›
›

Bài giảng Cơ sở tự động - Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển tự động - Huỳnh Thái Hoàng

pdf 97 trang ngocly 1330
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở tự động - Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển tự động - Huỳnh Thái Hoàng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_co_so_tu_dong_chuong_1_gioi_thieu_ve_he_thong_dieu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở tự động - Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển tự động - Huỳnh Thái Hoàng

  1. Moân hoïc CÔ SÔÛ TÖÏ ÑOÄNG Biên soạn: TS. Huỳnh Thái Hoàng Bộ 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
  2. Noäi dung moân hoïc  Chương 1: Giới thiệuvề hệ thống điều khiểntự động  Chương 2: Mô hình toán họchệ thống liên tục  Chương 3: Đặc tính động học  Chương 4: Đánh giá tính ổn định củahệ thống  Chương 5: Chấtlượng củahệ thống điều khiển  Chương 6: Thiếtkế hệ thống điều khiển liên tục  Chương 7: Mô tả toán họchệ rờirạc  Chương 8: Phân tích hệ rờirạc  Chương 9: Thiếtkế hệ rờirạc  Chương 10: Ứng dụng 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 2
  3. Taøi lieäu tham khaûo  Gia ùotrình: Lyù tháhuyeát ñie àu khie åntöïñoäng Nguyeãn Thò Phöông Haø – Huyønh Thaùi Hoaøng NXB Ñaïihoïc Quoác Gia TPHCM  Baøi taäp: Baøi taäp ñieàu khieån töï ñoäng NguyeNguyenãn Thò Phöông Haø NXB Ñaïi hoïc Quoác Gia TPHCM  Tham kha ûo: taátcaû caùctaøi lieä ucoù caùctöø kho ùa: control, control theory, control system, feedback control TD: Automatic Control Systems,B.C.Kuo. Modern Control Engineering, K. Otaga. Modern Control System Theory and Design, S.M. Shinners Feedback Control Systems, J.V.De Vegte. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 3
  4. Chöông 1 GIỚITHII THIỆUVU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 4
  5. Noäi dung chöông 1  Khái ni ệm điều khiển  Các nguyên tắc điều khiển  Các ph ầnnt tử trong h ệ thống điều khi ểntn tự động  Phân loại hệ thống điều khiển tự động  Một số vvdí dụ về cccác hệ thống điều khiển 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 5
  6. Khaùi nieäm veààà ñieàu khieå n 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 6
  7. Khaùi nieäm veà ñieàu khieån  Thí duï 1: LùiLaùi xe, muïc tieâ ugiöõ tátoác ñäñoä xe oån ñòn h v=40k/hkm/h Maét quan saùt ñoàng hoà ño toác ñoä thu thaäp thoâng tin. Boä naõo ñieàu khieån taêng toác neáu v 40km/h xöû lyù thoâng tin  Tay giaûm ga hoaëc taêng ga tatacùc ñoäng len leân heä thong thoáng 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 muïcñíchñònh tröôùc. Ñieàu khieån töï ñoäägng laø quaù trình ñieàu khieån khoâng coù söï taùc ñoäng cuûa con ngöôøi. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 7
  8. Heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng ñôn giaûn 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 8
  9. Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô hôi nöôùc 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 9
  10. Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô hôi nöôùc 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 10
  11. Taïi sao caàn phaûi ñieàu khieån töï ñoäng  Ñaùpöùng cuûa heä tháhoáng khoâng thûhoûa maõn yeâu caàu  Taêng ñoä chính xaùc  Taêng hieäu quaû kinh teá 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 11
  12. Caùc thaønh phaàn cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån 3 thøhhaønh phàhaàncôbûbaûn: ñáiñoái töôïng, boä ñie àu khie ån, caûm bie án r(t) e(t) u(t) y(t) Bộ điều khi ển Đốiti tượng yht(t) Cảm biến Các ký hiệu viết tắt:  r(t): tín hiệu đặt hay tín hiệuchuẩn  u(t): tín hiệuvàcủa đốitượng điều khiển  y(t): tín hiệu ra của đối tượng điều khiển  yht(t): tín hiệuhồitiếp  e(t): sai số 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 12
  13. Ñoái töôïng  RaRatát ña dangdaïng  Caùc lôùp ñoái töôïng cô baûn:  Ñieän  Cô  Nhie ät  Löu chaát  Hoùa  Heä thoáng thöïc teá coù theå bao goàm trong noù nhieàu quaù trình cô babanûn 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 13
  14. Caûm bieán  CaCamûm biebienán nhieät ñoä  Caûm bieán vò trí  CaCamûm biebienán totocác ñoä  Caûm bieán gia toác  Caûm bieán khoaûng caùch  Caûm bieán löu löôïng  Caûm bieán möùc  Caûm bieán aùp suaát  Caûm bieán löïc  Caûm bieán maøu saéc  Caûm bieán noàng ñoä, 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 14
  15. Boä ñieàu khieån  Cô  Ñieän  ÑieÑieuàu khiekhienån töông töï (analog)  Ñieàu khieån soá (digital) . Ñie àu khie ån døduøng vi xöû lùlyù,vi ñie àu khie ån, DSP . Ñieàu khieån duøng maùy tính . Ñieàu khieån duøng caùc boä ñieàu khieån laäp trình (PLC) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 15
  16. Caùc baøi toaùn cô baûn trong lónh vöïc ñieàu khieån töï ñoäng  Phaân tíhích heä tháhoáng: Cho heä tháhoáng töï ñoäng ñaõ bie átcaáutruùcvaø thoâng soá. Baøi toaùn ñaët ra laø tìm ñaùp öùng cuûa heä thoáng vaø ñaùnh giaù chaát löôïïgng cuûa heä.  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 häheä thongá thoaûõùâàà man cac yeu cau ve chaát 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 heä thoáng. Moân 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 ñöôcï nghieân cöùu trong moân hocï khaùc. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 16
  17. Caùc nguyeân taéc ñieàu khieån 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 17
  18. Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài  Muoán heä tháhoáng ñie àu khie åncoù cháhaát löôïng cao thì bébaét buoäc phûihaûi coù phaûi hoài thoâng tin, töùc phaûi coù ño löôøng caùc tín hieäu töø ñoái töôïïgng.  Caùc sô ñoà ñieàu khieån döïa treân nguyeân taéc phaûn hoài thoâng tin:  Ñieàu khieån buø nhieãu  Ñieàu khieån san baèng sai leäch  Ñie àu khie ånpháihoái hôïp 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 18
  19. Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)  Sô ñàñoà ñie àu khie ån bøbuø nhie ãu n(t) r(t) u(t) y(t) Bộ điều khiển Đốiti tượng 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 19
  20. Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)  Sô ñàñoà ñie àu khie ånsanbèbaèng sai lhleäch n(t) r(t) e(t) u(t) y(t) Bộ điều khiển Đối tượng yht(t) Cảm biến 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20
  21. Nguyeân taéc 1: Nguyeân taéc thoâng tin phaûn hoài (tt)  Sô ñàñoà ñie àu khie ån kákeát hôïp n(t) r(t) e(t) u(t) y(t) Bộ điều khiển Đối tượng yht(t) Cảm biến 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 21
  22. Nguyeân taéc 2: Nguyeân taéc ña daïng töông xöùng  Muoán quaù trình ñieà u khie åncoù cháhaát löôïng thìsöïña daïng cuûa boä ñieàu khieån phaûi töông xöùng vôùi söï ña daïng cuûa ñoái töôïng. Tính ña daïïgng cuûa boä ñieàu khieån theå hieänôûkhaûnaêng thu thaäp thoâng tin, 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.  Thí duï: Haõy so saùnh yeâu caàuchaát löôïng ñieàu khieån vaø boä ñieàu khieån söû duïng trong caùc heä thoáng sau:  ÑieÑieuàu khiekhienån nhieät ñoä babanøn uuiûi (cha(chapáp nhaän sai soá lôlôn)ùn) vôvôiùi ñieñieuàu khieån nhieät ñoä loø saáy (khoâng chaáp nhaän sai soá lôùn).  Ñieàu khieån möïc nöôùc trong boàn chöùa cuûa khaùch saïn (chæ caàn ñaûm 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).  9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 22
