Thạc Sĩ Nghiên cứu nâng cao tính bền vững cho hệ Điều khiển thích nghi khi điều khiển hệ phi tuyến có tham s

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.

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.



MỤC LỤC


Lời cam đoan 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHưƠNG MỞ ĐẦU 11

CHưƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 14

1.1 Lịch sử phát triển của hệ Điều khiển thích nghi 15

1.2 Các sơ đồ Điều khiển thích nghi 17

1.2.1 ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại 19

1.2.2 Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu 19

1.2.3 Hệ ĐKTN tự chỉnh 20

1.3. Hệ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC) 23

1.3.1 Phương pháp MRAC trực tiếp 23

1.3.2 Phương pháp MRAC gián tiếp 24

1.4 Những khó khăn của ĐKTN khi đối tượng là phi tuyến 27

1.5 Kết luận chương 1 29

CHưƠNG II. TÍNH BỀN VỮNG CỦA HỆ ĐKTN 31

2.1 Độ bất định của mô hình hệ phi tuyến 32

2.1.1 Sai lệch có cấu trúc 33

2.1.2 Sai lệch không có cấu trúc 34

2.1.3 Mô hình tham số hoá 36

2.2 Điều khiển bền vững hệ phi tuyến 38

2.3 Khả năng mất ổn định của hệ ĐKTN khi đối tượng phi tuyến 39

2.3.1 Hiện tượng trôi tham số 40

2.3.2 Mất ổn định do hệ số lớn 41

2.3.3 Mất ổn định do tốc độ thích nghi nhanh 42

2.4 Điều khiển thích nghi bền vững 42

2.5. Kết luận chương 2 46

CHưƠNG III. TỔNG HỢP HỆ ĐKTN BỀN VỮNG 47

3.1. Các luật Điều khiển thích nghi bền vững 49

3.1.1 Phương pháp chiếu 50

3.1.2. Phương pháp hiệu chỉnh “Khe hở” 50

3.1.3 Phương pháp “vùng chết” 51

3.2 Hệ MRAC bền vững với các luật thích nghi chuẩn hoá 52

3.3 Kết luận của chương III. 60

CHưƠNG IV. BÀI TOÁN ỨNG DỤNG 62

1.1. Chọn đối tượng điều khiển 63

4.2 Nhận dạng đối tượng điều khiển 67

4.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 71

4.4 Khảo sát kết quả bằng mô phỏng 75

4.5 Kết luận của chương 4. 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Ý nghĩa

ĐKTN Điều khiển thích nghi

ĐKTNBV Điều khiển thích nghi bền vững

APPC Adaptive Pole Placement Control - Điều khiển vị trí thích ứng

SISO Single Input – Single Output - Đầu vào đơn - Đầu ra đơn

STR Self Tuning Regualator

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 Là các véc tơ trạng thái của mô hình mẫu và quá trình

Am, Bm 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 tượng


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


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tên các hình vẽ Trang
Hình 1.1 Câu truc chung cua hê điêu khiên thich nghi 18
Hình 1.2 Hê ĐKTN điêu chinh hê sô khuyêch đai 19
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRac 20
Hình 1.4 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gián tiếp: ISTR 21
Hình 1.5 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp: DSTR 22
Hình 1.6 Sơ đồ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp 24
Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp 2
Hình 2.1 Cấu trúc chung của hệ điều khiển 33
Hình 2.2 Mô tả sai lệch cộng 34
Hình 2.3 Biểu diễn sai lệch nhân 35
Hình 2.4 Các biểu diễn sai lệch số 36
Hình 2.5 Hệ thống kín tổng quát 38
Hình 2.6 Hệ ĐKTN bền vững 45

Hình 3.1 MRAC bền vững có động học không cấu trúc và có nhiễu giới 59
hạn
Hình 4.1 Sơ đồ động học của cơ cấu 63
Hình 4.2 Cơ cấu quấn dây 64
Hình 4.3 Quy luật thay đổi tốc độ của động cơ 65
Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc của MRAC có sai lệch mô hình và có nhiễu giới 66
hạn.
Hình 4.5 Sơ đồ thay thế của động cơ một chiều kích từ độc lập 67
Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc của động cơ khi từ thông không đổi 70
Hình 4.7 Sơ đồ khối mô tả mạch vòng dòng điện động cơ 70
Hình 4.8 Sơ đồ khối của mạch vòng tốc độ động cơ. 71
Hình 4.9 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ. 71
Hình 4.10 Sơ đồ mô phỏng SIMULINK của hệ thống. 77
Hình 4.11 Mô đun đối tượng điều khiển 77
Hình 4.12 Khối vectơ tín hiệu lọc . 78
Hình 4.13 Véc tơ tham số  của bộ điều khiển. 79
Hình 4.14 Khối mô đun chuẩn hoá 79
Hình 4.15 Mô đun điều khiển Up 80
Hình 4.16 Luật đánh giá vectơ tham số p của đối tượng 80
Hình 4.17 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc nhảy cấp 81
Hình 4.18 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi 82
Hình 4.19 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi 83
Hình 4.20 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi 84
Hình 4.21 Đặc tính ra của hệ khi r và Mc thay đổi 85
Hình 4.22 Đặc tính ra của hệ khi lượng thay đổi và chịu nhiễu 86