Ứng dụng Matlab trong điều khiển tự động - Chương 1

Tài liệu tham khảo giáo trình Ứng dụng Matlab trong điều khiển tự động gồm 9 chương - Chương 1 Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng Matlab trong điều khiển tự động - Chương 1ÖÙng duïng MATLAB trong ñi eàu khieån töï ñoäng GIÔÙI THIEÄU LYÙ THUYEÁT ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG Ñieàu khieån töï ñoäng ñoùng vai troø quan troïng trong söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc vaø kyõ thuaät.Lónh vöïc naøy höõu hieäu khaép nôi töø heä thoáng phi thuyeàn khoâng gian, heä thoáng ñieàu khieån te ân löûa,maùy bay khoâng ngöôøi laùi, ngöôøi maùy, tay maùy trong caùc quy trình saûn xuaát hieän ñaïi, vaø ngay caûtrong ñôøi soáng haøng ngaøy: ñieàu khieån nhieät ñoä, ñoä aåm... Phaùt minh ñaàu tieân khôûi ñaàu cho vieäc phaùt trieån cuûa lóng vöïc ñ ieàu khieån töï ñoäng laø boä ñieàutoác ly taâm ñeå ñieàu chænh nhieät ñoä maùy hôi nöôùc cuûa Jame Watt naêm 1874. Caùc coâng trình ñaùngchuù yù trong böôùc ñaàu phaùt trieån lyù thuyeát ñieàu khieån laø cuûa caùc nhaø khoa hoïc Minorsky, Hazen,Nyquist ...naêm 1922. Minorky thöïc hieän heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng caùc con taøu vaø chöùng minhtính oån ñònh cuûa heä thoáng coù theå ñöôïc xaùc ñònh töø phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng. Naêm1932, Nyquist ñaõ ñöa ra moät nguyeân taéc töông ñoá i ñôn giaûn ñeå xaùc ñònh tính oån ñònh cuûa heä thoángvoøng kìn döïa treân cô sôû ñaùp öùng voøng hôû ñoái vôùi caùc tính hieäu vaøo hình sin ôû traïng thaùi xaùc laäp.Naêm 1934, Hazen ñaõ giôùi thieäu thuaät ngöõ ñieàu chænh cô töï ñoäng (servo mechani sm) cho nhöõng heäthoáng ñieàu khieån ñònh vò vaâaø thaûo luaän ñeán vieäc thieát keá heä thoáng relay ñieàu chænh ñoäng cô vôùingoõ vaøo tín hieäu thay ñoåi. Trong suoát thaäp nieân 40 cuûa theá kyû 20 phöông phaùp ñaùp öùng taàn soá ñaõ giuùp cjo caùc kyõ söthieát keá caùc heä thoáng voøng kín tuyeán tính thoûa caùc yeâu caàu chaát löôïng ñieàu khieån. Töø cuoái thaäpnieân 40 cho ñeán ñaàu thaäp nieân 50 phöông phaùp quyõ ñaïo nghieäm cuûa Evan ñöôïc phaùt trieån khaùtoaøn veïn. Phöông phaùp quyõ ñ aïo nghieäm vaø ñaùp öùng taàn soá ñöôïc xem laø coát loõi cuûa lyù thuyeát ñieàu khieåncoå ñieån cho pheùp ta thieát keá ñöôïc nhöõng heä thoáng oån ñònh vaø thoûa caùc chæ tieâu chaát löôïng ñieàukhieån. Nhöõng heä thoáng naøy ñöôïc chaáp nhaän nhöng c höa phaûi laø toái öu, hoaøn thieän nhaát. Cho tôùicuoái thaäp nieân 50 cuûa theá kyû 20 vieäc thieát keá moät hay nhieàu heä thoáng daàn daàn ñöôïc chuyeån quavieäc thieát keá moät heä thoáng toái öu vôùi yù nghóa ñaày ñuû hôn. Khi caùc maùy moùc hieän ñaïi ngaøy caøng phöùc taïp hôn vôùi nhi eàu tín hieäu vaøo vaø ra thì vieäc moâtaû heä thoáng ñieàu khieån hieän ñaïi naøy ñoøi hoûi moät löôïng raát lôùn caùc phöông trình. Lyù thuyeát ñieàukhieån coå ñieån lieân quan caùc heä thoáng moät ngoõ vaøo va ø moät ngoõ ra trôû neân baát löïc ñeå phaân tích caùcheä thoáng nhieàu ñaàu vaøo, nhieàu ñaàu ra. Keå töø khoaûng naêm 1960 trôû ñi nhôø maùy tính so ácho pheùp taphaân tích caùc heä thoáng phöùc taïp trong mieàn thôøi gian, lyù thuyeát ñieàu khieån hieä n ñaïi phaùt trieån ñeåñoái phoù vôùi söï phöùc taïp cuûa caùc heä thoáng hieän ñaïi. Lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi döïa treân phaântích trong mieàn thôùi gian vaø toång hôïp duøng caùc bieán traïng thaùi, cho pheùp giaûi caùc baøi toaùn ñieàukhieån coù caùc yeâu caàu chaët cheõ veà ñoä chính xaùc, troïng löôïng vaø giaù thaønh cuûa caùc heä thoáng tronglónh vöïc kyõ ngheä khoâng gian vaø quaân söï. Söï phaùt trieån gaàn ñaây cuûa lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi laø trong nhieàu lónh vöïc ñie åu khieån toáiöu cuûa caùc heä thoáng ngaãu nhieân vaø tieàn ñònh. Hieän nay maùy vi tính ngaøy caøng reõ, goïn nhöng khaûnaêng xöû lyù laïi raát maïnh neân noù ñöôïc duøng nhö laø moät phaàn töû trong caùc heä thoáng ñieàu khieån.Nhöõng aùp duïng gaàn ñaây cuûa lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi vaøo ngay caû nhöõng ngaønh kyõ thuaätnhö: sinh hoïc, y hoïc, kinh teá, kinh teá xaõ hoäi. I. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN1. Ñieàu khieån hoïc (Cybernctics) :ÖÙng duïng MATLAB trong ñi eàu khieån töï ñoäng Laø khoa hoïc nghieân cöùu nhöõng quaù trình ñieàu khieån vaø truyeàn thoâng maùy moùc, sinh vaät vaøkinh teá. Ñieàu khieån hoïc mang ñaëc tröng toång quaùt vaø ñöôïc phaân chia thaønh nhieàu lónh vöïc khaùcnhau nhö: toaùn ñieàu khieån, ñieàu khieãn hoïc kyõ thuaät, ñieàu khieån hoïc sinh vaät (phoûng s inh vaät:bionics), ñieàu khieån hoïc kinh teá.2. Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng : Laø cô sôû lyù thuyeát cuûa ñieàu khieån hoïc kyõ thuaät. Ñieàu khieån töï ñoäng laø thuaät ngöõ chæ quaù trìnhñieàu khieån moät ñoái töôïng trong kyõ thuaät maø khoân g coù söï tham gia cuûa con ngöôøi (automatic) noùngöôïc laïi vôùi quaù trình ñieàu khieån baèng tay (manual).3. Heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng : Moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng bao goàm 3 phaàn chuû yeáu:Thieát bò ñieàu khieån (TBÑK). - Ñoái töôïng ñieàu khieån (ÑTÑK). - Thieát bò ño löôøng. Hình 1.1 laø sô ñoà khoái ...