Thạc Sĩ Nâng cao tính bền vững cho bộ điều khiển thích nghi phi tuyến khi tham số đối tượng thay đổi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


iv
MỤC LỤC
Lời cam đoan . i
Lời cảm ơn ii
Mục lục . iii
MỞ ĐẦU vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI . 2
1.1. Lịch sử phát triển của hệ diều khiển thích nghi. 2
1.2. Đặc điểm chung của hệ thống Điều khiển thích nghi. . 3
1.2.1. Định nghĩa. . 3
1.2.2. Cấu trúc hệ điều khiển thích nghi. . 3
1.2.3. Phân loại . 4
1.3. Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC) . 7
1.3.1. Phương pháp MRAC trực tiếp . 8
1.3.2. Phương pháp MRAC gián tiếp . 9
1.4. Hệ điều khiển thích nghi áp đặt cực – APPC . 10
1.5. Tính bền vững của bộ điều khiển thích nghi 11
1.5.1 Độ bất định của mô hình hệ phi tuyến 12
1.5.2 Điều khiển bền vững hệ phi tuyến . 17
1.5.3 Khả năng mất ổn định của hệ ĐKTN khi đối tượng phi tuyến . 19
1.6. Kết luận chương 1. . 24
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VÀ THÍCH NGHI BỀN
VỮNG . 27
2.1. Xây dựng hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu tổng quát cho hệ SISO
. 27
2.2. Thiết kế hệ điều khiển thích nghi cho mô hình có sai lệch 30
2.3. Xây dựng luật điều khiển thích nghi bền vững 31
2.3.1 Phương pháp SPR – Lyaponov với Leakage 32
2.3.2 Phương pháp Gradient với Leakage 38
2.4. Bộ điều khiển theo MRC với luật thích nghi bền vững . 39
2.5. Kết luận chương 2 45
CHƯƠNG 3: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH
RĂNG 47
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


v
3.1 Lựa chọn đối tượng điều khiển . 47
3.2 Đánh giá ảnh hưởng của bánh răng đến hệ truyền động. . 48
3.2.1 Sơ đồ tổng quát của hệ truyền động 48
3.2.2 Mô phỏng hoạt động của bánh răng . 48
3.2.3 Đánh giá quan hệ giữa các Moment trong hệ bánh răng 49
3.3 Thiết kế bộ điều khiển cho hệ truyền động qua bánh răng 51
3.3.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống . 51
3.3.2 Mô hình toán học của bộ chỉnh lưu 52
3.3.3 Máy phát tốc . 52
3.3.4 Biến dòng điện . 52
3.3.5 Động cơ điện một chiều . 53
3.3.6 Thiết kế mạch vòng dòng điện 55
3.3.7 Thiết kế mạch vòng điều khiển tốc độ . 56
3.4 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp thích nghi bền vững 58
3.5 Kết quả thí nghiệm
3.5.1 Giới thiệu về card DS1104 sử dụng trong hệ thống thí nghiệm
3.5.2 Cấu trúc phần cứng của DS1104 . 68
3.5.2.1 Cấu trúc tổng quan . 68
3.5.2.3 Phần mềm dSPACE . 71
3.5.2.4 Một số các tính năng cơ bản của Card DS1104 cho điều khiển chuyển
động 72
a. Điều khiển vị trí Encoder . 72
b. Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) . 72
c. Tạo ứng dụng với Control Desk 74
3.6 Kết luận chương 3 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 80
1. Kết luận: 80
2. Kiến nghị: 80
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


