Chuong1 cstd

Moân hoïcMoân hoïc
CÔ SÔÛ TÖÏ ÑOÄNGCÔ SÔÛ TÖÏ ÑOÄNG
Biên soạn: TS. Huỳnh Thái Hoàng
ề ểBộ môn điều khiển tự động
Khoa Điện – Điện Tử
Đại học Bách Khoa TPHCM
Email: hthoang@hcmut.edu.vn
Homepage: www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/
Giảng viên: HTHoàng, NVHảo, NĐHoàng, BTHuyền, HHPhương, HMTrí
9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 1

Ch 1 Giới hiệ ề hệ hố điề khiể độ
Noäi dung moân hoïcNoäi dung moân hoïc
 Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển tự động
 Chương 2: Mô hình toán học hệ thống liên tục
 Chương 3: Đặc tính động học
 Chương 4: Đánh giá tính ổn định của hệ thống
 Chương 5: Chất lượng của hệ thống điều khiển
 Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục
 Chương 7: Mô tả toán học hệ rời rạc
 Chương 8: Phân tích hệ rời rạc
 Chương 9: Thiết kế hệ rời rạc
 Chương 10: Ứng dụng

Gi ù h ù h á ñi à khi å ñ
Taøi lieäu tham khaûoTaøi lieäu tham khaûo
 Giaùo trình: Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng
Nguyeãn Thò Phöông Haø – Huyønh Thaùi Hoaøng
NXB Ñaïi hoïc Quoác Gia TPHCMï ï Q
 Baøi taäp: Baøi taäp ñieàu khieån töï ñoäng
Nguyeãn Thò Phöông HaøNguyen Thò Phöông Ha
NXB Ñaïi hoïc Quoác Gia TPHCM
Th kh û á û ù øi li ä ù ù ø kh ù Tham khaûo: taát caû caùc taøi lieäu coù caùc töø khoùa:
control, control theory, control system, feedback control
TD: Automatic Control Systems, B. C. Kuo.y
Modern Control Engineering, K. Otaga.
Modern Control System Theory and Design, S.M. Shinners
Feedback Control Systems J V De Vegte
Feedback Control Systems, J.V.De Vegte.

Chöông 1Chöông 1
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNGGIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNGGIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNGGIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

Khái iệ điề khiể
Noäi dung chöông 1Noäi dung chöông 1
 Khái niệm điều khiển
 Các nguyên tắc điều khiển
 Các phần tử trong hệ thống điều khiển tự động Các phần tử trong hệ thống điều khiển tự động
 Phân loại hệ thống điều khiển tự động
 Một số ví dụ về các hệ thống điều khiểnộ số v dụ về c c ệ ố g đ ều ể

à à åà à åKhaùi nieäm veà ñieàu khieånKhaùi nieäm veà ñieàu khieån

 Thí d 1 L ùi ti â iöõ t á ñ ä å ñò h 40k /h
Khaùi nieäm veà ñieàu khieånKhaùi nieäm veà ñieàu khieån
 Thí duï 1: Laùi xe, muïc tieâu giöõ toác ñoä xe oån ñònh v=40km/h
Maét quan saùt ñoàng hoà ño toác ñoä
 thu thaäp thoâng tin.äp g
Boä naõo ñieàu khieån taêng toác neáu v<40km/h,
giaûm toác neáu v>40km/h
û xöû lyù thoâng tin
 Tay giaûm ga hoaëc taêng ga
 taùc ñoäng leân heä thoáng tac ñoäng len heä thong
Keát quaû cuûa quaù trình ñieàu khieån treân: xe chaïy vôùi toác ñoä “gaàn”
baèng 40km/h.
 Ñònh nghóa: Ñieàu khieån laø quaù trình thu thaäp thoâng tin, xöû lyù
thoâng tin vaø taùc ñoäng leân heä thoáng ñeå ñaùp öùng cuûa heä thoáng
“gaàn” vôùi muïc ñích ñònh tröôùc. Ñieàu khieån töï ñoäng laø quaù trình
g ï ò ï ä g q
ñieàu khieån khoâng coù söï taùc ñoäng cuûa con ngöôøi.

Heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng ñôn giaûnHeä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng ñôn giaûn

Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô hôi nöôùcÑieàu khieån toác ñoä ñoäng cô hôi nöôùc

ù ù û h h á kh h û à
Taïi sao caàn phaûi ñieàu khieån töï ñoängTaïi sao caàn phaûi ñieàu khieån töï ñoäng
 Ñaùp öùng cuûa heä thoáng khoâng thoûa maõn yeâu caàu
 Taêng ñoä chính xaùc
 Taêng hieäu quaû kinh teá

Caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieånCaùc thaønh phaàn cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån
3 h ø h h à b û ñ ái b ñi à khi å û bi á3 thaønh phaàn cô baûn: ñoái töôïng, boä ñieàu khieån, caûm bieán
Bộ điều khiển
y(t)r(t)
Đối tượng
u(t)e(t)
Bộ điều khiển Đối tượng
ế
yht(t)
Cảm biến
Các ký hiệu viết tắt:Các ký hiệu viết tắt:
 r(t): tín hiệu đặt hay tín hiệu chuẩn
 u(t): tín hiệu và của đối tượng điều khiển
 (t): tín hiệu ra của đối tượng điều khiển y(t): tín hiệu ra của đối tượng điều khiển
 yht(t): tín hiệu hồi tiếp
 e(t): sai số

