Luận văn Nghiên cứu nâng cao tính bền vững cho hệ điều khiển thích nghi khi điều khiển hệ phi tuyến có tham số biến thiên và chịu nhiễu tác động
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO HỆ ĐIỀU
KHIỂN THÍCH NGHI KHI ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN CÓ
THAM SỐ BIẾN THIÊN VÀ CHỊU NHIỄU TÁC ĐỘNG.
HOÀNG VĂN TÁ
THÁI NGUYÊN, NĂM 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO HỆ ĐIỀU
KHIỂN THÍCH NGHI KHI ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN CÓ
THAM SỐ BIẾN THIÊN VÀ CHỊU NHIỄU TÁC ĐỘNG.
Ngành:
TỰ ĐỘNG HOÁ.
HOÀNG VĂN TÁ.
Học viên:
Người hướng dẫn Khoa học: TS. NGUYỄN VĂN VỴ
THÁI NGUYÊN, NĂM 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-3-
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn hoàn toàn đúng theo nội
dung đề cƣơng cũng nhƣ nội dung mà cán bộ hƣớng dẫn giao cho. Nội dung luận
văn, các phần trích lục các tài liệu hoàn toàn chính xác. Nếu có gì sai tôi hoàn toàn
chịu trách nhiệm.
Tác giả luận văn
Hoàng Văn Tá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-4-
MỤC LỤC
Lời cam đoan
MỤC LỤC
3
4
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
6
7
LỜI NÓI ĐẦU
9
CHƢƠNG MỞ ĐẦU
11
14
15
17
19
19
20
23
23
24
27
29
31
32
33
34
36
38
39
40
41
42
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
1.1 Lịch sử phát triển của hệ Điều khiển thích nghi
1.2 Các sơ đồ Điều khiển thích nghi
1.2.1 ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại
1.2.2 Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu
1.2.3 Hệ ĐKTN tự chỉnh
1.3. Hệ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC)
1.3.1 Phƣơng pháp MRAC trực tiếp
1.3.2 Phƣơng pháp MRAC gián tiếp
1.4 Những khó khăn của ĐKTN khi đối tƣợng là phi tuyến
1.5 Kết luận chƣơng 1
CHƢƠNG II. TÍNH BỀN VỮNG CỦA HỆ ĐKTN
2.1 Độ bất định của mô hình hệ phi tuyến
2.1.1 Sai lệch có cấu trúc
2.1.2 Sai lệch không có cấu trúc
2.1.3 Mô hình tham số hoá
2.2 Điều khiển bền vững hệ phi tuyến
2.3 Khả năng mất ổn định của hệ ĐKTN khi đối tƣợng phi tuyến
2.3.1 Hiện tƣợng trôi tham số
2.3.2 Mất ổn định do hệ số lớn
2.3.3 Mất ổn định do tốc độ thích nghi nhanh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-5-
2.4 Điều khiển thích nghi bền vững
42
46
47
49
50
50
51
52
60
62
63
67
71
75
87
88
89
2.5. Kết luận chƣơng 2
CHƢƠNG III. TỔNG HỢP HỆ ĐKTN BỀN VỮNG
3.1. Các luật Điều khiển thích nghi bền vững
3.1.1 Phƣơng pháp chiếu
3.1.2. Phƣơng pháp hiệu chỉnh “Khe hở”
3.1.3 Phƣơng pháp “vùng chết”
3.2 Hệ MRAC bền vững với các luật thích nghi chuẩn hoá
3.3 Kết luận của chƣơng III.
CHƢƠNG IV. BÀI TOÁN ỨNG DỤNG
1.1. Chọn đối tƣợng điều khiển
4.2 Nhận dạng đối tƣợng điều khiển
4.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ
4.4 Khảo sát kết quả bằng mô phỏng
4.5 Kết luận của chƣơng 4.
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-6-
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ý nghĩa
Ký hiệu
ĐKTN
ĐKTNBV
APPC
Điều khiển thích nghi
Điều khiển thích nghi bền vững
Adaptive Pole Placement Control - Điều khiển vị trí thích ứng
Single Input – Single Output - Đầu vào đơn - Đầu ra đơn
Self Tuning Regualator
SISO
STR
MRAC
Model Referance Adaptive Control - Điều khiển thích nghi theo
mô hình mẫu
MIT
Massachusetts Institute of Technology - Viện Công nghệ
Massachusetts
x(t)
Véc tơ trạng thái của hệ
y(t)
Tín hiệu
u(t)
Tín hiệu điều khiển
Xm, Xs
Am, Bm
Là các véc tơ trạng thái của mô hình mẫu và quá trình
Là ma trận hằng của mô hình mẫu
AS(t), BS(t) Là các ma trận biến thiên theo thời gian do tác động của nhiễu
bên ngoài hoặc bên trong hệ thống
V(.)
Hàm Lyapunov
m ,s
Là tín hiệu ra của mô hình và đối tƣợng
ˆ
Véc tơ tham số xấp xỉ
~
Sai lệch giữa véc tơ tham số xấp xỉ và véc tơ tham số
Ma trận chỉnh định thích nghi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-7-
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên các hình vẽ
Trang
Hình 1.1 Cấ u trú c chung củ a hệ điều khiển thích nghi
18
Hình 1.2 Hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuyếch đạ i
19
20
21
22
24
25
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRac
Hình 1.4 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gián tiếp: ISTR
Hình 1.5 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp: DSTR
Hình 1.6 Sơ đồ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp
Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp
Hình 2.1 Cấu trúc chung của hệ điều khiển
Hình 2.2 Mô tả sai lệch cộng
33
34
35
36
38
45
59
Hình 2.3 Biểu diễn sai lệch nhân
Hình 2.4 Các biểu diễn sai lệch số
Hình 2.5 Hệ thống kín tổng quát
Hình 2.6 Hệ ĐKTN bền vững
Hình 3.1 MRAC bền vững có động học không cấu trúc và có nhiễu giới
hạn
Hình 4.1 Sơ đồ động học của cơ cấu
Hình 4.2 Cơ cấu quấn dây
63
64
65
66
Hình 4.3 Quy luật thay đổi tốc độ của động cơ
Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc của MRAC có sai lệch mô hình và có nhiễu giới
hạn.
Hình 4.5 Sơ đồ thay thế của động cơ một chiều kích từ độc lập
67
70
70
71
71
77
77
78
79
Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc của động cơ khi từ thông không đổi
Hình 4.7 Sơ đồ khối mô tả mạch vòng dòng điện động cơ
Hình 4.8 Sơ đồ khối của mạch vòng tốc độ động cơ.
Hình 4.9 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ.
Hình 4.10 Sơ đồ mô phỏng SIMULINK của hệ thống.
Hình 4.11 Mô đun đối tượng điều khiển
Hình 4.12 Khối vectơ tín hiệu lọc .
Hình 4.13 Véc tơ tham số của bộ điều khiển.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-8-
Hình 4.14 Khối mô đun chuẩn hoá
Hình 4.15 Mô đun điều khiển Up
79
80
80
81
82
83
84
85
86
Hình 4.16 Luật đánh giá vectơ tham số p của đối tượng
Hình 4.17 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc nhảy cấp
Hình 4.18 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi
Hình 4.19 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi
Hình 4.20 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi
Hình 4.21 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi
Hình 4.22 Đặc tính ra của hệ khi lượng thay đổi và chịu nhiễu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-9-
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, kỹ
thuật máy tính cho phép xử lý được số lượng phép tính lớn, các thuật toán phức tạp
nên lý thuyết về Điều khiển thích nghi đã được ứng dụng rất rộng rãi và phát triển
rất mạnh mẽ, đặc biệt là cho các hệ phi tuyến. (Phần tuyến tính coi như đã được
nghiên cứu hoàn chỉnh). Điều khiển thích nghi đang được ứng dụng vào điều khiển
các hệ thống lớn, các hệ có thông số biến đổi và đòi hỏi cao về chất lượng điều
khiển. Điều khiển thích nghi đảm bảo khả năng xây dựng các bộ điều khiển đáp ứng
thời gian thực và nâng cao chất lượng điều khiển cho các đối tượng phức tạp.
Trong quá trình mô tả người ta thường đưa ra các giả thiết như bỏ qua khâu
động khó mô hình hoặc coi tham số không biết không đổi theo thời gian. Tuy nhiên
trong thực tế các giả thiết đó không đáp ứng được, vì vậy ĐKTN khi điều khiển hệ
thực là không bền vững. Để ứng dụng ĐKTN điều khiển các hệ thực trong thực tế,
việc nâng cao tính bền vững cho hệ điều khiển thích nghi là một yêu cầu rất cần
thiết.
Với nội dung: “Nghiên cứu nâng cao tính bền vững cho hệ Điều khiển thích
nghi khi điều khiển hệ phi tuyến có tham số biến thiên và chịu nhiễu tác động”.
Nội dung của đề tài bao gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về lý thuyết ĐKTN.
Nội dung của chương này là tìm hiểu những đặc điểm chung nhất của lý
thuyết ĐKTN, những ưu điểm, hạn chế của ĐKTN khi điều khiển hệ phi tuyến mạnh.
Chương 2: Tính bền vững của ĐKTN hệ phi tuyến.
Nội dung tập trung nghiên cứu những đặc điểm của hệ phi tuyến, phương
pháp mô tả hệ phi tuyến và áp dụng ĐKTN vào điều khiển hệ phi tuyến.
Chương 3: Tổng hợp hệ ĐKTN bền vững theo mô hình mẫu.
Nội dung đặt ra là sử dụng luật điều khiển theo mô hình mẫu kết hợp với luật
thích nghi bền vững để tạo nên hệ ĐKTN bền vững.
Chương 4: Bài toán ứng dụng.
Ứng dụng ĐKTNBV vào điều khiển hệ quấn băng vật liệu điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-10-
Tiến hành kiểm tra đánh giá chất lượng bộ điều khiển bằng mô phỏng nhờ
phần mềm MATLAB Simulink.
Từ các kết quả thực nghiệm nhận được ta tiến hành đánh giá chất lượng của
phương pháp và rút ra kết luận chung về đề tài.
Trong thời gian làm luận văn mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức của
tôi còn hạn chế, vì vậy, chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót. Tôi chân thành mong
muốn nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo để bản luận văn của tôi
được hoàn thiện thêm.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo trong khoa
Sau đại học và các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã giúp đỡ và động viên để tôi hoàn thành được bản luận văn tốt
nghiệp này.
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 09 năm 2009
Học viên
Hoàng Văn Tá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-11-
CHƢƠNG MỞ ĐẦU
I. Mục tiêu của đề tài.
Luận văn tập trung nghiên cứu việc thiết kế các bộ điều khiển cho các hệ phi
tuyến, thoả mãn tính thích nghi đối với các tham số không biết trƣớc thay đổi theo
thời gian và bền vững đối với nhiễu ảnh hƣởng từ môi trƣờng. Trong đó có chứa
phần tử phi tuyến không thể hoặc khó mô hình hoá. Các hệ phi tuyến này có thể mô
tả bằng các hệ phƣơng trình vi phân phi tuyến. Các bộ điều khiển đƣợc thiết kế sao
cho tận dụng đƣợc các ƣu điểm của Điều khiển thích nghi và Điều khiển bền vững
nhƣng tránh đƣợc các nhƣợc điểm và khó khăn của các phƣơng pháp này.Cuối cùng
tìm cách ứng dụng phƣơng pháp điều khiển đã thiết kế vào điều khiển hệ thực tế.
II. Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu.
Các hệ thống cần đƣợc điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến có
chứa các tham số không biết trƣớc và chứa các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất
khó mô hình hoá trong việc xây dựng hệ thống phƣơng trình vi phân mô tả hệ.
Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ còn bị nhiễu tác động từ môi trƣờng. Các tham
số không biết trƣớc có thể là hằng số hoặc biến thiên theo thời gian - Có thể là biến
thiên chậm hoặc nhanh theo thời gian.
Điều khiển các hệ thống nói trên các bộ điều khiển thông thƣờng nói chung
không đáp ứng đƣợc.
