiểnhọclàmộtbộmônkhoahọcnghiêncứunguyêntắcxây
dựngcáchệđiềukhiển.
-Quátrìnhđiềukhiểnhoặcđiềuchỉnhđượcthựchiệnmàkhôngcósự
thamgiatrựctiếpcủaconngười,thìchúngtagọiđólàquátrìnhđiều
khiểnvàđiềuchỉnhtựđộng
Chương 1: Khái niệm chung về điều khiển tự động
6
7
Điều khiểnvàtựđộnghóa
Các hệthốngđiềukhiểntựđộnghiệnhữuvàđượctíchhợpvào
cácứngdụngxungquanhchúngta
Vídụ:
•Máy giặt, máyrửachén, robot hútbụi, xethôngminhkhông
ngườilái…
•Các ứngdụngtrongquânsựvàphụcvụnghiêncứunhưrocket
tựhành, tàucon thoikhônggianbaylênquỹđạotráiđất
•Các dànmáymócphụcvụtrongcôngnghiệp, cácrobot tự
hànhcấpvậtliệuchocácmáytrạmtrongmộtnhàmáysản
xuấttheotiêuchuầncôngnghiệp4.0 …
8
Điều khiểnvàtựđộnghóa
Hệ thốngđiềukhiểncũngtồntạitừrấtlâutrongtựnhiêndướinhiều
hìnhthứckhácnhau
Vídụ:
•Thờitiếtnóngvàocácthánghèvàsẽlạnhvàomùađông.
•Cơthểcon ngườicórấtnhiềuhệthốngkiểmsoát, chẳnghạnnhư
tuyếntụytựđộngđiềuchỉnhlượngđườngtrongmáucủachúngta.
•Trongquátrìnhnhặthoặcchụpcácđồvật, mắtchúngta dõitheovật
đangchuyểnđộngđểgiữnótrongtầmnhìnvàbàntaycủachúngta
di chuyểnđếnvậtthểvàđặtnóchínhxáctạimộtvịtríđượcxác
địnhtrước.
9
Điều khiểnvàtựđộnghóa
Thếgiớiphi vậtlýcũngđượcđiềuchỉnhmộtcáchtựđộng
Vídụ:
•Môhìnhvớiđầuvàolà thờigianhọctậpvànỗlựccủasinh
viêncònđầura là điểmsốvàthứhạngở tronglớp.
Hệ thốngđiềukhiểntựđộnglà mộtđốitượngkhôngchỉđápứng
chonhucầukĩthuậtcôngnghệmàcònchocáclĩnhvựckhác
nhưlà sinhhọc, y học, kinhtế, quảnlývàkhoahọcxãhội.
11
Vìsaophảitiếnhànhđiềukhiểntựđộng?. Từthựctếcho
thấyrõràngrằngquátrìnhđiềukhiểncầnthiếtphảiđạt
cáctiêuchí:
-Đápứngcủahệthốngcầnthỏamãnđúngyêucầu.
-Mongmuốntăngđộchínhxáctrongđiềukhiển.
-Xácđịnhvàloạibỏcácyếutốbấtđịnh(nhiễu, va
chạm… )
-Đápứngyêucầutăngnăngsuấtcủaquátrình.
Điều khiểnvàtựđộnghóa
12
Môhìnhchunghệthốngđiềukhiểntựđộng
13
Ví dụ: thang máythiếtkếvới độ chính
xác và tốc độ hợplýđể tạo sự thoải mái
cho hành khách. Đápứngcủa thang máy
thểhiệnở đường cong trong hình.
Có2 quátrìnhcủađápứng
(1)đápứng quáđộ
(2)thái ổn định
Sựthoảimáicủahànhkháchvàsựkiênnhẫn
củahànhkháchphụthuộcvàođápứngquáđộ
.Nếuphảnứngnàyquánhanh,hànhkháchsẽ
khôngthoảimái;nếuquáchậm,hànhkhách
mấtkiênnhẫn.
18
Lịchsử
Watt’s FlyballGovernor
(18
th
century)
Hy Lạp (300.B.C) –Đồnghồnước
Hy Lạp (.B.C) –Đèndầutựđộng
Hà Lan (Thế kỷ 16) -Bộ điều chỉnh nhiệt độ
19
Lịchsử
Watt’s FlyballGovernor (18
th
century)
Hy Lạp (300.B.C) –Đồnghồnước
Hy Lạp (.B.C) –Đèndầutựđộng
Hà Lan (Thế kỷ 16) -Bộ điều chỉnh nhiệt độ
20
Lịchsử
Phao điều chỉnh mực nước
ẤptrứngtựđộngcủaCornelisDrebbel
21
Vídụ
22
(a) Hệ thống điều khiển lái ô tô tự động.