  23. Nguyeân taéc 3: Nguyeân taéc boå sung ngoaøi  Moät heä thoáng luoân toàn taïi vaø hoaït ñoäng trong moâi tröôøng cuï theå vaø coù taùc ñoäägng qua laïichaët cheõ vôùi moâi tröôøng ñoù. Nggyuyeân taéc boå 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 nghóa: Khi thieát kákeá häheä thoá ng töï ñäñoäng, muoán häheä thoá ng coù coù chaát löôïng cao thì khoâng theå boû qua nhieãu 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 23
  24. Nguyeân taéc 4: Nguyeân 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 löïclöôïïgng trong ñieàu kieän bình thöôøng. Voán döï tröõ khoâng söû duïng, nhöng caàn ñeå ñaûm baûo cho heä thoáng vaän haønh an toaøn. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 24
  25. Nguyeân taéc 5: Nguyeân 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 cacauáu trutrucùc hình cacayây.  Ña soá heä thoáng ñieàu khieån trong caùc daây chuyeàn saûn suaát hieän nay coù theå chia lalamøm 3 cacapáp:  Caáp thöïc thi: ñieàu khieån thieát bò, ñoïc tín hieäu töø caûm bieán.  CaCapáp phophoiái hôphôïp  Caáp toå chöùc vaø quaûn lyù 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 25
  26. Nguyeân taéc 5: Nguyeân taéc phaân caáp Thí duï: Heä SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 26
  27. Nguyeân taéc 5: Nguyeân taéc phaân caáp Thí duï: Heä thothongáng sasanûn xuaxuatát linh hoathoaït (FMS) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 27
  28. Nguyeân taéc 6: Nguyeân taéc caân baèng noäi  Moãi heä thoáng caàn xaây döïng cô cheá caân baèng noäi ñeå coù khaû naêng töï giaûi qqyuyeát nhöõng bieán ñoäägng xaûy ra. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 28
  29. Phaân loaïi heä thoáng ñieàu khieån 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 29
  30. Phaân loaïi döïa treân moâ taû toaùn hoïc cuûa heä thoáng  Heä thoáng lieân tuïc: Heä thoáng lieân tuïc ñöôïc moâ taû baèng phöông trình vi phaân. Heä thothongáng rôrôiøi racraïc: Heä thothongáng rôrôiøi racraïc ñöôcñöôïc moâ taû babangèng phöông trình sai phaân.  Heä thoáng tuyeán tính: heä thoáng ñöôïc moâ taû bôûi heä phöông trình vi phaân/sai phaân tuyeán tính. Heä thoáng phi tuyeán: heä thoáng moâ taû bôûi heä phöông trình vi phaphan/saiân/sai phaphanân phi tuyetuyenán.  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. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 30
  31. Phaân loaïi döïa treân soá ngoõ vaøo –ngoõ ra heä thoáng  Heä thoáng moät ngoõ vaøo – moät ngoõ ra (heä SISO): (Single Input – Single Output). Heä thothongáng nhienhieuàu ngoõ vavaoøo – nhienhieuàu ngoõ 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. MoMonân hochoïc Cô sôû töï ñoäng chæ ñeà caäp ñeñenán lyù thuyethuyetát ñieñieuàu khiekhienån heä tuyeán tính baát bieán, moät ngoõ vaøo, moät ngoõ ra 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 31
  32. Phaân 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 cacacùc loailoaïi ñieñieuàu khiekhienån sau:  Ñieàu khieån oån ñònh hoùa: Neáu tín hieäu chuaån r(t)=const, ta goïi laø ñieàu khieån oån ñònh hoùa.  Ñieà u khieå n theo chöông tìhtrình: Tín hie äuvaøo r(t) lølaø høhaømthay ñåiñoåi theo thôøi gian nhöng ñaõ bieát tröôùc.  Ñieàu khieån theo doõi: Tín hieäu vaøo r(t) laø haøm khoâng bieát tröôùc theo thôøi gian. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 32