vi

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của đề tài.
Đề tài tập trung nghiên cứu - thiết kế các bộ điều khiển cho các hệ phi tuyến,
thoả mãn tính thích nghi đối với các tham số không biết trước thay đổi theo thời gian
và bền vững đối với nhiễu ảnh hưởng từ môi trường. Trong đó, các phần tử phi tuyến
không thể hoặc khó mô hình hoá. Bộ điều khiển được thiết kế sao cho tận dụng được
các ưu điểm của Điều khiển thích nghi và Điều khiển bền vững. Ứng dụng bộ điều
khiển đã thiết kế vào điều khiển hệ phi tuyến trong thực tế.
2. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay các bộ điều khiển trong thực tế chủ yếu sử dụng bộ điều khiển PID.
Bộ điều khiển PID với các tham số được lựa chọn phù hợp nói chung đáp ứng được
các yêu cầu của đối tượng điều khiển là tuyến tính. Tuy nhiên các hệ thống cần được
điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến, có chứa các tham số không biết trước
hoặc chứa các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất khó mô hình hóa trong việc xây
dựng hệ thống phương trình vi phân mô tả hệ. Các tham số không biết trước có thể là
hằng số hoặc biến thiên theo thời gian - Có thể là biến thiên chậm hoặc nhanh theo thời
gian. Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ cũng bị nhiễu tác động từ môi trường.
Điều khiển các hệ phi tuyến nói trên các bộ điều khiển PID thông thường nói
chung không đáp ứng được.
Khi cần thiết kế các bộ điều khiển có khả năng điều khiển các hệ phi tuyến và
chịu ảnh hưởng của nhiễu từ môi trường, thường được sử dụng lý thuyết điều khiển
hiện đại như : điều khiển tối ưu, điều khiển bền vững (ĐKBV) và điều khiển thích
nghi (ĐKTN).
Hệ điều khiển bền vững 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 phương pháp điều khiển bền vững ra đời. Các phương pháp
này nói chung đều dựa vào điều kiện ổn định biên do vậy chúng không thể tổng quát
được mà chỉ phù hợp cho các hệ cụ thể.
Trong trường hợp mà các tham số là thay đổi trong phạm vi nhỏ thì điều khiển
bền vững có thể áp dụng được. Ngược lại khi các giới hạn này là không biết trước thì
phương pháp điều khiển bền vững là không mang lại hiệu quả
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 lượng ra
của hệ đảm bảo các chỉ tiêu đó định. ĐKTN là kỹ thuật tự chỉnh theo thời gian thực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


vii
các bộ điều chỉnh nhằm duy trì đặc tính của đối tượng điều khiển nằm trong phạm
vi mong muốn trong khi thông số của đối tượng (Đã biết hoặc chưa biết) biến thiên
theo thời gian.
Đặc điểm chung của phương pháp này là luật điều khiển được thiết kế dựa trên
giả thiết là các tham số là biết trước. Sau đó tham số này được thay thế bởi nhận
dạng của chúng. Đây chính là phương pháp Điều khiển thích nghi cho các hệ tuyến
tính và được cải tiến để dùng cho các hệ phi tuyến.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp ĐKTN là hệ không bền vững đối với
nhiễu và các phần tử phi tuyến không thể mô hình hoá được. Ngoài ra các phương
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 phương pháp Điều khiển thích nghi bền vững (ĐKTNBV).
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 Vì vậy tôi chọn hướng nghiên cứu là :
“Nâng cao tính bền vững cho bộ điều khiển thích nghi phi tuyến khi tham số
đối tượng thay đổi”
3. Nội dung của luận văn
Nội dung của luận văn bao gồm những phần sau :
Chương 1 : Tổng quan về lý thuyết điều khiển thích nghi .
Nội dung của phần này là tìm hiểu những vấn đề chung về điều khiển thích nghi
và xét tính bền vững trong điều khiển thích nghi
Chương 2 :Thiết kế bộ điều khiển thích nghi và thích nghi bên vững
Nội dung chương 2 đưa ra các phương pháp tổng hợp hệ điều khiển thích nghi
bên vững và tập trung vào phương pháp tổng hợp hệ điều khiển thích nghi bền
vững theo mô hình mẫu
Chương 3: Nâng cao chất lượng của hệ truyền động bánh răng
Nội dung chương 3 là áp dụng phương pháp trên vào điều khiển thiết bị phi tuyến
trên thực tế mô hình động cơ một chiều với tải bánh răng.
Tiến hành kiểm tra đánh giá chất lượng bộ điều khiển bằng mô phỏng nhờ phần
mềm MATLAB – SIMULINK và chạy thực nghiệm trên phần mềm Cotrol Desk
Từ các kết quả thực nghiệm nhận được ta tiến hành đánh giá nội dung của
phương pháp và rút ra kết luận chung về đề tài.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


viii