Bài giảng Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 2 - Mô hình hóa hệ thống cơ điện tử

Bài giảng "Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 2 - Mô hình hóa hệ thống cơ điện tử" trình bày các nội dung chính sau đây: Phần tử cơ bản hệ thống Cơ điện tử; Phương pháp mô tả hệ thống Cơ điện tử; Biểu diễn sơ đồ khối; Biểu diễn dòng chảy tín hiệu;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 2 - Mô hình hóa hệ thống cơ điện tử ME3081: Mechatronic System Design Lecturer: PhD. Dang Thai Viet Mechatronics Department, School of Mechanical Engineering, HUST Viet.dangthai@hust.edu.vn 2 Chương 2. Mô hình hóa hệ thống Cơ điện tử ME3081: Mechatronic System Design Mục 1. Phần tử cơ bản hệ thống CĐT Mục 2. Phương pháp mô tả hệ thống CĐT 2.1. P/t vi phân tuyến tính 2.2. P2 sơ đồ khối 2.3. P2 lưới dòng tín hiệu 2.4. P2 hệ p/t trạng thái 3 2.1. Phần tử cơ bản hệ thống Cơ điện tử (1) ❑ Khái niệm điều khiển Hình 2.1 Hệ thống điều khiển vận tốc xe ô tô • Để đảm bảo xe đạt và ổn định tại vận tốc mong muốn: o Mắt quan sát đồng hồ đo tốc độ: Thu thập dữ liệu Xử lý thông tin và o Bộ não điều khiển: tăng hay giảm tốc độ điều khiển o Cơ cấu phanh, ga: chấp hành yêu cầu đk Cơ cấu chấp hành 4 2.1. Phần tử cơ bản hệ thống Cơ điện tử (2) ❑ Mô hình hệ thống Cơ điện tử Hình 2.2 Mô hình cơ bản hệ thống cơ điện tử • Cảm biến (HT đo): Thực hiện quá trình đo các giá trị thực tại đầu ra hệ thống • Bộ điều khiển: Phần cứng và phần mềm thực hiện quá trình tính toán, điều khiển, thiết lập quan hệ vào ra trong hệ thống • Đối tượng: Cơ cấu chấp hành, thực hiện lệnh điều khiển và tạo nên đáp ứng đầu ra của hệ thống 5 2.1. Phần tử cơ bản hệ thống Cơ điện tử (3) • r(t) reference input: Giá trị đặt đầu vào. • c(t) controlled ouput: Giá trị đáp ứng đầu ra, chịu sự điều khiển u(t). • cht(t) feedback signal: Giá trị hồi tiếp đáp ứng, do hệ thống đo cung cấp • e(t) error signal: Sai số của hệ thống điều khiển • u(t) control signal: Tín hiệu điều khiển, được tạo ra từ bộ điều khiển thông qua các luật điều khiển ➢ Hệ thống điều khiển sẽ bao gồm 3 phần tử cơ bản: Bộ điều khiển, thiết bị chấp hành và hệ thống đo lường. 6 2.1. Phần tử cơ bản hệ thống Cơ điện tử (4) ❑ Bài toán điều khiển • Phân tích hệ thống: Phân tích để biết trước cấu trúc và thông số hệ thống, tìm đáp ứng và đánh giá chất lượng hệ thống. • Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc và thông số của đối tượng điều khiển, thiết kế bộ điều khiển để đảm bảo hệ thống đáp ứng các yêu cầu về thông số kỹ thuật và chất lượng hệ thống . • Nhận dạng hệ thống: Xác định cấu trúc và thông số chưa biết của hệ thống. • Điều khiển tiên đoán: Dựa vào quan hệ đáp ứng vào ra của hệ thống để xây dựng được quan hệ vào ra hệ thống trong tương lai. 7 2.2. Phương pháp mô tả hệ thống Cơ điện tử (1) ❑ Phương pháp vi phân tuyến tính • Hệ thống điều khiển thực tế rất đa dạng và có bản chất vật lý khác nhau. • Cần có cơ sở chung để phân tích, thiết kế các hệ thống điều khiển có bản chất vật lý khác nhau. Sử dụng mô hình toán học. • Quan hệ vào-ra của hệ thống tuyến tính bất biến liên tục có thể mô tả bằng phương trình vi phân tuyến tính hệ số hằng. 8 2.2. Phương pháp mô tả hệ thống Cơ điện tử (2) ➢ Ví dụ 2.1: Phương trình chuyển động ô tô Output Hình 2.3 Phương trình tuyến tính mô tả chuyển động ô tô • M: Khối lượng xe. B: Hệ số ma sát • f(t): Lực kéo động cơ, tín hiệu vào • v(t): tốc độ động cơ, tín hiệu ra 9 2.2. Phương pháp mô tả hệ thống Cơ điện tử (3) ➢ Ví dụ 2.2: Đặc tính động học hệ thống giảm chấn Output Input • M: Khối lượng tác động lên bánh xe • f(t): Hệ số ma sát giảm chấn nhớt • K: độ cứng lò xo • f(t): lực do xóc, tín hiệu vào • y(t): dịch chuyển thân xe, tín hiệu ra Hình 2.4 Phương trình tuyến tính mô tả chuyển động cơ học giảm chấn 10 2.2. Phương pháp mô tả hệ thống Cơ điện tử (4) ➢ Ví dụ 2.3: Mạch điện với phần tử R-L-C nối tiếp • Tín hiệu vào: Điện áp u • Tín hiệu ra: Điện áp tụ điện uc • Theo định luật Kirchhoff ...