trang Phaàn môû ñaàu … 1. Boái caûnh xuaát phaùt. Muïc ñích nghieân cöùu. Giôùi haïn phaïm vi ñeà taøi.
Chöông 1 : Lyù thuyeát kyõ thuaät ñieàu khieån 1 1.1 Kyõ thuaät ñieàu khieån theo maïch kín.1 Khaùi nieäm cô baûn veà kyõ thuaät ñieàu khieån theo maïch kín.2 Caùc daïng ñieàu khieån theo maïch kín.2 Caùc khaâu ñieàu chænh ñieån hình trong HTÑK.1 Khaâu tyû leä (khaâu P).2 Khaâu quaùn tính baäc 1 (khaâu PT1).3 Khaâu quaùn tính baäc 2 (khaâu PT2).4 Khaâu tích phaân (khaâu I).5 Khaâu vi phaân (khaâu D).6 Khaâu thôøi gian cheát (khaâu Tt).3 Taùc duïng toång cuûa nhieàu khaâu ñieàu chænh. 13 Chöông 2 : Boä ñieàu chænh (Regler) vaø maïch ñieàu khieån kín.1 Boä ñieàu chænh PID.2 Caùc kieåu boä ñieàu chænh.1 Boä ñieàu chænh tyû leä (boä P).2 Boä ñieàu chænh tích phaân (boä I).3 Boä ñieàu chænh tích phaân – tyû leä (boä PI).4 Boä ñieàu chænh vi phaân – tyû leä lyù töôûng (boä PD).5 Boä ñieàu chænh vi – tích phaân – tyû leä lyù töôûng (boä PID).6 Boä ñieàu chænh PID thöïc teá.3 Löïa choïn boä ñieàu chænh thích hôïp cho caùc maïch ñieàu khieån khaùc nhau. 24 Chöông 3 : Tính oån ñònh cuûa heä thoáng ñieàu khieån tuyeán tính 25 Caùc hình thöùc oån ñònh. 25 Tieâu chuaån oån ñònh ñaïi soá.1 Ñieàu kieän caàn cho tính oån ñònh.2 Tieâu chuaån Hurwitz.3 Tieâu chuaån Routh.
30 Tieâu chuaån oån ñònh ñoà thò.1 Bieåu ñoà Nyquist.2 Tieâu chuaån Nyquist ñôn giaûn.3 Tieâu chuaån Nyquist toång quaùt.4 Bieåu ñoà Bode.5 Tieâu chuaån Nyquist ñôn giaûn ñoái vôùi bieåu ñoà Bode. 36 Chöông 4 : Caùc leänh Matlab duøng trong khaûo saùt heä thoáng ñieàu khieån 39 4.1 Bieán ñoåi haøm truyeàn ñaït trong mieàn thôøi gian f(t) vaø mieàn aûnh LaplaceF(s).2 Moâ taû caùc khaâu ñoäng hoïc trong Matlab.1 Moâ taû toaùn hoïc cuûa phaàn töû ôû daïng phaân thöùc höõu tyû.2 Moâ taû toaùn hoïc phaàn töû ôû daïng cöïc – khoâng.3 Moâ taû toaùn hoïc phaàn töû ôû daïng phöông trình traïng thaùi.4 Chuyeån ñoåi qua laïi giöõa caùc daïng haøm truyeàn ñaït.3 Haøm keát noái caùc phaàn töû.1 Moâ taû toaùn hoïc caùc heä thoáng cô baûn.2 Moâ taû toaùn hoïc caùc heä thoáng phöùc taïp.4 Caùc haøm tính toaùn vaø bieåu ñoà ñaùp öùng theo thôøi gian.1 Ñaùp öùng baäc thang h(t).2 Ñaùp öùng tín hieäu vaøo xung g(t).3 Ñaùp öùng tín hieäu vaøo baát kyø.4 Xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cuûa heä thoáng.5 Caùc haøm tính toaùn vaø bieåu ñoà ñaùp öùng taàn soá.1 Bieåu ñoà Bode.2 Bieåu ñoà Nyquist.6 Quyõ ñaïo nghieäm soá. 48 Chöông 5 : Khaûo saùt chaát löôïng heä daån ñoäng khí neùn kín baèng phöông phaùp 50 moâ phoûng vaø thí nghieäm 5.1 Phöông phaùp khaûo saùt heä thoáng ñieàu khieån.2 Choïn moâ hình heä daån ñoäng khí neùn ñieàu khieån kín.1 Van tuyeán tính haønh trình.2 Boä daån ñoäng khí neùn truïc thaúng.3 Chieát aùp thaúng.3 Moâ taû toaùn hoïc caùc phaàn töû heä daån ñoäng khí neùn.1 Haøm truyeàn ñaït cuûa van tuyeán tính.2 Haøm truyeàn ñaït cuûa xy lanh daån ñoäng.3 Haøm truyeàn ñaït cuûa chieát aùp thaúng…………………………………………………………………….4 Sô ñoà caáu truùc cuûa heä daån ñoäng trong Simulink.1 Sô ñoà khoái heä daån ñoäng.2 Söû duïng Simulink ñeå xaây döïng vaø khaûo saùt ñaùp öùng cuûa heä thoáng. 57 ñieàu khieån khí neùn maïch kín.3 Söû duïng boä ñieàu chænh PID cho heä thoáng hieän coù.
59 Toång keát vaø ñeà nghò. Baûng bieán ñoåi Laplace…………………………………………………………………………………………………………. Moâ hình toaùn hoïc moâ taû ñaëc tính ñoäng löïc hoïc cuûa heä daån ñoäng xy lanh………. khí neùn Taøi lieäu tham khaûo…………………………………………………………………………………………………………………………….
PHAÀN MÔÛ ÑAÀU 1. Boái caûnh xuaát phaùt: Söï nghieäp coâng nghieäp hoùa cuûa nöôùc ta ñang ñi vaøo giai ñoaïn hoäi nhaäp vôùi neàn kinh teá theá giôùi. So vôùi caùc nöôùc coù neàn coâng nghieäp tieân tieán, neàn coâng nghieäp cuûa nöôùc ta coøn raát non treû.Tuy vaäy, trong xu theá phaùt trieãn chung, chuùng ta coù lôïi theá laø deã tieáp nhaän nhöõng thoâng tin môùi vaø aùp duïng nhöõng thaønh töïu cuûa khoa hoïc kyõ thuaät hieän ñaïi; maø trong ñoù kyõ thuaät ñieàu khieån töï ñoäng laø moät ñoäng löïc raát quan troïng. Cuøng vôùi söï phaùt trieãn cuûa coâng ngheä ñieän töû; coâng ngheä thoâng tin; ñieàu khieån töï ñoäng ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø ngaøy caøng öùng duïng nhieàu trong moïi lónh vöïc cuûa ñôøi soáng vaø kinh teá.
Noù mang laïi cho con ngöôøi söï tieän nghi; tính hieäu quaû vaø chính xaùc. Neáu nhö tröôùc ñaây, khi caàn thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån, ngöôøi ta phaûi maát nhieàu coâng söùc tính toaùn vaø cheá taïo thöû voâ cuøng toán keùm; thì giôø ñaây vôùi nhöõng coâng cuï toaùn hoïc maïnh meõ nhö phaàn meàm Matlab ; coâng vieäc ñoù ñöôïc giaûm nheï raát nhieàu. Vaø hôn nöõa ngöôøi ta coù theå moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa moâ hình thieát keá ñeå ñaùnh giaù tính khaû thi vaø hieäu quaû cuûa heä thoáng ñieàu khieån.Ñieàu naøy goùp phaàn ñaéc löïc cho vieäc cheá taïo thieát bò sau ñoù ñaït ñöôïc hieäu quaû kinh teá. Vì theá vieäc ñoøi hoûi caùc tröôøng ñaïi hoïc vaø caùc trung taâm nghieân cöùu kyõ thuaät phaûi ñi tröôùc vaø ñaùp öùng caùc nhu caàu xaõ hoäi, qua vieäc xaây döïng vaø phaùt trieãn ngaønh hoïc veà heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng vaø moâ phoûng.Ñoù cuõng laø ñònh höôùng cho vieäc nghieân cöùu cuûa ñeà taøi luaän aùn naøy.
Muïc ñích nghieân cöùu Vieäc nghieân cöùu, khaûo saùt moät heä thoáng ñieàu khieån khí neùn maïch kín baèn g phöông phaùp moâ phoûng vaø thöïc nghieäm, chæ laø moät phaàn nhoû, nhaèm ñöa ñeán vieäc ñònh ra moät phöông phaùp khaûo saùt coù tính öùng duïng keát hôïp giöõa lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng vaø phaàn meàm Matlab. Noù khoâng chæ döøng laïi ôû vieäc aùp duïng vaøo giaûng daïy cho baäc ñaïi hoïc, maø coøn coù theå aùp duïng cho caû baäc trung caáp kyõ thuaät. Ñieåm noåi baät laø vieäc nghieân cöùu seõ theo ñònh höôùng thöïc haønh vaø tieâu chuaån hoaù caùc phaàn töû ñieàu khieån, khoâng chæ ôû lónh vöïc ñieàu khieån khí neùn maø coøn coù theå aùp duïng ôû caùc lónh vöïc khaùc. Noùi caùch khaùc laø vieäc khaûo saùt keát hôïp giöõa thöïc nghieäm vaø moâ phoûng seõ mang keát quaû thöïc teá hôn, so vôùi vieäc tính toaùn suoâng, ñieàu maø khoâng phaûi ngöôøi laøm coâng taùc kyõ thuaät naøo cuõng coù theå laøm ñöôïc.
Giôùi haïn ñeà taøi vaø phöông phaùp nghieân cöùu Vieäc nghieân cöùu ñoøi hoûi phaûi tìm hieåu vaø naém vöõng nhieàu lónh vöïc chuyeân moân; cho neân luaän aùn chæ giôùi haïn trong vieäc nghieân cöùu vaø khaûo saùt moät heä daån ñoäng khí neùn maïch kín; keát hôïp lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng vaø phaàn meàm Matlab ñeå xaây döïng moät phöông phaùp khaûo saùt cho heä thoáng lieân tuïc vaø ñôn giaûn. Phöông phaùp nghieân cöùu: Keát hôïp giöõa thöïc nghieäm; laáy soá lieäu kyõ thuaät vaø khai thaùc caùc tieän ích cuûa Matlab ñeå nhaän ñöôïc keát quaû khaûo saùt. Treân cô sôû ñoù xaây döïng moät phöông phaùp khaûo saùt chung cho heä thoáng ñieàu khieån. Chöông 1: LYÙ THUYEÁT KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN.1 Kyõ thuaät ñieàu khieån theo maïch kín (HTÑK kín) 1.1 Khaùi nieäm cô baûn veà kyõ thuaät ñieàu khieån theo maïch kín * : Ñieàu khieån maïch kín laø quaù trình maø trong ñoù ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån (tín hieäu ñöôïc ñieàu khieån) ñöôïc taïo ra vaø so saùnh lieân tuïc vôùi moät ñaïi löôïng khaùc goïi laø ñaïi löôïng chuû ñaïo (tín hieäu chuû ñaïo), theo höôùng caân baèng vôùi ñaïi löôïng naøy.
Ví duï: Vieäc giöõ nhieät ñoä nöôùc khoâng ñoåi khi taém voøi sen :Ñoä noùng laïnh cuûa nöôùc ñöôïc thay ñoåi baèng vaøo vieäc ñieàu chænh voøi troän vaø ñuôïc caûm nhaän qua cô theå ngöôøi cho ñeán khi ta caûm thaáy phuø hôïp thì quaù trình naøy döøng laïi.ÔÛ ñaây ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån laø nhieät ñoä cuûa nöôùc coøn goïi laø giaù trò thöïc; coøn nhieät ñoä cuûa nöôùc maø baûn thaân ta caûm thaáy phuø hôïp laø giaù trò mong muoán (tín hieäu chuû ñaïo).Moät khi coøn coù söï khaùc bieät giöõa hai ñaïi löôïng noùi treân thì quaù trình ñieàu chænh vaãn coøn tieáp tuïc. Taát caû caùc yeáu toá taïo thaønh heä thoáng ñieàu khieån maïch kín ñöôïc trình baøy theo sô ñoà caáu truùc nhö H.1, ta cuõng coù theå goïi caùc ñaïi löôïng vaät lyù trong quaù trình ñieàu khieån laø caùc tín hieäu. Khaâu Khaâu ñieàu Boä ñaët ñaët Cô caáu chænh chænh chænh taùc ñoäng Thieát bò ñaët chænh Boä ñieàu chænh Thieát bò ñieàu khieån (Regler) Khaâu ño (sensor) H.1: Maïch ñieàu khieån vôùi boä ñieàu chænh; boä ñaët chænh vaø cô caáu ño. W Tín hieäu chuû ñaïo; z Nhieãu; x Tín hieäu ñöôïc ñieàu khieån (tín hieäu phaûn hoài); y Tín hieäu ñaët chænh; yR Tín hieäu ra töø boä ñieàu chænh Vieäc ñieàu khieån maïch kín thöôøng coù caáu truùc voøng vôùi söï phaûn hoài cuûa ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån x.
Heä thoáng ñieàu khieån coù theå bò nhieãu, nhö ôû ví duï treân khi taêng nguoàn nöôùc laïnh töø beân ngoaøi nghóa laø laïi xuaát hieän söï sai leäch giöõa nhieät ñoä cuûa nöôùc vaø nhieät ñoä maø ta mong muoán; khi ñoù ta laïi phaûi voäi vaõ ñieàu chænh voøi troän laàn nöõa ñeå thay ñoåi nhieät ñoä cuûa noù; ñieàu naøy laøm cho nöôùc coù theå trôû neân quaù noùng hoaëc quaù laïnh. Ñieàu ñoù coù yù nghóa laø heä thoáng ñieàu khieån coù theå bò dao ñoäng. Ñoù cuõng laø ñieàu ta caàn löu yù khi thöïc hieän vieäc ñieàu khieån theo maïch phaûn hoài.ÔÛ traïng thaùi xaùc laäp thì ñoä sai leäch ñieàu khieån cuûa heä thoáng phaûi raát nhoû hoaëc baèng 0. Khi coù nhieãu hoaëc coù söï thay ñoåi tín hieäu chuû ñaïo, nghóa laø khi xuaát hieän ñoä sai leäch ñieàu khieån thì tín hieäu ñöôïc ñieàu khieån cuõng thay * Trong luaän vaên duøng cuïm töø heä thoáng ñieàu khieån ñeå chæ maïch dieàu khieån kín trang 1 ñoåi.Ñeå traùnh söï dao ñoäng cuûa heä thoáng ñieàu khieån thì söï thay ñoåi tín hieäu ñöôïc ñieà u khieån khoâng ñöôïc xaûy ra quaù nhanh.
Ñeå ñôn giaûn hoaù sô ñoà caáu truùc cuûa heä thoáng ñieàu khieån ngöôøi ta ñaët caùc khaâu thaønh cuïm nhö ôû H.2 vaø nhö vaäy maïch ñieàu khieån chæ goàm boä ñieàu chænh (Regler) vaø maïch ñieàu khieån (thieát bò ñöôïc ñieàu khieån)(Regelstrecke) H. w e FR y FS x x Maïch ñieàu khieån Boä ñieàu chænh FR Haøm truyeàn ñaït cuûa boä ñieàu chænh. FS Haøm truyeàn ñaït cuûa maïch ñieàu khieån H.2 Ñôn giaûn hoaù sô ñoà caáu truùc moät heä thoáng ñieàu khieån 1.2 Caùc daïng ñieàu khieån theo maïch kín. HTÑK kín ñöôïc chia laøm: Ñieàu khieån baèng tay: ÔÛ ñoù coù ít nhaát moät khaâu cuûa HTÑK do con ngöôøi ñaõm nhieäm.
Töï ñieàu khieån: Quaù trình khoâng coù söï tham gia cuûa con ngöôøi ngoaïi tröø vieäc thieát ñaët ñaïi löôïng chuû ñaïo. Tieáp theo ngöôøi ta phaân bieät giöõa: Ñieàu khieån theo giaù trò coá ñònh. vaø Ñieàu khieån tuøy ñoäng (servo) ÔÛ HTÑK theo giaù trò coá ñònh thì boä ñieàu chænh coù nhieäm vuï mang laïi söï caân baèng giöõa giaù tri thöïc vaø giaù trò mong muoán.Söï taùc ñoäng cuûa nhieãu leân heä thoáng phaûi ñöôïc laøm giaûm toái ña hoaëc coù sai leäch thì cuõng raát beù.Ví duï HTÑK khoaûng caùch coá ñònh cuûa ñaàu caét laser vaø vaät lieäu ñem caét.