Ñoái töôïngÑoái töôïng
 Raát ña dang Rat ña daïng
 Caùc lôùp ñoái töôïng cô baûn:
 Ñieän Ñieän
 Cô
 Nhi ät Nhieät
 Löu chaát
 Hoùa
 Heä thoáng thöïc teá coù theå bao goàm trong noù nhieàu quaù trình cô
baûnban

Caûm bieánCaûm bieán
 Caûm bieán nhieät ñoä Cam bien nhieät ñoä
 Caûm bieán vò trí
 Caûm bieán toác ñoä Cam bien toc ñoä
 Caûm bieán gia toác
 Caûm bieán khoaûng caùchg
 Caûm bieán löu löôïng
 Caûm bieán möùc
 Caûm bieán aùp suaát
 Caûm bieán löïc
 Caûm bieán maøu saéc
 Caûm bieán noàng ñoä,...

Boä ñieàu khieånBoä ñieàu khieån
 Cô Cô
 Ñieän
 Ñieàu khieån töông tö (analog) Ñieu khien töông töï (analog)
 Ñieàu khieån soá (digital)
Ñi à khi å d ø i öû l ù i ñi à khi å DSP Ñieàu khieån duøng vi xöû lyù, vi ñieàu khieån, DSP
 Ñieàu khieån duøng maùy tính
à å à å Ñieàu khieån duøng caùc boä ñieàu khieån laäp trình (PLC)

Caùc baøi toaùn cô baûn trong lónh vöïc ñieàu khieån töï ñoängCaùc baøi toaùn cô baûn trong lónh vöïc ñieàu khieån töï ñoäng
Ph í h h h á Ch h h á ñ ñ bi á á ù ø Phaân tích heä thoáng: Cho heä thoáng töï ñoäng ñaõ bieát caáu truùc vaø
thoâng soá. Baøi toaùn ñaët ra laø tìm ñaùp öùng cuûa heä thoáng vaø ñaùnh
giaù chaát löôïng cuûa heä.g ï g ä
 Thieát keá heä thoáng: Bieát caáu truùc vaø thoâng soá cuûa ñoái töôïng
ñieàu khieån. Baøi toaùn ñaët ra laø thieát keá boä ñieàu khieån ñeå ñöôïc
h ä th á th û õ ù â à à h át löôheä thong thoa man cac yeu cau ve chat löôïng.
 Nhaän daïng heä thoáng: Chöa bieát caáu truùc vaø thoâng soá cuûa heä
thoáng. Vaán ñeà daët ra laø xaùc ñònh caáu truùc vaø thoâng soá cuûa heäg ë ò g ä
thoáng.
áMoân hoïc Cô sôû tự động chæ giaûi quyeát baøi toaùn phaân tích heä
thoáng vaø thieát keá heä thoáng. Baøi toaùn nhaän daïng heä thoáng seõ
ñöôc nghieân cöùu trong moân hoc khaùc.
ï g g ï

Caùc nguyeân taéc ñieàu khieånCaùc nguyeân taéc ñieàu khieån

Nguyeân taéc 1Nguyeân taéc 1:: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoàiNguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài
á h h á ñi à khi å ù h á l h b é b h ûi Muoán heä thoáng ñieàu khieån coù chaát löôïng cao thì baét buoäc phaûi
coù phaûi hoài thoâng tin, töùc phaûi coù ño löôøng caùc tín hieäu töø ñoái
töôïng.ï g
 Caùc sô ñoà ñieàu khieån döïa treân nguyeân taéc phaûn hoài thoâng tin:
 Ñieàu khieån buø nhieãu
 Ñieàu khieån san baèng sai leäch
Ñi à khi å h ái h Ñieàu khieån phoái hôïp

Nguyeân taéc 1Nguyeân taéc 1:: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)
S ñ à ñi à khi å b ø hi ã Sô ñoà ñieàu khieån buø nhieãu
n(t)
Bộ điề khiể
y(t)r(t)
Đối t
u(t)
n(t)
y( )( )
Đối tượng
( )

S ñ à ñi à khi å b è i l h Sô ñoà ñieàu khieån san baèng sai leäch
n(t)
y(t)r(t)
 Đối tượng
u(t)e(t)
Cảm biến
yht(t)

S ñ à ñi à khi å k á h Sô ñoà ñieàu khieån keát hôïp
n(t)
y(t)r(t) u(t)e(t)
n(t)
y(t)r(t)
 Đối tượng
u(t)e(t)
yht(t)
Cảm biến

