Ch 1: Các khái ni
ệ
m và n
g
u
y
ên l
ý
cơ bản
ệ gy ý
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-1
1.1. Giới thiệu
Hệ thống điều khiển là một nhóm các phần tử được liên kết lại với nhau nhằm duy trì một
kết quả mong muốn bằng cách tác động vào giá trị của một biến nào đó trong hê thống.
Denis Papin
’
s water float regulator
Wall
’
sfly
-
ball governor
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-2
Denis

Papin s

water


ền đạt
y
- là mối quan hệ toán học giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của phần tử:
x(t)
y(t)
TF =
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-5
1.3. Hệ thốn
g
điều khiển vòn
g
hở
g g
Hệ thống điều khiển vòng hở là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển không có phụ
ấ
thuộc vào b
ấ
t kỳ tín hiệu nào từ quá trình.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-6
1.3. Hệ thốn
g
điều khiển vòn
g
hở
g g
Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten
-Vị trí ban đầu: 0
0

30 m/min
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-8
Velocity

0.05

0.5

100

12

30

m/min
1.4. Hệ thốn
g
điều khiển vòn
g
kín
g g
Hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào
ố ồ
sự sai lệch giữa tín hiệu mong mu
ố
n và tín hiệu phản h
ồ
i.
Ba thao tác chính của một hệ thống vòng kín

i
ể
m đi
ề
u chỉnh, bi
ế
n được đi
ề
u khi
ể
n, bi
ế
n được đo, và đi
ể
m sai lệch.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-10
1.4. Hệ thốn
g
điều khiển vòn
g
kín
g g
•Bộ cảm biến: thực hiện đo giá trị thực của
biến được điều khiển, biến đổi thành một đại
lượng có thể sử dụng được và phản hồi về bộ
điểu khiển.
• Bộ điều khiển (bao gồm cả bộ so sánh):
thực hiện cơ chế điều khiển thích hợp nhằm
làm giảmgiátrị sai lệch

- Động cơ: 1
0
/sec (ở điện áp định mức v
s
)
-Cảm biến góc: 10V / 360
0
(→ x
a
)
Tín hiệu điều khiển v
c
được xác định tùy
theo cơ chế điều khiển:
x
a
≠ x
d
x
a
= x
d
v
c
=nếu
v
s
0
v
c

g g
Thí dụ: xét sơ đồ một hệ thống kín điều khiển vị trí bàn máy như sau:
Khảo sát sự chuyển động của bàn máy khi bàn máy dịch chuyển từ vị trí 0.4 m (ban đầu)
san
g
bên
p
hải ở v
ị
trí 0.64 m. Giả sử thời
g
ian lấ
y
mẫu
(p
hản hồi
)
là 0.1
g
iâ
y
.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-13
gp ị g y (p )gy
1.4. Hệ thốn
g
điều khiển vòn
g
kín

e
(V)
∆P (mm)
Pos (mm)
2.5 2.5 0 0 400
00
4
25
15
0
400
G
1

2
G
1

2
.
5
0
.
0
4
2
.
5
1
.

408.339
0.3
4
2.528
1.472
2.208
406.687
0.4 4 2.542 1.458 2.187 408.874
0.5 4 2.555 1.445 2.167 411.041
:: : : : :
0.3
4
2.535
1.465
2.747
408.339
0.4 4 2.552 1.448 2.715 411.054
0.5 4 2.569 1.431 2.683 413.737
:: : : : :
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-14
60.0 4 3.995 0.005 0.008 639.157 48.0 4 3.995 0.005 0.01 639.163
1.4. Hệ thốn
g
điều khiển vòn
g
kín
Hệ thốn
g
điều khiển vòn

y y
Khi phân tích và thiết kế, hầu hết các hệ thống điều khiển được giả sử là bao gồm các
phần tử tuyến tính – phần tử cho tín hiệu ra tỷ lệ thuận với tín hiệu vào.
Phần tử tuyến tính bảo toàn dạng hình học của tín hiệu vào.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-16
1.5. Tu
y
ến tính và phi tu
y
ến
y y
• Dãy chết: là một dãy các giá trị mà ở đó tín hiệu vào X không làm thay đổi tín hiệu ra Y.
Linear element with a dead band nonlinearity
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-17
1.5. Tu
y
ến tính và phi tu
y
ến
y y
• Trễ: là tính phi tuyến dẫn đến giá trị tín hiệu ra Y không trùng nhau khi tín hiệu vào X
tăng hay giảm.
Nonlinear element with hysteresis
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-18
1.5. Tu
y
ến tính và phi tu

g
điều khiển
g g
Phương pháp kiểm nghiệm thường dùng là thay đổi giá trị điều chỉnh theo hàm bậc
thang và dùng 3 tiêu chuẩn sau đây để đánh giá một hê thống.
•
Suy giảmmộtphầntư biên độ
:xácđịnh biên độ của dao động tắtdầnmàở đóbiênđộ
Suy

giảm

một

phần

tư

biên

độ
:

xác

định

biên

độ

• Tích phân sai lệch tối thiểu: xác định tổng diện tích nằm dưới đường cong sai lệch phải
là tối thiểu.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-23
1.8. Tiêu chuẩn đánh
g
iá hệ thốn
g
điều khiển
g g
•Giảm chấn tới hạn: được dùng khi mong muốn không xảy ra độ vọt lố.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-24
1.9. Đơn
g
iản sơ đồ khối
g
Hà t ề ủ hệ thố òhở
Hà
m
t
ruy
ề
n c
ủ
a
hệ

thố
ng v

h
ệ thống hở
•
không

sử

dụng

→
h
ệ

thống

hở
•có sử dụng → hệ thống kín
¾ Loại tín hiệu
• liên tục → hệ thống tương tự
•rời rạc → hệ thống số
¾ Giá trị điều chỉnh
• ít thay đổi → hệ thống điều chỉnh (regulator system)
• thay đổi liên tục → hệ thống tùy động (follow-up system)
¾ Vị trí của bộ điều khiển
• ở phòng điều khiển trung tâm → hệ thống điều khiển tập trung
ầ ấ ế ấ
ố ề ể ố
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-26
• đặt g

lắp

ráp

-
hệ

thống

điều

khiển

các

cánh

tay

máy
¾ Các nhóm khác
ấ tù độ
(hi)
•cơ c
ấ
u
tù
y
độ
ng

Bộ điều khiển tươn
g
tự
g
- được thiết kế từ những mạch xử lý tín hiệu tương tự
- các tín hiệu được cập nhật liên tục
Bộ điều khiển số
- được thiết kế từ những mạch xử lý tín hiệu số
- các tín hiệu được cập nhật dựa vào xung nhịp
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-29
Hệ thốn
g
điều khiển quá trình
g
Hê thống điều khiển quá trình duy trì một đại lượng nào đó của quá trình ở giá trị điều
chỉnh (mong muốn).
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-30
Hệ thốn
g
điều khiển quá trình
g
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-31
Hệ thốn
g
điều khiển quá trình
g
Individual local controllers

g
điều khiển số
Hê thống điều khiển số là một hệ thống sử dụng các lệnh đã xác định trước để điều
g
khiển một loạt các nguyên công.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-35
Hệ thốn
g
ta
y
má
y
gy y
Pick-and-
p
lace robot
p
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-36
Hệ thốn
g
ta
y
má
y
gy y
Industrial robot
Robot là một cánh tay máy khả trình nhằm di chuyển
những đối tượng khác nhau theo một trình tự chuyển

y
gy y
Tế bào sản xuất
Là sự kết hợp giữa một nhóm các
máy công cụ và một nhóm các
cánh tay máy nhằm làm tăng hiệu
quả sản xuất một loại sản phẩm
đặc biệt nào đó.
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-38
Vài thí dụ về các hệ thốn
g
điều khiển
g
Hệ thốn
g
điều khiển tốc độ
g
(bằng cơ khí)
© C.B. Pham
Kỹ thuật điềukhiểntựđộng 1-39
Vài thí dụ về các hệ thốn
g
điều khiển
g
Hệ thốn
g
điều khiển tốc độ
g
(bằng điện)