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

CHƢƠNG MỞ ĐẦU 11

CHƢƠNG 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 Phƣơng pháp MRAC trực tiếp 23

1.3.2 Phƣơng pháp MRAC gián tiếp 24

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

1.5 Kết luận chƣơng 1 29

CHƢƠNG 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 tƣợng phi tuyến 39

2.3.1 Hiện tƣợng 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 chƣơng 2 46

CHƢƠNG III. TỔNG HỢP HỆ ĐKTN BỀN VỮNG 47

3.1. Các luật Điều khiển thích nghi bền vững 49

3.1.1 Phƣơng pháp chiếu 50

3.1.2. Phƣơng pháp hiệu chỉnh “Khe hở” 50

3.1.3 Phƣơng pháp “vùng chết” 51

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

3.3 Kết luận của chƣơng III. 60

CHƢƠNG IV. BÀI TOÁN ỨNG DỤNG 62

1.1. Chọn đối tƣợng điều khiển 63

4.2 Nhận dạng đối tƣợng 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 chƣơng 4. 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

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 cầnthiết.

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.

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 09 năm 2009

Học viên

Hoàng Văn Tá

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 phƣơngpháp 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 trƣớccó 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.