  33. Lòch söû phaùt trieån lyù thuyeát ñieàu khieån  Ñieàu khieån kinh ñieån  Ñieàu khieån hieän ñaïi  Ñieà u khi e ån tho âng m in h 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 33
  34. Ñieàu khieån kinh ñieån  Moâ taû toaùn hoïc duøng ñeå phaân tích vaø thieát keá heä thoáng laø haøm truyeàn.  Ñaëc ñieñiemåm:  Ñôn giaûn  AÙp dunï g thuaänlôichoheï ä thoáng tuyeán tính baát bieán moätngoõ 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.  ÑëÑaëc tính tàtaànsoá: bie åu ñàñoà NitNyquist, bie åu ñàñoà BdBode.  Boä ñieàu khieån:  SôSômùm treå pha  PID (Proportional – Integral – Derivative) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 34
  35. Ñieàu khieån hieän ñaïi  Moâ taû toaùn hoïc chủ yếu duøng ñeå phaân tích vaø thieát keá heä thoáng laø phöông trình traïng thaùi.  Ñaëc ñieñiemåm:  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.  Ñie àu khie ån bàbeànvöõng  Boä ñieàu khieån:  HoHoiài tietiepáp trangtraïng thathaiùi 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 35
  36. Ñieàu khieån thoâng minh  Veà nguyeân taéc khoâng caàn duøng moâ hình toaùn hoïc ñeå thieát keá heä thoáng.  Ñaëc ñieñiemåm:  Moâ phoûng/baét chöôùc caùc heä thoáng thoâng minh sinh hoïc.  Boä ñieàu khieån coù khaû naêng xöû lyù thoâng tin khoâng chaéc chaén, 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).  Thua ät tùtoaùn di tàtruyeàn (Gene tic Algorith m ).  9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 36
  37. Noäi dung moân hoïc Cô sôû ñieàu khieån töï ñoäng  NäiNoäi dung chín h cuûamoân hoïc Cô sôû tự động chûhuû yeáu ñàñeà caáp ñáñeán 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 khiekhienån phaphanân cacap)áp). 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 37
  38. Caùc moân hoïc lieân quan  ÑåÑeå coù theå thieát kákeá ñöôïc caùc häheä thoá ng ñie àu khie ån 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, 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 38
  39. Caùc moân hoïc naâng cao lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng  CaCacùc PP ñieñieuàu khiekhienån hieän ñaiñaïi seõ ñöôcñöôïc ñeà caäp ñeñenán trong momonân hochoïc:  Lyù thuyeát ñieàu khieån hiện đại(baäc Ñaïi hoïc).  Ñieàu khieån toái öu ((äbaäcCaohoïï)c).  Ñieàu khieån thích nghi beàn vöõng (baäc Cao hoïc).  Ñieàu khieån heä ña bieán (baäc Cao hoïc).  Ñieàu khieån heä phi tuyeán (baäc Cao hoïc).  Caùc PP ñieàu khieån thoâng minh seõ ñöôïc ñeà caäp ñeán trong moân hoïc  Trí tueä nhanhanân taotaïo vaø heä chuyechuyenân gia (baäc ÑaiÑaïi hoc)hoïc)  Heä thoáng ñieàu khieån thoâng minh (baäc Cao hoïc).  MangMaïng neuron nhaän dang,daïng, döï babaoùo vaø ñieñieuàu khiekhienån (baäc Cao hoc)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) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 39
  40. Moät soá thí duï veà caùc heä thoáng ñieàu khieån 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 40
  41. Caùc 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, .  QùQuaù tìtrìn hcoâng nghie äp: nhie ät ñäñoä, löu löôïng, aùpsuaát, tátoác ñäñoä,  Heä cô ñieän töû: caùnh tay maùy, maùy coâng cuï,  Heä thothongáng thothongâng tin  Heä thoáng saûn xuaát vaø truyeàn taûi naêng löôïng  Phöông tieän giao thoâng: xe hôi, taøu hoûa, maùy bay, taøu vuõ truï,  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,  ThieThietát bò y teá 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 41
  42. Heä 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,  Muïc tieâu ñieàu khieån thöôøng laø giöõ cho nhieät ñoä oånñònh(ñieàu khieån oån ñònh hoùa) hay ñieàu khieån nhieät ñoä thay ñoåi theo ñaëc tính thôthôiøi gian ñònh tröôtröôcùc (ñie(ñieuàu khiekhienån theo chöông trình). Nhaø maùy xi maêng Nhaø maùy giaáy 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 42
  43. Heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoää  Heä thoáng saáy noâng saûn (caø pheâ, haït ñieàu, tieâu, .) Heä thong thoáng sasayáyno nongâng sasanûn 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 43
  44. Heä thoáng oån ñònh nhieät ñoää 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 44
  45. Heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä theo chöông trình 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 45
  46. Boä ñieàu khieån vaø giao tieáp ngöôøi duøng VCC 4.7k 4.7k 4.7k 4.7k Q1 Q2 Q3 Q4 1k 1k PORTD A1015 PORTD 1k A1015 PORTD A1015 PORTD 1k A1015 D6 1 44 55 77 LED_ 7DOAN VCC1 VCC2 VCC3 VCC4 . OT DD GG FF EE DD CC BB AA 10 8 3 12 11 9 6 2 A B C D E VCC F G DOT VCC SW5 10k 10k PIC16F877A 1 33 DOT MCLR*/VPP RB0/INT 34 A SW4 2 RB1 35 B V_sensor 3 RA0/AN0 RB2 36 C 4 RA1/AN1 RB3/PGM 37 D SW4 5 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB4 38 E VREF+ 6 RA3/AN3/VREF+ RB5 39 F 7 RA4/T0CKI/C1OUT RB6/PGC 40 G RA5/AN4/SS*/C2OUT RB7/PGD SW3 15 19 SW4 16 RC0/T1OSO/T1CKI RD0/PSP0 20 SW3 17 RC1/T1OSI/CCP2 RD1/PSP1 21 SW2 SW3 PORTC 18 RC2/CCP1 RD2/PSP2 22 SW1 23 RC3/SCK/SCL RD3/PSP3 27 24 RC4/SDI/SDA RD4/PSP4 28 PORTD 25 RC5/SDO RD5/PSP5 29 PORTD SW2 26 RC6/TX/CK RD6/PSP6 30 PORTD C16 RC7/RX/DT RD7/PSP7 PORTD 13 SW2 OSC1/CLKIN 8 33p 10MHz RE0/RD*/AN5 9 C17 CRYSTAL RE1/WR*/AN6 10 SW1 14 RE2/CS*/AN7 OSC2/CLKOUT 33p 12 11 SW1 31 VSS VDD 32 VCC VSS VDD 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 46
  47. Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän (buø nhieät duøng LM335) +5V R1 10k 7 1 U1 3 R3 Rf1 Rf2 + 6 v1 R2 2 10k - OP07 3.3k 18k 10k 44 88 +5V +5V -5V 7 1 2 U5 7 1 U6 - 6 v4 3 3 + 6 + OP07 2 +5V - OP07 RA0/AN0 4 8 R4 4 8 2.2k -5V -5V 7 1 3 U2 R6 + 6 v2 2 - OP07 1k R5 4 8 LM335 10k -5V R8 R9 v3 R10 22k 10k 1k +5V +5V 7 1 - 3 U3 R7 7 1 Thermocouple + 6 2 U4 2 - 6 + C17 - OP07 100 3 + OP07 Vout = 0.0391Td 10u 44 88 R11 2.2k 4 8 -5V -5V 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 47
  48. Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän (buø nhieät duøng LM35) 5V U1 1 5V CC U2 7 1 VV LM35 2 3 V22 R1 VOUT + 6 C1 2 - 25k OP07 ND 10uF 4 8 GG 5V -5V U4 5V 7 1 3 U5 7 1 3 V3 0 + 6 3 Vout + 2 R5 6 - 0 2 PA0/ADC0 OP07 - OP07 4 8 100 5V 4 8 -5V U3 -5V 7 1 Thermo couple R4 J1 3 R2 1.8k R6 + 1 6 V1 R3 2 - 100 100 3.9k C2 OP07 10uF 4 8 -5V 0 0 0 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 48
  49. Mạch coâng suaát R3 FUSE Heater +12V 470 6 1 U15 2 MOC3020 Q2 220Vac BTA16 0Vdc PORTC Q1 4 R1 Q2SC1815 47k R2 330 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 49
  50. Moät heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä thöïc teá 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 50
  51. Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô  ÑäÑoäng cô (DC, AC) lølaø thieát bò tàtruyeàn ñäñoäng ñöôïc söû duïng raát phåhoå bieán trong maùy moùc, daây chuyeàn saûn suaát.  Coù 3 baøi toaùn ñieàu khieån thöôøng ggëpaëp: ñieàu khieån toác ñoä, ñieàu khieån vò trí, ñieàu khieån moment. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 51
  52. Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 52
  53. Ñieàu khieån PID vò trí ñoäng cô DC 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 53
  54. Ñieàu khieån PID soá toác ñoä ñoäng cô DC 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 54
  55. Moät heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô thöïc teá  Ñoäng cô: DC , AC  Caûm bieán: bieán trôû, maùy phaùt toác, encoder  Boää,() ñieàu khieån: DC Driver, AC Driver (Inverter) DC Motor Encoder DC Driver 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 55
  56. Heä 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 tháhoáng xöû lùlyù nöôùcthûihaûi,  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  CaCamûm biebienán ñieän dung 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 56
  57. Moät 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 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 57
  58. Moâ hình ñieàu khieån möïc chaát loûng trong phoøng thí nghieäm 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 58
  59. Heä thoáng ñieàu khieån ñoä ñaäm ñaëc boät giaáy 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 59
  60. Heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 60
  61. Heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 61
  62. Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån goùc caùnh naâng maùy bay 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 62
  63. Heä thoáng ñieàu khieån maùy CNC 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 63
  64. Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån maùy CNC 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 64
  65. Heä thoáng chöng caát (coâng ngheä hoùa hoïc) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 65
  66. Heä thoáng ñieàu khieån maùy phaùt ñieän hôi nöôùc 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 66
  67. ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG TAÏI SAO CAÀN CÔ SÔÛ TOAÙN HOÏC? 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 67
  68. Caùc chieán löôïc ñieàu khieån n(t) r(t) e(t) u(t) y(t) Bộ điều khiển Đốiti tượng 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. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 68
  69. Ñieàu khieån ONON OFFOFF  Ñôn giaûn, khi phaân tích vaø thieát keá khoâng caàn döïa vaøo toaùn hoïc  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.  CaCacùc ööngùng dungduïng khakhacùc khi khokhongâng cacanàn yeyeuâu cacauàu ñieñieuàu khiekhienån chính xaùc. 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 69
  70. Thí duï ñieàu khieån möïc chaát loûng trong boàn chöùa LH LL Maùy bôm Boàn chöùa VûVan xaû 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 70
  71. Caûm bieán möùc chaát loûng  Phao 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 71
  72. Caûm bieán möùc chaát loûng  Camû biená ñie än dung  Nggyuyeân lyù hoaïtñoäägng  Phaùt hieän ra chaát loûng: ON  Khoâng phaùt hieän chaát loûng: OFF LL LL 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 72
  73. Thieát bò ñieàu khieån  Relay R R R NhâñiäNam chaâm ñieän Tie áp ñie åm thöôøng ñ où ng Tieáp ñieåm thöôøng môû Loø xo 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 73
  74. Sô ñoà ñieàu khieån möùc chaát loûng trong boàn +24V Sô ñoà ñieàu khieån 0V LH LL K1 K1 K1 Sô ñoà ñoäng löïc ~220V M K1 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 74
  75. Ñaùp öùng cuûa heä thoáng ñieàu khieån ONON OFFOFF möùc chaát loûng y(t) HIGH LOW Dao ñoäng t 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 75
