Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay lĩnh vực điều khiển tự động ñã phát triển mạnh mẽ, các bộ điều khiển ñược xây dựng để điều khiển cho các đối tượng khác nhau, có thể đối tượng là tuyến tính, có thể là những đối tượng phi tuyến phức tạp… Do đó cần phải tìm kiếm các thuật toán điều khiển để đáp ứng nhu cầu thực tế. Phương pháp điều khiển hồi tiếp tuyến tính mờ thích nghi có ưu điểm so với phương pháp điều khiển kinh điển là ta không cần phải xác định chính xác mô hình đối tượng và bộ điều khiển có thể tự cập nhật các thay đổi thông số của mô hình.
-1- Chương 1: MỞ ðẦU 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN: Hiện lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng ñã phát triển mạnh mẽ, ñiều khiển ñược xây dựng ñể ñiều khiển cho ñối tượng khác nhau, ñối tượng tuyến tính, ñối tượng phi tuyến phức tạp… Do ñó cần phải tìm kiếm thuật toán ñiều khiển ñể ñáp ứng nhu cầu thực tế Trong vài thập niên gần ñây, có nhiều công trình nghiên cứu phương pháp ñể thiết kế ñiều khiển cho hệ phi tuyến Phân tích ñiều khiển hệ thống tuyến tính ñã ñược ñề cập nhiều công cụ lý thuyết tương ñối ñầy ñủ ñể ta tiếp cận hệ thống tuyến tính dễ dàng nhiên ña số ñối tượng ñiều khiển thực tế lại hệ phi tuyến tính, lý thuyết ñể áp dụng cho việc ñiều khiển hệ phi tuyến ñang trình nghiên cứu phát triển ñó công cụ lý thuyết ñể tiếp cận hệ phi tuyến trực tiếp thường hạn chế cách mà người ta thường hay làm ñể tiếp cận hệ phi tuyến cách ñó biến ñổi hệ tuyến tính sau ñó áp dụng phương pháp ñiều khiển tuyến tính Hầu hết phương pháp tiếp cận hệ phi tuyến cách tuyến tính hoá cổ ñiển ñều có chung quan ñiểm phải biết xác phương trình toán học mô tả hệ thống ñộng Tuy nhiên thực tế ñiều khó khăn ta mô tả hoàn toàn xác hệ thống phương trình toán học hay xác ñịnh ñược xác thông số hệ thống Nhiều hệ phi tuyến mà ñặc tính ñộng học tồn dạng kho liệu vào - dạng kinh nghiệm ño ñạc ñó không xác ñịnh ñược phương trình toán xác hệ thống Phương pháp ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính mờ thích nghi có ưu ñiểm so với phương pháp ñiều khiển kinh ñiển ta không cần phải xác ñịnh xác mô hình ñối tượng ñiều khiển tự cập nhật thay ñổi thông số mô hình Một hệ thống trình mức chất lỏng bao gồm nguồn cấp chất lỏng, ñường ống dẫn, van tay, bình mức Trong ñó van ñiều khiển, bình mức ñối tượng phi tuyến, tham số van ñiều khiển thay ñổi theo thời gian, tải trình (van xả) -2- phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ nên khó xác ñịnh trước Trong luận văn ta xây dựng ñối tượng thực tế ñể áp dụng giải thuật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính mờ thích nghi ñiều khiển chất lỏng ðối tượng ñược nghiên cứu ứng dụng giải thuật ñiều khiển luận văn hệ bồn nước ñôi Hệ thống ñược ứng dụng nhiều ngành công nghiệp công nghiệp hóa lọc dầu, công nghiệp hóa chất, công nghiệp xử lý nước, sản xuất giấy, sản xuất ñiện năng, ñiều khiển dung môi nhà máy sơn… 1.2 GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1.2.1 Mục ñích Trong phạm vi luận văn phương pháp ñiều khiển Hồi Tiếp Tuyến Tính Hoá theo phương pháp kinh ñiển thích nghi mờ ñược nghiên cứu ứng dụng ñể ñiều khiển hệ phi tuyến Các vấn ñề luận văn gồm có : • Nghiên cứu lý thuyết ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá • Nghiên cứu lý thuyết ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá thích nghi • Áp dụng phương pháp ñiều khiển hổi tiếp tuyến tính hoá cho ñối tượng phi tuyến • Mô kết ñiều khiển ñối tượng MatLab • Kiểm chứng kết mô thực nghiệm ñiều khiển ñối tượng thực 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu ñược áp dụng ñể thực luận án phân tích lý thuyết, mô máy tính áp dụng kết vào thực nghiệm Phân tích lý thuyết : Là nghiên cứu lý thuyết sở liên quan ñến việc thiết kế ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá, dựa sở lý thuyết phân tích cho mô hình cụ thể ñược sử dụng luận án Mô máy tính : Sau ñã xây dựng xong thuật toán ñều khiển dạng lý thuyết ta tiến hành mô Matlab ñể kiểm chứng hoạt -3- ñộng ñiều khiển, kết mô rút nhận xét thuật toán kinh nghiệm áp dụng ñiều khiển vào ñối tượng thực Áp dụng kết vào thực nghiệm: ðể kiểm chứng tính ñúng ñắn ñiều khiển thiết kế lý thuyết ta nhúng giải thuật ñiều khiển