Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Lịch sử phát triển của điều khiển tự động được ghi nhận từ trước công nguyên, bắt đầu từ
đồng hồ nước có phao điều chỉnh Ktesibios ở Hy Lạp. Hệ điều chỉnh nhiệt độ đầu tiên do Cornelis
Drebble (1572 - 1633) người Hà Lan sáng chế. Hệ điều chỉnh mức đầu tiên là của Polzunou người
Nga (1765) Hệ điều chỉnh tốc độ được ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên là của Jame Watt
(1769). Thế chiến lần thứ hai đòi hỏi sự phát triển về lý thuyết và ứng dụng để có những máy bay
lái tự động, những hệ điều khiển vị trí cúa loại pháo, điều khiển các loại vũ khí khác, điều khiển
tự động các rađa v.v… Những năm 1950, các phương pháp toán học và phân tích đã phát triển và
đưa vào ứng dụng nhanh chóng. ở Mỹ thịnh hành hướng nghiên cứu trong miền tần số với các
công trình ứng dụng của Bode, Nyquist và Black ở các trung tâm thí nghiệm điện tín. Trong khi
ấy, ở Liên Xô (cũ) ngự trị lĩnh vực lý thuyết và ứng dụng trong miền thời gian.
Từ những năm 1980, máy tính số bắt đầu được sử dụng rộng rãi, cho phép điều khiển với độ
chính xác cao các đối tượng khác nhau. Các phương pháp của Liapunou, Minorsky cũng như lý
thuyết điều khiển tối ưu hiện đại của L.S. Pontryagin (Liên Xô cũ), của R.Belman (Mỹ) có ý
nghĩa rất lớn. Các nguyên tắc điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững, điều khiển mờ, các “hệ
thông minh” v.v… ra đời và được áp dụng có hiệu quả vào thực tiễn.
Nhìn chung, cơ sở điều khiển tự động là môn học trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ
bản để phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển kỹ thuật trong miền thời gian và miền tần số
bằng công cụ toán học. Trong sách hướng dẫn học tập này, chúng ta tập trung xét các hệ thống
trong miền liên tục và miền rời rạc, đề cập đến các vấn đề cơ bản nhất của lý thuyết hệ thống điều
khiển được ứng dụng cho kỹ thuật. Các phương pháp được đề cập đến để phân tích và tổng hợp hệ
thống là phương pháp kinh điển khảo sát theo hàm truyền đạt của hệ thống và phương pháp không
gian trạng thái. Nội dung chính sẽ bao gồm 7 chương:
Chương 1: Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương II. Các đặc tính của hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương III. Khảo sát tính ổn định của hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương IV. Khảo sát chất lượng hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương V. Tổng hợp hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương VI. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ rời rạc.
Chương VII. Phân tích và tổng hợp hệ thống ĐKTĐ rời rạc.
Ngày nay, các công cụ để điều khiển đều biến đổi nhanh chóng và hoàn thiện, nhưng những
nguyên lý cơ bản vẫn không thay đổi hay thay đổi không đáng kể. Các vấn đề được đề cập trong
sách hướng dẫn này dựa trên các giáo trình về Điều khiển tự động trong và ngoài nước nhưng
được tóm tắt và cô đọng giúp học viên nắm được những vấn đề cơ bản nhất của môn học.
Vì thời gian có hạn, chắc còn một số sai sót không tránh khỏi, nhóm biên soạn mong nhận
được các góp ý của người đọc để hoàn thiện trong các lần xuất bản sau.
CHƯƠNG I. MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG LIÊN TỤC
NỘI DUNG
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Trong mọi hoạt động của con người, ở bất cứ lĩnh vực nào, bất cứ vị trí nào đều liên quan
đến hai từ điều khiển. Trong khoa học, tồn tại một ngành khoa học đã và đang phát triển mạnh
mẽ, đó là điều khiển học.
Điều khiển học là khoa học nghiên cứu về các quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều
khiển trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội, khoa học công nghệ, môi trường... Điều khiển học chia
ra làm nhiều lĩnh vực khác nhau gồm điều khiển học toán học, điều khiển học sinh học, điều khiển
học kỹ thuật...
Điều khiển học kỹ thuật là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều
khiển các quá trình và hệ thống thiết bị kỹ thuật. Khái niệm điều khiển được hiểu là tập hợp tất cả
các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá
trình đó. Hệ thống điều khiển mà không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình
điều khiển được gọi là điều khiển tự động.
Chương này đề cập đến các vấn đề sau:
+ Khái niệm chung về hệ thống điều khiển, phân tích sơ đồ khối của một hệ thống điều
khiển thông thường và các phân lọai các hệ thống điều khiển.
