tự động hóa trong xây dựng

cung cấp một cái nhìn tổng quan về tự động hóa trong xây dựng, tập trung vào lý thuyết điều khiển tự động.

Dưới đây là tóm tắt các điểm chính:

• Tự động hóa trong xây dựng: Mục tiêu là hiện đại hóa nền kinh tế, giải phóng con người khỏi lao động nặng nhọc, làm việc trong môi trường nguy hiểm, đồng thời nâng cao năng suất, giảm chi phí và giá thành sản phẩm. Để làm được điều này, cán bộ kỹ thuật cần có hiểu biết cơ bản về điều khiển tự động.
• Giáo trình “Tự động hóa trong xây dựng”: Đề cập đến các khái niệm cơ bản về điều khiển tự động, lý thuyết hệ thống điều khiển tuyến tính liên tục (mô tả toán học, phân tích chất lượng và ổn định), lý thuyết hệ thống điều khiển xung tuyến tính và các dây chuyền công nghệ tự động trong sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng. Giáo trình này dành cho các ngành Cơ khí xây dựng, Vật liệu xây dựng và Kỹ thuật môi trường của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
• Khái niệm cơ bản về hệ thống điều khiển tự động:
  • Điều khiển tự động: Khoa học nghiên cứu về thu thập, xử lý tín hiệu và điều khiển các quá trình công nghệ, hệ thống thiết bị kỹ thuật mà không có sự tham gia trực tiếp của con người.
  • Điều chỉnh: Tập hợp các tác động nhằm giữ một tham số của quá trình ổn định hoặc thay đổi theo quy luật cho trước.
  • Các phần tử cơ bản: Thiết bị điều khiển (TBĐK), Đối tượng điều khiển (ĐTĐK), Thiết bị đo lường (TBĐ). Hệ thống thường có liên hệ ngược (phản hồi).
  • Các loại tín hiệu: Tín hiệu vào (x), tín hiệu ra (y), tín hiệu nhiễu (z), tín hiệu phản hồi (Xph), sai lệch điều khiển (ɛ), tín hiệu điều khiển (u).
• Các nguyên tắc điều khiển cơ bản:
  • Theo sai lệch (phổ biến trong hệ thống kín).
  • Theo phương pháp bù nhiễu (tạo tín hiệu điều chỉnh khi xuất hiện nhiễu).
  • Hỗn hợp (kết hợp cả sai lệch và bù nhiễu).
  • Các nguyên tắc khác: điều khiển theo chương trình, điều khiển thích nghi, điều khiển cực trị, điều khiển tối ưu.
• Các trạng thái của hệ thống điều khiển tự động:
  • Trạng thái xác lập: Tất cả các đại lượng trong hệ thống đạt giá trị ổn định.
  • Trạng thái quá độ: Thời điểm từ khi có tác động nhiễu đến khi hệ thống đạt trạng thái xác lập mới. Lý thuyết điều khiển tự động tập trung nghiên cứu trạng thái này.
• Phân loại các hệ thống điều khiển tự động:
  • Theo tính chất của các phần tử: Hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến.
  • Theo tính chất truyền tín hiệu: Hệ thống tuyến tính liên tục và hệ thống tuyến tính gián đoạn.
  • Theo tính chất ngẫu nhiên hay không ngẫu nhiên của tín hiệu: Hệ thống tiền định và hệ thống ngẫu nhiên.
  • Hệ thống tuyến tính liên tục: Chia thành hệ thống điều khiển thông thường và hệ thống điều khiển tự thích nghi.
    • Hệ thống điều khiển thông thường: Hệ hở (bù nhiễu, điều khiển theo chương trình) và hệ kín (tự động ổn định, điều khiển theo chương trình, theo dõi).
    • Hệ thống điều khiển tự thích nghi: Hệ thống điều khiển cực trị, hệ thống có thiết bị tự chỉnh định, hệ thống điều khiển tối ưu.
  • Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính gián đoạn: Hệ thống điều khiển vị trí (lượng tử hóa theo mức), hệ thống điều khiển xung (lượng tử hóa theo thời gian), hệ thống điều khiển số (lượng tử hóa hỗn hợp).
• Ví dụ về hệ thống điều khiển tự động: Hệ thống điều chỉnh tốc độ quay của tuabin hơi nước, hệ thống điều khiển barie chắn đường, hệ thống điều khiển và điều chỉnh nhiệt độ sưởi ấm trong căn hộ, hệ thống điều khiển lái xe.
• Nhiệm vụ của lý thuyết điều khiển tự động: Nghiên cứu phương pháp mô tả quá trình động học ở đối tượng điều khiển, tổng hợp và phân tích hệ thống điều khiển tự động (bao gồm tính ổn định và chất lượng quá độ).
• Các đại lượng đặc trưng và chỉ tiêu của hệ thống tự động điều khiển:
  • Đại lượng đặc trưng: Tác động chủ đạo (x), tác động điều khiển (u), tác động phản hồi (Xph), tác động nhiễu loạn (z).
  • Chỉ tiêu:
    • Ổn định: Khả năng hệ thống tự điều chỉnh để trở lại trạng thái cân bằng sau khi bị nhiễu.
    • Chất lượng quá độ: Đánh giá thông qua sai lệch dư (độ chính xác) và thời gian kéo dài quá trình quá độ (tốc độ tác động), tính dao động (độ quá điều chỉnh).
• Mô tả toán học các phần tử của hệ thống điều khiển tuyến tính liên tục: Sử dụng phép biến đổi Laplace (thuận và ngược) để chuyển việc giải hệ phương trình vi phân trong miền thời gian sang giải hệ phương trình đại số trong miền “tần số”. Trình bày các tính chất của phép biến đổi Laplace (tuyến tính, đạo hàm, tích phân, dịch gốc, dịch ảnh, tích xếp, tương tự) và ứng dụng để xác định ảnh của các hàm số thông thường (bước nhảy, hàm bậc nhất, hàm mũ, sin, cos, xung đơn vị). Cũng đề cập đến phương pháp xác định hàm số gốc f(t) từ hàm số ảnh F(p) bằng công thức khai triển Heaviside khi F(p) có dạng thương số của hai đa thức với các nghiệm thực khác nhau hoặc nghiệm phức liên hợp.

Muốn hiện đại hoá nền kinh tê’nước nhà cần phải nâng cao mức độ tự động hoá của các quá trình sản .xuất công nghiệp. Tự động hoá các quá trình công nghệ sẽ tạo điều kiện giải phóng con người khỏi lao động nặng nhọc, tránh cho người lao động phải trực tiếp làm việc trong các môi trường nguy hiểm, có hại cho sức khoẻ đảm hảo nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất để giảm giá thành sản phẩm. Một nền sản xuất tiên tiến, hiện đại đòi hỏi một trình độ tự động hoá cao. Ở nước ta ngày càng có nhiều dây chuyên công nghệ tự động hiện đại được sử dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, của nền sản xuất công nghiệp, của nền kỉnh tế quốc dân v.v…

Để tiếp cận được với các công nghệ sản xuất có trình độ tự dộng hoá cao, khai thác, sử dụng chúng có hiệu quả, mỗi cán hộ kĩ thuật, ngoài những kiến thức chuyên ngành, cần cố những hiếu biết cơ bản về điêu khiển tự động.

Nhằm đáp ứng nhu cầu trên các tác giả hiên soạn cuốn giáo trình “Tự động hóa trong xây dựng”.

Giáo trình “Tự động hóa trong xây dựng” đê cập tới những khái niệm cơ bản về điều khiển tự động, trình bày phần cơ hán nhất của lí thuyết điều khiển tự động là hệ thống điêu khiển tuyến tính liên tục, phương pháp mô tả toán học, phân tích chất lượng và ổn định của hệ thống điều khiển tự động. Giáo trình cũng đề cập đến lí thuyết hệ thống diều khiến xung tuyến tính. Phần cuối của giáo trình trình bày các dây chuyên công nghê tư động chủ yếu trong sản xuất vật liêu và cấu kiên xây dưng.