PDF Giáo trình điều khiển số, Quách Đức Cường, Kiều Xuân Thực, Nguyễn Văn Đoài

Giáo trình điều khiển số, Quách Đức Cường, Kiều Xuân Thực, Nguyễn Văn Đoài

 

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 3
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 10
Chương 1
Cơ SỞ TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG ĐIÈU KHIẾN SỐ
1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển số 13
1.1.1. Giới thiệu chung 13
1.1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển số 14
1.1.3. Đặc điểm hệ thống điều khiển số 18
1.2. Giới thiệu một số hệ thống Điều khiển số 18
1.2.1. Hệ thống điều khiển lò nhiệt 18
1.2.2. Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện DC 19
1.2.3. Hệ thống điều khiển mức chất lỏng 20
1.3. Tín hiệu số và chuyển đổi tín hiệu Analog-Digital 21
1.3.1. Tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc 21
1.3.2. Biến đỗi A/D và quá trình lấy mẫu dữ liệu 23
1.3.3. Biến đổi D/A và quá trình lưu giữ dữ liệu 25
1.3.4. Lượng tử hóa và vấn đề sai số trong quá trình lượng tử hóa 26
1.4. Biến đổi z 27
1.4.1. Phép biến đỗi z 27
1.4.2. Các tính chất và định lý trong biển đổi z 28
1.4.3. Biến đổi z của một số hàm đặc biệt 29
1.4.4. Phép biến đổi z ngược 30
Tổng kết chương 1 31
Bài tập chương 1 31
Chương 2
MÒ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐIẺU KHIÉN SỐ
2.1. Phương trình sai phân mô tả hệ thống rời rạc 33
2.1.1. Sai phân 33 
2.1.2. Phương trình sai phân mô tả hệ rời rạc 34
2.2. Mô tả hệ thống số dưới dạng hàm truyền đạt rời rạc 35
2.2.1. Hàm truyền đạt rời rạc 35
2.2.2. Rời rạc hóa hàm truyền đạt liên tục 36
2.3. MÔ tả hệ thống số dưới dạng phương trình trạng thái rời rạc 38
2.3.1. Phương trình trạng thái rời rạc 38
2.3.2. Rời rạc hóa phương trình trạng thái liên tục 40
2.4. Mô tả hệ thống số từ cấu trúc sơ đồ khối liên tục 42
2.4.1. Xác định hàm truyền đạt rời rạc từ cấu trúc sơ đồ khối 42
2.4.2. Xây dựng phương trình trạng thái từ sơ đồ khối 44
2.5. Chuyển đổi giữa hàm truyền đạt rời rạc và phương trình trạng
thái rời rạc 46
2.5.1. Chuyển từ phương trình trạng thái sang hàm truyền đạt 46
2.5.2. Chuyển từ hàm truyền đạt sang dạng phương trình trạng thái 47
2.6. Lượng từ hóa mô hình hệ thống rời rạc 47
2.7. Ví dụ xây dựng mô hình hệ thống điều khiển sổ 49
Tổng kết chương 2 53
Bài tập chương 2 , 55
Chương 3
KHẢO SÁT TÍNH ÓN ĐỊNH VÀ CHẤT LƯỢNG CÙA HỆ THỐNG
3.1. ổn định của hệ thống điều khiển số 58
3.1.1. Khái niệm ổn định 58
3.1.2. Ảnh hưởng của phép rời rạc hóa gần đúng với vấn đề
phân tích ổn định 60
3.2. Tương quan bản đồ nghiệm giữa mặt phẳng s và mặt phẳng z 61
3.3. Tiêu chuẩn ổn định đại số 63
3.3.1. Tiêu chuẩn ổn định Routh-Hurwitz mở rộng 63
3.3.2. Tiêu chuẩn ổn định Jury 64
3.4. Tiêu chuẩn ổn định tần số và độ ổn định tương đối 65
3.4.1. Tiêu chuẩn Nyquist 66
3.4.2. Biểu đồ Bode và lượng dự trữ ổn định 67
3.5. Chất lượng hệ thống điều khiển số 70 
3.5.1. Khái niệm chất lượng hệ thống 70
3.5.2. Khảo sát chất lượng tĩnh 70
3.5.3. Khảo sát chất lượng động 73
3.5.4. Dự báo đáp ứng quá độ của hệ thống điều khiển số 74
3.5.5. Chất lượng hỗn hợp 82
3.5.6. Nhiễu và khả năng kháng nhiễu của hệ thống 83
3.6. Ví dụ phân tích ổn định và khảo sát chất lượng hệ thống điều khiển số 84
Tổng kết chương 3 88
Bài tập chương 3 90
Chương 4
THIÉT KÉ HỆ THỐNG ĐIÈU KHIẾN PHẢN HÒI ĐẰU RA
4.1. Bộ điều khiển số SISO 94
4.1.1. Giải thuật điều khiển số với cấu trúc SISO 94
4.1.2. Thiết kế gián tiếp bộ điều khiển rời rạc trên miền s 96
4.1.3. Thiết kế trực tiếp bộ điều khiển rời rạc trên miền z 101
4.2. Thiết kể bộ điều khiển siso rời rạc theo phương pháp áp đặt điểm cực 101
4.3. Thiết kế bộ điều khiển PID rời rạc 105
4.3.1. Giải thuật điều khiển PID rời rạc 105
4.3.2. Thiết kế bộ điều khiển PID theo phương pháp áp đặt cực 107
4.3.3. Thiết kế bộ điều khiển PID theo nguyên tắc giảm bậc hệ thống ..107
4.3.4. Thiết kế bộ điều khiển PID dựa trên biểu đồ Bode 113
4.3.5. Thiết kế bộ điều khiển PID theo phương pháp thực nghiệm
Ziegler-Nichols 116
4.3.6. Vấn đề anti-Windup trong bộ điều khiển PID 123
4.3.7. Bộ điều khiển Fuzzy-PID 128
4.4. Thiết kế hệ thống điều khiển đa mạch vòng phản hồi 130
4.4.1. Cấu trúc điều khiển 130
4.4.2. Thiết kế hệ thống 131
Tổng kết chương 4 132
Bài tập chương 4 133
Chương 5
THIÉT KÉ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIẾN CÓ PHẢN HÒI TRẠNG THÁI
5.1. Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái 137 
5.1.1. Cấu trúc điều khiển phản hồi trạng thái 137
5.1.2. Tính điều khiển được 139
5.1.3. Tính quan sát được 139
5.2. Thiết kế hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái 140
5.2.1. Phương pháp áp đặt điểm cực 140
5.2.2. Phương pháp Ackermann 145
5.2.3. Thiết lập hệ số khuếch đại của hệ thống 146
5.3. Thiết kể bộ quan sát trạng thái 148
5.4. Hệ thống quan sát điều khiển phản hồi trạng thái 153
5.5. Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái mở rộng 155
5.5.1. Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái kết hợp với khâu lọc
tại ngõ vào 155
5.5.2. Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái kết hợp với bộ
điều khiển l/PI 157
5.5.3. Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu LQR 159
Tổng kết chương 5 162
Bài tập chương 5 164
CHƯƠNG 6
THỰC HIỆN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SÓ
6.1. Hệ thống điều khiển số sử dụng vi xử lý/vi điều khiển 166
6.2. Một số vấn đề kỹ thuật khi thực hiện hệ điều khiển số 167
6.3. Quỵ trình thực hiện hệ thống điều khiển số 168
6.4. Phỏng thực hệ thống trên Matlab&Simulink 169
6.4.1. Giới thiệu chung 169
6.4.2. Kỹ thuật phỏng thực 170
6.4.3. Phỏng thực trên Matlab&Simulink 172
6.5. Thiết kế hệ thống trên nền hệ nhúng 173
6.5.1. Tổ chức phần mềm hệ thống 174
6.5.2. Lưu đồ thuật toán 175
6.5.3. Khe thời gian xử lý của hệ thống 176
6.5.4. Thực hiện giải thuật điều khiển sổ 179
6.5.5. Kỹ thuật lập trinh hệ nhúng 183 
6.5.6. Thử nghiệm và hiệu chỉnh 184
6.6. Ví dụ về thiết kế hệ thống điều khiển số với vi điều khiển 185
6.6.1. Tổ chức sơ đồ phần cứng 185
6.6.2. Lưu đồ thuật toán hệ thống 187
6.6.3. Phân chia và lập trình các module phần mềm 189
Tổng kết chương 6 194
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Vector-Matrix 195
Phụ lục 2: Matlab trong điều khiển tự động 197
Phụ lục 3: Biến đổi z 199
Phụ lục 4: Giải thuật điều khiển 202
Phụ lục 5: Các tiêu chuẩn chất lượng 204
Phụ lục 6: Bài tập lớn 206
TÀI LIỆU THAM KHẢO 210