Điều khiển số
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.56 MB, 166 trang )
BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN SỐ
NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển số
Chương 2: Mô tả hệ thống điều khiển
Chương 3: Phân tích hệ thống điều khiển số
Chương 4: Tổng hợp bộ điều khiển số
Giáo trình chính
[1]. Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hồng, Lý thuyết điều khiển
tự động, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2008
[2] D. Ibrahim, Microcontroller Based Applied Digital Control, Wiley, 2006
Tài liệu tham khảo
[3] Katsuhiko Ogata, Discrete time control systems, Prentice Hall
[4] Gene F. Franklin, J.David Powell, Michael Workman, Digital Control
Dynamic Systems. 3rd Edition, Pearson, 2003
Kiểm tra – đánh giá thường xuyên, kiểm tra định kỳ: tính
bằng trung bình cộng các bài kiểm tra chiếm tỷ trọng 30%
Bài 1: Sau chương 2
Hình thức kiểm tra: tự luận
Thời gian làm bài: 45 phút
Thang điểm: 10
Thi cuối kỳ: Chiếm tỷ trọng 70%
Hình thức thi: Tự luận.
Thời gian làm bài: 60 phút
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điều khiển số
1.1 Lược sử phát triển
1.1 Lược sử phát triển
Một số khái niệm trong điều khiển số
Định nghĩa hệ thống điều khiển số
Hệ thống điều khiển liên tục: Là hệ thống mà tất cả các
tín hiệu truyền đi trong hệ thống đều là liên tục
Hệ thống điều khiển gián đoạn: Là hệ thống mà có ít
nhất 1 khâu có tín hiệu truyền đi là gián đoạn
Hệ thống điều khiển số: Là hệ thống có ít nhất 1 khâu có
tín hiệu truyền đi là tín hiệu xung số
Ví dụ
Hệ thống điều khiển liên tục của tốc độ động cơ
1.2. Các dạng tín hiệu và lấy mẫu tín hiệu
Trong hệ thống điều khiển số tồn tại hai loại tín hiệu
Tín hiệu liên tục
Tín hiệu rời rạc
Máy tính số
Tín hiệu liên tục
Đối tượng đk/ đo lường
Lấy mẫu tín hiệu
Tín hiệu rời rạc
Lấy mẫu tín hiệu
Thời gian lấy mẫu được chia thành các
khoảng bằng nhau ∆t1 =∆t2= ∆t3 = … = T
Hàm x(t) được mô tả bởi chuỗi số
sau: x(T), x(2T), x(3T),... x(nT)
Đặc tính lấy mẫu
Ta có thể xem bộ lấy mẫu như một cơng cụ thực
hiện phép nhân tín hiệu x(t) với hàm lấy mẫu S(t),
tương đương với việc điều chế tín hiệu
Hàm lấy mẫu tốt nhất là xung đơn vị δ(t-nT) có
độ rộng bằng vơ cùng bé, chiều cao vơ cùng lớn
với tổng xung lượng bằng 1.
Giả thiết hàm lấy mẫu là chuỗi xung đơn vị được biểu diễn
Trong đó:
x(nT) là giá trị của hàm x(t) tại thời điểm lấy mẫu nT;
δ(t-nT) là một xung đơn vị tại thời điểm nT.
Ví dụ
Định lý Shannon
Nếu có thể bỏ qua được sai số lượng tử hóa thì các khâu
chuyển đổi A/D chính là các khâu lấy mẫu
Khâu giữ dữ liệu (Ngoại suy dữ liệu)
Khâu lưu giữ bậc 0
Khâu lưu giữ bậc 1
• Nhiệm vụ của khâu ngoại suy giữ liệu là xây dựng lại hàm đã
được lấy mẫu thành một tín hiệu liên tục dựa vào các hàm lấy
mẫu trước đó.
• Trong hệ thống điều khiển số khâu ngoại suy giữ liệu thường tiếp
ngay sau bộ lấy mẫu
Lưu giữ bậc khơng (Zero Hold Order - ZOH)
ZOH tín hiệu được phục hồi chỉ phụ thuộc vào hàm đã được lấy mẫu tại thời điểm
bắt đầu của chu kỳ lấy mẫu.
Đầu vào của khâu ZOH là xung Dirac. Đầu ra là xung xung tương tự
Hàm truyền đạt của ZOH
Đáp ứng xung của ZOH là xếp chồng của
hai hàm nhảy, một hàm dương tác động tại
t = 0 và hàm âm tác động tại t = T.
Đáp ứng tần số của ZOH
Hàm truyền của khâu qn tính bậc
khơng tương tự đặc tính bộ lọc thơng
thấp với tần số cắt 2Π/T.
Khi thêm một khâu ZOH thì hệ thống bị
chậm pha điều này có thể làm cho hệ
thống hồi tiếp ổn định ở dạng liên tục trở
thành một ổn định sau khi lấy được mẫu
Khâu lưu giữ bậc một (First Order Hold - FOH)
Đầu vào là xung Dizac đầu ra là hàm bậc nhất
có độ dốc được xác định từ hai mẫu trước đó
Đáp ứng tần số của FOH
Đặc tính tần của khâu lưu giữ bậc một ta thay s = jω
Nhận xét:
- Đặc tính tần của khâu lưu giữ bậc một gần giống với khâu lưu giữ bậc không.
- Độ dịch pha của khâu lưu giữ bậc một lớn gần gấp 2 lần khâu lưu giữ bậc
không.
1.3 Cấu trúc của hệ thống điều khiển số
Hệ thống điều khiển số bao gồm hệ thu nhập xử lý tín hiệu
vi xử lý, vi điều khiển, các hệ thống lớn có máy tính số...
Sơ đồ khối của một hệ điều khiển số.
Ưu điểm của hệ thống điều khiển số:
- Linh hoạt
- Dễ dàng áp dụng các thuật toán điều khiển phức tạp
- Sử dụng máy tính để điều khiển nhiều đối tượng cùng lúc
Khâu có bản chất gián đoạn: Các
tín hiệu vào và ra trạng thái đều gián
đoạn về thời gian và mức. Khâu này
mơ tả các thiết bị điều khiển digital.
Khâu có bản chất liên tục: Mô tả
đối tượng điều khiển. Việc gián đoạn
hố xuất phát từ mơ hình trạng thái
liên tục của đối tượng
Bộ biến đổi A/D: làm nhiệm vụ biến
đổi tín hiệu từ tín hiệu tương tự sang
tín hiệu số.
Bộ biến đổi D/A: làm nhiệm vụ biến
đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự.
Bộ điều chỉnh có thể là vi xử lý (µP),
có thể là vi điều khiển (µC).
Bộ biến đổi A/D
Việc biến đổi tử tín hiệu liên tục
thành tín hiệu rời rạc gọi là q trình
cắt mẫu, thông thường khoảng thời
gian cắt mẫu là không đổi
Bộ biến đổi A/D
Bộ biến đổi D/A
Tín hiệu số được xử lý từ máy tính hoặc
từ hệ VXL cần phải chuyển sang tín hiệu
tương tự để điều khiển khâu chấp hành.
Vì vậy cần có bộ biến đổi từ tín hiệu số
sang tín hiệu tương tự gọi tắt là D/A
