ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Biên soạn: Trần Lê Mân
Email:
Facebook:
www.facebook.com/mantranle.realgroup

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

1


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

2


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Ví dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v = 40 km/h.
1. Mắt quan sát đồng hồ đo tốc độ.

Thu
tin

thập

thông

2. Bộ não điều khiển tăng tốc nếu v < 40 km/h, giảm tốc nếu v >
40km/h.
Xử lý thông tin
Tác động lên hệ
thống

3. Tay giảm ga hoặc tăng ga.
Kết quả của quá trình điều khiển: Xe chạy với tốc độ “gần”
bằng 40 km/h.
Ouput
(mong
muốn)

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

3


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Điều khiển là q trình thu thập thơng tin, xử
lý thơng tin và tác động lên hệ thống để đáp
ứng của hệ thống “gần” với mục đích định trước.
Điều khiển tự động là q trình mà khơng có

sự tác động của con người.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

4


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Ví dụ 2: Hệ thống bơm nước tự động.

1. Phao cảm nhận mực nước.
Thu
tin
2. Tác động đến tiếp điểm.

thập

thông

Xử lý thông tin
3. Máy bơm hoạt động.
Tác động lên hệ
thống
Kết quả của quá trình điều khiển: nước
được bơm “gần” bằng với mực nước
định trước.
Ouput

(mong
Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

muốn)

5


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

6


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

 Con người không thỏa mãn với đáp ứng hệ thống.
 Muốn hệ thống hoạt động tăng độ chính xác, tăng
năng suất, tăng hiệu quả kinh tế.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

7



ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

8


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

r(t)

+

e(t)
-

Bộ điều khiển

u(t)

Đối tượng

c(t)

cht(t)
Cảm biến

Trong đó:
 r(t) (Reference input): tín hiệu
vào.
 c(t) (Controlled output): tín hiệu
ra.
 cht(t) : tín hiệu hồi tiếp.
 e(t) (Error) : sai số.
 u(t) : tín hiệu điều khiển.
Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

9


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Ví dụ về các tín hiệu vào – ra (Input –
Ouput)
Bộ điều khiển
(Controller)

Tín hiệu
vào
(Input)

Tín hiệu
ra
(Ouput)


Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

10


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Hệ SISO (Single Input – Single
Một ngõ
vào
Một ngõ
Output)
ra

Hệ MIMO (Multi Input – Multi
Nhiều
ngõ vào
Nhiều ngõ ra
Output)

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

11


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG


Xét hệ thống điều khiển mức nước
Đòn bẩy
Valve
Phao

Bồn nước

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

12


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Xét hệ thống điều khiển mức nước

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

13


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Trong hệ thống điều khiển tự động này, đối tượng điều khiển là bồn nước (1). Mục tiêu điều khiển là giữ
mức nước trong bồn luôn ổn định và bằng trị số H0 đặt trước cho dù lượng nước tiêu thụ thay đổi như thế

nào.
 Tín hiệu ra y = h: mức nước thực tế.
 Tín hiệu vào r = H0: mức nước yêu cầu.
 Nhiễu z: sự thay đổi lượng nước tiêu thụ.
 Thiết bị đo là phao (2); Bộ điều khiển là hệ thống địn bẩy (3) có chức năng khuếch đại sai lệch và
điều khiển đóng mở van; Cơ cấu tác động là van (4).
 Tín hiệu điều khiển u: độ nâng của van (4).
 Tín hiệu sai lệch: e = r – y = H0 – h.
Mức nước yêu cầu có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh độ dài đoạn nối từ phao đến đòn bẩy.
Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

14


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc điều khiển

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

15


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 1: Ngun tắc thơng tin

phản hời
n(t)

r(t)

Bợ điều khiển

u(t)

Đới tượng

c(t)

Điều khiển bù
nhiễu.

Ví dụ:

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

16


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 1: Nguyên tắc thông tin
phản hồi
r(t)


+

e(t)
-

Bộ điều khiển

u(t)

Đối tượng

c(t)

Cht(t)
Cảm biến

Điều khiển sai lệch.

Ví dụ:

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

17


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG


Nguyên tắc 1: Nguyên tắc thông tin
phản hồi
n(t)

r(t)

+

e(t)
-

Bộ điều khiển

u(t)

Đối tượng

c(t)

Cht(t)
Cảm biến
Điều khiển phối
hợp.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

18



ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 2: Ngun tắc đa dạng tương
ứng
Muốn q trình điều khiển có chất lượng thì sự đa dạng của bộ điều khiển
phải tương xứng với sự đa dạng của đối tượng
Tính đa dạng của bộ điều khiển thể hiện ở khả năng:
 Thu
tin.

thập

thơng

 Lưu trữ thơng tin.
 Truyển tin.
 Phân tích xử lý.

Chọn
quyết
Ý nghĩa
định… của nguyên tắc
này là cần thiết kế bộ
điều khiển phù hợp với
đối tượng.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân


19


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 3: Ngun tắc bở sung ngồi
Một hệ thống ln tồn tại và hoạt động trong một môi trường cụ thể và có
tác động qua lại chặt chẽ với mơi trường đó
Ngun tắc bổ sung ngồi thừa nhận có một đối tượng chưa biết (hộp đen)
tác động vào hệ thống và ta điều khiển cả hệ thống và hộp đen
Ý nghĩa của nguyên tắc này là khi thiết kế hệ thống tự động, muốn
hệ thống có chất lượng cao thì khơng thể bỏ qua nhiễu của môi
trường tác động vào hệ thống.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

20


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 4: Ngun tắc dự trư
Vì ngun tắc 3 ln coi thơng tin chưa đầy đủ phải đề phòng các bất trắc
xảy ra và khơng được dùng tồn bộ lực lượng trong điều kiện bình thường.
Vốn dự trữ khơng sử dụng, nhưng cần đảm bảo cho hệ thống an toàn

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê

Mân

21


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 5: Nguyên tắc phân cấp
Đối với một hệ thống điều khiển phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều
khiển bổ sung cho trung tâm.
Cấu trúc phân cấp thường sử dụng là cấu trúc hình cây.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

22


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

23



ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

Nguyên tắc 6: Nguyên tắc cân bằng nội
Mỗi hệ thống cần xây dựng cân bằng nội để có khả năng tự giải quyết các
biến động xảy ra.

Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

24


ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG

 Phân tích hệ thống
Cho hệ thống tự động đã biết cấu trúc và thơng số. Bài
tốn đặt ra là trên cơ sở những thơng tin đã biết tìm đáp
ứng của hệ thống và đánh giá chất lượng của hệ.
 Bài toán này luôn giải được.
 Thiết kế hệ thống
Biết cấu trúc và thơng số của đối tượng điều khiển. Bài
tốn đặc ra là thiết kế bộ điều khiển để được hệ thống
thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng.
 Bài toán này giải được.
 Nhận dạng hệ thống
Chưa biết cấu trúc và thông số của hệ thống. Vấn đề
đặt ra là xác định cấu trúc và thông số của hệ thống.
Bài toán điều khiển tự

đợng

 Bài tốn này khơng phải lúc nào cũng giải được.
Lý thuyết điều khiển tự động - Biên soạn: Trần Lê
Mân

25