  76. Thí duï ñieàu khieån coång töï ñoäng cocongång ñoäng cô cacamûmbie bienánLS2 LS2 cacamûmbie bienánLS1 LS1 (coâng taéc haønh trình) (coâng taéc haønh trình) MÔÛ Yeâu caàu: Nhaán nuùt [MÔÛ] coång môû ÑOÙNG Nhaán nuùt [ÑOÙNG] coång ñoùng DÖDÖNGØNG NhaNhanánnu nutùt [DÖ[DÖNG]ØNG] cocongång dödöngøng 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 76
  77. Caûm bieán vò trí  CoCongâng tatacéc hahanhønh trình 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 77
  78. Caûm bieán vò trí  CaCamûm biebienán ñieän cacamûm 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 78
  79. Sô ñoà ñieàu khieån coång töï ñoäng +24V 0V Döøng Môû LS1 K2 K1 K1 Ñoùng LS2 K1 K2 K2 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 79
  80. Sô ñoà ñoäng löïc ñieàu khieån coång töï ñoäng Nguoàn DC + K1 K2 M K2 K1 Sô ñoà ñoäng löïc ñoäng cô DC 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 80
  81. Sô ñoà ñoäng löïc ñieàu khieån coång töï ñoäng 3Pha220V K1 K1 K1K2 K2 K2 M Sô ñoà ñoäng löïc ñoäng cô AC 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 81
  82. Khuyeát ñieåm  ChaChatát löônglöôïng ñieñieuàu khiekhienån coù ñañamûm babaoûo khokhongâng neneuáu cocongång coù quaquanùn 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? 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 82
  83. Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten Bieán trôû ((òvò trí ña ë)ët) AÊn-ten Boä ñieu ñieàu khiekhienån Ñoäng cô Bieán trôû (caûáûm bieán vò trí) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 83
  84. Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ONON OFFOFF  e(t) = 0 u(t)=0  e(t) > 0 u(t)=+V  e(t) < 0 u(t)= V c(t) Dao ñoäng t 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 84
  85. Heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò anten: Ñieàu khieån ONON OFFOFF  |e(t)| u(t)=0  e(t) > u(t)=+V  e(t) < u(t)= V c(t) c(t) nhoû: Dao ñoäng lôùn: Sai soá t t 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 85
  86. Heä thoáng phaùt hieän hoäp söõa roãng Hoäp söõa Loaïi boû CB Ñaït Cy-lan h khí 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 86
  87. Thieát bò chaáp haønh: cycy lanhlanh khí neùn Xylanh khí 2 chieu chieàu 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 87
  88. Thieát bò chaáp haønh: cycy lanhlanh khí neùn Xylanh khí 1 chieu chieàu 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 88
  89. Relay thôøi gian (Timer) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 89
  90. Sô ñoà ñieàu khieån loaïi boû hoäp söõa roãng +24V 0V CB T2 R Giöõ trangtraïng thathaiùilo loiãi R R Thô øi gi an trì h oaõ n T1 tröôùc khi ñaåy hoäp T1 T2 Thôøi gian ñaåy hoäp K Van khí ñaåy hoäp 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 90
  91. Daây chuyeàn ñoùng hoäp taùo 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 91
  92. Phaùt hieän taùo: Caûm bieán quang 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 92
  93. Thieát bò ñeám taùo: Boä ñeám (Counter) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 93
  94. Daây chuyeàn ñoùng hoäp taùo: Sô ñoà ñieàu khieån 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 94
  95. Boä ñieàu khieån laäp trình (PLC Programmable Logic Controller) 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 95
  96. Haïn cheá cuûa phöông phaùp ñieàu khieån ONON OFFOFF y(t) t  Ñoái töôïïgng coù quaùn tính, ñaùp öùng coù dao ñoäägng 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 96
  97. 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 toatoanùn hochoïc Lyù thuyethuyetát ñieñieuàu khiekhienån töï ñoäng 9 September 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 97