Thạc Sĩ Nghiên cứu và ứng dụng điều khiển trượt

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng điều khiển trượt
Mô tả bị lỗi font vài chữ, tài liệu thì bình thường

MỤC LỤC
MỞ ðẦU . 1
CHƯƠNG I: ðIỀU KHIỂN TRƯỢT 2
1.1. ðiều khiển trượt 2
1.2. Ví dụ .4
1.3. ðộng học chế ñộtrượt .9
1.3.1. Hệthống tuyến tính 9
1.3.2. Hệthống phi tuyến .14
1.3.3. Hiện tượng lập bập 15
1.4. Thiết kế ñiều khiển chế ñộtrượt 19
1.4.1. ðiều kiện ñạt tới ñược 19
1.4.2. Tính bền vững 24
1.5. Quỹ ñạo và mô hình bám 26
1.5.1. Quỹ ñạo bám 26
1.5.2. Quỹ ñạo bám theo mô hình 28
1.6. Kết luận . 31
CHƯƠNG II: VI PHÂN ðIỀU KHIỂN TRƯỢT . 33
2.1. Lời giới thiệu . 33
2.2. Phương trình vi phân không liên tục và các vi phân 36
2.3. Các vi phân và các lời giải của Filippov . 39
2.4. Khảnăng tồn tại và tương ñươn .46
2.5. Kết luận 52
CHƯƠNG III: ðIỀU KHIỂN TRƯỢT BẬC CAO VÀ ỨNG DỤNG.53
3.1. ðịnh nghĩa chế ñộtrượt bậc cao 53
3.1.1. Chế ñộtrượt trên ña tạp 54
3.1.2. Chế ñộtrượt liên quan tới hàm ràng buộc . 55
3.2. Chế ñộtrượt bậc cao trong hệthống ñiều khiển 57
3.2.1. Ý tưởng trượt 57
3.2.2. Trượt thực tếvà ñộhội tụthời gian hữu hạn . 61
3.3. ðiều khiển trượt bậc hai 63
3.3.1. ðộng học trượt bậc hai 63
3.3.2. Thuật toán xoắn 67
3.3.3. Thuật toắn xoắn tuyệt ñối . 70
3.3.4. Ví dụ 72
3.4. Kết luận 74
KẾT LUẬN VÀ ðỀNGHỊ 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO. 77

MỞ ðẦU
ðiều khiển trượt (Sliding Mode Control-SMC) ñã ñược quan tâm nghiên
cứu rất nhiều vì việc thiết kế ñiều khiển trượt rất quan trọng. Khi ñiều kiện trượt
thoảmãn, ñiều khiển của chuyển ñộng ñộc lập không còn phụthuộc vào ñặc tính
ñộng học của hệ thống cũng như của nhiễu . Rất nhiều nghiên cứu ứng dụng
khác nhau sử dụng phương pháp ñiều khiển trượt ñể thiết kế ñiều khiển, xây
dựng qũy ñạo ñiều khiển, ñiều khiển bám theo mô hình và quan sát trượt .
Mục ñích chính của luận văn là giới thiệu các cơsởvà nguyên tắc thiết kếcơ
bản của ñiều khiển trượt, tính ñiều khiển tương ñương và ñộng học ở chế ñộ
trượt, tìm hiểu hiện tượng xảy ra trong chế ñộtrượt từ ñó ñưa ra các biện pháp
khắc phục, ñồng thời cũng nêu ra cơsởtoán học của ñiều khiển trượt ñó chính là
lời giải của Filippov liên quan tới bao hàm vi phân ñiều khiển trượt, từ ñó tìm
hiểu mởrộng chế ñộtrượt bậc cao. Những nghiên cứu cơbản này sẽ ñược minh
họa dựa trên ví dụcụthể.
Nội dung của luận văn bao gồm 3 chương:
Chương 1: ðiều khiển trượt.
Chương 2: Vi phân và ñiều khiển trượt.
Chương 3: ðiều khiển trượt bậc cao và ứng dụng.

CHƯƠNG I. ðIỀU KHIỂN TRƯỢT
1.1. ðiều khiển trượt
Mục ñích chính của chương này là giới thiệu các cơsởvà nguyên tắc thiết kế
cơbản của ñiều khiển trượt, tính ñiều khiển tương ñương và ñộng học ởchế ñộ
trượt. Những nghiên cứu cơbản này sẽ ñược minh họa dựa trên ví dụcụthể.
ðiều khiển trượt vềcơbản là ñiều khiển không liên tục. Vào thập niên 60 của
thế kỷ XX, ñiều khiển gián ñoạn( ñơn giản nhất ñược coi là dạng ñiều khiển
bang- bang) là ñối tượng nghiên cứu của các ngành cơkhí và ñiều khiển. Có thể
kểtên m ột sốtác giảnghiên cứu vềSMC: Công trình Hamel ởPháp, Cypkin và
Emelyanov ởNga nhằm giải thích m ột cách rõ ràng hiện tượng dao ñộng xuất
hiện trong hệthống ñiều khiển bang-bang. Những nghiên cứu ñầu tiên dành sự
quan tâm nhiều ñến việc phân tích sựxuất hiện của hiện tượng ñểcó thểvượt
qua, sau ñó nhanh chóng chuyển sang vấn ñềtổng hợp hệthống ñiều khiển này
theo nhiều cách khác nhau. Một trong sốhọ ñã tìm ra ñược sựliên quan ñến ñiều
khiển tối ưu ñộng, người khác lại phát hiện khảnăng tuyến tính hoá cũng như
tính bền vững của hệSMC. Trong trường hợp ñầu, sựkhông liên tục của tín hiệu
ñiều khiển xảy ra tại những thời ñiểm nhất ñịnh là nghiệm của bài toán biến
phân. Trong trường hợp thứhai, vấn ñề ñược quan tâm là việc lựa chọn tần số
cho tín hiệu ñiều khiển không liên tục. Tần sốchuy ển ñổi lớn hay bé phụthuộc
vào mô hình tuyến tính hoá. ðểbù ñặc tính phi tuy ến của ñối tượng có thểsử
dụng ñồthị Bode ñể xác ñịnh bộlọc và ñương nhiên phải sử dụng cả chế ñộ
trượt. Mặc dù cảhai phương pháp tiếp cận và các mục tiêu ñềra là khác nhau,
nhưng giữa chúng có rất nhiều ñiểm chung.
Vào ñầu năm 1962, dựa trên những ý tưởng của B. Hamel các nghiên cứu về
bù phi tuyến ñã ñược khởi xướng với mục ñích là ñểkhắc phục những hạn chế
trước ñó. Thông thường, các mạch này sẽtác ñộng của tín hiệu ñiều khiển phụ
thuộc giá trịcủa tín hiệu sai lệch xcủa hệthống phản hồi, ñược xác ñịnh bởi m ối
liên hệ:
Trong ñó F
1
, F
2
là các bộlọc tuyến tính thích hợp. Do ñó ñầu ra là hàm gián
ñoạn ñược ñiều chếbởi một hàm của x và ñạo hàm của nó. Dưới dạng ñơn giản
có thể ñưa ra ví dụ:
(1.1)
Và nó có thểthay thếcho bộ ñiều chỉnh PD kinh ñiển.
Dễdàng nhận thấy rằng, dưới sựxấp xỉcủa hàm ñiều hòa bậc một:
 Hệsốkhuếch ñại tương ñương của hệthống nhưvậy( với một sóng ñầu
vào là x = x
o
sinωt) sẽkhông phụthuộc vào biên ñộx
o
và chỉphụthuộc
vào tấn sốdao ñộng ω( như ñối với hệthống tuyến tính). Do ñó mạng có
tính chất gần tuyến tính (pseudo linear network).
 Tạo ra một hệcó pha vượt trước không làm tăng (hay giảm) biên ñộ ñộng.
Ví dụtrong trường hợp nêu trên, nếu φ(ω) là pha của 1+kp( pbiểu diễn toán
tửLaplace) tại ω, phần thực và phần ảo của bộkhuếch ñại tương ñương là:
ðồ thị hình 1.1. So sánh quỹ tích các ñiểm của khâu PD ñơn giản( ñường
chấm) và pha ñầu của mạng cổ ñiển( ñường nét mỏng), chỉ ra rằng trong giai
ñoạn ñầu của pha có sựgiảm ñộng học từ1 ñến 2/π

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung(2006) , Lý
thuyết ñiều khiển phi tuyến,NXB khoa học kỹthuật.
2. Nguyễn Doãn Phước (2005), Lý thuyết ñiều khiển nâng cao, NXB khoa
học kỹthuật.
3. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh ( 2001), Nhận dạng hệthống ñiều
khiển,NXB khoa học kỹthuật.
4. Neil Munro, Ph,D.,D.Sc.(2002), Sliding Mode Control In Engineering,
5. C.Edwards and S. Spurgeon , Sliding mode control : theory and
application,Taylor and Francis, 1998.