Khái quát chung về điều khiển

Trong mọi hoạt động của con người, ở bất cứ lĩnh vực nào đều liên quan tới điều khiển. Khái niệm điều khiển được được hiểu là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nào đó nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá trình đó. Hệ thống điều khiển mà không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển được gọi là điều khiển tự động.

Điều chỉnh là khái niệm hẹp hơn của điều khiển. Điều chỉnh là tập hợp tất cả các tác động nhằm giữ cho một tham số nào đó của quá trình ổn định hay thay đổi theo một quy luật mong muốn của người sử dụng. Các thông số đó có thể là nhiệt độ, áp suất, tốc độ quay, vị trí, lực ép, lực kẹp, hành trình…Các tham số này là các tham số cần điều chỉnh.

Thành phần cơ bản của hệ thống điều chỉnh tự động

Một hệ thống điều chỉnh tự động gồm hai thành phần cơ bản là đối tượng điều chỉnh ĐTĐC và thiết bị điều chỉnh TBĐC. ĐTĐC là thành phần tồn tại khách quan có tín hiệu ra là đại lượng cần điều chỉnh và nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh là phải tác động lên đầu vào của ĐTĐC sao cho đại lượng cần điều chỉnh đạt được giá trị mong muốn. TBĐC là tập hợp tất cả các phần tử của hệ thống nhằm mục đích tạo ra giá trị điều chỉnh tác động lên đối tượng. Giá trị này được gọi là tác động điều chỉnh.

Đại lượng cần điều chỉnh hay còn gọi là các đại lượng ra của hệ thống điều chỉnh tự động. Những tác động từ bên ngoài lên hệ thống được gọi là tác động nhiễu.

Phương pháp để TBĐC tạo ra tín hiệu điều chỉnh gọi là phương thức điều chỉnh (điều khiển). Có 3 phương thức điều chỉnh là:

• Phương thức đều chỉnh theo chương trình
• Phương thức bù nhiễu
• Phương thức điều chỉnh theo sai lệch

Trong phương thức điều chỉnh theo chương trình, tín hiệu điều chỉnh được phát ra do một chương trình định sẵn trong TBĐC.

Với phương thức bù nhiễu, tín hiệu điều chỉnh được hình thành khi xuất hiện nhiễu loạn tác động lên hệ thống. Tín hiệu điều chỉnh phát ra nhằm bù lại sự tác động của nhiễu loạn để giữ cho giá trị ra của đại lượng cần điều chỉnh không đổi. Vì vậy hệ thống bù nhiễu còn được gọi là hệ thống điều khiển bất biến.

Trong kỹ thuật thường sử dụng kỹ thuật điều khiển theo sai lệch. Tín hiệu điều khiển ở đây được hình thành do có sự sai lệch giữa giá trị mong muốn và giá trị đo được của đại lượng cần điều chỉnh. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động tác động theo phương thức sai lệch được mô tả theo hình dưới đây.

Trong đó:

TBCĐ – thiết bị đặt giá trị chủ đạo x, là giá trị mong muốn của đại lượng cần điều chỉnh.

TBSS – thiết bị so sánh gái trị chủ đạo x và giá trị đo được y của đại lượng cần điều chỉnh để xác định giá trị sai lệch e=x-y. Giá trị x còn được gọi là giá trị nhiễu đặt trước.

KCN – khối chức năng nhằm tạo ra tín hiệu điều chỉnh U theo giá trị sai lệch e: U=f(e)

CCCH – cơ cấu chấp hành thực hiện tác động điều chỉnh U lên ĐTĐC

TBCN – thiết bị công nghệ có tín hiệu ra là đại lượng cần điều chỉnh.

TBĐ – thiết bị đo để xác định giá trị y của đại lượng cần điều chỉnh

Z – tác động nhiễu phụ tải là những tác động từ ngoài lên hệ thống mà chúng ta không mong muốn.

Hệ thống điều chỉnh tự động có thể mô tả bằng hai thành phần chính là ĐTĐC và TBĐC. Khi khảo sát hệ thống chúng ta chỉ khảo sát cho một nhiễu cụ thể còn các nhiễu khác tính bằng 0.

Hình 2 mô tả hệ thống điều chỉnh tự động cho những tác động nhiễu khác nhau. Hình 2a mô tả hệ thống điều chỉnh tự động chịu tác động của nhiễu đặt trước x còn hình 2b mô tả nhiễu phụ tải z.

Hệ thống điều chỉnh tự động luôn luôn tồn tại ở một trong hai trạng thái: trạng thái xác lập ( trạng thái tĩnh) và trạng thái quá độ (trạng thái động). Trạng thái xác lập là trạng thái mà tất cả các đại lượng của hệ thống đều đạt được giá trị không đổi. Trạng thái quá độ là trạng thái kể từ thời điểm có tác động nhiễu cho đến khi hệ thống đạt được trạng thái xác lập mới. Lý thuyết điều khiển tự động tập trung cơ bản mô tả và phân tích trạng thái quá độ của hệ thống. Trạng thái xác lập đánh giá độ chính xác của quá trình điều chỉnh.

Nếu ở trạng thái xác lập vẫn còn tông tại sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu đo được thì giá trị sai lệch này được gọi là sai lệch dư(hay còn gọi là sai lệch tĩnh) và được ký hiệu là ə, còn hệ thống được gọi là hệ thống có sai lệch dư. Nếu ə=0 thì hệ thống được gọi là hệ thống không có sai lệch dư.

Nguồn tham khảo: Lý thuyết điều khiển tự động – Tác giả: Nguyễn Văn Hòa ĐHBKHN