Giáo trình Đo lường và điều khiển xa

~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA 
KHOA ĐIỆN 
BỘ MÔN : TỰ ĐỘNG HÓA 
GIÁO TRÌNH 
ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN XA 
DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH ĐIỆN KĨ THUẬT 
(LƯU HÀNH NỘI BỘ) 
Version 1.0 
ĐÀ NẴNG 2007 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
2
 MỤC LỤC Trang 
Chương 1 Các hệ thống đo xa 3 
Chương 2 Tính toán các thông số hệ thống đo xa tần số 13 
Chương 3 Tính toán các thông số hệ thống đo xa thời gian – xung 26 
Chương 4 Hệ thống đo xa mã - xung 31 
Chương 5 Hệ thống đo lường xa thích nghi 39 
Chương 6 Mã và chế biến mã 43 
Chương 7 Kênh liên lạc 61 
Chương 8 Các biện pháp nâng cao độ chính xác truyền tin 66 
Chương 9 Thiết bị mã hóa và dịch mã 75 
Chương 10 Cơ bản về lý thuyết truyền tin 80 
Chương 11 Độ tin cậy của hệ thống đo xa 93 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
3
CHƯƠNG 1 : CÁC HỆ THỐNG ĐO XA 
1. 1-Khái niệm chung 
Đo lường, kiểm tra và điều khiển xa là quá trình thực hiện trên 1 khoảng cách xa 
1. Hệ thống đo xa: 
Đó là một hệ thống đo cường đọ tự động ở khoảng cách xa nhờ việc truyền tin qua 
kênh liên lạc. 
Khi thiết kế 1 hệ thống đo xa, cần chú ý nhất là làm sao cho bảo đảm để cho sai số 
của phép đo phải nhỏ nhất- quá trình đo này con người không tham gia trực tiếpcủa 
con người. 
Sai số của phép đo thường do sự giảm tín hiệu và sự tồn tại của nhiễu (thay đổi khí 
hậu). 
Hệ thống đo xa khác nhau tuỳ thuộc phương pháp tạo tín hiệu tức là phương pháp 
điều chế và mã hoá. 
2. Việc chọn phương pháp điều chế : 
Việc chọn phương pháp điều chế có liên quan đến thông số cuả kênh liên lạc. 
Ở khoảng cách gần (3-7)km , thường dùng đường dây trên không. 
Ở khoảng cách 20km thường dùng đường dây cáp, dùng tín hiệu một chiều. 
Sai số thường phụ thuộc vào sự biến động của các thông số của kênh liên lạc. 
Ví dụ: điện trở dây ra phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, trong khoảng từ -40 0 C ÷ 40 0 C , 
điện trở dây R d thay đổi 27% - Sự thay đổi này dẫn đến sai số lớn khi truyền tín hiệu. 
Trong hệ thống đo lường và điều khiển xa trong công nghiệp người ta dùng 3 
phương pháp điều chế: 
- Điều chế tần số và tần số xung : hệ thống đo dùng phương pháp này gọi là hệ 
thống đo xa tần số. 
- Điều chế độ rộng – xung ; thời gian – xung Æhệ thống thời gian. 
- Điều chế mã – xung Æhệ thống số. 
3. Kết cấu và phân loại hệ thống đo xa : 
a, Kết cấu : một hệ thống đo xa có kết cấu như sau : 
 k1 k 2 kk k 3 k 4 
 x1 z y1 y 2 I 
CĐSC Fát Thu CT 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
4
z=k1 x1 
y1 =k 2 z 
y 2 =k k y1 