+ Mô tả toán học các hệ thống điều khiển trong miền thời gian và trong miền tần số. Các
cách biểu diễn hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) và mối quan hệ giữa chúng.
1.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điển hình.
Một hệ thống ĐKTĐ gồm ba thành phần cơ bản là đối tượng điều khiển (Object - O), thiết
bị điều khiển (Controller - C) và thiết bị đo lường (Measuring Device - M).
Đối tượng điều khiển là thành phần tồn tại khách quan có tín hiệu ra là đại lượng cần được
điều khiển và nhiệm vụ cơ bản của điều khiển là phải tác động lên đầu vào của đối tượng điều
khiển sao cho đại lượng cần điều khiển đạt được giá trị mong muốn. Thiết bị điều khiển là tập hợp
tất cả các phần tử của hệ thống nhằm mục đích tạo ra giá trị điều khiển tác động lên đối tượng.
Giá trị này được gọi là tác động điều khiển.
Đại lượng cần điều khiển còn được gọi là đại lượng ra của hệ thống ĐKTĐ. Những tác
động từ bên ngoài lên hệ thống được gọi là tác động nhiễu.
Có ba cách điều khiển là cách điều khiển theo chương trình, cách
bù nhiễu và cách điều khiển theo sai lệch.
Trong cách điều khiển theo chương trình, tín hiệu điều khiển được phát ra do một
chương trình định sẵn trong thiết bị điều khiển. Với cách bù nhiễu, tín hiệu điều khiển
được hình thành khi xuất hiện nhiễu loạn tác động lên hệ thống, tín hiệu điều khiển phát ra nhằm
bù lại sự tác động của nhiễu loạn để giữ cho giá trị ra của đại lượng cần điều khiển không đổi. Vì
vậy hệ bù nhiễu còn được gọi là hệ bất biến.
Trong kỹ thuật thường sử dụng cách điều khiển theo sai lệch, trong đó tín hiệu điều
khiển là sự sai lệch giữa giá trị mong muốn và giá trị đo được của đại lượng cần điều khiển. Sơ đồ
cấu trúc của hệ điều khiển tự động theo sai lệch được mô tả trên hình 1.1.
Các tín hiệu tác động trong hệ thống:
u : tín hiệu vào (input)
y : tín hiệu ra (output)
x : tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng (O)
e : sai lệch điều khiển
f : tín hiệu phản hồi
Hệ thống ĐKTĐ luôn tồn tại một trong hai trạng thái là trạng thái xác lập (trạng thái tĩnh)
và trạng thái quá độ (trạng thái động). Trạng thái xác lập là trạng thái mà tất cả các đại lượng của
hệ thống đều đạt được giá trị không đổi. Trạng thái quá độ là trạng thái kể từ thời điểm có tác
động nhiễu cho đến khi hệ thống đạt được trạng thái xác lập mới. Lý thuyết điều khiển tự động tập
trung mô tả và phân tích trạng thái quá độ của hệ thống. Trạng thái xác lập đánh giá độ chính xác
của quá trình điều khiển. Nếu ở trạng thái xác lập vẫn còn tồn tại sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và
tín hiệu đo, giá trị này được gọi là sai lệch dư (hay sai lệch tĩnh), ký hiệu là ∂ , hệ thống được gọi
là hệ thống có sai lệch dư. Nếu ∂ = 0 thì gọi là hệ thống không có sai lệch dư.
1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển tự động.
Có rất nhiều cách phân loại hệ thống ĐKTĐ. Mục đích của phần này không phải nhằm đi
sâu các cách phân loại hệ thống mà đi sâu một cách phân loại để chúng ta thấy được vị trí, giới
hạn của phần lý thuyết mà mình đang nghiên cứu. Với mục đích đó, hệ thống ĐKTĐ được phân
làm hai loại chính, phụ thuộc vào tính chất của các phần tử trong hệ thống là hệ thống tuyến tính
và hệ thống phi tuyến.
- Hệ tuyến tính là hệ thống mà tất cả các phần tử của nó đều là tuyến tính.
- Hệ phi tuyến là hệ thống mà chỉ cần một trong các phần tử của nó là phi tuyến.
Nội dung cơ bản nhất của lý thuyết điều khiển tự động là đi sâu nghiên cứu hệ tuyến tính.
Đặc trưng cơ bản nhất của các phần tử tuyến tính là nguyên lý xếp chồng, nghĩa là khi có một tổ
hợp tín hiệu tác động ở đầu vào của phần tử thì tín hiệu ra sẽ bằng tổ hợp tương ứng của các tín
hiệu ra thành phần. Hệ thống phi tuyến không có tính chất này.
C O
M
u e y
f
x
Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điên hình
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
Lịch sử phát triển của điều khiển tự động được ghi nhận từ trước công nguyên, bắt đầu từ
đồng hồ nước có phao điều chỉnh Ktesibios ở Hy Lạp. Hệ điều chỉnh nhiệt độ đầu tiên do Cornelis
Drebble (1572 - 1633) người Hà Lan sáng chế. Hệ điều chỉnh mức đầu tiên là của Polzunou người
Nga (1765) Hệ điều chỉnh tốc độ được ứng dụng trong công nghiệp đầu tiên là của Jame Watt
(1769). Thế chiến lần thứ hai đòi hỏi sự phát triển về lý thuyết và ứng dụng để có những máy bay
lái tự động, những hệ điều khiển vị trí cúa loại pháo, điều khiển các loại vũ khí khác, điều khiển
tự động các rađa v.v… Những năm 1950, các phương pháp toán học và phân tích đã phát triển và
đưa vào ứng dụng nhanh chóng. ở Mỹ thịnh hành hướng nghiên cứu trong miền tần số với các
công trình ứng dụng của Bode, Nyquist và Black ở các trung tâm thí nghiệm điện tín. Trong khi
ấy, ở Liên Xô (cũ) ngự trị lĩnh vực lý thuyết và ứng dụng trong miền thời gian.
Từ những năm 1980, máy tính số bắt đầu được sử dụng rộng rãi, cho phép điều khiển với độ
chính xác cao các đối tượng khác nhau. Các phương pháp của Liapunou, Minorsky cũng như lý
thuyết điều khiển tối ưu hiện đại của L.S. Pontryagin (Liên Xô cũ), của R.Belman (Mỹ) có ý
nghĩa rất lớn. Các nguyên tắc điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững, điều khiển mờ, các “hệ
thông minh” v.v… ra đời và được áp dụng có hiệu quả vào thực tiễn.
Nhìn chung, cơ sở điều khiển tự động là môn học trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ
bản để phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển kỹ thuật trong miền thời gian và miền tần số
bằng công cụ toán học. Trong sách hướng dẫn học tập này, chúng ta tập trung xét các hệ thống
trong miền liên tục và miền rời rạc, đề cập đến các vấn đề cơ bản nhất của lý thuyết hệ thống điều
khiển được ứng dụng cho kỹ thuật. Các phương pháp được đề cập đến để phân tích và tổng hợp hệ
thống là phương pháp kinh điển khảo sát theo hàm truyền đạt của hệ thống và phương pháp không
gian trạng thái. Nội dung chính sẽ bao gồm 7 chương:
Chương 1: Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương II. Các đặc tính của hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương III. Khảo sát tính ổn định của hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương IV. Khảo sát chất lượng hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương V. Tổng hợp hệ thống ĐKTĐ liên tục.
Chương VI. Mô tả toán học hệ thống ĐKTĐ rời rạc.
Chương VII. Phân tích và tổng hợp hệ thống ĐKTĐ rời rạc.
Ngày nay, các công cụ để điều khiển đều biến đổi nhanh chóng và hoàn thiện, nhưng những
nguyên lý cơ bản vẫn không thay đổi hay thay đổi không đáng kể. Các vấn đề được đề cập trong
sách hướng dẫn này dựa trên các giáo trình về Điều khiển tự động trong và ngoài nước nhưng
được tóm tắt và cô đọng giúp học viên nắm được những vấn đề cơ bản nhất của môn học.
Vì thời gian có hạn, chắc còn một số sai sót không tránh khỏi, nhóm biên soạn mong nhận
được các góp ý của người đọc để hoàn thiện trong các lần xuất bản sau.
CHƯƠNG I. MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG LIÊN TỤC
NỘI DUNG
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Trong mọi hoạt động của con người, ở bất cứ lĩnh vực nào, bất cứ vị trí nào đều liên quan
đến hai từ điều khiển. Trong khoa học, tồn tại một ngành khoa học đã và đang phát triển mạnh
mẽ, đó là điều khiển học.
Điều khiển học là khoa học nghiên cứu về các quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều
khiển trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội, khoa học công nghệ, môi trường... Điều khiển học chia
ra làm nhiều lĩnh vực khác nhau gồm điều khiển học toán học, điều khiển học sinh học, điều khiển
học kỹ thuật...
Điều khiển học kỹ thuật là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều
khiển các quá trình và hệ thống thiết bị kỹ thuật. Khái niệm điều khiển được hiểu là tập hợp tất cả
các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá
trình đó. Hệ thống điều khiển mà không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình
điều khiển được gọi là điều khiển tự động.
Chương này đề cập đến các vấn đề sau:
+ Khái niệm chung về hệ thống điều khiển, phân tích sơ đồ khối của một hệ thống điều
khiển thông thường và các phân lọai các hệ thống điều khiển.
+ Mô tả toán học các hệ thống điều khiển trong miền thời gian và trong miền tần số. Các
cách biểu diễn hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) và mối quan hệ giữa chúng.
1.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điển hình.
Một hệ thống ĐKTĐ gồm ba thành phần cơ bản là đối tượng điều khiển (Object - O), thiết
bị điều khiển (Controller - C) và thiết bị đo lường (Measuring Device - M).
Đối tượng điều khiển là thành phần tồn tại khách quan có tín hiệu ra là đại lượng cần được
điều khiển và nhiệm vụ cơ bản của điều khiển là phải tác động lên đầu vào của đối tượng điều
khiển sao cho đại lượng cần điều khiển đạt được giá trị mong muốn. Thiết bị điều khiển là tập hợp
tất cả các phần tử của hệ thống nhằm mục đích tạo ra giá trị điều khiển tác động lên đối tượng.
Giá trị này được gọi là tác động điều khiển.
Đại lượng cần điều khiển còn được gọi là đại lượng ra của hệ thống ĐKTĐ. Những tác
động từ bên ngoài lên hệ thống được gọi là tác động nhiễu.
Có ba cách điều khiển là cách điều khiển theo chương trình, cách
bù nhiễu và cách điều khiển theo sai lệch.
Trong cách điều khiển theo chương trình, tín hiệu điều khiển được phát ra do một
chương trình định sẵn trong thiết bị điều khiển. Với cách bù nhiễu, tín hiệu điều khiển
được hình thành khi xuất hiện nhiễu loạn tác động lên hệ thống, tín hiệu điều khiển phát ra nhằm
bù lại sự tác động của nhiễu loạn để giữ cho giá trị ra của đại lượng cần điều khiển không đổi. Vì
vậy hệ bù nhiễu còn được gọi là hệ bất biến.
Trong kỹ thuật thường sử dụng cách điều khiển theo sai lệch, trong đó tín hiệu điều
khiển là sự sai lệch giữa giá trị mong muốn và giá trị đo được của đại lượng cần điều khiển. Sơ đồ
cấu trúc của hệ điều khiển tự động theo sai lệch được mô tả trên hình 1.1.
Các tín hiệu tác động trong hệ thống:
u : tín hiệu vào (input)
y : tín hiệu ra (output)
x : tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng (O)
e : sai lệch điều khiển
f : tín hiệu phản hồi
Hệ thống ĐKTĐ luôn tồn tại một trong hai trạng thái là trạng thái xác lập (trạng thái tĩnh)
và trạng thái quá độ (trạng thái động). Trạng thái xác lập là trạng thái mà tất cả các đại lượng của
hệ thống đều đạt được giá trị không đổi. Trạng thái quá độ là trạng thái kể từ thời điểm có tác
động nhiễu cho đến khi hệ thống đạt được trạng thái xác lập mới. Lý thuyết điều khiển tự động tập
trung mô tả và phân tích trạng thái quá độ của hệ thống. Trạng thái xác lập đánh giá độ chính xác
của quá trình điều khiển. Nếu ở trạng thái xác lập vẫn còn tồn tại sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và
tín hiệu đo, giá trị này được gọi là sai lệch dư (hay sai lệch tĩnh), ký hiệu là ∂ , hệ thống được gọi
là hệ thống có sai lệch dư. Nếu ∂ = 0 thì gọi là hệ thống không có sai lệch dư.
1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển tự động.
Có rất nhiều cách phân loại hệ thống ĐKTĐ. Mục đích của phần này không phải nhằm đi
sâu các cách phân loại hệ thống mà đi sâu một cách phân loại để chúng ta thấy được vị trí, giới
hạn của phần lý thuyết mà mình đang nghiên cứu. Với mục đích đó, hệ thống ĐKTĐ được phân
làm hai loại chính, phụ thuộc vào tính chất của các phần tử trong hệ thống là hệ thống tuyến tính
và hệ thống phi tuyến.
- Hệ tuyến tính là hệ thống mà tất cả các phần tử của nó đều là tuyến tính.
- Hệ phi tuyến là hệ thống mà chỉ cần một trong các phần tử của nó là phi tuyến.
Nội dung cơ bản nhất của lý thuyết điều khiển tự động là đi sâu nghiên cứu hệ tuyến tính.
Đặc trưng cơ bản nhất của các phần tử tuyến tính là nguyên lý xếp chồng, nghĩa là khi có một tổ
hợp tín hiệu tác động ở đầu vào của phần tử thì tín hiệu ra sẽ bằng tổ hợp tương ứng của các tín
hiệu ra thành phần. Hệ thống phi tuyến không có tính chất này.
C O
M
u e y
f
x
Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điên hình
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: