Luận Văn Toán thiết kế hệ thống

TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

I TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

v Nội dung bài toán:

Cho một dây chuyền công nghệ (Process = System Signal) với dự toán tiềm năng, kinh phí xác định cùng với chỉ tiêu chất lượng sản phẩm cho trước. Yêu cầu Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho dây chuyền đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt được những yêu cầu đặt ra.

v Phương hướng giải quyết:

Từ nội bài toán yêu cầu, ta thấy rằng chu trình giải quyết như sau:
Quá trình được bắt đầu từ bước phân tích nội dung bài toán, từ đó ta đưa ra được một mô hình hệ thống điều khiển, để kiểm tra ta thiết kế hệ trên máy tính và chạy mô phỏng. Nếu hệ thống mô phỏng thoả mãn những chỉ tiêu đặt ra thì ta đi đến thiết kế, xây dựng hệ thống trên thực tế, còn nếu không đạt yêu cầu ta quay lại giai đoạn phân tích để tìm ra một mô hình hệ khác. Sau khi đã có hệ thực tế ta phải tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống thực, nếu hệ cũng đạt chất lượng yêu cầu thì ta mới tiến hành lắp đặt hệ thống, ngược lại thì ta phải quay lại thiết kế mô hình hệ thống cho đến khi tạo ra được hệ thống thực đạt chất lượng như mong muốn.
Thông thường, để thiết kế được một hệ thống điều khiển tự động thực ta phải mất rất nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là giai đoạn chạy mô phỏng và thử nghiệm để thay đổi thông số nhằm đạt được những yêu cầu công nghệ. Chính vì vậy vấn đề đặt ra là ta phải thiết kế được những hệ thống chạy ổn định, chính xác để có khả năng sử dụng lại trong các trường hợp cần thiết, điều đó sẽ giúp giảm rất nhiều công sức thiết kế, chế tạo.

v Qua phân tích trên ta rút ra các bước để thiết kế một hệ thống điều khiển tự động như sau:
- Bước 1: Phân tích quá trình công nghệ
Nhiệm vụ của bước này là ta phải xác định được các đặc điểm của hệ thống từ yêu cầu công nghệ đặt ra, bao gồm các công việc chính:
Tách các hệ con từ hệ thống lớn(Subsystem).
Xác định tín hiệu chủ đạo(Reference signal), tính toán các điểm đặt của hệ thống(Setpoint).
- Bước 2: Mô hình hoá hệ thống
Kết quả của bước này là ta phải xác định được mô hình toán học cho hệ thống, để thực hiện điều đó ta phải:
Xác định mô hình toán học cho các hệ con.
Mô tả toán học liên kết giữa các hệ con.
Để xác định mô hình toán học ta có hai phương pháp:
Phương pháp lý thuyết:
Mốn xác định được mô hình hệ bằng phương pháp này ta phải biết rõ các quá trình lí - hoá xẩy ra trong các đối tượng nghiên cứu. Khi đó có hai cách mô tả hệ thống là:
Mô tả hệ thống trong miền thời gian thông qua: Phương trình vi phân của các quá trình vật lí hoặc ma trận trạng thái của các biến số trạng thái đối tượng.
Mô tả hệ thống trong miền tần số thông qua: Hàm truyền đạt thể hiện quan hệ giữa đầu ra với đầu vào hay bằng đặc tính tần số.
Phương pháp thực nghiệm: