Thạc Sĩ Điều khiển tách kênh hệ tuyến tính bằng phản hồi đầu ra theo nguyên lý tách

LỜI MỞ ĐẦU

Điều khiển hệ thống là bài toán can thiệp vào đối tượng điều khiển để hiệu chỉnh, để biến đổi sao cho nó có chất lượng mong muốn. Kết quả của bài toán điều khiển có thể là một tín hiệu điều khiển thích hợp hoặc một bộ điều khiển tạo tín hiệu điều khiển thích hợp cho đối tượng. Các bộ điều khiển bao gồm các cấu trúc: Điều khiển hở, điều khiển phản hồi trạng thái, điều khiển phản hồi tín hiệu ra.
Có rất nhiều bộ điều khiển được ứng dụng thành công lại chỉ dùng được cho hệ SISO (ví dụ: bộ điều khiển PID). Để sử dụng các bộ điều khiển đó cho hệ MIMO, ta phải can thiệp sơ bộ trước vào hệ MIMO, biến một hệ thống MIMO thành nhiều hệ SISO với mỗi đầu ra chỉ phụ thuộc vào một tín hiệu đầu vào.
Bộ điều khiển phản hồi trạng thái có khả năng giữ được ổn định chất lượng mong muốn cho đối tượng dù trong qúa trình điều khiển luôn có những tác động nhiễu. Để ứng dụng tốt bộ điều khiển trạng thái trong việc điều khiển hệ thống MIMO, cần sử dụng kết hợp với bộ Quan sát trạng thái để có thể lấy chính xác và đầy đủ nhất các thông tin về chất lượng động học của đối tượng. Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết phải nghiên cứu trên, tác giả muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu khả năng kết hợp giữa bộ quan sát trạng thái với bộ điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh hệ MIMO tuyến tính để có được bộ điều khiển tách kênh phản hồi đầu ra.
Được sự hướng dẫn chỉ bảo của thầy PGS.TS Nguyễn Doãn Phước – Trưởng bộ môn Điều khiển tự động Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài:
ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH BẰNG PHẢN HỒI ĐẦU RA THEO NGUYÊN LÝ TÁCH
Đề tài nghiên cứu thành công sẽ chứng minh khả năng kết hợp giữa bộ quan sát trạng thái với bộ điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh hệ M MO tuyến tính. Nói cách khác, nó sẽ chứng minh được nguyên lý tách cũng đúng trong điều khiển tách kênh.
Dựa trên lý thuyết được nghiên cứu của đề tài sẽ thiết kế được bộ điều khiển cho một số đối tượng tuyến tính trong thực tế và hướng ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh cho các đối tượng tuyến tính trong các hệ thống tự động điều khiển quá trình sản xuất, đặc biệt là với các quá trình chưng cất.

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu đến nay bản luận văn của tôi đã được hoàn thành. Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Doãn Phước - Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp, người đã đưa ra hướng nghiên cứu tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tất cả các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nâng cao trình độ kiến thức.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình vừa qua.
Vì điều kiện về thời và khả năng của bản thân có hạn nên bản luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong các thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp góp ý sửa đổi, bổ xung thêm để bản luận văn thêm hoàn thiện.


Lời mở đầu
Mục lục

Mục lục 1
Chương 1. Tổng quan về bộ điều khiển tách kênh
1.1 Nội dung bài toán điều khiển tách kênh . 3
1.2 Hai phương pháp tách kênh cơ 4
bản .
Chương 2. Điều khiển tách kênh trong miền tần số và nhược điểm của nó
2.1 Mô hình ma trận hàm truyền 6
2.2 Đánh giá sự tương tác các kênh 11
Chương 3. Điều khiển tách kênh bằng phản hồi trạng thái
3.1 Điều khiển phản hồi trạng thái . 12
3.2 Thuật toán tìm các bộ điều khiển của bài toán tách kênh . 14
Chương 4. Quan sát trạng thái
4.1 Bộ quan sát Luenberger 25
4.1.1 Phân tích tính quan sát được . 25
4.1.1.1. Khái niệm quan sát được và quan sát được hoàn toàn . 25
4.1.1.2. Một số kết luận chung về tính quan sát được của hệ tuyến
tính . 26
4.1.1.3. Tính đối ngẫu và các tiêu chuẩn xét tính quan sát được của
hệ tham số hằng . 32
4.1.2 Bộ quan sát Luenberger . 35
4.1.2.1. Phương pháp thiết kế 35
4.1.2.2. Các phương pháp khác nhau phục vụ bài toán thiết kế bộ
điều khiển phản hồi trạng thái gán điểm cực 38 a. Phương pháp Ackermann 38 b. Phương pháp Roppenecker 40 c. Phương pháp Modal phản hồi trạng thái . 42

d. Bài toán điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu
Thiết kế bộ điều khiển LQR phản hồi dương 50
4.2 Các bộ quan sát trạng thái tuyến tính khác . 58
4.2.1 Bộ quan sát Kalman 58
4.2.2 Bộ điều khiển tối ưu phản hồi đầu ra LQG . 61
4.3 Kết luận về chất lượng hệ kín: NGUYÊN LÝ TÁCH . 63
Chương 5. Nghiên cứu khả năng ghép chung bộ điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh với bộ quan sát trạng thái
5.1 Mô phỏng hệ MIMO tuyến tính 2 đầu vào 2 đầu ra . 65
5.1.1 Đối tượng thứ nhất 65
5.1.2 Đối tượng thứ hai 70
5.2 Mô phỏng bộ điều khiển tách kênh cho đối tượng MIMO tuyến tính 75
5.2.1 Đối tượng thứ nhất 75
5.2.2 Đối tượng thứ hai 83
5.3 Mô phỏng bộ quan sát Luenberger cho đối tượng MIMO tuyến 91
tính .
5.3.1 Đối tượng thứ nhất 91
5.3.2 Đối tượng thứ hai 99
5.4 Nghiên cứu mô phỏng khả năng ghép chung bộ điều khiển phản hồi trạng
thái tách kênh với bộ quan sát trạng thái 105
5.4.1 Đối tượng thứ nhất 105
5.4.2 Đối tượng thứ hai 112

Kết luận . 119
Danh mục tài liệu tham khảo
Danh mục các hình vẽ, đồ thị sử dụng trong luận văn
Tóm tắt luận văn