Bài giảng Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển

Bài giảng "Thiết kế hệ thống cơ điện tử: Chương 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển" trình bày các nội dung chính sau đây: Khái niệm và phân loại thiết bị điều khiển; Phân loại thiết bị điều khiển; Hàm điều khiển. 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 8 - Thiết kế hệ thống điều khiển ME3081: Mechatronic System Design Lecturer: PhD. Dang Thai Viet Mechatronics Department, School of Mechanical Engineering, HUST Viet.dangthai@hust.edu.vn 2 Chương 8. Thiết kế hệ thống điều khiển ME3081: Mechatronic System Design Mục 1. Khái niệm và phân loại thiết bị điều khiển Mục 2. Phân loại thiết bị điều khiển Mục 3. Hàm điều khiển 3 8.1. Khái niệm (1) Hình 8.1. Quan hệ của các phần tử cơ bản trong hệ thống điều khiển hệ Cơ điện tử • Ngoài 3 phần tử cơ bản gồm bộ điều khiển, hệ thống đo và cơ cấu chấp hành, hệ thống điều khiển còn cần có các thành phần hỗ trợ để đảm bảo quá trình làm việc của hệ thống. 4 8.1. Khái niệm (2) Hình 8.2. 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 8.1. Khái niệm (3) ❑ Xe dò line Hình 8.3. Thành phần cơ bản trong xe tự hành dò line 6 8.1. Khái niệm (4) ❑ Bàn tay robot Hình 8.4. Hệ thống dùng sóng não điều khiển 7 8.2. Thiết bị điều khiển (1) ❑ Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller - PLC) • Ứng dụng điều khiển chu trình trong công nghiệp • Có các mô đun A/D, D/A, cho phép ghép nối mở rộng • Lập trình đơn giản dạng Ladder, function blocks, và lệnh Hình 8.5. Bộ điều khiển PLC 8 8.2. Thiết bị điều khiển (2) ❑ Vi điều khiển (Micro Controller) • Computer trên chip • Mạch tích hợp vi xử lý, cổng vào ra I/O, bộ chuyển đổi A/D… • Dùng trong nhiều sản phẩm điện tử gia dụng và các mạch điều khiển Hình 8.6. Bộ vi điều khiển 9 8.2. Thiết bị điều khiển (3) ❑ Bộ xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing -DSP) • Vi điều khiển làm việc với dữ liệu dạng số • Cho phép tính toán phức tạp với khả năng lập trình chuyên sâu • Dùng trong các hệ thống hiện đại, thông minh ứng dụng công nghệ cao hiện nay. Hình 8.7. Bộ xử lý dữ liệu số 10 8.2. Thiết bị điều khiển (4) ❑ Máy tính • Máy tính cá nhân, máy trạm, máy chuyên dụng xử lý dữ liệu lớn, máy tính nhúng tùy theo các yêu cầu kỳ thuật tính toán đặt ra • Với sự phát triển của khoa học công nghệ và vật liệu các máy tính nhúng và chip thế hệ mới ra đời, phục vụ cho khả năng tính toán và xử lý cao. Hình 8.8. Hệ thống thông minh trong đô thị 11 8.3. Hàm điều khiển (1) ❑ Điều khiển ON/OFF: • Điều khiển có 2 trạng thái đối lập nhau là tắt, bật tương ứng 2 mức logic 0 và 1, thường sử dụng trong việc khởi động hoặc dừng thiết bị/hệ thống làm việc. Cần có bảo vệ quá trình mở máy/dừng máy. • Giá trị thực dao động và khi giá trị này đã vượt quá lố nhiều so với giá trị đặt nhưng hệ thống có thể vẫn bật hoặc tắt. Cần đi kèm các thiết bị bảo vệ. Hình 8.9. Đồ thị quá trình khởi động. 12 8.3. Hàm điều khiển (2) ❑ Điều khiển P, I, D: R(s) E(s) C(s) Gc(s) G(s) ▪ Điều khiển tỷ lệ P: • Tín hiệu điều khiển được khuếch đại hệ số : ???? ???? • Tín hiệu ra của bộ điều khiển Gc(s): • Trong miền thời gian: ???? ???? = ???????? ???? ???? ???? ???? ???????? ???? = = ???????? ???? ???? • Biến đổi Laplace: ???? ???? = ???????? ???? ???? ???????? ???? ???? ???????? ???? = • Hàm truyền của hệ thống: 1 + ???????? ???? ???? ????. ????(????) 1 ...