Khi cần thiết kế các bộ điều khiển có khả năng điều khiển các hệ phi tuyến
có phần tử không mô hình hoá đƣợc, các tham số không biết trƣớc và chịu ảnh
hƣởng của nhiễu từ môi trƣờng, thƣờng đƣợc thiết kế theo hai hƣớng sau: Điều
khiển bền vững (ĐKBV) và Điều khiển thích nghi (ĐKTN).
Theo hƣớng thứ nhất thì bộ điều khiển là bộ điều khiển tĩnh (Tham số của bộ
điều khiển không biến thiên). Tín hiệu điều khiển là một hàm không chứa vi phân
của trạng thái. Đã có nhiều phƣơng pháp điều khiển bền vững ra đời. Các phƣơng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-12-
pháp này nói chung đều dựa vào điều kiện ổn định biên do vậy chúng không thể
tổng quát đƣợc mà chỉ phù hợp cho các hệ cụ thể.
Trong trƣờng hợp mà các tham số là thay đổi trong phạm vi nhỏ thì điều
khiển bền vững có thể áp dụng đƣợc. Ngƣợc lại khi các giới hạn này là không biết
trƣớc thì phƣơng pháp điều khiển bền vững là không mang lại hiệu quả
Hƣớng nghiên cứu thứ hai là Điều khiển thích nghi. Hệ Điều khiển thích
nghi là hệ điều khiển tự động mà cấu trúc và tham số của bộ điều khiển có thể thay
đổi theo sự biến thiên thông số của hệ sao cho chất lƣợng ra của hệ đảm bảo các chỉ
tiêu đã định. ĐKTN là kỹ thuật tự chỉnh theo thời gian thực các bộ điều chỉnh nhằm
duy trì đặc tính của đối tƣợng điều khiển nằm trong phạm vi mong muốn trong khi
thông số của đối tƣợng (Đã biết hoặc chƣa biết) biến thiên theo thời gian.
Đặc điểm chung của phƣơng pháp này là luật điều khiển đƣợc thiết kế dựa
trên giả thiết là các tham số là biết trƣớc. Sau đó tham số này đƣợc thay thế bởi
nhận dạng của chúng. Đây chính là phƣơng pháp Điều khiển thích nghi cho các hệ
tuyến tính và đƣợc cải tiến để dùng cho các hệ phi tuyến.
Nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng pháp ĐKTN là hệ không bền vững đối với
nhiễu và các phần tử phi tuyến không thể mô hình hoá đƣợc. Ngoài ra các phƣơng
pháp này đều cần giả thiết là các tham số thay đổi chậm theo thời gian. Hạn chế này
do quá trình xây dựng luật đánh giá các tham số gây ra.
Nếu kết hợp ĐKBV và ĐKTN ta sẽ có phƣơng pháp Điều khiển thích nghi
bền vững (ĐKTNBV). Nội dung là: Thiết kế đƣợc bộ điều khiển tận dụng đƣợc ƣu
điểm của cả Điều khiển thích nghi và Điều khiển bền vững. Hƣớng nghiên cứu này
đã đƣợc khởi điểm từ 1994 trở lại đây
Điều khiển thích nghi bền là phƣơng pháp chiếm ƣu thế để điều khiển các hệ
tổng quát trong thực tế. Điều này phù hợp với yêu cầu của nền sản xuất hiện đại vì
các hệ cần đƣợc điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến có chứa các tham
số không biết trƣớc và các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất khó mô hình hoá
trong việc xây dựng hệ thống phƣơng trình vi phân mô tả hệ. Ngoài ra trong quá
trình làm việc hệ còn bị nhiễu tác động từ môi trƣờng. Các tham số không biết trƣớc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-13-
có thể là hằng số hoặc biến thiên theo thời gian (Có thể là biến thiên chậm hoặc
nhanh theo thời gian).
Vì vậy việc nghiên cứu để nâng cao tính bền vững của hệ điều khiển thích
nghi là rất cần thiết và cần tập trung nghiên cứu.
III. Nội dung của luận văn.
Với mục tiêu đặt ra trên nội dung của luận án bao gồm các chƣơng sau :
Chương 1 : Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết Điều khiển thích nghi.
Chương 2 : Nghiên cứu tính bền vững của hệ ĐKTN
Chương 3 : Tổng hợp hệ ĐKTN bền vững theo mô hình mẫu.
Nội dung đặt ra là sử dụng luật điều khiển theo mô hình mẫu kết hợp với luật
thích nghi bền vững để tạo nên hệ ĐKTN bền vững.
Chương 4 : Bài toán ứng dụng
Nội dung chƣơng 4 là áp dụng phƣơng pháp trên vào điều khiển thiết bị phi
tuyến: hệ truyền động quấn băng vật liệu sử dụng động cơ một chiều.
Sau khi Tổng hợp bộ điều khiển, tiến hành đánh giá chất lƣợng điều khiển
bằng mô phỏng nhờ phần mềm MATLAB SIMULINK
Kết luận chung: Từ các kết quả thực nghiệm nhận đƣợc ta tiến hành đánh giá
nội dung của phƣơng pháp và rút ra kết luận chung về đề tài.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-14-
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-15-
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
1.1. Lịch sử phát triển của ĐKTN
Trong các hệ điều khiển tự động truyền thống, các xử lý điều khiển thƣờng
dùng các mạch phản hồi là chính. Các điều khiển loại này còn tồn tại nhƣợc điểm
khó khắc phục là trong quá trình làm việc các yếu tố ảnh hƣởng tới hệ thống từ môi
trƣờng liên tục bị thay đổi, đồng thời bản thân tham số của hệ cũng bất định dẫn tới
chất lƣợng ra của hệ cũng thay đổi theo.
Ngày nay do yêu cầu của thực tế sản xuất có công nghệ hiện đại đòi hỏi phải
có những bộ điều khiển có thể thay đổi đƣợc cấu trúc và tham số của nó để đảm bảo
chất lƣợng ra của hệ theo các chỉ tiêu đã định.Với các yêu cầu cao về chất lƣợng
điều khiển các hệ thông điều khiển truyền thống nói chung không đáp ứng đƣợc.
