Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động: Phần 1 - ThS. Trần Thị Hoàng Oanh

Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động: Phần 1 cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Đại cương về hệ thống điều khiển tự động; Mô tả toán học phần tử và hệ thống điều khiển; Đặc tính động học của hệ thống tự động; Khảo sát tính ổn định của hệ thống tự động; Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển tự động. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động: Phần 1 - ThS. Trần Thị Hoàng Oanh MỤC LỤC Lời nói đầu Chƣơng 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG .................................................................. 3 Chƣơng 2: MÔ TẢ TOÁN HỌC PHẦN TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ............................ 12 Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG ............................................................ 55 Chƣơng 4: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ...................................... 71 Chƣơng 5: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ............................................................... 93 Chƣơng 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG LIÊN TỤC ........................................................................ 104 Chƣơng 7: MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG RỜI RẠC ......................................................... 144 Chƣơng 8: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN RỜI RẠC .................................................. 171 Chƣơng 9: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN ................................................................ 206 Phụ lục Bảng biến đổi Laplace .................................................................................................. 224 i LỜI NÓI ĐẦU Lý thuyết điều khiển tự động là môn học dành cho sinh viên ngành Điện tử - Tự động. Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động gồm có chín chƣơng: Chƣơng 1: Đại cƣơng về hệ thống điều khiển tự động Chƣơng 2: Mô tả toán học phần tử và hệ thống điều khiển Chƣơng 3: Đặc tính động học của hệ thống tự động Chƣơng 4: Khảo sát tính ổn định của hệ thống tự động Chƣơng 5: Đánh giá chất lƣợng hệ thống điều khiển tự động Chƣơng 6: Thiết kế hệ thống điều khiển liên tục Chƣơng 7: Mô tả toán học hệ thống rời rạc Chƣơng 8: Thiết kế hệ thống điều khiển rời rạc Chƣơng 9: Hệ thống điều khiển phi tuyến Đây là những nội dung tóm tắt giúp sinh viên tiếp thu đƣợc môn học một cách nhanh chóng. Lần đầu biên soạn chắc chắn còn nhiều thiếu sót, mong nhận đƣợc sự những ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp. Bộ môn Điều khiển tự động Ths. Trần Thị Hoàng Oanh ii Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động Chƣơng 1 ĐẠI CƢƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 1.1. KHÁI NIỆM ĐIỀU KHIỂN Thí dụ 1: Lái xe với tốc độ 100km/h - Mắt quan sát đồng hồ đo tốc độ v  thu thập thông tin - Bộ não điều khiển tăng tốc nếu v < 100km/h  xử lý thông tin giảm tốc nêu v > 100km/h - Tay giảm ga hoặc tăng ga  tác động lên hệ thống Kết quả của quá trình điểu khiển trên: xe chạy với tốc độ “gần” bằng 100km/h  Định nghĩa: Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ thống “gần” với mục đích định trƣớc. Khái niệm điều khiển trên là một khái niệm rất rộng, môn học này chỉ nghiên cứu lý thuyết điều khiển các hệ thống kỹ thuật  Điều khiển tự động: là quá trình điều khiển không cần sự tác động của con ngƣời  Tại sao cần phải điều khiển: vì - Con ngƣời không thỏa mãn với đáp ứng của hệ thống. TD:  Điều hoà nhiệt độ vì không thỏa mãn với nhiệt độ nóng quá hoặc lạnh quá.  Ổn áp vì không thoả mãn với việc điện áp thay đổi thất thƣờng . - Muốn tăng độ chính xác, hiệu quả kinh tế.  Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển gồm 3 thành phần cơ bản: - Đối tƣợng điều khiển - Cảm biến (hay thiết bị đo lƣờng) - Bộ điều khiển  Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thường gặp: 3 Chương 1: Đại cương về hệ thống tự động e(t) c(t) r(t) u(t) Đối tƣợng Bộ điều khiển cht(t) Cảm biến Các ký hiệu viết tắt: - r(t) (reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn. - c(t) (controlled output): tín hiệu ra - cht(t): tín hiệu hồi tiếp - e(t) (error): sai số - u(t): tín hiệu điều khiển Câu hỏi: Các thành phần cơ bản trong hệ thống lái xe trong TD1 là gì? Thí dụ 2: Hãy xác định các thành phần cơ bản trong hệ thống điều khiển mực nƣớc đơn giản trong hình vẽ  Các bài toán cơ bản trong lĩnh vực điều khiển tự động: Trong lĩnh vực điều khiển tự động có 3 vấn đề cần giải quyết là: Phân tích hệ thống: Cho hệ thống tự động đã biết cấu trúc và thông số. Bài toán đặt ra là tìm đáp ứng của hệ thống và đánh giá chất lƣợng. Thiết kế hệ thống: Biết cấu trúc và thông số của đối tƣợng điều khiển. Bài toán đặt ra là thiết kế bộ điều khiển để đƣợc hệ thống thỏa mãn các yêu cầu về chất lƣợng. Nhận dạng hệ thống: Chƣa biết cấu trúc và thông số của hệ thống. Vấn đề đặt ra là xác định cấu trúc và thông số của hệ thống. Trong môn học này chỉ giải quyết bài toán phân tích và thiết kế hệ thống. Bài toán nhận dạng hệ thống sẽ đƣợc nghiên cứu trong môn học khác. 1.2. CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN Các nguyên tắc điều khiển có thể xem là kim chỉ nam để thiết kế hệ thống điều khiển đạt chất lƣợng cao và có hiệu quả kinh tế nhất. 4 Chư ...