(b) sử dụng sự khác biệt giữa hướng đi thực tế
và hướng đi mong muốn để tạo ra một sự điều
chỉnh có kiểm soát của tay lái.
Examples of Modern Control Systems
•DOI:10.1177/0954407018797571
https://medium.com/
23
Examples of Modern Control Systems
https://www.instrumentationtoolbox.com/
24
Điều khiển mực nước không tự động –có can thiệp của con người
25
Examples of Modern Control Systems
Điều khiển bàn máy CNC tự động
26
Examples of Modern
Control Systems
Điều khiển máy phát điện (nhiệt điện) tự động
27
Examples of Modern
Control Systems
28
Design
Example
BK-Anticovid
29
Design Example
https://www.researchgate/
30
Design Example
https://www.researchgate/
31
https://www.researchgate/
32
Examples of Modern Control Systems
33
Examples of Modern
Control Systems
https://www.researchgate.net/
34
Examples of Modern Control Systems
35
The Future of Control Systems
https://www.mw.tum.de/
36
The Future of
Control
Systems
37
Phân loạicáchệthốngđiềukhiểntựđộng.
Hệthốnghở:tínhiệuravàvàocótínhchấtđộclậpvớinhau
Hệ thống hở có các tính chất sau:
-Độ chính xác điều khiển phụ thuộc vào
khả năng điều chỉnh và độ tin cậy điều
chỉnh của thiết bị.
-Chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố tác
động bên ngoài (nhiễu).
-Đáp ứng chậm (thời gian đáp ứng dài).
Bộ ĐK
Đối tượng
ĐK
u(t) x(t) y(t)
38
Phân loạicáchệthốngđiềukhiểntựđộng.
Hệthốngkín(hệĐKcóphảnhồi):Tínhiệuvàovàraphụ
thuộcvàonhau.
Hệ thống kín có các đặc điểm sau:
-Độ chính xác điều khiển cao.
-Giảm tác động và ảnh hưởng của nhiễu.
-Tốc độ đáp ứng nhanh.
-Tăng được bề rộng dãi tần có đáp ứng tốt.
-Có khuynh hướng tạo ra dao động do quán
tính của sự so sánh tín hiệu.
39
Hệthốngđiềukhiểnđabiến
-Trongthựctếthìcáchệthốngđabiếnrất
nhiều
Hệthốngđiềukhiểnvònglặpmởsửdụng
bộđiềukhiểnhoặcbộtruyềnđộngđiều
khiểnđểcóđượcphảnhồimongmuốn.
Hệthốngđiềukhiểnvòngkínsửdụng
phảnhồiđểsosánhđầurathựctếvới
đápứngđầuramongmuốn.
69
Controllers
Temp PID controller
Analog PID controller
70
Controllers
FPGA
Embedded computer
71
•Tải của hệ thống: Tải của hệ thống là phần năng lượng, vật chất tiêu thụ của
hệ thống. Ví dụ, với phòng học máy lạnh thì tải là nguồn nóng phát ra từ người
học. Với động cơ lai máy phát điện thì công suất điện tiêu thụ bởi các thiết bị
điện là tải của hệ.
•Phân biệt biến số và thông số (variable và parameter): Biến số (variable) là
một đại lượng biến đổi được hoặc điều khiển được của một hệ thống và thay
đổi theo thời gian. Thông số (parameter) là một đại lượng có thể biến đổi được
hoặc điều khiển được của một hệ thống, mà tạm thời được coi là không đổi.
•Sự khác nhau giữa thông số và biến số là ở chỗ: Khi phân tích về một hệ
thống, thì biến số được phép phụ thuộc vào thời gian, còn thông số thì không.
Nếu theo mộ phân tích cụ thể ở mộ trạng thái cụ thể thì thông số không phụ
thuộc vào thời gian, nó được giữ không đổi.
Một số chú ý
72
72
Cácphầnmềmhỗtrợ
Matlab(Simulink) –Best for simulation and design
Labview–Best for co-simulation and Function block design
approach
Python –Powerful for neural network and AI application
73
73
Summary
Control system analysis and design focuses on three main
goals:
1. Generate the desired transient response
2. Reduce error in steady state
3. Achieve stability
74
References, and Resources
http://www.ieeecss.org/siteindex/SITEindex.html
http://www-control.eng.cam.ac.uk/extras/Virtual_Library/Control_VL.html
Unstable system Ball balancing system