Nguyeân taéc 2Nguyeân taéc 2:: Nguyeân taéc ña daïng töông xöùngNguyeân taéc ña daïng töông xöùng
á ù h ñi à khi å ù h á l h ñ d û b Muoán quaù trình ñieàu khieån coù chaát löôïng thì söï ña daïng cuûa boä
ñieàu khieån phaûi töông xöùng vôùi söï ña daïng cuûa ñoái töôïng. Tính ña
daïng cuûa boä ñieàu khieån theå hieän ôû khaû naêng thu thaäp thoâng tin,ï g ä ä g äp g ,
löu tröõ thoâng tin, truyeàn tin, phaân tích xöû lyù, choïn quyeát ñònh,...
 YÙ nghóa: Caàn thieát keá boä ñieàu khieån phuø hôïp vôùi ñoái töôïng.
à á à å à Thí duï: Haõy so saùnh yeâu caàu chaát löôïng ñieàu khieån vaø boä ñieàu
khieån söû duïng trong caùc heä thoáng sau:
 Ñieàu khieån nhieät ñoä baøn uûi (chaáp nhaän sai soá lôùn) vôùi ñieàu Ñieu khien nhieät ñoä ban ui (chap nhaän sai so lôn) vôi ñieu
khieån nhieät ñoä loø saáy (khoâng chaáp nhaän sai soá lôùn).
 Ñieàu khieån möïc nöôùc trong boàn chöùa cuûa khaùch saïn (chæ caàn
à à å áñaûm baûo luoân coù nöôùc trong boàn) vôùi ñieàu khieån möïc chaát
loûng trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát (möïc chaát loûng caàn giöõ
khoâng ñoåi).
g )
 …

Nguyeân taéc 3Nguyeân taéc 3:: Nguyeân taéc boå sung ngoaøiNguyeân taéc boå sung ngoaøi
 Moät heä thoáng luoân toàn taïi vaø hoaït ñoäng trong moâi tröôøng cuï theå
vaø coù taùc ñoäng qua laïi chaët cheõ vôùi moâi tröôøng ñoù. Nguyeân taéc boåä g q ï ë g g y
sung ngoaøi thöøa nhaäân coù moät ñoái töôïng chöa bieát (hoäp ñen) taùc
ñoäng vaøo heä thoáng vaø ta phaûi ñieàu khieån caû heä thoáng laãn hoäp ñen.
 YÙ hó Khi thi át k á h ä th á tö ñ ä á h ä th á ù ù Y nghóa: Khi thieát keá heä thoáng töï ñoäng, muoán heä thoáng coù coù
chaát löôïng cao thì khoâng theå boû qua nhieãu

Nguyeân taéc 4Nguyeân taéc 4:: Nguyeân taéc döï tröõNguyeân taéc döï tröõ
 Vì nguyeân taéc 3 luoân coi thoâng tin chöa ñaày ñuû phaûi ñeà phoøng caùc
baát traéc xaûy ra vaø khoâng ñöôïc duøng toaøn boä löïc löôïng trong ñieàuy g ï g ä ï ï g g
kieän bình thöôøng. Voán döï tröõ khoâng söû duïng, nhöng caàn ñeå ñaûm
baûo cho heä thoáng vaän haønh an toaøn.

Nguyeân taéc 5Nguyeân taéc 5:: Nguyeân taéc phaân caápNguyeân taéc phaân caáp
 Moät heä thoáng ñieàu khieån phöùc taïp caàn xaây döïng nhieàu lôùp ñieàu
khieån boå sung cho trung taâm. Caáu truùc phaân caáp thöôøng söû duïng
laø caáu truùc hình caây.la cau truc hình cay.
 Ña soá heä thoáng ñieàu khieån trong caùc daây chuyeàn saûn suaát hieän
nay coù theå chia laøm 3 caáp:nay co the chia lam 3 cap:
 Caáp thöïc thi: ñieàu khieån thieát bò, ñoïc tín hieäu töø caûm bieán.
 Caáp phoái hôpCap phoi hôïp
 Caáp toå chöùc vaø quaûn lyù

Thí du: Heä SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)Thí duï: Heä SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

Thí du: Heä thoáng saûn xuaát linh hoat (FMS)Thí duï: Heä thong san xuat linh hoaït (FMS)

Nguyeân taéc 6Nguyeân taéc 6:: Nguyeân taéc caân baèng noäiNguyeân taéc caân baèng noäi
 Moãi heä thoáng caàn xaây döïng cô cheá caân baèng noäi ñeå coù khaû naêng
töï giaûi quyeát nhöõng bieán ñoäng xaûy ra.ï g q y g ä g y

Phaân loaïi heä thoáng ñieàu khieånPhaân loaïi heä thoáng ñieàu khieån

Phaân loaïi döïa treân moâ taû toaùn hoïc cuûa heä thoángPhaân loaïi döïa treân moâ taû toaùn hoïc cuûa heä thoáng
á á û è Heä thoáng lieân tuïc: Heä thoáng lieân tuïc ñöôïc moâ taû baèng phöông
trình vi phaân.
Heä thoáng rôøi rac: Heä thoáng rôøi rac ñöôc moâ taû baèng phöôngHeä thong rôi raïc: Heä thong rôi raïc ñöôïc mo ta bang phöông
trình sai phaân.
 Heä thoáng tuyeán tính: heä thoáng ñöôïc moâ taû bôûi heä phöông trình vi
áphaân/sai phaân tuyeán tính.
Heä thoáng phi tuyeán: heä thoáng moâ taû bôûi heä phöông trình vi
phaân/sai phaân phi tuyeánphan/sai phan phi tuyen.
 Heä thoáng baát bieán theo thôøi gian: heä soá cuûa phöông trình vi
phaân/ sai phaân moâ taû heä thoáng khoâng ñoåi.
Heä thoáng bieán ñoåi theo thôøi gian: heä soá cuûa phöông trình vi
phaân/ sai phaân moâ taû heä thoáng thay ñoåi theo thôøi gian.

Phaân loaïi döïa treân soá ngoõ vaøoPhaân loaïi döïa treân soá ngoõ vaøo –– ngoõ ra heä thoángngoõ ra heä thoáng
 Heä thoáng moät ngoõ vaøo – moät ngoõ ra (heä SISO): (Single Input –
Single Output).
Heä thoáng nhieàu ngoõ vaøo nhieàu ngoõ ra (heä MIMO): (MultiHeä thong nhieu ngo vao – nhieu ngo ra (heä MIMO): (Multi
Input – Multi Output).
Ña soá caùc heä thoáng trong thöïc teá ñeàu laø heä phi tuyeán bieán ñoåi
theo thôøi gian, nhieàu ngoõ vaøo, nhieàu ngoõ ra.
Moân hoc Cô sôû tö ñoäng chæ ñeà caäp ñeán lyù thuyeát ñieàu khieån heäMon hoïc Cô sô töï ñoäng chæ ñe caäp ñen ly thuyet ñieu khien heä
tuyeán tính baát bieán, moät ngoõ vaøo, moät ngoõ ra

Phaân loaïi theo chieán löôïc ñieàu khieånPhaân loaïi theo chieán löôïc ñieàu khieån
 Muïc tieâu ñieàu khieån thöôøng gaëp nhaát laø sai soá giöõa tín hieäu ra vaø
tín hieäu vaøo chuaån caøng nhoû caøng toát. Tuøy theo daïng tín hieäu vaøo
maø ta coù caùc loai ñieàu khieån sau:ma ta co cac loaïi ñieu khien sau:
 Ñieàu khieån oån ñònh hoùa: Neáu tín hieäu chuaån r(t) = const, ta goïi
laø ñieàu khieån oån ñònh hoùa.
Ñi à khi å th hö t ì h Tí hi ä ø ( ) l ø h ø h ñ åi Ñieàu khieån theo chöông trình: Tín hieäu vaøo r(t) laø haøm thay ñoåi
theo thôøi gian nhöng ñaõ bieát tröôùc.
 Ñieàu khieån theo doõi: Tín hieäu vaøo r(t) laø haøm khoâng bieát tröôùc
theo thôøi gian.

Lòch söû phaùt trieån lyù thuyeát ñieàu khieånLòch söû phaùt trieån lyù thuyeát ñieàu khieån
 Ñieàu khieån kinh ñieån
 Ñieàu khieån hieän ñaïi
 Ñi à khi å th â i h Ñieàu khieån thoâng minh

Ñieàu khieån kinh ñieånÑieàu khieån kinh ñieån
 Moâ taû toaùn hoïc duøng ñeå phaân tích vaø thieát keá heä thoáng laø haøm
truyeàn.
 Ñaëc ñieåm: Ñaëc ñiem:
 Ñôn giaûn
 AÙp dung thuaän lôi cho heä thoáng tuyeán tính baát bieán moät ngoõp ï g ä ï ä g y ä g
vaøo, moät ngoõ ra.
 Kyõ thuaät thieát keá trong mieàn taàn soá.
 Caùc phöông phaùp phaân tích vaø thieát keá heä thoáng:
 Quyõ ñaïo nghieäm soá.
 Ñ ë tí h t à á bi å ñ à N i t bi å ñ à B d Ñaëc tính taàn soá: bieåu ñoà Nyquist, bieåu ñoà Bode.
 Boä ñieàu khieån:
 Sôùm treå pha
 Sôm tre pha
 PID (Proportional – Integral – Derivative)

Ñieàu khieån hieän ñaïiÑieàu khieån hieän ñaïi
ế Moâ taû toaùn hoïc chủ yếu duøng ñeå phaân tích vaø thieát keá heä thoáng laø
phöông trình traïng thaùi.
 Coù theå aùp duïng cho heä thoáng phi tuyeán, bieán ñoåi theo thôøi
gian, nhieàu ngoõ vaøo, nhieàu ngoõ ra.
 Kyõ thuaät thieát keá trong mieàn thôøi gian
 Caùc phöông phaùp thieát keá heä thoáng:
 Ñieàu khieån toái öu.
 Ñieàu khieån thích nghi.
 Ñi à khi å b à öõ Ñieàu khieån beàn vöng
 Boä ñieàu khieån:
 Hoài tieáp trang thaùi
 Hoi tiep traïng thai

Ñieàu khieån thoâng minhÑieàu khieån thoâng minh
 Veà nguyeân taéc khoâng caàn duøng moâ hình toaùn hoïc ñeå thieát keá heä
thoáng.
 Moâ phoûng/baét chöôùc caùc heä thoáng thoâng minh sinh hoïc.
 Boä ñieàu khieån coù khaû naêng xöû lyù thoâng tin khoâng chaéc chaén,ä g y g g ,
coù khaû naêng hoïc, coù khaû naêng xöû lyù löôïng lôùn thoâng tin.
 Caùc phöông phaùp ñieàu khieån thoâng minh
 Ñieàu khieån môø (Fuzzy Control).
 Maïng thaàn kinh nhaân taïo (Neural Network).
 Th ät t ù di t à (G ti Al ith ) Thuaät toaùn di truyeàn (Genetic Algorithm).
 …

Noäi dung moân hoïc Cô sôû ñieàu khieån töï ñoängNoäi dung moân hoïc Cô sôû ñieàu khieån töï ñoäng
 N äi d hí h û â h Cô ôû t độ h û á ñ à á ñ á Noäi dung chính cuûa moân hoïc Cô sôû tự động chuû yeáu ñeà caáp ñeán
caùc phöông phaùp kinh ñieån phaân tích, thieát keá heä thoáng tuyeán
tính, baát bieán, moät ngoõ vaøo, moät ngoõ ra. Do vaäy kieán thöùc coù ñöôïc
töø moân hoïc giuùp kyõ sö coù theå phaân tích, thieát keá heä thoáng ñieàu
khieån ôû caáp thöïc thi (caáp ñieàu khieån thieát bò trong heä thoáng ñieàu
khieån phaân caáp)khien phan cap).

Caùc moân hoïc lieân quanCaùc moân hoïc lieân quan
 Ñ å ù th å thi át k á ñöô ù h ä th á ñi à khi å ôû á thö thi Ñeå coù theå thieát keá ñöôïc caùc heä thoáng ñieàu khieån ôû caáp thöïc thi
thöïc teá, ngoaøi kieán thöùc veà lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng ngöôøi
thieát keá caàn naém vöõng kieán thöùc caùc lieân quan nhö:
 Maïch ñieän, maïch ñieän töû
 Ño löôøng coâng nghieäp
 Kyõ thuaät soá, vi xöû lyù
 Ño löôøng ñieàu khieån duøng maùy tính,…

Caùc moân hoïc naâng cao lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoängCaùc moân hoïc naâng cao lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng
 Caùc PP ñieàu khieån hieän ñai seõ ñöôc ñeà caäp ñeán trong moân hoc: Cac PP ñieu khien hieän ñaïi se ñöôïc ñe caäp ñen trong mon hoïc:
 Lyù thuyeát ñieàu khieån hiện đại(baäc Ñaïi hoïc).
 Ñieàu khieån toái öu (baäc Cao hoïc).( ä ï )
 Ñieàu khieån thích nghi beàn vöõng (baäc Cao hoïc).
 Ñieàu khieån heä ña bieán (baäc Cao hoïc).
à å á Ñieàu khieån heä phi tuyeán (baäc Cao hoïc).
 Caùc PP ñieàu khieån thoâng minh seõ ñöôïc ñeà caäp ñeán trong moân hoïc
 Trí tueä nhaân tao vaø heä chuyeân gia (baäc Ñai hoc) Trí tueä nhan taïo va heä chuyen gia (baäc Ñaïi hoïc)
 Heä thoáng ñieàu khieån thoâng minh (baäc Cao hoïc).
 Mang neuron nhaän dang, dö baùo vaø ñieàu khieån (baäc Cao hoc).Maïng neuron nhaän daïng, döï bao va ñieu khien (baäc Cao hoïc).
 Caùc PP nhaän daïng heä thoáng seõ ñöôïc ñeà caäp ñeán trong moân hoïc:
 Moâ hình moâ phoûng (baäc Ñaïi hoïc)
 Moâ hình hoùa, nhaän daïng vaø moâ phoûng (baäc Cao hoïc)

Moät soá thí duï veà caùc heä thoáng ñieàu khieånMoät soá thí duï veà caùc heä thoáng ñieàu khieån

Caùc öùng duïng cuûa lyù thuyeát ñieàu khieånCaùc öùng duïng cuûa lyù thuyeát ñieàu khieån
 Aùp duïng trong haàu heát taát caû caùc lónh vöïc kyõ thuaät
 Heä thoáng saûn xuaát: nhaø maùy xi maêng, nhaø maùy ñöôøng,….
 Q ù t ì h â hi ä hi ät ñ ä lö löô ù át t á ñ ä Quaù trình coâng nghieäp: nhieät ñoä, löu löôïng, aùp suaát, toác ñoä,…
 Heä cô ñieän töû: caùnh tay maùy, maùy coâng cuï,…
 Heä thoáng thoâng tin Heä thong thong tin
 Heä thoáng saûn xuaát vaø truyeàn taûi naêng löôïng
 Phöông tieän giao thoâng: xe hôi, taøu hoûa, maùy bay, taøu vuõ truï,…g ä g g , , y y, ï,
 Thieát bò quaân söï
 Thieát bò ño löôøng
 Thieát bò ñieän töû daân duïng: maùy ñieàu hoøa, ti vi, tuû laïnh, maùy
giaët, maùy aûnh, noài côm ñieän,…
 Thieát bò y teá
 Thiet bò y te

Heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoääHeä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoää
 Nhieät ñoä laø ñaïi löôïng tham gia vaøo nhieàu quaù trình coâng ngheä:
saûn xuaát xi maêng, gaïch men, nhöïa, cao su, hoùa daàu, thöïc phaåm,...
à å å à Muïc tieâu ñieàu khieån thöôøng laø giöõ cho nhieät ñoä oån ñònh (ñieàu
khieån oån ñònh hoùa) hay ñieàu khieån nhieät ñoä thay ñoåi theo ñaëc tính
thôøi gian ñònh tröôùc (ñieàu khieån theo chöông trình)thôi gian ñònh tröôc (ñieu khien theo chöông trình).
Nhaø maùy xi maêng Nhaø maùy giaáy

Heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoääHeä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoää
 Heä thoáng saáy noâng saûn (caø pheâ, haït ñieàu, tieâu,….)
Heä thoáng saáy noâng saûn
Heä thong say nong san

Heä thoáng oån ñònh nhieät ñoääHeä thoáng oån ñònh nhieät ñoää

Heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä theo chöông trìnhHeä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä theo chöông trình

4.7k 4.7k
VCC
4.7k 4.7k
Boä ñieàu khieån vaø giao tieáp ngöôøi duøngBoä ñieàu khieån vaø giao tieáp ngöôøi duøng
1k
D6
LED 7DOAN
1
4
5
7
1k
PORTD<6>
Q2
A1015
Q3
A1015
PORTD<4>
1k
1k
Q1
A1015
PORTD<5>
Q4
A1015
PORTD<7>
. . . .
LED_7DOAN
4
5
7
VCC1
A
F
VCC2
VCC3
VCC4
G
C
DOT
D
E
B
DOT
2
3
8
9
10
11
12
6
A
F
G
C
D
D
E
B
G
C
E
D
VCC
VCC F
A
B
D
SW4A
V_sensor
G
F
B
VREF+
SW4
10k
E
PIC16F877A
2
3
4
5
6
7
33
34
35
36
37
38
39
40
1
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
MCLR*/VPP
DOT
10k
C
SW5
SW2
SW3
PORTD<5>
10MHz
C16
33p
SW3
SW4
PORTD<6>
PORTD<4>
G
SW1
SW2
7 40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
13
8
9
RA5/AN4/SS*/C2OUT RB7/PGD
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
OSC1/CLKIN
RE0/RD*/AN5
SW2
SW3
PORTC<2>
PORTD<7>
10MHz
CRYSTAL
VCC
SW1
C17
33p
SW1
14
32
11
31
12
9
10
OSC2/CLKOUT
VDD
VDD
VSS
VSS
RE1/WR*/AN6
RE2/CS*/AN7

+5V
Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän (buø nhieät duøng LM335)Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän (buø nhieät duøng LM335)
R1
10k
Rf 1
18k
R3
3.3k
Rf 2
10k
+5V
v1
R2
10k
-
+
U1
OP07
3
2
6
74
81
+5V
+
- U5
OP07
3
2
6
74
81
v4
RA0/AN0
-5V
-
+
U6
OP07
3
2
6
7
1
+5V
+5V
4
8
v2
-5V
4
8
R6
1k
-5V
-
+ U2
OP07
3
2
6
7
1
R4
2.2k
-5V
LM335
v3R8
22k
R10
1k
4
8
R5
10k
R9
10k
+5V
Thermocouple
+ C17
10u
R7
100
+
- U4
OP07
3
2
6
7
1
-
-
+ U3
OP07
3
2
6
74
81
R11
+5V
Vout = 0.0391Td
-5V
0u
4
8
4
8
R11
2.2k
-5V

Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän (buø nhieät duøng LM35)Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän (buø nhieät duøng LM35)
5V
U2
7
1
5V
5VU1
LM35
1VCC
2
C1
10uF
-
+
OP07
3
2
6
4
8
5
5V
5
35
2
GND
VOUT
V
V2 R1
25k
0
0
-5V
-
+
U4
OP07
3
2
6
7
1
5V
5V
-
+
U5
OP07
3
2
6
7
1
R5
PA0/ADC0
3G
V3
Vout
OP07
4
8
5V
R6R2J1
Thermo couple
1
+
U3
3
6
7
1
OP07
4
8
-5V
-5V
R4
1.8k
100
V1 R3
C2
10uF
3.9k100
1
-5V
-
OP07
2
6
4
8
V1 R3
100
0
0 0
0

MMạạch coâng suaátch coâng suaát
+12V
6
HeaterFUSER3
470
220Vac
0Vdc
Q2
BTA16
Q1
R1
U15
MOC3020
1
2
4
PORTC<2>
Q2SC1815
47k
R2
330

Moät heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä thöïc teáMoät heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä thöïc teá

Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng côHeä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô
 Ñ ä ô (DC AC) l ø thi át bò t à ñ ä ñöô öû d át h å Ñoäng cô (DC, AC) laø thieát bò truyeàn ñoäng ñöôïc söû duïng raát phoå
bieán trong maùy moùc, daây chuyeàn saûn suaát.
 Coù 3 baøi toaùn ñieàu khieån thöôøng gaëp: ñieàu khieån toác ñoä, ñieàug g ëp ä,
khieån vò trí, ñieàu khieån moment.

Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò antenHeä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten

Ñieàu khieån PID vò trí ñoäng cô DCÑieàu khieån PID vò trí ñoäng cô DC

Ñieàu khieån PID soá toác ñoä ñoäng cô DCÑieàu khieån PID soá toác ñoä ñoäng cô DC

Moät heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô thöïc teáMoät heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô thöïc teá
 Ñoäng cô: DC AC Ñoäng cô: DC, AC
 Caûm bieán: bieán trôû, maùy phaùt toác, encoder
 Boä ñieàu khieån: DC Driver, AC Driver (Inverter)ä , ( )
DC Motor
Encoder
DC Driver

Heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûngHeä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng
 Heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng thöôøng gaëp trong caùc quaù
trình coâng nghieäp cheá bieán thöïc phaåm, nöôùc giaûi khaùc, caùc heä
h á û l ù ù h ûithoáng xöû lyù nöôùc thaûi,...
 Ñieàu khieån möïc chaát loûng, ñieàu khieån löu löôïng chaát loûng
 Caùc loaïi caûm bieán ño möùc chaát loûng:
 Caûm bieán ño dòch chuyeån: bieán trôû, encoder
 Caûm bieán aùp suaát
 Caûm bieán ñieän dungCam bien ñieän dung

Moät thí duï heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûngMoät thí duï heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng
Hình veõ tham khaûo töø giaùo trình: Cô sôû töï ñoäng hoïc, Löông vaên Laêng, NXB Ñaïi hoïc Quoác Gia

Moâ hình ñieàu khieån möïc chaát loûng trong phoøng thí nghieämMoâ hình ñieàu khieån möïc chaát loûng trong phoøng thí nghieäm

Heä thoáng ñieàu khieån ñoä ñaäm ñaëc boät giaáyHeä thoáng ñieàu khieån ñoä ñaäm ñaëc boät giaáy

Heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bayHeä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay

Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy baySô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay

Heä thoáng ñieàu khieån maùy CNCHeä thoáng ñieàu khieån maùy CNC

Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån maùy CNCSô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån maùy CNC

Heä thoáng chöng caát (coâng ngheä hoùa hoïc)Heä thoáng chöng caát (coâng ngheä hoùa hoïc)

Heä thoáng ñieàu khieån maùy phaùt ñieän hôi nöôùcHeä thoáng ñieàu khieån maùy phaùt ñieän hôi nöôùc

ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNGÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG
TAÏI SAO CAÀN CÔ SÔÛ TOAÙN HOÏC?TAÏI SAO CAÀN CÔ SÔÛ TOAÙN HOÏC?

Caùc chieán löôïc ñieàu khieånCaùc chieán löôïc ñieàu khieån
(t)
Bộ điề khiể
y(t)r(t)
Đối t
u(t)e(t)
n(t)
y( )( )
 Đối tượng
( )e(t)
yht(t)
Cảm biến
 ON-OFF: Tín hieäu ñieàu khieån u(t) chæ coù hai möùc 0 hoaëc 1
 Lieân tuïc: Tín hieäu ñieàu khieån u(t) nhaän giaù trò lieân tuïc baát kyø.

Ñieàu khieån ONÑieàu khieån ON--OFFOFF
 Ñôn giaûn, khi phaân tích vaø thieát keá khoâng caàn döïa vaøo toaùn hoïc
à å à å Chæ cho keát quaû ñieàu khieån toát khi ñoái töôïng ñieàu khieån khoâng coù
quaùn tính hoaëc coù quaùn tính raát beù.
 Moät soá thí duï:
 Ñieàu khieån caùc phaàn töû khí neùn
 Ñieàu khieån ñoäng cô keùo baêng taûi trong moät soá daây chuyeàn saûn
xuaát.
 Caùc öùng dung khaùc khi khoâng caàn yeâu caàu ñieàu khieån chính Cac öng duïng khac khi khong can yeu cau ñieu khien chính
xaùc.

Thí duï ñieàu khieån möïc chaát loûng trong boàn chöùaThí duï ñieàu khieån möïc chaát loûng trong boàn chöùa
LH
LL
Maùy bôm
V û
Boàn chöùa Van xaû

Caûm bieán möùc chaát loûngCaûm bieán möùc chaát loûng
 Ph Phao

Caûm bieán möùc chaát loûngCaûm bieán möùc chaát loûng
 C û bi á ñi ä d Cam bien ñieän dung
 Nguyeân lyù hoaït ñoängg y y ï ä g
 Phaùt hieän ra chaát loûng: ON
 Khoâng phaùt hieän chaát loûng: OFF
LL
LLLL

Thieát bò ñieàu khieånThieát bò ñieàu khieån
 Relay Relay
R
R
R
Ti á ñi å thöôø ñ ùN h â ñi ä
R
Tieáp ñieåm thöôøng ñoùng
Tieáp ñieåm thöôøng môû
Nam chaâm ñieän
Loø xo

Sô ñoà ñieàu khieån möùc chaát loûng trong boànSô ñoà ñieàu khieån möùc chaát loûng trong boàn
0VSô ñoà ñieàu khieån
LH LL K1
+24V
K1
K1K1
M~220V
Sô ñoà ñoäng löïc
M
K1
~220V

Ñaùp öùng cuûa heä thoáng ñieàu khieån ONÑaùp öùng cuûa heä thoáng ñieàu khieån ON--OFF möùc chaát loûngOFF möùc chaát loûng
y(t)
HIGHHIGH
tDao ñoäng
LOW
tDao ñoäng

Thí duï ñieàu khieån coång töï ñoängThí duï ñieàu khieån coång töï ñoäng
coångcong
ñoäng cô
caûm bieán LS1caûm bieán LS2 cam bien LS1
(coâng taéc haønh trình)
cam bien LS2
(coâng taéc haønh trình)
Yeâu caàu: Nhaán nuùt [MÔÛ]  coång môû
Nhaán nuùt [ÑOÙNG]  coång ñoùng
Nhaán nuùt [DÖØNG]  coång döøng
MÔÛ
ÑOÙNG
DÖØNG
Nhan nut [DÖNG]  cong döngDÖNG

