Tài liệu Bai giang dk so c1 c2

CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU KHIỂN SỐ 1.1 Định nghĩa hệ thống điều khiển số • Hệ thống điều khiển liên tục: tất cả các tín hiệu truyền trong hệ thống đều là các tín hiệu liên tục. • Hệ thống điều khiển số: có ít nhất một tín hiệu truyền trong hệ thống là tín hiệu xung, số. Ví dụ hệ thống điều khiển liên tục – điều khiển tốc độ ĐMđl PI liên tục ω* Rω (-) ω uđk α Sơ đồ khối hệ thống điều khiển liên tục x(t) e(t) u(t) TBĐK ĐTĐK y(t) (-) Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số e* x* (-) TBĐK số u* D/A y* A/D máy tính ĐTĐK y(t) TBĐK số: phần mềm Máy tính: hệ thống vi xử lý, vi điều khiển, PC, … Hệ thống điều khiển số ĐMđl D/A uđk α A/D e* x* (-) TBĐK số u* D/A y*(t) A/D máy tính ĐTĐK y(t) Hệ thống điều khiển liên tục ĐMđl PI liên tục ω* Rω α uđk (-) ω x(t) e(t) (-) TBĐK u(t) ĐTĐK y(t) • Hệ thống điều khiển liên tục: phần cứng. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống và sơ đồ khối tương tự như nhau. • Hệ thống điều khiển số: phần mềm. Sự khác nhau giữa nguyên lý của hệ thống và sơ đồ khối. Nhắc đến hệ thống điều khiển số là nói đến cả phần cứng và phần mềm. Chức năng của máy tính: tính toán, xác định các tín hiệu Æ xử lý tín hiệu số e* x* (-) TBĐK số u* D/A y*(t) A/D máy tính ĐTĐK y(t) 1.2 Lấy mẫu (lượng tử hóa) tín hiệu 3 nguyên tắc lượng tử hóa 1. Lượng tử hóa theo thời gian: Lấy mẫu tín hiệu vào những thời điểm định trước, cách đều nhau một chu kỳ lấy mẫu T. Giá trị thu được là những giá trị của tín hiệu tại thời điểm lấy mẫu. f(t) 0T Ví dụ: đo mực nước sông. Đo mùa khô. Đo mùa nước dâng 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7T t 2. Lượng tử hóa theo mức: Lượng tử hóa tín hiệu khi tín hiệu đạt những giá trị định trước. f(t) t Ví dụ: đo mực nước sông theo mức báo động 3. Lượng tử hóa hỗn hợp: Lấy mẫu tín hiệu vào những thời điểm định trước, cách đều nhau một chu kỳ lấy mẫu T. Giá trị thu được bằng mức định trước, có sai số bé nhất so với giá trị thực của tín hiệu tại thời điểm lấy mẫu. f(t) Ví dụ đọc số đo 0T 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7T t Trong kỹ thuật, đại đa số các trường hợp đều sử dụng phương pháp lượng tử hóa theo thời gian. Chỉ xét đến lượng tử hóa theo thời gian với chu kỳ lấy mẫu T 1.3 Nguyên lý cấu trúc các bộ biến đổi tín hiệu 1. Bộ biến đổi D/A Chức năng: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu liên tục 4 bit 0 1 0 1 f* D/A f Nguyên lý cấu trúc R 4R 2R + 2n R u2 u1 ur un -uref a1 a2 an ui = -aiuref n au ui i ref ur = − R∑ i = ∑ i 2 i =1 2 R i =1 uref uref n n −i = n ( a1 2n −1 + a2 2n − 2 + ⋅⋅⋅ + an −1 21 + an 20 ) = n ∑ ai 2 2 2 i =1 n • Số lượng bit n. • Giá trị cực đại điện áp đầu ra urmax • Độ phân giải • Độ tuyến tính •Tần số làm việc uref 2n ur max = uref 2n − 1 2n 2. Bộ biến đổi A/D Chức năng: biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu số f A/D f* Nguyên lý cấu trúc CLK Bộ đếm a1 an D/A • Tính phức tạp - • Tốc độ + f • Giá thành 1.4 Vấn đề chuyển đổi tín hiệu 1. A/D f f(t) f* A/D T f f* f f f* 0T 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7T t Nhắc lại hàm bậc thang đơn vị và xung Dirac ⎧0 ⋅⋅⋅ t < 0 1(t ) = ⎨ ⎩1 ⋅⋅⋅ t ≥ 0 d1(t ) δ (t ) = dt ⎧ 0 ⋅⋅⋅ t ≠ 0 δ (t ) = ⎨ ⎩∞ ⋅⋅⋅ t = 0 1 t Κδ(t) δ(t) t t Sδ(t) = 1 1 SKδ(t) = K K f(t) f2 f1 0T 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7T t Định lý Nyquist: Chu kỳ lấy mẫu T của bộ biến đổi A/D phải có giá trị 1 T≤ 2 f max trong đó fmax là tần số cực đại của sóng điều hòa hình sin tín hiệu đầu vào. Ví dụ: f(t) = cos2(100πt) Tmax = ? 1 + cos(2.100π t ) cos 100π t = 1 1 f max = 100[ Hz ] ⇒ Tmax = = 0.005[ s ] 200 2 T=0.01 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.005 0.01 0.015 0 .0 2