Kỹ thuật điều khiển – Wikipedia tiếng Việt

Các mạng lưới hệ thống điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong du hành khoảng trống

Kỹ thuật điều khiển hoặc Kỹ thuật hệ thống điều khiển là chuyên ngành kỹ thuật mà áp dụng lý thuyết điều khiển để thiết kế hệ thống với các hành vi mong muốn. Việc sử dụng các bộ cảm biến để đo lường tín hiệu đầu ra của thiết bị được điều khiển và những đo đạc này có thể được sử dụng để cung cấp tín hiệu phản hồi cho các cơ cấu chấp hành đầu vào để điều chỉnh tới kết quả mong muốn. Khi một thiết bị được thiết kế để thực hiện mà không cần con người can thiệp để điều chỉnh thì nó được gọi là điều khiển tự động (chẳng hạn như hệ thống điều khiển hành trình để điều chỉnh tốc độ của xe hơi). Với tính chất đa chuyên ngành, các hoạt động của kỹ thuật hệ thống điều khiển tập trung vào thực hiện các hệ thống điều khiển, chủ yếu xuất phát từ mô hình toán học của các hệ thống đa dạng khác nhau.

Kỹ thuật điều khiển thời nay là một nghành nghề dịch vụ điều tra và nghiên cứu tương đối mới, đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong thế kỷ XX với sự tân tiến của công nghệ tiên tiến. Nó hoàn toàn có thể được định nghĩa chung hoặc được xếp như là ứng dụng thực tiễn của triết lý điều khiển. Kỹ thuật điều khiển có vai trò thiết yếu trong một loạt những mạng lưới hệ thống điều khiển, từ máy giặt mái ấm gia đình đơn thuần cho tới máy bay tiêm kích hiệu năng cao F-16. Nó tìm kiếm để hiểu những mạng lưới hệ thống vật lý, bằng cách sử dụng quy mô toán học, trong điều kiện kèm theo nguồn vào, đầu ra và những thành phần khác nhau với những hành vi khác nhau, sử dụng những công cụ phong cách thiết kế mạng lưới hệ thống điều khiển để tăng trưởng những bộ điều khiển cho những mạng lưới hệ thống đó và thực thi những bộ điều khiển trong những mạng lưới hệ thống vật lý sử dụng công nghệ tiên tiến thích hợp. Một mạng lưới hệ thống điều khiển hoàn toàn có thể là cơ khí, điện, lưu chất, hóa học, kinh tế tài chính và thậm chí còn cả sinh học, và quy mô toán học, nghiên cứu và phân tích và phong cách thiết kế bộ điều khiển sử dụng triết lý điều khiển trong một hoặc nhiều miền thời hạn, tần số và miền phức-s, tùy thuộc vào thực chất của bài toán phong cách thiết kế .

Các hệ thống điều khiển tự động được phát triển lần đầu tiên hơn hai ngàn năm trước. Thiết bị điều khiển phản hồi đầu tiên ghi nhận được cho là đồng hồ nước của Ktesibios cổ đại ở Alexandria, Ai Cập khoảng thế kỷ thứ ba TCN. Nó đếm thời gian bằng cách điều chỉnh mức nước trong một bể chứa, và nước sẽ chảy ra từ bình đó.  Một thiết kế tương tự của loại đồng hồ nước này vẫn còn đang được sử dụng ở Baghdad, khi quân Mông Cổ chiếm được thành phố năm 1258. Rất nhiều thiết bị tự động đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ để thực hiện các công việc hữu ích hoặc chỉ đơn giản là để giải trí. Những ứng dụng sau này bao gồm máy tự động, phổ biến ở châu Âu trong thế kỷ 17 và 18, có những nhân vật nhảy mua lặp đi lặp lại các động tác giống nhau; Những thiết bị tự động này là ví dụ của điều khiển vòng hở. Các cột mốc quan trọng trong số các thiết bị điều khiển tự động phản hồi, hoặc “vòng kín”, bao gồm bộ điều chỉnh nhiệt độ của lò nung do Drebbel phát minh, khoảng năm 1620, và bộ điều tốc quả văng ly tâm được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của động cơ hơi nước được James Watt phát minh vào năm 1788.

Trong tác phẩm ” On governors ” ( bàn về những bộ điều tốc ) vào năm 1868, James Clerk Maxwell đã hoàn toàn có thể lý giải tính không không thay đổi được bộc lộ bởi bộ điều tốc con văng bằng cách sử dụng phương trình vi phân để diễn đạt mạng lưới hệ thống điều khiển này. Điều này chứng tỏ tầm quan trọng và có ích của những quy mô và giải pháp toán học trong việc tìm hiểu và khám phá hiện tượng kỳ lạ phức tạp này, và báo hiệu sự khởi đầu của điều khiển toán học và triết lý mạng lưới hệ thống. Các yếu tố của kim chỉ nan điều khiển đã Open trước đó nhưng không đáng kể và thuyết phục như trong nghiên cứu và phân tích của Maxwell .Lý thuyết điều khiển có những bước tiến đáng kể trong 100 năm tiếp theo. Các kỹ thuật toán học mới đã làm cho nó hoàn toàn có thể điều khiển được, đúng chuẩn hơn, những mạng lưới hệ thống động học phức tạp hơn đáng kể so với bộ điều tốc con văng khởi đầu. Các kỹ thuật này gồm có sự tăng trưởng trong điều khiển tối ưu trong thập niên 1950 và 1960, theo sau là sự văn minh trong những chiêu thức điều khiển ngẫu nhiên, vững chắc, thích nghi và tối ưu trong thập niên 1970 và 1980. Các ứng dụng của giải pháp điều khiển đã khiến cho việc du hành khoảng trống và vệ tinh thông tin trở nên hoàn toàn có thể, và máy bay bảo đảm an toàn hơn và hiệu suất cao hơn, những động cơ xe hơi sạch hơn và những quy trình hóa học hiệu quả hơn .Trước khi nổi lên như thể một khái niệm độc lập, kỹ thuật điều khiển được thực thi như một phần của kỹ thuật cơ khí và triết lý điều khiển đã được nghiên cứu và điều tra như một phần của kỹ thuật điện vì những mạch điện hoàn toàn có thể thường thuận tiện để miêu tả bằng cách sử dụng những kỹ thuật kim chỉ nan điều khiển. Trong mối quan hệ điều khiển tiên phong, một đầu ra dòng điện được đại diện thay mặt với một đầu vào điều khiển điện áp. Tuy nhiên, không có những công nghệ tiên tiến thích hợp để thực thi những mạng lưới hệ thống điều khiển điện, những nhà phong cách thiết kế quay trở về tùy chọn ít hiệu suất cao và cung ứng chậm hơn đó là những mạng lưới hệ thống cơ khí. Một bộ điều khiển cơ khí rất hiệu suất cao mà vẫn còn được sử dụng trong một số ít xí nghiệp sản xuất thủy điện là thống đốc. Sau này, trước những mạng lưới hệ thống điện tử hiệu suất tân tiến, điều khiển quy trình cho những ứng dụng công nghiệp đã được nghĩ ra bởi những kỹ sư cơ khí bằng cách sử dụng những thiết bị điều khiển thủy lực và khí nén, nhiều trong số đó vẫn còn được sử dụng đến thời nay .

Xem thêm  Bài tiểu luận: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC ĐẠI HỌC - Tài liệu text

Mục lục bài viết

Lý thuyết điều khiển[sửa|sửa mã nguồn]

Có hai bộ phận chính trong triết lý điều khiển, đơn cử là, cổ xưa và tân tiến, tác động ảnh hưởng trực tiếp đến những ứng dụng điều khiển tự động hóa. Phạm vi của triết lý điều khiển cổ xưa bị số lượng giới hạn tới phong cách thiết kế mạng lưới hệ thống một nguồn vào và một đầu ra ( SISO-single-input and single-output ), ngoại trừ khi nghiên cứu và phân tích để loại trừ nhiễu bằng cách sử dụng một nguồn vào thứ hai. Phân tích mạng lưới hệ thống được thực thi trong miền thời hạn bằng cách sử dụng những phương trình vi phân, trong miền phức-s với biến hóa Laplace hoặc miền tần số bằng cách quy đổi từ miền phức-s. Nhiều mạng lưới hệ thống hoàn toàn có thể được giả định là có một phân phối mạng lưới hệ thống bậc hai và có một biến duy nhất trong miền thời hạn. Một bộ điều khiển được phong cách thiết kế bằng cách sử dụng triết lý cổ xưa thường yên cầu phải kiểm soát và điều chỉnh lại tại thiết bị thực tiễn do những xê dịch phong cách thiết kế không đúng. Tuy nhiên, do việc thực thi vật lý của những phong cách thiết kế bộ điều khiển cổ xưa thuận tiện hơn so với những mạng lưới hệ thống được phong cách thiết kế bằng cách sử dụng triết lý điều khiển văn minh, những bộ điều khiển này được ưa thích sử dụng trong hầu hết ứng dụng công nghiệp. Bộ điều khiển phổ cập nhất được phong cách thiết kế bằng cách sử dụng triết lý điều khiển cổ xưa là bộ điều khiển PID. Một thực thi ít thông dụng hơn hoàn toàn có thể gồm có một trong số hoặc cả hai bộ lọc Sớm pha hoặc Trễ pha. Mục tiêu ở đầu cuối sau cuối là để thỏa mãn nhu cầu một tập nhu yếu thường được cung ứng trong miền thời hạn được gọi là phân phối Bước, hoặc tại những thời gian trong miền tần số được gọi là phân phối Vòng-hở. Các đặc thù của phân phối Bước được vận dụng bằng thông số kỹ thuật kỹ thuật là thường Xác Suất vọt lố, thời hạn xác lập, vv. Các đặc tính của phân phối vòng-hở được vận dụng bằng thông số kỹ thuật kỹ thuật thường là Độ lợi và Biên độ pha và dải thông. Những đặc thù này hoàn toàn có thể được nhìn nhận trải qua mô phỏng gồm có một quy mô động học của mạng lưới hệ thống điều khiển phối hợp với quy mô bù .Trái lại, kim chỉ nan điều khiển văn minh được thực thi trong khoảng trống trạng thái, và hoàn toàn có thể giải quyết và xử lý với những mạng lưới hệ thống có nhiều nguồn vào và nhiều đầu ra ( MIMO ). Phương pháp này vượt qua được những hạn chế của triết lý điều khiển cổ xưa trong những bài toán phong cách thiết kế phức tạp hơn, ví dụ điển hình như điều khiển máy bay tiêm kích, với số lượng giới hạn là không có nghiên cứu và phân tích miền tần số nào hoàn toàn có thể triển khai được. Trong phong cách thiết kế văn minh, một mạng lưới hệ thống được đại diện thay mặt với nhiều ưu điểm nhất là một tập những phương trình vi phân bậc nhất riêng không liên quan gì đến nhau được xác lập bằng cách sử dụng những biến trạng thái. Các triết lý điều khiển phi tuyến, đa biến, thích nghi và bền vững và kiên cố thuộc bộ phận này. Các giải pháp ma trận bị số lượng giới hạn đáng kể cho những mạng lưới hệ thống MIMO nơi độc lập tuyến tính không hề được bảo vệ trong mối quan hệ giữa những yếu tố nguồn vào và đầu ra. Là triết lý điều khiển văn minh khá mới lạ, có nhiều thứ chưa được tò mò. Các học giả như Rudolf E. Kalman và Aleksandr Lyapunov là những tác giả nổi tiếng trong số những người đặt nền móng cho triết lý điều khiển tân tiến .

Xem thêm  TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÁC BÀI THUỐC GIA TRUYỀN, Tứ Liên - Phòng khám

Các mạng lưới hệ thống điều khiển[sửa|sửa mã nguồn]

Kỹ thuật điều khiển tập trung vào mô hình hóa một dãi rộng các hệ thống động học (ví dụ như các hệ thống cơ học) và thiết kế các bộ điều khiển để điều khiển các hành vi của các hệ thống này theo cách mà bạn muốn. Mặc dù các bộ điều khiển này không cần tiêu thụ nhiều điện năng và do đó kỹ thuật điều khiển thường được xem như là một lĩnh vực con của kỹ thuật điện. Tuy nhiên, sự giảm giá của vi xử lý làm cho việc thực thi thực tế một hệ thống điều khiển cơ bản trở nên quá bình thườngl[citation needed]. Kết quả là, tiêu điểm lại chuyển về kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật quá trình, vì các kiến thức gần gũi của hệ thống vật lý được điều khiển thường mong muốn. 

Các mạch điện, bộ giải quyết và xử lý tín hiệu số và vi điều khiển toàn bộ hoàn toàn có thể được sử dụng để thực thi những mạng lưới hệ thống điều khiển. Kỹ thuật điều khiển có rất nhiều ứng dụng từ những máy bay và những mạng lưới hệ thống phóng của máy bay thương mại cho tới bộ điều khiển hành trình dài Open trong rất nhiều loại xe xe hơi văn minh .Trong hầu hết trường hợp, những kỹ sư điều khiển sử dụng thông tin phản hồi khi phong cách thiết kế những mạng lưới hệ thống điều khiển. Điều này thường được thực thi bằng cách sử dụng một mạng lưới hệ thống điều khiển PID. Ví dụ, trong một xe hơi có mạng lưới hệ thống điều khiển hành trình dài, vận tốc của xe liên tục được theo dõi và phản hồi trở lại mạng lưới hệ thống, giúp kiểm soát và điều chỉnh mô-men xoắn của động cơ cho tương thích. Nơi nào có thông tin phản hồi tiếp tục, triết lý điều khiển hoàn toàn có thể được sử dụng để xác lập phương pháp mạng lưới hệ thống phân phối với những thông tin phản hồi như vậy. Trong thực tiễn tổng thể những mạng lưới hệ thống như vậy, sự không thay đổi là quan trọng và kim chỉ nan điều khiển hoàn toàn có thể giúp bảo vệ đạt được sự không thay đổi .Mặc dù thông tin phản hồi là một góc nhìn quan trọng của kỹ thuật điều khiển, những kỹ sư điều khiển cũng hoàn toàn có thể thực thi điều khiển trên những mạng lưới hệ thống mà không cần phải có thông tin phản hồi. Điều này được gọi là điều khiển vòng hở. Một ví dụ cổ xưa của mở vòng điều khiển là một máy giặt chạy qua một chu kỳ luân hồi được xác lập trước mà không cần sử dụng bộ cảm ứng .

Giảng dạy kỹ thuật điều khiển[sửa|sửa mã nguồn]

Tại nhiều trường ĐH, những khóa học kỹ thuật điều khiển được giảng dạy trong những khoa kỹ thuật điện và điện tử, cơ điện tử, cơ khí, kỹ thuật hàng không thiên hà. Trong những trường khác, kỹ thuật điều khiển được liên kết với khoa học máy tính, hầu hết những kỹ thuật trấn áp lúc bấy giờ được triển khai trải qua máy tính, như những mạng lưới hệ thống nhúng ( ví dụ trong nghành nghề dịch vụ xe hơi ). Điều khiển trong kỹ thuật hóa học thường được gọi là điều khiển quy trình. Nó đề cập đa phần đến sự trấn áp của những biến trong quy trình hóa học trong những xí nghiệp sản xuất. Nó được dạy như một phần của chương trình giáo dục ĐH của bất kể chương trình kỹ thuật hóa học nào ứng dụng nhiều nguyên tắc giống với kỹ thuật điều khiển. Các ngành kỹ thuật khác cũng trùng lặp với kỹ thuật điều khiển vì nó hoàn toàn có thể được vận dụng cho bất kể mạng lưới hệ thống nào có quy mô thích hợp. Tuy nhiên, những khoa chuyên về kỹ thuật điều khiển vẫn sống sót, ví dụ, Khoa Điều khiển Tự động và Kỹ thuật Hệ thống tại Đại học Sheffield [ 1 ] và Khoa Kỹ thuật Hệ thống tại học viện chuyên nghành Hải quân Hoa Kỳ. [ 2 ]Kỹ thuật điều khiển có nhiều ứng dụng phong phú gồm có những ứng dụng trong khoa học, quản trị kinh tế tài chính và thậm chí còn cả hành vi con người. Các sinh viên kỹ thuật điều khiển hoàn toàn có thể mở màn với một khóa học về mạng lưới hệ thống điều khiển tuyến tính trong miền thời hạn và miền phức-s, yên cầu một nền tảng kỹ lưỡng về toán học và phép đổi khác Laplace, được gọi là triết lý điều khiển cổ xưa. Trong điều khiển tuyến tính, sinh viên triển khai nghiên cứu và phân tích trong miền tần số và thời hạn. Các khóa học điều khiển kỹ thuật số ( điều khiển số ) và điều khiển phi tuyến cần tới đổi khác Z và đại số tương ứng, và hoàn toàn có thể được cho là đã triển khai xong xong chương trình học về điều khiển cơ bản .