Caûm bieán vò tríCaûm bieán vò trí
 Coâng taéc haønh trình Cong tac hanh trình

Caûm bieán vò tríCaûm bieán vò trí
 Caûm bieán ñieän caûm Cam bien ñieän cam

Sô ñoà ñieàu khieån coång töï ñoängSô ñoà ñieàu khieån coång töï ñoäng
+24V 0V
Döøng Môû K1K2
K1
LS1
Ñoùng K1LS2
K1
K2LS2
K2

Sô ñoà ñoäng löïc ñieàu khieån coång töï ñoängSô ñoà ñoäng löïc ñieàu khieån coång töï ñoäng
Nguoàn DC
+ 
K1 K2
M
K1K2 K1K2
Sô ñoà ñoäng löïc ñoäng cô DC

Sô ñoà ñoäng löïc ñieàu khieån coång töï ñoängSô ñoà ñoäng löïc ñieàu khieån coång töï ñoäng
3Pha220V
K1 K1 K1 K2K2K2
M
Sô ñoà ñoäng löïc ñoäng cô AC

Khuyeát ñieåmKhuyeát ñieåm
 Chaát löông ñieàu khieån coù ñaûm baûo khoâng neáu coång coù quaùn Chat löôïng ñieu khien co ñam bao khong neu cong co quan
tính lôùn?
 AÙp duïng sô ñoà töông töï ñeå ñieàu khieån thang maùy di chuyeån
töø taàng naøy ñeán taàng khaùc ngöôøi söû duïng thang coù caûm thaáy
an toaøn, thoaûi maùi?

Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò antenHeä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten
Bieán trôû
(vò trí ñaët)
AÊn-ten
( ò ë )
Boä ñieàu khieån
Ñoäng cô
Boä ñieu khien
Bieán trôû
û á
(caûm bieán vò trí)

Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ONHeä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ON--OFFOFF
 e(t) = 0  u(t)=0
 e(t) > 0  u(t)=+V
 e(t) < 0  u(t)=V e(t) < 0  u(t)=V
(t)c(t)
Dao ñoäng
t

Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ONHeä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ON--OFFOFF
 |e(t)|    u(t)=0
 e(t) >   u(t)=+V
 e(t) <    u(t)=V
c(t)c(t)
 lôùn: Sai soá nhoû: Dao ñoäng
tt

Heä thoáng phaùt hieän hoäp söõa roãngHeä thoáng phaùt hieän hoäp söõa roãng
Hoäp söõa
Loaïi boû
CBCB
Ñaït
C l h khí
Cy-lanh khí

Thieát bò chaáp haønh: cyThieát bò chaáp haønh: cy--lanh khí neùnlanh khí neùn
Xylanh khí 2 chieàuXylanh khí 2 chieu

Thieát bò chaáp haønh: cyThieát bò chaáp haønh: cy--lanh khí neùnlanh khí neùn
Xylanh khí 1 chieàuXylanh khí 1 chieu

Relay thôøi gian (Timer)Relay thôøi gian (Timer)

Sô ñoà ñieàu khieån loaïi boû hoäp söõa roãngSô ñoà ñieàu khieån loaïi boû hoäp söõa roãng
+24V 0V
CB T2 R
+24V
Giöõ trang thaùi loãi
R
Giö traïng thai loi
Th øi i ì h õR
T1
T1
Thôøi gian trì hoaõn
tröôùc khi ñaåy hoäp
T2
T1
K
Thôøi gian ñaåy hoäp
å
K
Van khí ñaåy hoäp

Daây chuyeàn ñoùng hoäp taùoDaây chuyeàn ñoùng hoäp taùo

Phaùt hieän taùo: Caûm bieán quangPhaùt hieän taùo: Caûm bieán quang

Thieát bò ñeám taùo: Boä ñeám (Counter)Thieát bò ñeám taùo: Boä ñeám (Counter)

Daây chuyeàn ñoùng hoäp taùo: Sô ñoà ñieàu khieånDaây chuyeàn ñoùng hoäp taùo: Sô ñoà ñieàu khieån

Boä ñieàu khieån laäp trình (PLCBoä ñieàu khieån laäp trình (PLC  Programmable Logic Controller)Programmable Logic Controller)

Haïn cheá cuûa phöông phaùp ñieàu khieån ONHaïn cheá cuûa phöông phaùp ñieàu khieån ON--OFFOFF
y(t)
t
 Ñoái töôïng coù quaùn tính, ñaùp öùng coù dao ñoäng
ï g q , p g ä g

Caûi thieän chaát löôïng khi ñoái töôïng coù quaùn tính?Caûi thieän chaát löôïng khi ñoái töôïng coù quaùn tính?
y(t)
t
 Caàn hieåu bieát veà ñaëc tính ñoäng hoïc cuûa heä thoáng.
 Moâ hình toaùn hoc  Lyù thuyeát ñieàu khieån tö ñoäng
 Mo hình toan hoïc  Ly thuyet ñieu khien töï ñoäng

Chuong1 cstd

More Related Content

Viewers also liked (20)

Similar to Chuong1 cstd (20)

Chuong1 cstd