Đang tải... (xem toàn văn)
dành cho những người mới bắt đầu tiếp cận cho môn học điều khiển tự động ,sẽ nêu lên các bước cơ bản dễ hiểu nhất cho người đọc được hiểu ,từ đó tìm kiếm được mục tiêu về việc học cũng như các định hướng rõ ràng hơn về môn học,không chỉ cung cấp những kiến thức cơ bản mà còn giúp cho người đọc hình dung tốt hơn
Small tutorial Tổng quan về điều khiển tự động – phần 1 1 I.Khái niệm về điều khiển tự động Mở đầu Bài viết này nhằm làm rõ một số kiến thức cho các bạn đã và đang học nhưng chưa hiểu rõ lắm về hệ thống điều khiển tự động. Các bạn có ý định theo ngành này cũng có thể đọc để nắm sơ qua về điều khiển tự động. Kiến thức cơ bản cần cho điều khiển học là phương trình vi phân và biến đổi Laplace. Ngoài ra, để thiết kế bộ điều khiển số thì cần biết thêm về biến đổi Z. Các kiến thức về Đại số tuyến tính, Hàm biến phức, Tối ưu hóa cũng sẽ có ích rất nhiều. Tất cả các môn này đều được dạy ở các năm đại cương ở các trường đại học về kỹ thuật. Trong bài viết này, tác giả xem bạn là người đã biết về phương trình vi phân và biến đổi Laplace. Điều khiển và điều khiển tự động Điều khiển : Vd1: điều khiển xe máy. Ta vặn tay ga thì xe chạy, vặn mạnh thì nó chạy nhanh, vặn nhẹ thì nó chạy chậm. Ở đây, xe là đối tượng (hay hệ thống) cần điều khiển; mức vặn ga là tín hiệu điều khiển; còn tốc độ xe là đáp ứng của hệ thống. Khái quát ví dụ trên lên ta hiểu nôm na điều khiển là sự tác động lên tín hiệu điểu khiển nhằm làm cho hệ thống có đáp ứng như ta mong muốn. Cần hiểu kỹ khái niệm “Tín hiệu điều khiển” vì nó rất quan trọng. Từ kinh nghiệm học tập của tôi, nhiều khi ở trên bảng thầy giáo cứ lặp đi lặp lại “tín hiệu điều khiển” mà tôi không biết thầy đang muốn nói đền cái biến nào trong bài toán, u, I, hay là V. Điều khiển tự động : Vd2: giả sử có một chiếc xe máy có chức năng sau : ta quay kim tốc độ tới vạch mong muốn chẳng hạn là 50km/h, một bộ phận nào đó của xe máy tự động vặn ga sao cho xe đạt 50km/h, khi đó khái niệm điều khiển tự động xuất hiện. Ta không trực tiếp điều khiển, ta chỉ ra yêu cầu và hệ thống tự động điều chỉnh sao cho có đáp ứng ra như yêu cầu. So với ví dụ trước thì ở đây xuất hiện thêm “bộ phận nào đó của xe máy tự động vặn ga sao cho…”. Ta gọi đó là bộ điều khiển. Nguyên lý bộ điều khiển : có nhiều nguyên lý khác nhau, nhưng đơn giản và tự nhiên nhất là bắt chước hành vi con người. Con người dùng các giác quan để cảm nhận mọi thứ, rồi đưa ra hành động thích hợp. Tương tự, bộ điều khiển dùng các thiết bị cho phép đo đạc gọi là cảm biến, rồi so sánh cái đo được với cái mong muốn để đưa ra điều chỉnh thích hợp dựa trên một số quy tắc mà ta thiết lập cho nó. Trong vd2, bô điều khiển có thể được thiết kế như sau : dùng 1 thiết bị để đo vận tốc xe. So sánh giá trị đo được với giá trị mong muốn là 50km/h. Nếu vận tốc nhỏ hơn 50km/h thì tăng ga để tăng tốc, ngược lại thì giảm ga để giảm tốc. Figure 1: Nguyên lý một bộ điều khiển đơn giản V > Vo : giảm tốc V < Vo : tăng tốc So sánh Vo Vo - V Tín hiệu điều khiển Cảm biến V Công cụ phân tích và thiết kế trong điều khiển học cổ điển. Trong điều khiển học cổ điển, mọi phân tích và thiết kế đều được tiến hành trong miền tần số, hay còn gọi là miền Laplace. Vì sao lại là biến đổi Laplace ? Đó là bởi vì các đối tượng vật lý được mô hình hóa bằng các phương trình vi phân, và biến đổi Laplace cho phép chuyển phương trình vi phân tuyến tính sang một phương trình đa thức, mà phương trình đa thức thì trực quan và dễ xử lý hơn nhiều so với phương trình vi phân. Small tutorial Tổng quan về điều khiển tự động – phần 1 2 Hàm truyền và mô hình của hệ thống Hàm truyền của một hệ thống mô tả quan hệ giữa đầu ra và đầu vào của nó. Hàm truyền chính là mô hình của hệ thống, cho phép dự đoán đầu ra của hệ thống mà không cần phải đo đạc trên một hệ thống bằng xương bằng thịt. Lấy ví dụ ta có một cái máy, ta muốn biết xem nó hoạt động như thể nào. Ta lần lượt cấp cho nó dòng điện 1A, 2A, 3A,… rồi đo vận tốc xem nó biến thiên như thể nào. Thay vì làm như vậy, ta nghiên cứu các quy luật khoa học của máy và đưa ra một công thức tổng quát sao cho hễ biết đầu vào là ta có thể suy ra ngay được đầu ra. Mô hình lý tưởng sẽ cho ta vận tốc dự đoán bằng vận tốc thật đo được. Tuy nhiên không có gì lý tưởng, thông thường ta chỉ cần một mô hình đủ tốt. Trong điều khiển học, người ta toán học hóa quan hệ vào-ra để có thể phân tích và thiết kế. Biểu diễn hàm truyền bằng toán học Ví dụ ta có một điện trở R, nếu ta đặt vào 2 đầu của nó một điện áp V, thì hỏi dòng điện qua nó bằng bao nhiêu? Đương nhiên = = 1 Như vậy 1/R là hàm truyền giữa dòng điện và điện áp của một điện trở. Nếu là cuộn cảm thì sao? = = = 1 Vậy 1/Ls là hàm truyền giữa dòng và áp của một cuộn cảm. Vậy nếu hệ thống có đầu vào là I(s), và đầu ra là O(s) thì hàm truyền đươc định nghĩa : = () () Hàm truyền còn được gọi là đáp ứng tần số. Các bài viết sau sẽ giải thích rõ hơn về điểm này. (…) 2/11/2012 Klong19 Tham khảo : Bài viết chỉ bao gồm các kiến thức cơ bản có ở khắp nơi nên người viết nghĩ không cần thiết chỉ ra nguồn tham khảo. Nếu có tham khảo cụ thể nguồn nào khi viết thì sẽ được liệt kê ở đây: Dòng điện thật Vận tốc đo được Máy thật Dòng điện tưởng tượng Vận tốc dự đoán Máy mô hình H(s) Figure 2 : Mô hình và thực tế . tutorial Tổng quan về điều khiển tự động – phần 1 1 I.Khái niệm về điều khiển tự động Mở đầu Bài viết này nhằm làm rõ một số kiến thức cho các bạn đã và đang học nhưng chưa hiểu rõ lắm về. trường đại học về kỹ thuật. Trong bài viết này, tác giả xem bạn là người đã biết về phương trình vi phân và biến đổi Laplace. Điều khiển và điều khiển tự động Điều khiển : Vd1: điều khiển xe máy chưa hiểu rõ lắm về hệ thống điều khiển tự động. Các bạn có ý định theo ngành này cũng có thể đọc để nắm sơ qua về điều khiển tự động. Kiến thức cơ bản cần cho điều khiển học là phương trình