=→
=
∑
=
n
i
i
k
kxx
xkkkkkx
1
12
112342
I=k 3 y 2 
x 2 =k 4 I 
Từ đó cho thấy rằng độ chính xác của x 2 phụ thuộc vào k i -Nếu k i thay đổi %δ thì 
dẫn đến thay đổi đọ chính xác của phép đo x 2 là %δ . Hiện nay thường khống chế 
khoảng 1%. 
Về mặt kinh tế : 1 hệ thống đo xa khâu đắt nhất là dây liên lạc. 
Về tính kinh tế : trong hệ thống đo xa thường dùng hệ thống nhiều kênh-Trong đó 
gồm có cả đo lường xa , tín hiệu điều khiển xa , kiểm tra từ xa. 
b. phân loại : 
- Hệ thống tương tự :trong hệ thống này người ta thiết lập quan hệ liên tục giữa x1 và 
độ sâu điều chế : M=kx1 . 
- Hệ thống số : Trong hệ thống này sử dụng phương pháp lượng tử hoá theo mức 
năng lượng và rời rạc hoá theo thời gian. 
Các thông số được truyền ở dạng mã nhị phân hay mã khác-Hệ thống này được dùng 
rộng rãi do các ưu điểm sau: 
- Độ tin cậy cao 
- kết nối được với máy tính 
- Chống nhiễu tốt do dùng mã sữa sai 
- Xử lý gia công tín hiệu số ít sai số hơn 
1. 2 – Các đặc tính quan trọng của hệ thống đo xa : 
1. Đặc tính quan trọng nhất là sai số : 
- Sai số tuyệt đối : 12 xx −=∆ 
- Sai số tương đối : %100*%
x
∆=γ 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
5
- Sai số tương đối quy đổi : %100*%
minmax
*
xx −
∆=γ 
Trong đó : 
 x1 : giá trị thực 
 x 2 : giá trị đo được 
 x max , x min : gía trị lớn nhất , giá trị nhỏ nhất 
Sai số tổng gồm hai thành phần : 
- Sai số cơ bản :là sai số được xác định trong điều kiện tiêu chuẩn : điện áp , tần số 
, nhiệt độ môi trường 20 0 C + 3 0 C, độ ẩm (30 ÷ 80)% , không có tác động bên 
ngoài như từ trường , điện trường  
Sai số này chủ yếu do nguyên lý làm việc , cấu trúc , công nghệ, chế tạo. 
- Sai số phụ :là sai số do sự biến động của điều kiện làm việc tiêu chuẩn : áp, tần số 
thay đổi , nguồn cung cấp, nghiệt độ môi trường 
- Nếu hệ thống có n kênh nối tiếp sai số thi sai số tổng binh quân phương là : 
 22221
1
2 ....... n
n
i
i σσσσσ +++==∑ ∑= 
Một nguồn gây sai số quan trong nhất là nhiễu ; sai số tương đối do nhiễu sinh ra 
theo công thức : 
 ( ) 222
2
22 1lim TB
T
T
TN
dtt
T
σσσσ +∑== ∫−∞→ 
Trong đó : ( )∫
−∞→
− ==
2
2
1lim
T
T
TTB
dtt
T
σσσ 
 ( )[ ] dtt
T
T
T
TBT ∫−∞→ −=∑
2
2
21lim σσσ 
T:thời gian quan sát 
∑σ đặc trưng cho tán xạ của sai số xung quanh giá trị trung bình của nó, còn sai số 
trung bình là độ lệch trung bình của dụng cụ đo trong điều kiện có nhiệt và không có 
nhiễu. 
Khi nhiễu ít có thể bỏ qua ∑σ , còn khi nhiễu mạnh có thể bỏ qua TBσ 
2. Thời gian xác lập tỉ số T : 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
6
Là khoảng thời gian giữa thời điểm thay đổi đột ngột đại lượng đo và thời điểm mà 
chỉ số đạt đến vị trí mới với một sai số cho phép (thường là ±2% so với giá trị ổn 
định). 
Trong công nghiệp:thời gian này vào khoảng T ep = ( )s53÷ 
3. Sai số động: 
Do có quá trình quá độ mà giá trị cần đo có thể lệch khởi giá trị thực . Sai số gây ra 
do quá trình quá đọ gọi là sai số động. Nó thường sinh ra do các khâu: lọc, quán tính , 
tích phân trong hệ thống . 
Đối với hệ thống đo số :sai số do quá trình lượng tử hoá được xác định: 
 Nếu gọi kx∆ :bước lượng tủ hoá 
 minmax xx − = khoảng thay đổi của thông số x 
 n = 
kx
xx
∆
− minmax số bước lượng tử hoá 
Vậy sai số : kγ ≤ = n
kx
xx 1minmax )( ∆
− =
n2
1 
4. Cộng tín hiệu : 
Trong hệ thống đo xa, xuất hiện việc cộng tín hiệu đo(ở phần phát huy hay thu) 
Ví dụ : khi đo công suất tổng, tổng lưu lượng nước , . 
thường ta tiến hành cộng tín hiệu ở phần phát đẻ giảm số kênh 
Trong quá trình cộng, các đại lượng đo A1 , A 2 . A n thường được biến đổi 
thành những đại lượng khác : x1 , x 2 . . x n . Tức là : 
( )111 Afx = ( )222 Afx = . ( )nnn Afx = 
Để cộng cá tín hiệu ta thực hiện : 
 ∑∑
==
=
n
i
i
n
i
i Akx
11
Với quan hệ x và A là tuyến tính: 
iiiii AkAx == )(ϕ với ik là hằng số . 
Nếu các ik bằng nhau : kkkk n ==== ................21 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
7
Thì k được gọi là hằng số cộng: 
( )∑ ∑∑
= ==
=+++=
n
i
n
i
in
n
i
i AkAAAkx
1 1
21
1
......... 
Để thực hiện phép cộng này , người ta dùng một đại lượngtrung gian :dòng, áp, số 
xung, dòng 1 chiều , dòng xoay chiều : điện dung , điện trở , điệ cảm. 
Hiện nay người ta thực hiện cộng tín hiệu qua máy tính kết hợp với việc gia công 
(lấy trung bình tích phân, tích phân) 
1. 3-Tính toán các đặc tính thống kê sai số của hệ thống đo xa liên tục và tuyến 
tính(hệ thống dừng tuyến tính) 
1. Sai số động:tín hiệu đo biểu diễn một quá trình ngẫu nhiên x(t) 
)(ωxS là hàm mật độ phổ của tín hiệu vào x(t) 
)(ωyS . ra y(t) 
Thì =)(ωyS ( ) ( )ωjW1 . )(ωxS (1) 
)(W¦ 1 ωj :đặc tính tần số phức của hệ thống đo 
giả sử mô hình không có trễ Æ ( )ωj1W = 1−=−=∆ x
y
x
xy
x
d 
 ( )ωj1W = 1)( −ωjG (2) 
Từ (1) có thể viết : 
 ( )ωyS =| 1)( −ωjG | 2 . ( )ωxS 
Tính phương sai D của sai số động bằng cách lấy tích phân của hàm mật độ phổ: 
 ( ) ωωπ dSD dd )(2
1 ∫+∞
∞−
∆=∆ 
Khi 1 quá trình ngẫu nhiên dừng tác động lên đầu vào của 1 hệ thống tuyến tính thi 
sai số động có kỳ vọng toán học=0 (M( d∆ )=0). 
2. Sai số tĩnh : 
x ( )ωjG y xyd −=∆ 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
8
 giả sử có sai số tĩnh ( ) ( ) ( ) ( )[ ] dtMt
T
Bt
T
ttTdt
2
0
1lim ∫ ∆−∆=∆→∆ ∞→ 
ở đây : ( ) ( )dtt
T
M
T
tTd ∫ ∆=∆ ∞→
0
1lim 
Các hàm )(tt∆ và )(td∆ là độc lập, vậy: ( ) ( ) ( )dt DDD ∆+∆=∑∆ 
Nếu bằng thí nghiệm ta tính được ( )∑∆tD và ( )tdD ∆ Ætính được ( )dD ∆ . vì 
( ) 0=∆ dM Æ ( ) ( )tMM ∆=∑∆ 
Ví dụ : giả sử mật độ phổ của QUÁ TRÌNHTN đều trong khoảng tần số giới hạn-
ghW+÷ghW- , thì : 
)(ωxS =


>
≤
gh
gh
khi
Akhi
ωω
ωω
0
∫
−
−=∆
gh
gh
W
W
d diGD ωωπ
21)(
2
1)( 
3. Sai số động trong hệ thống đo xa có rời rạc hoá tín hiệu: 
Bây giờ ta tính sai số của 1 hệ thống đo xa phân kênh theo thời gian, trong hệ thống 
này có sự rời rạc hoá tín hiệu. τ là khoảng thời gian trễ của tín hiệu ix khi truyền qua 
kênh 
T 
Kênh 1 
Kênh 2 
 Kênh 3 
Kênh 4
 Kênh 5 
X(t) 
t 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
9
Sai số do việc sắp xấp xỉ hoá là sai số động, trong quá trình rời rạc hoá theo thời 
gian. 
Ta xét trong khoảng thời gian )()( 1 ττ +÷+ +ii tt Æđây là khoảng thời gian tương ứng 
với 1 nấc thang của đường y(t). trong khoảng này ta xét tại thời điểm t nào đó . Từ sơ 
đồ hệ thống ta có phương trình xyd −=∆ . Vậy ta có sai số xấp xỉ hoá : 
)()()( τττ +−+=+∆ iiid txtyt 
Nhưng : )()( ii txty =+τ (trùng) Ægiữa đường x(t) và y(t) 
Vậy: )()()( ττ +−=+∆ iiid txtxt 
kỳ vọng toán học của biểu thức : 
[ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]).().(2)()(
)()()(
22
2
2
ττ
ττ
+−++=



 +−=+∆
iiii
iiid
txtxMtxMtxM
txtxMtM
Ta có : 
[ ]
[ ] [ ])()(2)(
)()()()(
)()()()(
2
2
22
ττ
ττ
xid
xii
RxDtM
xMRtxtxM
xMxDxxM
−=+∆→

 +=+
+=∆=
Vậy : )0()( xRxD = 
[ ] [ ])()0(2)(2 ττ xxid RRtM −=+∆ 
Khi t nằm trong khoảng )( T+→ ττ : ta lấy trung bình theo chu kỳ và lấy tán xạ của sai 
số xấp xỉ hoá, ta có: 
[ ]dttM
T
D id
T
d )(
1)( 2 τ
τ
τ
+∆=∆ ∫
+
 [ ]∫
+
−=
T
xx dtRRT
τ
τ
τ )()0(2 
 1_4 Lựa chọn tối ưu chu kỳ rời rạc hoá trong hệ thống đo xa 
 Độ tác động nhanh của 1 hệ thống đo xa phụ thuộc chủ yếu vào các thông số của 
kênh liên lạc. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
10
 Khi cần giải tần của kênh được ấn định và cường độ nhiễu đă biết thì x i cần phải có 
độ dài nhất định. Độ dài này càng lớn thì việc truyền giá trị x i càng chính xác , sai số 
càng nhỏ. 
 Nhưng nếu muốn tăng độ dài x i trong kênh liên lạc thì cần tăng chu kỳ lặp lại Tc 
của các giá trị rời rạc. 
 Trong hệ thống có n kênh , dùng phân kênh theo thời gian thì chu kỳ này cần phải 
lớn hơn tổng độ dài của n tín hiệu và những tín hiệu phụ (tín hiệu đồng bộ). 
 Nhưng khi tăng T thì tăng sai số động 
Như vậy việc tăng T dẩn đến giảm sai số tỉnh D( t∆ ) , nhưng làm tăng sai số động 
(sai số rời rạc hoá) D( d∆ ). 
Từ đồ thị ta có đường D( t∆ ) , 
D( d∆ ) →Từ đó ta có đường 
D( ∑∆ ). Đường này cực tiểu 
tại A , từ A gióngxuống trục T 
, ta có T 0 . Vậy T 0 là giá trị tối 
ưu của chu kỳ rời rạc hoá. 
Lệch bình quân phương của đại lượng cần đo: 
)(
)(
xD
dD ∆=ε = 
)0(
)(
xR
dD ∆
 Do D(x) = )0(Rx . ⇒ 
D(x)
)(2 dD ∆=ε 
Trở lại ví dụ trên: 
Ta có : )0(Rx = π
ωghA 
Nhưng : 
ghA
dD
ω
πε )(2 ∆= =
Tghω
2 

 − )
2
(2
T
SiT ghgh
ωω 
Đặt : 
2
Tghωυ = 
 Vậy : υε
12 = ( )υυ Si−2 = 2(1- υ
υSi ) 
Phân tích Siυ thành chuổi 
D(∆∑) 
D(∆đ) 
D(∆t) 
T 
T0 
D 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
11
 Siυ =∑∞
=
+
++oi
i
ii )!12)(12(
(-1)
12
i υ 
Nếu giới hạn trong phạm vi : i=0 , i=1 thì : 
 Siυ ≈ υ - 
!3.3
3υ = 
18
3υυ − 
 Thay giá trị Siυ : 
9
2
2 υε ≈ ⇒ 
gh
ghgh
T
TTfT ≈==≈
6
2
63
πωυε 
Ở đây f gh và T gh là tần số và chu kỳ giới hạn của quá trình x(t) . 
Vậy thì : Nếu sai số cho phép là 1% thì khi xấp xỉ hoá kiểu bậc thang 1 chu kỳ của 
sóng hài cao nhất của quá trình. 
 Hình bên là đồ thị của hàm phân bố xR - 
 Phần gạch chéo là )( dD ∆ 
 ( )0R Đối với hệ thống tác động gần: 0=τ 
 ( )τxR 
 0 τ T+τ t 
Ví dụ :giả sử quá trình ngẫu nhiên x(t) có mật độ phổ : 
 )(ωxS =


>
≤
gh
gh
khi
Akhi
ωω
ωω
0
Thì: ∫∞
∞−
= ωωπτ
ωτ deSR jxx .).(2
1)( 
( )∫
−
==
gh
gh gh
ghghj AdeA
ω
ω
ωτ
τω
τω
π
ωωπ
sin
...
2
1 
( )∫+ 


 −=∆→
T
gh
gh
d dtT
ghAD
τ
τ τω
τω
π
ω .sin1.2)( 
Đặt : ∫ =1
0
.sin Sizdz
z
z 
ta có : 
R 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
12
 ( ) ( )[ ]{ } [ ]τωτωωπ ghghghd siTSiTTAD ++−=∆ 2 
 






−=
2
22
T
SiT
T
A gh
gh
ωωπ 
Nếu cho biết sai số cho phép của quá trình xấp xỉ hoá, A, ghω , thì tính được chu kì rời 
rạc hoá T. 
Theo giá trị phương sai tuyệt đối , không thể đánh giá được chất lượng của việc xấp xỉ 
hoá-Vì vậy người ta sử dụng tỷ số giữa độ chênh lệch bình quân phương của sai số xấp 
xỉ hoá và độ lệch trung bình. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
13
Chương II: TÍNH  ... hờ đó, 
phương pháp này thuận tiện khi phân tích và tổng hợp các hệ thống tin tức phức tạp. 
-Ưu điểm nữa của phương pháp này là tính khách quan của nó. Lượng tin tức được 
đánh giá không phụ thuộc vào các yếu tố tâm lý vì phương pháp này dựa vào các dữ 
liệu thống kê. 
-Nhược điểm là chỉ chú ý đến đặc tính thống kê của tin tức, mà không dùng đến ngữ 
nghĩa nội dung, giá trị của tin tức. 
10.8 Truỳền tin trong kênh không nhiễu: 
Kênh không nhiễu là kênh lý tưởng, hoặc kênh trong đó c/suất của tín hiệu lớn hơn 
nhiều so với c/s của nhiễu. 
Khả năng thông qua của kênh gọi là thông lượng C. Thông lượng C được xác định 
như sau : 
T
qC
T
2loglim→∝= 
q: số các tín hiệu được truyền di trong thời gian T. 
Trường tổng quát: →∝T . 
Trường hợp cụ thể: T = chu kỳ truyền tin. 
Vậy thông lượng C là tốc độ truyền tin tới hạn mà không gây ra sai số. 
Nếu tín hiệu được truyền đi với tốc độ S xung trong 1 giây, có ghĩa τ
1=S , τ : độ 
rộng xung ( thời gian truyền 1 xung ), thì trong thời gian T có thể truyền được n xung: 
TSTn .== τ . 
Đối với kênh nhị phân – tức là kênh trong đó truyền các tín hiệu có 2 giá trị ( 0, 1 hay 
+, -,  ) số lượng xung tối đa có thể truyền trong thời gian T là: STnq 22max == . 
Vậy thông lượng của kênh nhị phân là: 
TT
qC
ST
T
2logloglim 22 == →∝ 
=S đvị nhị phân. 
 giây 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
90
Đơn vị đo: đơn vị NP 
 Giây 
Hay: b i t 
 giây 
Như vậy trong kênh nhị phân: C chính là = số ký hiệu được truyền đi trong 1 giây, 
nếu độ rộng xung càng nhỏ thì S càng lớn→C càng lớn. 
Dung lượng của kênh còn được biểu diễn trên 1 ký hiệu (xung): 
Đối với kênh nhị phân: C= 1 đvị NP 
 Ký hiệu×giây 
Có nghĩa là trong kênh nhị phân, 1 ký hiệu (1 hay 0) tối đa có thể mang 1 lượng tin 
tức = 1 đvị nhị phân ( bit ). 
Nếu ở đầu vào của kênh có nguồn tin tức mà Entropi trên 1 ký hiệu = dung lượng của 
kênh, thì người ta bảo rằng nguồn tin và kênh phù hợp nhau. 
Nếu dạng lượng kênh lớn hơn trị số entropi trên 1 ký hiệu của nguồn tin thì chúng 
không phù hợp nhau. Lúc này kênh truyền chưa được dùng hết khả năng của nó. 
Vậy: Nếu kênh có khả năng thông lượng C ( đvị NP/S ) còn nguồn tin có entropi H ( 
đvị . NP/thông báo ) thì tốc độ trung bình truyền tin trong kênh không thể vượt quá 
C/H ( thông báo/S ) . 
Ví dụ 1: 1 nguồn có 2 tin A, B với xác suất P(A)=P(B)=0, 5 
Entropi của nguồn: 
( )5,0log5,05,0log5,0 22 +−=H 
= 1 đơn vị NP 
 thông báo 
H biểu thị lượng tin tức chứa trong 1 thông báo ( A;B ) dòng kênh nhị phân có C=1 đvị 
NP/giây, vận tốc trung bình truyền tin: 
1
1
1 ==
H
C thông báo/S 
Ví dụ 2: một nguồn tin có 2 tin A và B với xác suất: 
P(A) = 0, 1 
P(B)=0, 9 
( ) 5,09,0log9,01,0log1,0 22 =+−=H tbáođviNP 
Dùng kênh nhị phân có C= 1 đvị NP→ vận trung bình truyền tin: 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
91
 S 
H
C = 2 S
tbáo 
Như vậy đối ví dụ 2, tốt nhất là truyền tin với tốc độ 2 S
tbáo . Có nghĩa là kênh có 
thể dùng để truyền tin cho 2 nguồn thông báo ở trên. Nếu không thỏa mãn điều này thì 
kênh không sử dụng hết khả năng. 
10.9 Truyền tin trong kênh có nhiễu: 
Nhiễu làm cho việc truyền tin gặp nhiều khó khăn . Nhiễu làm sai các tín hiệu truyền 
đi. 
Do đó ở phía thu cần quan tâm đến vận tốc truyền tin và độ cxác truyền tin( khả năng 
chống nhiễu ). Việc nâng cao tốc độ truyền tin và nâng cao độ cxác truyền là 2 mặt 
đối lập nhau của vấn đề nâng cao hiệu quả truyền tin. 
Nhiễu làm sai lệch 1 phần tin được truyền đi, do đó nó làm giảm thông lượng của 
kênh. 
Thông lượng của kênh có nhiễu được viết như sau: 
)()( xHxHC yn == 
H(x): entropi của nguồn tbáo . 
)(xH y : entropi của các tbáo nhận được khi có nhiễu. 
Xét trường hợp kênh nhị phân, truyền các tín hiệu 0, 1. 
P(0)=P(1)=0, 5 
PPP == )1()0(1 là xác suất nhiễu là cho tín hiệu 0→1 và 1→0. 
Vậy: 
[ ])1(log)1(log)(
1)5,0log5,05.0log5,0()(
22
22
PPPPxH
xH
y −−+−=
=+−=
Do đó thông lượng của kênh trong trường hợp có nhiễu là: 
)1(log)1(log1 22 PPPPCn −−++= 
Nếu P→0 
→ C→1 ta có khả năng thông qua của kênh không nhiễu. 
Hình sau đây trình bày qhệ giữa nC và xác suất gây méo P: 
P=0, 1 → nC = 0, 5 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
92
P=0, 5 → nC = 0 
P= 310− → nC 10(1 →→→→≈ nn CP ) 
Tốc độ truyền tin lý thuyết ( thông lựợng ) được Shenon biểu diễn ở 1 dạng khác: 



 +∆=
n
th
P
PfC 1log S
đviNP 
f∆ : dải tần của kênh. 
thP : c/s trung bình của tín hiệu. 
nP : c/s trung bình của nhiễu trắng. 
Từ biểu thức đó ta thấy rằng, muốn tăng C phải tăng tỷ số 
n
th
P
P 
Bài tập 1: có 1 tập gồm K thông báo, biết rằng mỗi thông báo chứa 3 bit tin tức. Hãy 
tìm số thông báo K. Cho các thông báo có đồng xác suất. 
Giải: 
82
3log
3
2
==→
==
K
KH 
Bài tập 2: cho 1 bộ chữ cái A, B, C, D. Xác suất xuất hiện các chữ cái đó là 
16,0,34,0,25,0 ==== DCBA PPPP . Hãy xác định lượng tin tức của 1 ký hiệu khi thông 
báo được tạo thành từ bộ chữ cái đó. 
Giải: 
Lượng tin tức của 1 ký hiệu của thông báo chính = entropi của bộ chữ cái đã cho. 
423017,0529174,05,02
16,0log16,034,0log34,025,0log25,02(log 222
1
2
++×
=++×−=−= ∑
=
n
i
ii PPH 
=1, 952191 bit/ký hiệu 
Bài tập3: khi truyền 100 thông báo, mỗi thông báo có 6 chữ cái, ta thu được các số 
liệu thống kê sau: 
Chữ A gặp 80 lần. 
Chữ B gặp 50 lần. 
A và B đồng thời cùng xuất hiện gặp 10 lần. Hãy xác định entropi điều kiện xuất hiện 
chữ A khi trong thông báo có chữ B và entropi điều kiện xuất hiện chữ B Khi trong 
thông báo có chữ A. 
Giải: 
Tổng số chữ cái đã truyền đi n=6. 100=600. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
93
( )
( )
( ) ( )[ ] kýhieubítA
BH
kýhiêu
bit
B
AP
B
AP
B
AP
B
AP
B
AH
P
P
A
BP
P
P
B
AP
P
P
P
A
AB
B
AB
AB
B
A
095,00123,01log0123,010123,0log0123,0
7219,0257514,0464386,08,0log8,02,0log2,0
1log1log)(
0123,0
1333,0
0166,0
2,0
0833,0
0166,0
0166,0
600
10
0833,0
600
50
1333,0
600
80
22
22
22
=−−+−=


=+=+−=






 

−

 

−+



−=
===
≈==


==
==
==
. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
94
CHƯƠNG 11: ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐO – ĐIỀU KHIỂN XA. 
11.1 Độ tin cậy là chỉ tiêu quan trọng nhất của hệ thống đo, điều khiển xa: 
Mục đích cuối cùng của HT đo điều khiển xa là mệnh lệnh điều khiển được truỳên đi 
chính xác và kịp thời. 
Để đảm bảo yêu cầu đó, phải áp dụng các biện pháp chống nhiễu hay còn gọi là các 
biện pháp nâng cao độ tin cậy về tin tức. 
Trong các chương trước, ta thấy rằng vấn đề mã hóa và truyền tin cũng giúp cho việc 
nâng cao độ tin cậy. Tuy nhiên, dù có loại mã có tính chống nhiễu cao, có thuật toán 
truyền tin thích hợp cũng chưa đủ đảm bảo 1 độ tin cậy cao, truyền tin chính xác, mà 
cần phải đảm bảo các thiết bị làm việc bình thường, không hỏng. Vì vậy cần áp dụng 
các biện pháp đảm bảo độ tin cậy về thiết bị. Vì vậy ở đây ta chỉ đề cập đến độ tin cậy 
của thiết bị. 
Để đánh giá chất lượng 1 hệ thống đo đkhiển xa cần có 3 chỉ tiêu sau: 
 +Tính chống nhiễu. 
 +Độ tin cậy. 
 +Giá thành. 
Hệ thống đo ĐK xa gồm rất nhiều phần tử, làm việc trong 1 khoảng cách lớn, chịu 
nhiều ảnh hưởng của ngoại cảnh, do đó khả năng xảy ra hỏng hóc là rất lớn. 
11.2 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ tin cậy: 
1 Hỏng hóc, cường độ hỏng hóc: 
Có nhiều nguyên nhân gây ra hỏng hóc: 
 -Làm việc quá tải, do tác động của môi trường, do sai sót khi vận hành. 
 -Các nguyên nhân gây mang tính ngẫu nhiên → do đó hỏng cũng có tính ngẫu 
nhiên. 
 -Hỏng gồm 2 loại chính: 
 +Hỏng đột ngột: trước khi xảy ra hỏng, phần tử đó đang họat động tốt, 
sau thời điểm đó xảy ra hỏng → phần tử mất khả năng làm việc. 
 +Hỏng dần dần: hỏng xảy ra từ từ, trong quá trình đó phần tử vẫn làm 
việc nhưng chất lượng kém đi → tạo ra quá trình giả hóa. 
-Về mặt tương quan, hỏng gồm có hỏng độc lập và hỏng phụ thuộc. 
-Để định lượng hỏng người ta dùng khái niệm cường độ hỏng )(tλ . 
)(tλ là cường độ hỏng, là số lần hỏng trên 1 đvị thời gian ( thường lấy giờ, năm) 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
95
-Cường độ hỏng )(tλ là hàm của thời gian: 
Đường )(tλ chia làm 3 giai đọan: 
Đoạn 10 t÷ là đoạn chạy thử máy. Trong giai đọan này, do những sai sót trong lắp ráp 
nên cường độ hỏng có thể rất lớn. 
Đoạn 21 tt ÷ : là đoạn mà phần tử làm việc ổn định. Thời gian này là tuổi thọ của phần 
tử . 
Trong thời gian này λ = hằng. 
Đoạn ÷2t : đây là đoạn sau tuổi thọ, do hiện tượng già hóa nên hỏng tăng lên rất lớn. 
Trong phần này ta chỉ xét các hỏng độc lập và λ = hằng. → Có nghĩa là trong giai 
đọan mà thiết bị làm việc ổn định. 
Sau khi hỏng mà phần tử được phục hồi = sữa chữa để dùng tiếp, thì khả năng hỏng 
được khắc phục. Nếu hỏng mà không có khả năng phục hồi thì phải thay thế mới. 
Ở đây ta chỉ xét đến độ tin cậy của các p tử không phục hồi. 
2) Độ tin cậy – thời gian làm việc tin cậy trung bình thời gian làm việc cho phép: 
Độ tin cậy là khả năng phần tử thực hiện được chức năng của nó trong điều kiện cho 
trước và trong khoảng thời gian cho trước. 
Theo định nghĩa này, thì 1 phần tử có thể làm việc tin cậy trong điều kiện và quảng 
thời gian cho trước. 
Theo định nghĩa này, thì 1 p tử có thể làm việc tin cậy trong điều kiện và quảng thời 
gian cho trước. Nhưng có thể không làm việc tin cậy trong điều kiện và quảng thời 
gian khác. Khi x = hằng → độ tin cậy được tính theo công thức sau: 
tetP λ−=)( λ : cường độ hỏng. ( lần/giờ ) 
 t: quảng thời gian xét ( giờ ) . 
→ P(t) là 1 hàm mũ giảm dần. 
t=0 → P(t) = 1 
t→ ∝ → P(t) = 0. 
Cường độ hỏng λ thường cho trong các sổ tay. 
3) Thời gian làm việc tin cậy trung bình: 
Do hỏng có tính ngẫu nhiên nên quảng thời gian từ lúc t = 0 ÷ xảy ra hỏng đầu tiên 
cũng là 1 đại lượng ngẫu nhiên. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
96
Quảng thời gian trung bình theo xác suất được gọi là thời gian làm việc tin cậy trung 
bình: 
λ
1=tbT λ : ( lần/giờ ) 
→ ta tìm được xác suất làm việc tin cậy tại thời điểm t= tbT : 
37,0)( 1 === −− eeTP tbTtb λ 
Như vậy tại t= tbT xác suất làm việc tin cậy còn lại rất thấp. 
Đối với các hệ đo điều khiển xa, độ tin cậy cho phép: 
[P(t)] ≥ 0, 9. 
Do đó ta cần quan tâm đến quảng thời gian vận hành cho phép cpT đó là quảng thời 
gian mà độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy cho phép. 
Sau khoảng thời gian cpt hệ thống phải được bảo dưỡng định kỳ. 
Ta có thể viết: ( )[ ] λcptetP −= ( )[ ]λ
tPtcp
ln=→ 
11.3 Độ tin cậy của hệ thống: 
Khi tính toán độ tin cậy của thiết bị ta cần xác định được sơ đồ thay thế. 
Sơ đồ thay thế là sơ đồ logic hiểu theo nghĩa, độ tin cậy trong các phần tử sẽ được nối 
tiếp, nếu lỏng 1 phần tử sẽ dẫn đến hỏng cả hệ thống, còn nếu hỏng 1 phần tử nào đó 
mà hệ thống vẫn làm việc bình thường thì phần tử đó được coi là nối song song với 
phần tử khác. 
Để có được sơ đồ thay thế cxác, phải phân tích kỹ chức năng nhiệm vụ của từng phần 
tử. 
1) Độ tin cậy của sơ đồ nối tiếp: 
Giả sử có n phần tử, mà mỗi p tử có độ tin cậy là )(tPi . 
Độ tin cậy của hệ thống được xác định: 
1)()()(
1
≤→=∏
=
tPtPtP i
n
i
iht 
Ta thấy rằng: độ tin cậy của hệ thống không thể nhỏ hơn độ tin cậy của phần tử có độ 
tin cậy thấp nhất min)(tPi . 
Trong sơ đồ nối tiếp, muốn nâng cao độ tin cậy của hệ thống, phải nâng cao độ tin 
cậy của từng phần tử. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
97
Độ tin cậy của hệ thống sẽ giảm khi số phần tử trong hệ thống nối tiếp tăng lên. Hình 
bên cho ta thấy quan hệ giữa ptht vàPP với các giá trị n khác nhau. 
2) Độ tin cậy của sơ đồ song song: 
Giả sử có n phần tử nối song song, mỗi phần tử có độ tin cậy là )(tPi như hình sau: 
Độ tin cậy của hệ thống được xác định theo công thức sau: 
[ ]∏
=
−−=
n
i
iht tPP
1
)(11 . 
Khi độ tin cậy của các phần tử là như nhau và = P, ta sẽ có: 
( )nht PP −−= 11 . 
→Vậy: độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy của phần tử. 
trong các phần tử song song, số phần tử song song càng tăng thì độ tin cậy của hệ 
thống càng tăng. 
→ độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy của phần tử. 
→ Kết luận: có thể xây dựng các sơ đồ có khả năng có độ tin cậy cao, trên cơ sở 
những phần tử có độ tin cậy tương đối thấp. 
3) Các biện pháp nâng cao độ tin cậy: 
Cần áp dụng các biện pháp tổng hợp. 
-Trong giai đọan thiết kế: phải chọn phương án tối ưu, có nghĩa là đảm bảo các chỉ 
tiêu kỹ thuật, đồng thời có số phần tử ít nhất, đơn giản nhất, dễ vận hành. Khi cần 
thiết phải đặt các mạch dự phòng để nâng cao độ tin cậy của hệ thống. 
-Trong giai đọan chế tạo, phải áp dụng những công nghệ tiên tiến, dùng nguyên liệu 
tốt để các phần tử có tính năng đạt yêu cầu thiết kế. 
-Trong giai đọan vận hành: phải đảm bảo các điều kiện làm viậc đúng yêu cầu: nhiệt 
độ, áp suất, độ ẩm, độ bụi, độ rungPhải tuân thủ các quy trình quy phạm để ngăn 
chặn sự cố do nhầm lẫn, có chế độ theo dõi, bảo dưỡng thường xuyên. 
 4) Thông tin công nghiệp 
Hệ thống thông tin công nghiệp là các hệ thống thông tin dùng để điều khiển các quá 
trình vật lý. 
Các hệ thống này hoạt động trực tuyến với 1 quá trình được kiểm soát. 
TTCN cần thỏa mãn các yêu cầu sau: 
 -Quản lý 1 số lượng lớn đầu vào/ra. 
~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ============== 
98
 -Đảm bảo họat động tin cậy. 
 -Thỏa mãn trong thời gian thực. 
TTCN khác các hệ thống TT cổ điển bởi phương pháp và kỹ thuật của nó. 
¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