ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐIỀU KHIỂN SANG SỐ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐIỀU KHIỂN SANG SỐ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG. ỨNG DỤNG THƯ VIỆN ArduinoIO PHẦN MỀM MATLAB TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG APPLICATION ArduinoIO TOOLBOX (MATLABSIMULINK) IN AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS TS. Đỗ Trung Hải, Trần Đức Quân Khoa Điện Đại học Kỹ thuật Công nghiệp TÓM TẮT MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks. Trong quá trình thiết kế các hệ thống điều khiển tự động, Matlab là một công cụ thiết yếu giúp người thiết kế mô hình hóa mô phỏng hệ thống, ngoài ra Matlab còn có thể là một phần trong hệ thống đó – thực hiện thuật toán điều khiển. Bản báo cáo này trình bày các bước ứng dụng thư viện ArduinoIO trong công cụ Simulink của Matlab để thực hiện thu thập dữ liệu, điều khiển hệ thống điều khiển tự động và thực hiện một ví dụ về cụ thể. ABSTRACT MATLAB is a numerical computing and programming environment, designed by the MathWorks. During the design of the automatic control systems, Matlab is an essential tool to help designer simulation modeling systems, besides Matlab also can be part of them – the part implements control algorithms. This report presents the steps to use ArduinoIO library in Matlab Simulink toolbox to collect data, control automated control systems and perform a specific example. Key word: Matlab, Simulink, Arduino, ArduinoIO. 1. Mở đầu MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dung, liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác và truyền thông kết nối thiết bị thực qua các cổng kết nối nối tiếp, song song của máy tính. Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật. Đặc biệt khi kết hợp với các bo mạch thu thập dữ liệu, Matlab có thể đóng vai trò là trung tâm điều khiển trong hệ thống điều khiển số. Arduino là một hệ thống sản xuất các bo mạch mã nguồn mở được hình thành và phát triển từ năm 2005. Do các bo mạch là mã nguồn mở nên đến nay hệ thống này đã phát triển rất mạnh mẽ và có thư viện hỗ trợ cho người sử dụng rất đa dạng, phong phú. Là một thiết bị phần cứng, Arduino có thể hoạt động độc lập với chức năng thực hiện các luật điều khiển, kết nối với máy tính, hoặc một thiết bị Arduino khác, các thiết bị điện tử khác... Thư viện ArduinoIO là một thư viện trong bộ công cụ Simulink hỗ trợ các bo mạch Arduino làm việc với MatlabSimulink. Kết hợp các bo mạch Arduino và thư viện ArduinoIO, Matlab có thể tiến hành thu thập dữ liệu, thực hiện thuật toán điều khiển dễ dàng để điều khiên đối tượng thực. 2. Bo mạch Arduino và thư viện ArduinoIO 2.1. Bo mạch Arduino Các bo mạch Arduino thật ra là bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. 2 Bo mạch ArduinoUNO là bo mạch thông dụng nhất. ArduinoUno sử dụng chip Atmega328. có 14 chân vàora sô, 6 chân vào tương tự, thạch anh dao động 16Mhz. Một số thông số kỹ thuật như sau: Vi điều khiển Atmega328 Điện áp hoạt động 5V Nguồn cấp 712V Số đầu vàora số 14 (6PWM) Đầu vào tương tự 6 Dòng điện vàora số 40 mA Bộ nhơ chương trình 32 KB Xung nhịp 16 MHz Sơ đồ chân ArduinoUNO: Hình 1: ArduinoUNO USB (1): Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông qua cáp USB chúng ta có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn cho Arduino. Nguồn cấp một chiều cho Arduino UNO (2,3), 7÷12V Đầu vào tương tự (4), A0÷A5. Đầu vàora số (5,6), D0÷D13. Môi trường lập trình: Môi trường lập trình cho Arduino được tải về từ trang web http:arduino.ccenMainSoftware. Sau khi cài đặt xong thì giao diện chương trình như sau: Hình 2: Môi trường lập trình Arduino Để tìm hiểu lập trình cho Arduino có thể tìm hiểu qua các ví dụ và phần trợ giúp chi tiết trong Arduino. Ví dụ điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng xung PWM: Hình 3: Sơ đồ mạch Mã nguồn: int potPin = 0; int transistorPin = 9; int potValue = 0; void setup() { pinMode(transistorPin, OUTPUT);} void loop() { potValue = analogRead(potPin) 4; analogWrite(transistorPin, potValue); } 3 2.2. Thư viện ArduinoIO Thư viện ArduinoIO gồm hai gói phần mềm mã nguồn mở: gói mã lập trình ngôn ngữ cho bo mạch Arduino và gói mã lập trình .m cho các khối trong môi trường Simulink. Để sử dụng được thư viện này, Matworks khuyến cáo sử dụng phiên bản Matlab 2012a trở lên. Các bước cài đặt thư viện ArduinoIO: Tải và giải nén thư viện ArduinoIO từ trang web http:mathworks.com. Tải gói phần mềm xuống bo mạch ArduinoUNO. Gói phần mềm trong thư mục ArduinoIOpde. Thêm thư viện ArduinoIO cho MatlabSimulink: Đưa thư mục làm việc của Matlab đến thư mục ArduinoIO. Chạy tệp install_arduino.m để thêm thư viện ArduinoIO cho Simulink. Các khối trong thư viện ArduinoIO: Hình 1: Thư viện ArduinoIO Khối chức năng Arduino IO setup: thiết lập cài đặt giao tiếp với Arduino. Khi kết nối Arduino vào máy tính sẽ tạo ra một cổng giao tiếp nối tiếp (ví dụ Com3, Com4, …). Người sử dụng phải khai báo cho Matlab biết Arduino được kết nối vào cổng giao tiếp nào. Khối chức năng RealTime Pacer: Cài đặt cho Simulink chạy với thời gian thực. Khối chức năng Arduino Analog Read: đọc giá trị ADC trên các đầu vào analog của Arduino. Do bo mạch ArduinoUNO có thể biến đổi điện áp tương tự 0÷5V từ đầu vào tương tự A0÷A5 thành giá trị số 10bit nên khối này sẽ nhận được kết quả từ 0÷1024 tương ứng với giá trị điện áp ở các đầu vào tương tự được khai báo. Khối chức năng Arduino Digital Read: đọc giá trị các đầu vào số của Arduino. Kết quả khối này có thể là 0 hoặc 1 theo đầu vào số được khai báo. Khối chức năng Arduino Digital Write: ghi giá trị 0 hoặc 1 ra các đầu ra số được khai báo. Khối chức năng Arduino Analog Write: xuất giá trị tương tự trên các đầu ra tương tự của Arduino. Arduino coi các chân có chức năng điều khiển PWM như là các chân xuất ra được tín hiệu tương tự. Do Arduino sử dụng thanh ghi 8bit để điều khiển PWM nên giá trị của khối Arduino Analog Write nhận được từ 0÷255 tương tứng với xung PWM có độ rộng xung từ 0÷100%. Tần số PWM của ArduinoUNO là 980Hz. Khối chức năng Encoder Read: thiết lập và đọc giá trị bộ đếm xung của Arduino. Thư viện ArduinoIO hỗ trợ cảm biến tốc tộ mã hóa dưới dạng xung (Encoder) loại tương đối 2 kênh lệch pha nhau 90o điện. Trên bo mạch ArduinoUNO có chân 2 và 3 hỗ trợ nhận tín hiệu xung từ Encoder. ArduinoUNO sẽ tăng hoặc giá trị đếm khi có sự thay đổi trạng thái của tín hiệu xung Encoder tùy theo chiều quay của đĩa Encoder. Do đếm theo sườn xung như vậy nên ArduinoUNO đã thực hiện tăng độ phân giải của Encoder lên 4 lần. Kết quả của khối này là số xung ArduinoUNO đếm được trong 100ms. Khối chức năng Encoder Reset. Khối chức năng DC Motor: điều khiển động cơ một chiều. Khối này yêu cầu phải sử dụng bo mạch điều khiển động cơ một chiều của Arduino. Khối chức năng Stepper Motor: điều khiển động cơ bước. Khối này yêu cầu phải sử dụng bo mạch điều khiển động cơ bước của Arduino. Khối chức năng Servo Read, Servo Write: điều khiển động cơ servo. 4 3. Sử dụng bo mạch ArduinoUNO và thư viện ArduinoIO điều khiển tốc độ động cơ một chiều 3.1. Thông số động cơ Hãng sản xuất YASKAWA Mã hiệu UGFMED 03SRI21 Điện áp định mức 24V Công suất định mức 50W Tốc độ định mức 1500(vòngphút) Enconder 5V, 400 xungvòng 3.1. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống Hình 4: Sơ đồ cấu trúc hệ 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống 1. Động cơ một chiều 2. Bộ biến đổi xung áp 3. Mạch tạo tín hiệu đặt 4. Bộ ghép nối Arduino 5. Tín hiệu phản hồi tốc độ 6. Máy tính (MatlabSimulink) Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hệ 3.3. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống sử dụng MatlabSimulink Sử dụng các khối trong thư viện ArduinoIO để xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống với bộ điều khiển được thực hiện trên MatlabSimulink trên hình 6. Chi tiết khối Động cơ một chiều (DCM) gồm: Đọc tín hiệu tốc độ động cơ, sử dụng khối Encoder Read. Đi u khi n t đ ng đóng vai trò quan tr ng trong s phát tri n c a khoa h c và k thu t.ề ể ự ộ ọ ự ể ủ ọ ỹ ậLĩnh v c này h u hi u kh p n i t h th ng phi thuy n không gian, h th ng đi u khi n tên l a,ự ữ ệ ắ ơ ừ ệ ố ề ệ ố ề ể ửmáy bay không ng i lái, ng i máy, tay máy trong các quy trình s n xu t hi n đ i, và ngay cườ ườ ả ấ ệ ạ ảtrong đ i s ng hàng ngày: đi u khi n nhi t đ , đ m...ờ ố ề ể ệ ộ ộ ẩPhát minh đ u tiên kh i đ u cho vi c phát tri n c a lĩng v c đi u khi n t đ ng là b đi uầ ở ầ ệ ể ủ ự ề ể ự ộ ộ ềt c ly tâm đ đi u ch nh nhi t đ máy h i n c c a Jame Watt năm 1874. Các công trình đángố ể ề ỉ ệ ộ ơ ướ ủchú ý trong b c đ u phát tri n lý thuy t đi u khi n là c a các nhà khoa h c Minorsky, Hazen,ướ ầ ể ế ề ể ủ ọNyquist...năm 1922. Minorky th c hi n h th ng đi u khi n t đ ng các con tàu và ch ng minhự ệ ệ ố ề ể ự ộ ứtính n đ nh c a h th ng có th đ c xác đ nh t ph ng trình vi phân mô t h th ng. Nămổ ị ủ ệ ố ể ượ ị ừ ươ ả ệ ố1932, Nyquist đã đ a ra m t nguyên t c t ng đ i đ n gi n đ xác đ nh tính n đ nh c a hư ộ ắ ươ ố ơ ả ể ị ổ ị ủ ệth ng vòng kìn d a trên c s đáp ng vòng h đ i v i các tính hi u vào hình sin tr ng thái xácố ự ơ ở ứ ở ố ớ ệ ở ạl p. Năm 1934, Hazen đã gi i thi u thu t ng đi u ch nh c t đ ng (servo mechanism) choậ ớ ệ ậ ữ ề ỉ ơ ự ộnh ng h th ng đi u khi n đ nh v vâà th o lu n đ n vi c thi t k h th ng relay đi u ch nhữ ệ ố ề ể ị ị ả ậ ế ệ ế ế ệ ố ề ỉđ ng c v i ngõ vào tín hi u thay đ i.ộ ơ ớ ệ ổTrong su t th p niên 40 c a th k 20 ph ng pháp đáp ng t n s đã giúp cjo các k số ậ ủ ế ỷ ươ ứ ầ ố ỹ ưthi t k các h th ng vòng kín tuy n tính th a các yêu c u ch t l ng đi u khi n. T cu i th pế ế ệ ố ế ỏ ầ ấ ượ ề ể ừ ố ậniên 40 cho đ n đ u th p niên 50 ph ng pháp qu đ o nghi m c a Evan đ c phát tri n kháế ầ ậ ươ ỹ ạ ệ ủ ượ ểtoàn v n.ẹPh ng pháp qu đ o nghi m và đáp ng t n s đ c xem là c t lõi c a lý thuy t đi uươ ỹ ạ ệ ứ ầ ố ượ ố ủ ế ềkhi n c đi n cho phép ta thi t k đ c nh ng h th ng n đ nh và th a các ch tiêu ch t l ngể ổ ể ế ế ượ ữ ệ ố ổ ị ỏ ỉ ấ ượđi u khi n. Nh ng h th ng này đ c ch p nh n nh ng ch a ph i là t i u, hoàn thi n nh t.ề ể ữ ệ ố ượ ấ ậ ư ư ả ố ư ệ ấCho t i cu i th p niên 50 c a th k 20 vi c thi t k m t hay nhi u h th ng d n d n đ cớ ố ậ ủ ế ỷ ệ ế ế ộ ề ệ ố ầ ầ ượchuy n qua vi c thi t k m t h th ng t i u v i ý nghĩa đ y đ h n.ể ệ ế ế ộ ệ ố ố ư ớ ầ ủ ơKhi các máy móc hi n đ i ngày càng ph c t p h n v i nhio u tín hi u vào và ra thì vi c môệ ạ ứ ạ ơ ớ ề ệ ệt h th ng đi u khi n hi n đ i này đòi h i m t l ng r t l n các ph ng trình. Lý thuy t đi uả ệ ố ề ể ệ ạ ỏ ộ ượ ấ ớ ươ ế ềkhi n c đi n liên quan các h th ng m t ngõ vào và m t ngõ ra tr nên b t l c đ phân tích cácể ổ ể ệ ố ộ ộ ở ấ ự ểh th ng nhi u đ u vào, nhi u đ u ra. K t kho ng năm 1960 tr đi nh máy tính s cho phép taệ ố ề ầ ề ầ ể ừ ả ở ờ ốphân tích các h th ng ph c t p trong mi n th i gian, lý thuy t đi u khi n hi n đ i phát tri n đệ ố ứ ạ ề ờ ế ề ể ệ ạ ể ểđ i phó v i s ph c t p c a các h th ng hi n đ i. Lý thuy t đi u khi n hi n đ i d a trên phânố ớ ự ứ ạ ủ ệ ố ệ ạ ế ề ể ệ ạ ựtích trong mi n th i gian và t ng h p dùng các bi n tr ng thái, cho phép gi i các bài toán đi uề ớ ổ ợ ế ạ ả ềkhi n có các yêu c u ch t ch v đ chính xác, tr ng l ng và giá thành c a các h th ng trongể ầ ặ ẽ ề ộ ọ ượ ủ ệ ốlĩnh v c k ngh không gian và quân s .ự ỹ ệ ựS phát tri n g n đây c a lý thuy t đi u khi n hi n đ i là trong nhi u lĩnh v c đi u khi nự ể ầ ủ ế ề ể ệ ạ ề ự ể ểt i u c a các h th ng ng u nhiên và ti n đ nh. Hi n nay máy vi tính ngày càng r , g n nh ngố ư ủ ệ ố ẫ ề ị ệ ẽ ọ ưkh năng x lý l i r t m nh nên nó đ c dùng nh là m t ph n t trong các h th ng đi uả ử ạ ấ ạ ượ ư ộ ầ ử ệ ố ềkhi n. Nh ng áp d ng g n đây c a lý thuy t đi u khi n hi n đ i vào ngay c nh ng ngành kể ữ ụ ầ ủ ế ề ể ệ ạ ả ữ ỹthu t nh : sinh h c, y h c, kinh t , kinh t xã h i.ậ ư ọ ọ ế ế ộI. NH NG KHÁI NI M C B NỮỆƠẢ1. Đi u khi n h c (Cybernctics)ềểọ:Là khoa h c nghiên c u nh ng quá trình đi u khi n và truy n thông máy móc, sinh v t vàọ ứ ữ ề ể ề ậkinh t . Đi u khi n h c mang đ c tr ng t ng quát và đ c phân chia thành nhi u lĩnh v c khácế ề ể ọ ặ ư ổ ượ ề ựnhau nh : toán đi u khi n, đi u khi n h c k thu t, đi u khi n h c sinh v t (ph ng sinh v t:ư ề ể ề ễ ọ ỹ ậ ề ể ọ ậ ỏ ậbionics), đi u khi n h c kinh t .ề ể ọ ế2. Lý thuy t đi u khi n t đ ngếềểựộ:Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG 1 GVHD: PHAÏMQUANG HUY Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoängLà c s lý thuy t c a đi u khi n h c k thu t. Đi u khi n t đ ng là thu t ng ch quáơ ở ế ủ ề ể ọ ỹ ậ ề ể ự ộ ậ ữ ỉtrình đi u khi n m t đ i t ng trong k thu t mà không có s tham gia c a con ng iề ể ộ ố ượ ỹ ậ ự ủ ườ(automatic) nó ng c l i v i quá trình đi u khi n b ng tay (manual).ượ ạ ớ ề ể ằ3. H th ng đi u khi n t đ ngệốềểựộ:M t h th ng đi u khi n t đ ng bao g m 3 ph n ch y u:ộ ệ ố ề ể ự ộ ồ ầ ủ ếThi t b đi u khi n (TBĐK).ế ị ề ểĐ i t ng đi u khi n (ĐTĐK).ố ượ ề ểThi t b đo l ng.ế ị ườHình 1.1 là s đ kh i c a h th ng đi u khi n t đ ng.ơ ồ ố ủ ệ ố ề ể ự ộHình 1.1Trong đó:C: tín hi u c n đi u khi n, th ng g i là tín hi u ra (output).ệ ầ ề ể ườ ọ ệU: tín hi u đi u khi n.ệ ề ểR: tín hi u ch đ o, chu n, tham chi u (reference) th ng g i là tín hi u vào (input).ệ ủ ạ ẩ ế ườ ọ ệN: tín hi u nhi u tác đ ng t bên ngoài vào h th ng.ệ ễ ộ ừ ệ ốF: tín hi u h i ti p, ph n h i (feedback).ệ ồ ế ả ồ4. H th ng đi u khi n kín (closed loop control system)ệốềể:Là h ht ng đi u khi n có ph n h i (feeback) nghĩa là tín hi u ra đ c đo l ng và đ a vệ ố ề ể ả ồ ệ ượ ườ ư ềthi t b đi u khi n. Tín hi u h i ti p ph i h p v i tín hi u vào đ t o ra tín hi u đi u khi n.ế ị ề ể ệ ồ ế ố ợ ớ ệ ể ạ ệ ề ểHình 1.1 chính là s đ c a h th ng kín. C s lý thuy t đ nghiên c u h th ng kín chính là lýơ ồ ủ ệ ố ơ ở ế ể ứ ệ ốthuy t đi u khi n t đ ng.ế ề ể ự ộ5. H th ng đi u khi n hệốềểở:Đ i v i h th ng h , khâu đo l ng không đ c dùng đ n. M i s thay đ i c a tín hi u raố ớ ệ ố ở ườ ượ ế ọ ự ổ ủ ệkhông đ c ph n h i v thi t b đi u khi n. S đ hình 1.2 là h th ng đi u khi n h .ượ ả ồ ề ế ị ề ể ơ ồ ệ ố ề ể ởHình 1.2: H th ng đi u khi n hệ ố ề ể ởC s lý thuy t đ nghiên c u h th ng h là lý thuy t v relay và lý thuy t ôtômát h uơ ở ế ể ứ ệ ố ở ế ề ế ữh n.ạII. PHÂN LO I H TH NG ĐI U KHI N T Đ NGẠỆỐỀỂỰỘH th ng đi u khi n có th phân lo i b ng nhi u cách khác nhau. Sau đây là m t s ph ngệ ố ề ể ể ạ ằ ề ộ ố ươpháp phân lo i:ạ1. H tuy n tính và phi tuy nệếế:Có th nói h u h t các h th ng v t lý đ u là h phi tuy n, có nghĩa là trong h th ng có ítể ầ ế ệ ố ậ ề ệ ế ệ ốnh t m t ph n t là ph n t phi tuy n (quan h vào ra là quan h phi tuy n). Tuy nhiên, n uấ ộ ầ ử ầ ử ế ệ ệ ế ếph m vi thay đ i c a các bi n h th ng không l n, h th ng có th đ c tuy n tính hóa trongạ ổ ủ ế ệ ố ớ ệ ố ể ượ ếThöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG 2 GVHD: PHAÏMQUANG HUYRTBĐKĐTĐKUCNCTBĐKĐTĐKTBĐLFR Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoängph m vi bi n thiên c a các bi n t ng đ i nh . Đ i v i h tuy n tính, ph ng pháp x p ch ngạ ế ủ ế ươ ố ỏ ố ớ ệ ế ươ ế ồcó th đ c áp d ng.ể ượ ụ2. H b t bi n và bi n thiên theo th i gianệấếếờ:H b t bi n theo th i gian (h d ng) là h th ng có các tham s không đ i (theo th i gian).ệ ấ ế ờ ệ ừ ệ ố ố ổ ờĐáp ng c a các h này không ph thu c vào th i đi m mà tín hi u vào đ c đ t vào h th ngứ ủ ệ ụ ộ ờ ể ệ ượ ặ ệ ốđi u khi n phi thuy n không gian, v i kh i l ng gi m theo th i gian do tiêu th năng l ngề ể ề ớ ố ượ ả ờ ụ ượtrong khi bay.3. H liên t c và gián đo n theo th i gianệụạờ:Trong h liên t c theo thìi gian, t t c các bi n là hàm liên t c theo th i gian. Công c phânệ ụ ấ ả ế ụ ờ ụtích h th ng liên t c là phép bi n đ i Laplace hay Fourier. Tronh khi đó, h gián đo n là hệ ố ụ ế ổ ệ ạ ệth ng có ít nh t m t tín hi u là hàm gián đo n theo th i gian. Ng i ta phân bi t h th ng giánố ấ ộ ệ ạ ờ ườ ệ ệ ốđo n g m:ạ ồ H th ng xungệ ố: là h th ng mà trong đó có m t ph n t xung (khóa đóng ng t) hay là tínệ ố ộ ầ ử ắhi u đ c l y m u (sample) và gi (hold). (Hình 1.3)ệ ượ ấ ẫ ữHình 1.3: H th ng đi u khi n xung.ệ ố ề ể H th ng sệ ố ố: là h th ng gián đo n trong đó tín hi u đ c mã hóa thanh logic 1, 0. Đó làệ ố ạ ệ ượcác h th ng có các khâu bi n đ i t ng t s (AD), s t ng t (DA) và đ k t n i k t n iệ ố ế ổ ươ ự ố ố ươ ự ể ế ố ế ốtín hi u v i máy tính s . (Hình 1.4)ệ ớ ốHình 1.4: H th ng đi u khi n sệ ố ề ể ốCông c đ phân tích h th ng gián đo n là phép bi n đ i Laplace, Fourier gián đo n hayụ ể ệ ố ạ ế ổ ạphép bi n đ i Z.ế ổ4. H đ n bi n và đa bi nệơếế:H đ n bi n là h ch có m t ngõ vào và m t ngõ ra. Công c đ phân tích và t ng h p hệ ơ ế ệ ỉ ộ ộ ụ ể ổ ợ ệđ n bi n là lý thuy t đi u khi n c đi n. Ví d : h đi u khi n đ nh v (v trí).ơ ế ế ề ể ổ ể ụ ệ ề ể ị ị ịH đa bi n là h có nhi u ngõ vào và nhi u ngõ ra. Công c đ phân tích và t ng h p h đaệ ế ệ ề ề ụ ể ổ ợ ệbi n là lý thuy t đi u khi n hi n đ i d a trên c s bi u di n h trong không gian tr ng thái. Víế ề ề ể ệ ạ ự ơ ở ể ễ ệ ạd : h đi u khi n quá trình (Process Control System) có th g m có đi u khi n nhi t đ và ápụ ệ ề ể ể ồ ề ể ệ ộsu t.ấ5. H th ng thích nghi và h th ng không thích nghiệốệố:Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG 3 GVHD: PHAÏMQUANG HUYc(t)HG(p)F(p)e(t)r(t)()Đ i t ng đi u ố ượ ềkhi nểMTSG(p)c(t)G(p)DAĐ i t ng đi u ố ượ ềkhi nểNgã vào d ng sạ ố Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoängH th ng thích nghi là h ht ng ho t đ ng theo nguyên t c t ch nh đ nh, trong đó h th ngệ ố ệ ố ạ ộ ắ ự ỉ ị ệ ốt phát hi n nh ng thay đ i c a các tham s do nh h ng c a môi tr ng bên ngoài và th cự ệ ữ ổ ủ ố ả ưở ủ ườ ựhi n vi c đi u ch nh tham s đ đ t đ c ch tiêu t i u đ c đ ra.ệ ệ ề ỉ ố ể ạ ượ ỉ ố ư ượ ề6. H xác đ nh (deterministic) và h ng u nhiên (stochastic)ệịệẫ:M t h th ng đi u khi n là xác đ nh khi đáp ng đ i v i m t ngõ vào nh t đ nh có th đ cộ ệ ố ề ể ị ứ ố ớ ộ ấ ị ể ượbi t tr c (predictable) và có th l p l i đ c (repeatable). N u không th a mãn 2 đi u ki n trên,ế ướ ể ặ ạ ượ ế ỏ ề ệh th ng đi u khi n là ng u nhiên.ệ ố ề ể ẫIII. NHI M V C A LÝ THUY T ĐI U KHI N T Đ NGỆỤỦẾỀỂỰỘĐ kh o sát và thi t k m t h th ng đi u khi n t đ ng ng i ta th c hi n các b c sau:ể ả ế ế ộ ệ ố ề ể ự ộ ườ ự ệ ướa) D a trên các yêu c u th c ti n, các mô hình v t lý ta xây d ng mô hình toán h c d a trênự ầ ự ễ ậ ự ọ ựcác quy lu t, hi n t ng, quan h c a các đ i t ng v t lý. Mô hình toán h c c a h th ng đ cậ ệ ượ ệ ủ ố ượ ậ ọ ủ ệ ố ượxây d ng t các mô hình toán h c c a các ph n t riêng l .ự ừ ọ ủ ầ ử ẻb) D a trên lý thuy t n đ nh, ta kh o sát tính n đ nh c a h th ng. N u h th ng không nự ế ổ ị ả ổ ị ủ ệ ố ế ệ ố ổđ nh ta thay đ i đ c tính c a h th ng b ng cách đ a vào m t khâu b chính (compensation) hayị ổ ặ ủ ệ ố ằ ư ộ ổthay đ i thay đ i tham s c a h đ h thành n đ nh.ổ ổ ố ủ ệ ể ệ ổ ịc) Kh o sát ch t l ng c a h theo các ch tiêu đ ra ban đ u. N u h không đ t ch tiêuả ấ ượ ủ ệ ỉ ề ầ ế ệ ạ ỉch t l ng ban đ u, ta th c hi n b chính h th ng.ấ ượ ầ ự ệ ổ ệ ốd) Mô ph ng h th ng trên máy tính đ ki m tra l i thi t k .ỏ ệ ố ể ể ạ ế ếe) Th c hi n mô hình m u (prototype) và ki m tra thi t k b ng th c nghi m.ự ệ ẫ ể ế ế ằ ự ệf) Tinh ch nh l i thi t k đ t i u hóa ch tiêu ch t l ng và h th p giá thành n u có yêuỉ ạ ế ế ể ố ư ỉ ấ ượ ạ ấ ềc u.ầg) Xây d ng h th ng th c t .ự ệ ố ự ế