Dựa trên cơ sở của nền kỹ thuật điện, điện tử, tin học và máy tính đã phát triển ở
mức độ cao, lý thuyết ĐKTN đã ra đời đáp ứng đƣợc những yêu cầu trên và đƣợc
áp dụng mạnh mẽ vào điều khiển các hệ thống lớn.
ĐKTN khởi đầu là do nhu cầu về hoàn thiện các hệ thống điều khiển máy
bay. Do đặc điểm của quá trình điều khiển máy bay có nhiều thông số biến đổi và
có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình ổn định quỹ đạo bay, tốc độ bay. Ngay từ
năm 1958, trên cơ sở lý thuyết về chuyển động của Boócman, lý thuyết điều khiển
tối ƣu.... hệ thống điều khiển hiện đại này đã ra đời. Ngay sau khi ra đời lý thuyết
này đã đƣợc hoàn thiện nhƣng chƣa đƣợc thực thi vì số lƣợng phép tính quá lớn mà
chƣa có khả năng giải quyết đƣợc. Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ thông tin, kỹ thuật điện, điện tử, máy tính... cho phép giải đƣợc những bài toán
đó một cách thuận lợi nên hệ thống ĐKTN đƣợc ứng dụng rất rộng rãi vào thực tế.
Hệ ĐKTN có mô hình mẫu MRAC đã đựợc Whitaker đề xuất khi giải quyết
vấn đề điều khiển lái tự động máy bay năm 1958. Phƣơng pháp độ nhậy và luật
MIT đã đƣợc dùng để thiết kế luật thích nghi với mục đích đánh giá các thông số
không biết trƣớc trong sơ đồ MRAC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-16-
Trong công việc điều khiển các chuyến bay do còn tồn tại nhiều hạn chế nhƣ:
thiếu phƣơng tiện tính toán, sử lý tín hiệu và lý thuyết cũng chƣa thật hoàn thiện .
Đồng thời những chuyến bay thí nghiệm bị tai nạn làm cho việc nghiên cứu về lý
thuyết điều khiển thích nghi bị lắng xuống vào cuối thập kỷ 50 và đầu năm1960.
Thập kỷ 60 là thời kỳ quan trọng nhất trong việc phát triển các lý thuyết tự
động, đặc biệt là lý thuyết ĐKTN. Kỹ thuật không gian trạng thái và lý thuyết ổn
định dựa theo luật Liapynốp đã đƣợc phát triển. Một loạt các thuyết nhƣ: Điều kiển
đối ngẫu, điều khiển ngẫu nhiên, nhận dạng hệ thống, đánh giá thông số ... ra đời
cho phép tiếp tục (Nghiên cứu lại) phát triển và hoàn thiện lý thuyết ĐKTN. Vào
năm 1966 Park và các đồng nghiệp đã tìm đƣợc phƣơng pháp mới để tính toán lại
luật thích nghi sử dụng luật MIT ứng dụng vào các sơ đồ MRAC của những năm 50
bằng cách ứng dụng lý thuyết của Liapynop.
Tiến bộ của các lý thuyết điều khiển những năm 50 cho phép nâng cao hiểu biết
về ĐKTN và đóng góp nhiều vào đổi mới lĩnh vực này. Những năm 70 sự phát triển
của kỹ thuật điện tử và máy tính đã tạo ra khả năng ứng dụng lý thuyết này vào thực tế.
Các hệ thống ĐKTN đã đƣợc ứng dụng vào điều khiển các hệ thống phức tạp.
Tuy nhiên những thành công của thập kỷ 70 còn gây nhiều tranh luận trong
ứng dụng ĐKTN. Đầu năm 1979 ngƣời ta chỉ ra rằng những sơ đồ MRAC của thập
kỷ 70 dễ mất ổn định do nhiễu tác động. Tính bền vững trong ĐKTN trở thành mục
tiêu tập trung nghiên cứu của các nhà khoa học vào năm 1980. Khi đó ngƣời ta xuất
bản nhiều tài liệu về độ không ổn định do các khâu động học không mô hình hoá
đƣợc hoặc do nhiễu tác dụng vào hệ thống.
Những năm 80 nhiều thiết kế đã đƣợc cải tiến, dẫn đến ra đời lý thuyết
ĐKTN bền vững. Một hệ ĐKTN đƣợc gọi là bền vững nếu nhƣ nó đảm bảo chất
lƣợng ra theo mong muốn cho một lớp đối tƣợng của các động học không mô hình
hoá đƣợc trong đó có đối tƣợng chuẩn đang xét.
Yêu cầu của bài toán ĐKTN bền vững là đảm bảo tính bền vững của hệ khi
điều khiển những đối tƣợng có thông số không biết trƣớc, biến đổi theo thời gian và
trong quá trình làm việc hệ chịu nhiễu tác động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-17-
Cuối thập kỷ 80 có các công trình nghiên cứu về hệ ĐKTN đặc biệt là
MRAC cho các các đối tƣợng có thông số biến thiên theo thời gian tuyến tính.
Các nghiên cứu của những năm 90 tập trung vào đánh giá kết quả của
nghiên cứu những năm 80 và nghiên cứu các lớp đối tƣợng phi tuyến có tham số bất
định. Những cố gắng này đã đƣa ra một lớp sơ đồ ĐKTN bền vững .
1.2. Các sơ đồ Điều khiển thích nghi
Hệ Điều khiển thích nghi là hệ điều khiển tự động mà cấu trúc và tham số
của bộ điều khiển có thể thay đổi theo sự biến thiên thông số của hệ sao cho chất
lƣợng ra của hệ đảm bảo các chỉ tiêu đã định.
ĐKTN là kỹ thuật tự chỉnh theo thời gian thực các bộ điều chỉnh nhằm duy
trì đặc tính của đối tƣợng điều khiển nằm trong phạm vi mong muốn trong khi
thông số của đối tƣợng (Đã biết hoặc chƣa biết) biến thiên theo thời gian.
Cấu trúc tổng quát của hệ ĐKTN đƣợc mô tả trên hình 1.1 Hệ gồm 2 khối
chính:
I
TT
A
2
u
S
R
+
y
_
1
Hình 1.1 Cấu trúc chung của hệ điều khiển thích nghi.
Khối 1: Phần cơ bản của hệ điều khiển
Khối 2: Phần điều khiển thích nghi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-18-
Phần cơ bản của hệ gồm :
+ Đối tƣợng
S
+ Thiết bị điều khiển
+ Mạch phản hồi cơ bản
+ Tín hiệu vào của hệ
+ Tín hiệu ra của hệ
R
u
y
Phần điều khiển thích nghi gồm :
+ Khâu nhận dạng
+ Thiết bị tính toán
+ Cơ cấu thích nghi
I
TT
A
Khâu nhận dạng có nhiệm vụ đánh giá các biến đổi của hệ thống do tác dụng
của tải, nhiễu và các yếu tố khác... Kết quả nhận dạng đƣợc đƣa vào thiết bị tính
toán. Kết quả tính toán đƣợc đƣa vào cơ cấu thích nghi để tính toán tự chỉnh các
thông số và cấu trúc của bộ điều khiển nhằm đảm bảo chất lƣợng của hệ nhƣ mong
muốn.
Các hệ ĐKTN có thể đƣợc chia thành 2 nhóm chính :
+ Hệ điều khiển trực tiếp (có mô hình mẫu).
+ Hệ điều khiển gián tiếp (có mô hình ẩn).
Trong hệ điều khiển trực tiếp các thông số của bộ điều chỉnh sẽ đƣợc hiệu
chỉnh trong thời gian thực theo giá trị sai số giữa đặc tính mong muốn và đặc tính
thực
Trong hệ Điều khiển thích nghi gián tiếp việc điều chỉnh thông số của bộ
điều khiển đƣợc thực hiện qua 2 giai đoạn :
1. Đánh giá thông số của mô hình đối tƣợng.
2. Trên cơ sở các đánh giá của thông số của đối tƣợng, ngƣời ta tiến hành
tính toán các thông số của bộ điều khiển.
Một đặc điểm chung cho cả ĐKTN trực tiếp và gián tiếp là: đều dựa trên giả
thuyết tồn tại một bộ điều khiển đảm bảo có đầy đủ các đặc tính mong muốn của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-19-
đối tƣợng. Nhƣ vậy vai trò của điều khiển thích nghi chỉ giới hạn ở chỗ: chọn giá trị
thích hợp của bộ điều khiển tƣơng ứng với các trạng thái làm việc của đối tƣợng.
Hệ Điều khiển thích nghi có 3 sơ đồ chính sau đây :
- Điều khiển theo mô hình mẫu.
- Điều chỉnh hệ số khuếch đại.
- Hệ tự chỉnh.
1.2.1 ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại.
Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại trên hình 1.2
ym
Bộ điều chỉnh hệ
số khuếch đại
u
Bộ điều khiển
Đối tƣợng
Ys
Hình 1.2 Hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại.
Đây là sơ đồ đƣợc xây dựng theo nguyên tắc của mạch phản hồi và bộ điều
chỉnh có thể thay đổi thông số bằng bộ điều chỉnh thông số. Đặc điểm của nó là có
thể làm giảm sự biến thiên thông số.
1.2.2 Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu.
Bộ điều chỉnh gồm 2 mạch vòng: mạch vòng trong là mạch vòng cơ bản. Mạch
vòng ngoài là mạch vòng hiệu chỉnh. Tín hiệu vào của mạch vòng này là sai lệch tín
hiệu của mô hình mẫu và của đối tƣợng.
Mô hình mẫu đƣợc chọn sao cho đặc tính ra Ym của mô hình mẫu là đặc tính mong
muốn. Mô hình mẫu chọn càng sát đối tƣợng thực thì kết quả điều khiển càng chính xác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-20-
ym
MÔ HÌNH MẪU
+
e(t)
_
u
BỘ
ĐỐI TƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN
Ys
CƠ CẤU
THÍCH NGHI
Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRAC
Cơ cấu thích nghi có nhiệm vụ hiệu chỉnh sao cho sai số e(t) tiến về 0 và hệ là ổn
Tham số điều khiển là sai số giữa tín hiệu ra của mô hình mẫu và tín hiệu ra
định.
của mô hình thực. Luật thích nghi thƣờng đƣợc xác định bằng phƣơng pháp Građiên
hoặc áp dụng lý thuyết ổn định của Liapunốp hoặc lý thuyết ổn định tuyệt đối của
Pôpôp và nguyên lý dƣơng động để hệ hội tụ và có sai số là nhỏ nhất.
1.2.3 Hệ ĐKTN tự chỉnh.
Hệ tự chỉnh đƣợc xem nhƣ là hệ điều khiển theo mô hình ẩn.
Bộ điều chỉnh gồm 2 mạch vòng: mạch vòng trong là mạch vòng cơ bản.
Các thông số đƣợc hiệu chỉnh nhờ mạch vòng ngoài. Mạch này gồm hệ đánh giá
thông số và hệ tính toán tham số.
Hệ Điều khiển thích nghi tự chỉnh đƣợc phát triển chủ yếu cho hệ gián đoạn.
STR là hệ rất mềm dẻo. Tuỳ theo việc lựa chọn luật đánh giá và luật điều khiển mà
ta có nhiều STR khác nhau
Thí dụ: bộ điều khển có thể thiết kế theo phƣơng pháp áp đặt cực PPC hoặc
điều khiển tối ƣu hoặc cực tiểu biến thiên. Luật đánh giá có thể chọn các luật đánh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-21-
giá: on-line nhƣ bình phƣơng cực tiểu truy hồi, phƣơng pháp Građiên (Projection),
phƣơng pháp xấp xỉ ngẫu nhiên.
Dựa vào thuật toán cập nhật tham số ta chia STR thành 2 loại chính:
+ STR trực tiếp : DSTR
+ STR gián tiếp: ISTR
* Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh gián tiếp ISTR
ISTR là hệ tƣờng minh vì các tham số đƣợc đánh giá on-line trên mô hình
tƣờng minh của đối tƣợng và dùng để tính toán lại các tham số của bộ điều khiển.
Sơ đồ hệ ISTR trên hình 1.4
Gọi là véc tơ tham số giá tri đánh giá của đối tƣợng và C là véc tơ giá trị
đánh giá tham số của bộ điều khiển C.
P() là mô hình tham số hoá của đối tƣợng
Bộ đánh giá tham số on-line xác định tham số đánh giá tại mỗi thời điểm t là
(t) đƣợc dùng để tính toán lại bộ điều khiển nhƣ là tham số thật của đối tƣợng
thông qua giải phƣơng trình đại số.
C(t) = F(C(t)
tại mỗi thời điểm t. Khi đó bộ điều khiển có luật C(C(t)) để điều khiển đối tƣợng
nhƣ trƣờng hợp tham số của nó đã biết.
TT thông số
c(t)F(c (t))
Đánh giá on-line
Tham số (t)
u
Ys
Bộ điều khiển
Đối tƣợng
Hình 1.4 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gián tiếp ISTR
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-22-
Nhƣ vậy tham số của nó đƣợc biết gían tiếp thông qua việc giải phƣơng trình
đại số nên đƣợc gọi là ISTR
* Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp DSTR
Trong hệ DSTR (Hình 1.5) các tham số của mô hình P(C) đƣợc biểu diễn
theo tham số của đối tƣợng sao cho thoả mãn các yêu cầu chất lƣợng.
§¸nh gi¸ on-line
(t)
tham sè
Ys
u
Bé ®iÒu khiÓn
§èi t îng
Hình 1.5 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp : DSTR
Khi đó mô hình đƣợc tham số hoá dạng Pc(C ) và bộ đánh giá on-line đánh
giá các giá trị của véc tơ tham số C là C(t) tại mỗi thời điểm và giá trị này dùng để
cập nhật lại tham số bộ điều khiển theo thời gian thực mà không qua bộ tính toán
tham số. Vì vậy mà DSTR là kiểu đánh giá mô hình đối tƣợng không tƣờng minh
(Còn gọi là hệ điều khiển thích nghi không nhận dạng).
Nhƣ vậy tham của bộ điều khiển đƣợc tính toán trực tiếp không phải qua giải
phƣơng trình.
* Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh lai
Kết hợp cả 2 phƣơng pháp trên ta có hệ tự chỉnh thích nghi lai, tức là cùng
lúc ta đánh giá cả tham số bộ điều khiển và tham số đối tƣợng nhằm tránh giải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-23-
phƣơng trình đại số. Đây là hệ thích nghi tự chỉnh nhằm kết hợp ƣu điểm của cả hai
hệ trên.
Trong một số tài liệu ngƣời ta gọi hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh STR là
hệ điều khiển thích nghi áp đặt cực APPC vì hầu hết các bộ điều khiển đƣợc thiết kế
theo phƣơng pháp áp đặt cực.
1.3 Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC).
Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu xuất phát từ phƣơng pháp điều
khiển theo mô hình mẫu.
Trong phƣơng pháp điều khiển theo mô hình mẫu (MRAC), nếu ta không
biết * thì ta không thể tính đƣợc * . Do đó phƣơng pháp điều khiển theo mô hình
c
mẫu (MRAC) chỉ áp dụng đƣợc với đối tƣợng có thông số và cấu trúc biết trƣớc và
không thay đổi.
Để giải quyết bài toán mà đối tƣợng có thông số và cấu trúc không biết trƣớc
hoặc thay đổi thì phƣơng pháp điều khiển theo mô hình cần kết hợp với phƣơng
pháp điều khiển thích nghi để thay thế * trong luật điều khiển bằng vector thông
c
số đánh giá c. Từ đó ta có phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu
(MRAC).
Vector (t) có thể thu đƣợc bằng phƣơng pháp đánh giá trực tiếp hoặc
phƣơng pháp đánh giá gián tiếp, từ đó ta có thể chia phƣơng pháp điều khiển thích
nghi theo mô hình mẫu thành hai phƣơng pháp :
+ Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp.
+ Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp.
1.3.1. Phƣơng pháp MRAC trực tiếp:
Trong phƣơng pháp MRAC trực tiếp, thông số của bộ điều khiển c(t), cần
xác định theo yêu cầu về chất lƣợng của đối tƣợng điều khiển, đƣợc biểu diễn dƣới
dạng tham số trong mô hình đối tƣợng điều khiển: GS(p, *) GS(p, c*).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-24-
Tại mỗi thời điểm bộ đánh giá sẽ tính toán trực tiếp c*(t) từ tín hiệu vào
uS(t) và tín hiệu ra yS(t) của đối tƣợng điều khiển. Thông số c*(t) sẽ đƣợc sử dụng
để tính toán các thông số của bộ điều khiển c(t).
Sơ đồ hệ MRAC trực tiếp đƣợc chỉ ra trên hình 1.6
Ym
MÔ HÌNH
WM(S)
ĐỐI TƢỢNG
GS(s,*)GS(s,*c)
BỘ ĐIỀ U KHIỂ N
u
C(C)
y
BỘ XÁ C ĐỊNH
THAM SỐ LÀ M VIỆ C *
C
Hình 1.6 Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp
Phƣơng pháp MRAC trực tiếp vector c(t) đƣợc điều chỉnh trực tiếp mà
không phải qua quá trình đánh giá thông số của đối tƣợng thực. Nhƣ vậy vấn đề cơ
bản của MRAC trực tiếp là chọn luật điều khiển C(c(t)) và thuật toán của bộ đánh
giá c(t) sao cho thoả mãn yêu cầu chất lƣợng của hệ thống điều khiển.
1.3.2. Phƣơng pháp MRAC gián tiếp.
Trong phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp các
thông số của đối tƣợng đƣợc nhận biết trong quá trình làm việc và đƣợc sử dụng để
tính toán các thông số của bộ điều khiển.
Trong phƣơng pháp này mô hình đối tƣợng đƣợc xây dựng với vector tham
số * chƣa xác định nào đó. Tại mỗi thời điểm ứng với mỗi tín hiệu vào u(t) và tín
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-25-
hiệu ra yS(t) bộ đánh giá thông số làm việc sẽ cho ra giá trị (t) ứng với * và đƣợc
coi là giá trị đúng của đối tƣợng tại thời điểm đó và sử dụng giá trị đó để tính toán
các thông số bộ điều khiển c(t) nhờ giải phƣơng trình: c(t) = F((t)).
MÔ HÌNH
WM(S)
y
BỘ ĐIỀ U KHIỂ N
ĐỐI TƢỢNG
u
C(C)
yp
B
BỘ TÍNH TOÁ N
C(t) = F[(T)]
Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp
Luật điều khiển C(c(t)) đƣợc xây dựng ở mỗi thời điểm phải thoả mãn các
chỉ tiêu của hệ thống ứng với mô hình đánh giá của đối tƣợng GS(p, (t)). Nhƣ vậy
vấn đề chính của MRAC gián tiếp là chọn luật điều khiển C(c(t)) và bộ đánh giá
các tham số (t), cũng nhƣ phƣơng trình c(t) = F((t)) sao cho C(c(t)) đáp ứng
đƣợc các yêu cầu của mô hình đối tƣợng GS(*) với * chƣa xác định.
Nguyên lý làm việc MRAC
Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu có thể coi nhƣ một hệ bán thích
nghi, trong đó đặc tính mong muốn đƣợc tạo ra từ mô hình mẫu. Mô hình mẫu là
một mô hình toán học đƣợc xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn chất lƣợng đặt
trƣớc. Trong trƣờng hợp này, việc so sánh giữa tín hiệu đặt trƣớc với tín hiệu đầu ra
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-26-
của hệ tối ƣu, chính là so sánh giữa tín hiệu ra của mô hình mẫu với tín hiệu ra của
quá trình.
Mô hình mẫu đƣợc mô tả bởi phƣơng trình:
.
(1.1)
(1.2)
X m A .Xm Bm.U
m
Ym = C.Xm
Hệ thống đƣợc mô tả bởi phƣơng trình
Xs A (t ).Xs Bs(t )U
s
Ys = C.Xs
Trong đó:
Xm, Xs: Là các véctơ trạng thái của mô hình mẫu và quá trình
Am, Bm: Là các ma trận hằng của mô hình mẫu
As(t), Bs(t): Là các ma trận của quá trình (biến thiên theo thời gian do tác
động của nhiễu bên ngoài hoặc bên trong hệ thống).
Ym, Ys: Là các véctơ tín hiệu ra của mô hình và của hệ thống
Sai lệch tín hiệu ra là :
= Ym-Ys= C.e
Trong đó:
(1.3)
C: Là ma trận hàng C = [ 1 0 . . . 0 ]
e = Xm-Xs : Là sai số tổng quát
(1.4)
(1.5)
Tiêu chuẩn tối ƣu ở đây có thể xem nhƣ một hàm:
IP=F(,C,t,aim,ais)
Trong đó:
aim,ais là các thông số của mô hình và của quá trình.
Mục tiêu của cơ cấu thích nghi ở đây là điều chỉnh thông số nào đó sao cho
hệ thống và mô hình có sai lệch nhỏ nhất, tức là đạt đƣợc :
Lim e(t) 0
t
(1.6)
Và hệ thống ổn định
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-27-
Các luật thích nghi nhằm đạt đƣợc tiêu chuẩn trên dựa trên lý thuyết tối ƣu.
Điều khiển tối ƣu là một chuyên ngành trong điều khiển tự động có vai trò xác định
và tạo lập những luật điều khiển cho hệ thống để đạt đƣợc chỉ tiêu về tính hiệu quả
đã đƣợc định trƣớc dƣới dạng hàm mục tiêu Q (là một phiếm Hàm).
Có hai phƣơng pháp xây dựng cơ cấu điều chỉnh các tham số trong hệ thống
ĐKTN là: phƣơng pháp tổng hợp luật điều khiển thích nghi trên cơ sở lý thuyết tối
ƣu cục bộ và phƣơng pháp tổng hợp dựa trên cơ sở ổn định tuyệt đối.
1.4 Những khó khăn của ĐKTN khi đối tƣợng phi tuyến
Ngoài các ƣu điểm mà hệ ĐKTN có, thì nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng
pháp ĐKTN là hệ không bền vững đối với nhiễu và các phần tử phi tuyến không thể
mô hình hoá đƣợc. Ngoài ra các phƣơng pháp này đều cần giả thiết là tham số thay
đổi chậm theo thời gian.
Các sơ đồ ĐKTN đƣợc thiết kế cho mô hình đối tƣợng là không có nhiễu
loạn và không có phần tử không mô hình hoá đựơc, các thông số chƣa biết không
thay đổi theo thời gian. Nhƣng các hệ cần điều khiển trong thực tế chủ yếu là các hệ
phi tuyến không thể thoả mãn các điều kiện trên. Cho nên để thiết kế hệ ĐKTN cho
hệ thực tế phải chấp nhận các giả thiết sau:
+ Không có phần tử không mô hình hoá đƣợc và biết đặc tính phi tuyến.
+ Các thông số không biết không thay đổi theo thời gian
+ Đối tƣợng trong quá trình làm việc không chịu tác động của nhiễu.
Trong thực tế các giả thiết trên là không thể thoả mãn đƣợc.
Khi xét đến nhiễu, đến sai số trong việc xác định tín hiệu vào ra của đối
tƣợng thì hệ ĐKTN không còn bền vững nữa, đặc biệt khi hệ nằm ở biên giới ổn
định.
Ngoài ra để xác định tham số bộ điều khiển thì tín hiệu vào - ra của đối
tƣợng cần đƣợc đánh giá chính xác. Nhƣng yêu cầu này bị hạn chế do quá trình xây
dựng luật nhân dạng các tham số gây ra.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-28-
Vì vậy khi xét đến nhiễu, đến sai số mô hình và sai số trong việc xác định tín
hiệu vào, ra của đối tƣợng thì hệ ĐKTN không còn bền vững nữa, đặc biệt khi hệ
nằm ở biên giới ổn định.
Hệ Điều khiển thích nghi chỉ bền vững nếu tín hiệu ra của đối tƣợng đƣợc
đánh giá chính xác. Nhƣng yêu cầu này bị hạn chế do quá trình xây dựng luật nhân
dạng các tham số gây ra.
Trong trƣờng hợp mà các tham số chƣa biết là biến thiên chậm hoặc thay đổi
trong phạm vi nhỏ biết trƣớc thì ĐKTN có thể đáp ứng đƣợc. Ngƣợc lại khi sự thay
đổi này là không có giới hạn hoặc tốc độ thay đổi nhanh thì việc đánh giá trực tuyến
là khó khăn. Trong trƣờng hợp này thì không mang lại hiệu quả.
Để có thể ứng dụng điều khiển thích nghi vào điều khiển các hệ thực cần tìm
biện pháp nâng cao tính bền vững của hệ bằng cách các khác nhau
Hệ Điều khiển thích nghi bền vững điển hình gồm hai phần chính: bộ đánh giá
thông số và luật điều khiển vì vậy thiết kế hệ điều khiển thích nghi bền vững cũng
đi theo hai hƣớng sau đây:
+ Nghiên cứu các bộ đánh giá đặc biệt để đạt đƣợc tính bền vững của hệ.
+ Tìm các luật điều khiển bền vững để ứng dụng vào sơ đồ ĐKTN.
Đa số các hệ hệ ĐKTNBV đều đi theo hƣớng thứ hai là xây dựng các bộ
đánh giá đặc biệt trên cơ sở các bộ đánh giá kinh điển để đạt đƣợc tính bền vững
của hệ trong khi vẫn sử dụng luật điều khiển thông thƣờng.
Điều khển thích nghi các hệ phi tuyến là phƣơng pháp chiếm ƣu thế để điều
khiển các hệ tổng quát trong thực tế. Từ những năm 1995 trở lại đây hàng năm có
hàng trăm công trình của các nhà điều khiển học công bố về điều khiển phi tuyến
thích nghi. Điều khiển phi tuyến thích nghi thƣờng đƣợc ứng dụng để điều khiển
các hệ phi tuyến có tham số không biết trƣớc xuất hiện trong phƣơng trình vi phân
phi tuyến của hệ. Do tính phức tạp của hệ điều khiển các hệ phi tuyến, việc nghiên
cứu tính bền vững của hệ điều khiển phi tuyến thích nghi ít đƣợc quan tâm.
Các phƣơng pháp điều khiển tuyến tính khi đƣợc áp dụng vào hệ phi tuyến
đều có chung nhƣợc điểm là: Vùng ổn định của hệ đƣợc trang bị bộ điều khiển giảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-29-
đi. Hệ ĐKTN thƣờng không ổn định khi điều khiển hệ phi tuyến và thƣờng đƣợc
thiết kế cho các đối tƣợng nhận dạng đƣợc (mô hình hoá đƣợc) và biết rõ các thông
số của chúng.
Nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng pháp ĐKTN là hệ không bền vững đối với
nhiễu và các phần tử phi tuyến không thể mô hình hoá đƣợc. Nghĩa là vùng làm
việc của hệ bị thu hẹp đáng kể.
1.5 Kết luận chƣơng I
Phƣơng pháp Điều khiển thích nghi có nhiều ƣu điểm và đƣợc sử dụng để
điều khiển các hệ thống lớn trong thực tế. Hiện nay kỹ thuật ĐKTN đã đƣợc sử
dụng có kết quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt đƣợc ứng dụng điều khiển
các hệ thống lớn, phức tạp nhƣ:
+ Xử lý các vật liệu thô trong các máy nghiền, máy trộn.
+ Điều khiển lò sấy và xử lý nhiệt độ.
+ Điều khiển lò xi măng.
+ Điều khiển các hệ thống sản xuất hoá chất, rƣợu, bia.
+ Điều khiển tầu thuỷ, máy bay.
+ Điều khiển các hệ thống năng lƣợng, vũ khí.
+ Điều khiển các rôbốt công nghiệp (tay máy, ngƣời máy…).
Hệ thống ĐKTN có ƣu điểm về hiệu quả kinh tế kỹ thuật là cải thiện chất
lƣợng sản phẩm, gia tăng sản lƣợng, tiết kiệm năng lƣợng, giảm thời gian bảo
dƣỡng, phát hiện sớm hỏng hóc, luận chứng kinh tế vững chắc.
Bên cạnh những ƣu điểm trên thì ĐKTN còn có nhƣợc điểm là số lƣợng tính
toán lớn, đặc biệt là hệ không bền vững khi điều khiển hệ phi tuyến. Khi điều khiển
các hệ thực thì tính bền vững của hệ nhƣ phân tích ở trên là không đƣợc đảm bảo.
Các hệ thống cần điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến có chứa
các tham số không biết trƣớc, biến thiên theo thời gian và chứa phần tử phi tuyến
không thể mô hình hoá đƣợc, đồng thời trong quá trình làm việc hệ chịu ảnh hƣởng
của nhiễu đến hệ từ môi trƣờng. Khi ứng dụng ĐKTN điều khiển các hệ trên tính
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¨n Th¹c sü
-30-
bền vững của hệ không đƣợc đảm bảo. Vì vậy cần phải quan tâm tới nguyên nhân
làm hệ không bền vững từ đó tìm biện pháp khắc phục.
Để ĐKTN đƣợc ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả hơn nữa trong thực tế cần
tập trung nghiên cứu để nâng cao đƣợc tính bền vững cho hệ. Nghĩa là xây dựng
đƣợc bộ điều khiển thích nghi mà nó có thể ổn định không chỉ đối với một đối
tƣợng chuẩn mà nó có thể ổn định với một lớp đối tƣợng trong đó bao hàm cả đối
tƣợng chuẩn nói trên. Trong trƣờng hợp chung lớp đối tƣợng trên có thể có thông số
không biết trƣớc hoặc có thành phần động học không mô hình hoá đƣợc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Tải về để xem bản đầy đủ
89 trang
20/08/2024
460
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu nâng cao tính bền vững cho hệ điều khiển thích nghi khi điều khiển hệ phi tuyến có tham số biến thiên và chịu nhiễu tác động", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_nang_cao_tinh_ben_vung_cho_he_dieu_khien.pdf