Xem thêm  Mách Bạn 8 Ứng Dụng Luyện Nói Tiếng Anh hiệu quả | eJOY ENGLISH

Tiến bộ gần đây[sửa|sửa mã nguồn]

Ban đầu, kỹ thuật điều khiển chỉ toàn là các hệ thống liên tục. Sự phát triển của các công cụ điều khiển máy tính đặt ra yêu cầu đối với hệ thống điều khiển rời rạc bởi vì truỳen thông giữa các bộ điều khiển kỹ thuật số dựa trên máy tính và hệ thống vật lý được quản lý bởi một bộ định thì máy tính. Biến đổi Z tương đương với biến đổi Laplace trong miền rời rạc. Ngày nay, nhiều trong số các hệ thống điều khiển là máy tính điều khiển và chúng bao gồm cả các linh kiện kỹ thuật số lẫn analog.

Vì vậy, ở tiến trình phong cách thiết kế hoặc là những thành phần kỹ thuật số được ánh xạ vào miền liên tục và việc phong cách thiết kế được triển khai trong miền liên tục, hoặc những thành phần analog được ánh xạ vào miền rời rạc và việc phong cách thiết kế được thực thi trong đó. Phương pháp tiên phong trong hai giải pháp này thường phát hiện trong thực tiễn vì nhiều mạng lưới hệ thống công nghiệp có rất nhiều những thành phần mạng lưới hệ thống liên tục, gồm có cơ khí, lưu chất, sinh học và những linh phụ kiện điện analog, với một vài bộ điều khiển kỹ thuật số .Tương tự như vậy, phong cách thiết kế kỹ thuật đã tăng trưởng từ việc dựa trên giấy và thước kẻ sang phong cách thiết kế được máy tính tương hỗ và giờ đây sang thiết kế tự động-máy tính hoặc CAutoD đã được triển khai bằng đo lường và thống kê tiến hóa. CAutoD hoàn toàn có thể được vận dụng không chỉ để kiểm soát và điều chỉnh một sơ đồ điều khiển xác lập trước, mà còn dùng để tối ưu hóa cấu trúc bộ điều khiển, nhận dạng mạng lưới hệ thống và những mạng lưới hệ thống điều khiển mới, dựa trọn vẹn trên nhu yếu hiệu suất, độc lập với bất kể sơ đồ điều khiển đơn cử nào. [ 3 ] [ 4 ]Các mạng lưới hệ thống điều khiển đàn hồi lan rộng ra truyền thống lịch sử tập trung chuyên sâu vào xử lý chỉ những nhiễu loạn tới những khung nền, kiến trúc và chiêu thức để xử lý nhiều loại nhiễu loạn ngoài mong ước. Đặc biệt, kiểm soát và điều chỉnh và quy đổi hành vi của mạng lưới hệ thống điều khiển để phân phối với những tác nhân ô nhiễm, những chính sách hư hỏng không bình thường, những hành vi không mong ước hành vi của con người, v.v… Phát triển những công nghệ tiên tiến đàn hồi yên cầu sự tham gia của những nhóm đa ngành để xử lý triệt để những thử thách về hiệu suất .

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay

Rate this post

Bài viết liên quan

Để lại ý kiến của bạn:

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.