xuống vi sử lý khâu chấp hành ñể ñiều khiển ñối tượng thực, kết thực tế giúp ta nhìn nhận xác cho chất lượng ñiều khiển ñã ñược thiết kế 1.2.3 ðối tượng thực sử dụng ñề tài ðối tượng ñược nghiên cứu ñể kiểm chứng lý thuyết ñề tài hệ thống bồn nước kép nối tiếp (APPARATUS) hình (1.1), với cấu trúc ñối tượng ta cấu hình hệ thống thành dạng phi tuyến khác hệ SISO Hệ MIMO, dựa cấu hình ta nghiên cứu lý thuyết hồi tiếp tuyến tính hoá áp dụng ñiều khiển thực tế cho hệ SISO MIMO Cấu trúc chi tiết phần khí ñiều khiển ñối tượng thực ñược trình bày chương Hình 1.1: Cấu trúc hệ bồn nước kép 1.2.4 Cấu trúc luận văn Luận văn ñược tổ chức thứ tự theo chương mục sau: -4- Chương 1: MỞ ðẦU Giới thiệu tổng quan ñề tài nghiên cứu Chương 2: LÝ THUYẾT HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ VÀ THÍCH NGHI 2.1 HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ HỆ PHI TUYẾN 2.1.1 Hồi tiếp tuyến tính hoá hệ SISO 2.1.2 Hồi tiếp tuyến tính hoá hệ MIMO 2.2 ðIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ MỜ THÍCH NGHI 2.1 ðiều khiển mờ thích nghi gián tiếp 2.2 ðiều khiển mờ thích nghi trực tiếp Chương 3: THIẾT KẾ BỘ ðIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ MỜ THÍCH NGHI CHO HỆ BỒN NƯỚC ðÔI 3.1 XÂY DỰNG BỘ ðIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ MỜ THÍCH NGHI CHO HỆ SISO 3.1.1 Tuyến tính hóa hệ thống hồi tiếp 3.1.2 Xây dựng ñiều khiển LQR cho hệ thống hồi tiếp tuyến tính hóa hệ SISO 3.1.3 Xây dựng ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa mờ thích nghi hệ SISO 3.1.3.1 ðiều khiển mờ thích nghi gián tiếp IAC 3.1.3.2 ðiều khiển mờ thích nghi trực tiếp DAC 3.2 XÂY DỰNG BỘ ðIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ MỜ THÍCH NGHI CHO HỆ MIMO 3.2.1 Tuyến tính hoá hệ thống hồi tiếp 3.2.2 Xây dựng ñiều khiển gán cực bám cho hệ thống hồi tiếp tuyến tính hóa hệ MIMO 3.2.3 Xây dựng ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa mờ thích nghi hệ MIMO 3.2.3.1 Bộ ñiều khiển mờ thích nghi gián tiếp IAC_MIMO 3.2.3.2 Bộ ñiều khiển mờ thích nghi trực tiếp DAC_MIMO Chương : KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM THỰC TẾ 4.1 Thiết kế phần cứng cho hệ bồn nước kép 4.2 Kết kiểm nghiệm ñiều khiển hệ SISO 4.3 Kết kiểm nghiệm ñiều khiển hệ MIMO Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN -5- Chương 2: LÝ THUYẾT HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ MỜ THÍCH NGHI Hồi tiếp tuyến tính hoá phương pháp thiết kế ñiều khiển cho ñối tượng phi tuyến cực tiểu pha, Tổng quát kĩ thuật nhằm biến ñổi hệ phi tuyến thành hệ tuyến tính phương pháp hồi tiếp biến trạng thái biến ñổi hệ trục toạ ñộ Luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá xác ñược áp dụng ta biết ñược xác mô hình toán ñối tượng ñiều khó khăn thực tế phương trình toán học mô tả hoàn toàn xác hệ thống thực tế ñó lý thuyết hồi tiếp tuyến tính hoá thích nghi mờ ñược áp dụng ñể khắc phục ñiều Hiện ña số công trình ñiều khiển thích nghi hệ phi tuyến theo phương pháp hồi tiếp tuyến tính hoá ñều giả thiết chưa biết mô hình ñối tượng luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá ñược thực phương pháp nhận dạng Trong chương trình bày phần lý thuyết liên quan ñến phương pháp ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá cổ ñiển hồi tiếp tuyến tính hoá thích nghi Các lý thuyết ñược áp dụng việc thiết kế ñiều khiển cho hệ HTTTH chương sau 2.1 HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HOÁ HỆ PHI TUYẾN 2.1.1 Hồi tiếp tuyến tính hoá cho hệ SISO Xét hệ phi tuyến SISO mô tả phương trình trạng thái có dạng • x = f ( x ) + g ( x)u y = h( x) x = x1 x n T (2.1) - vector trạng thái hệ thống - tín hiệu vào hệ thống y(t) - tín hiệu hệ thống f(x) , g(x) - Hàm phi tuyến mô tả ñặc tính ñộng học hệ thống h(x) - Hàm mô tả quan hệ biến trạng thái ngõ ðạo hàm Lie -6- ðạo hàm Lie hàm h(x) : theo hướng hàm f(x) : kí hiệu ñược ñịnh nghĩa sau : (2.2) ðạo hàm Lie bậc n ñược ñịnh nghĩa theo qui tắc ñệ qui : Lnf h( x) = ∂( Lnf−1h( x)) ∂(h( x) T ∂(h( x) f ( x) = , , f ( x1 ), , f ( xn ) ∂x ∂xn ∂x1 2.3) với L0f h( x) = h( x) ðạo hàm Lie hàm h(x) theo hướng f(x) sau ñó theo hướng g(x) : Lg L f h( x) = ∂( Lg h( x)) f ( x) ∂x (2.4) Luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá • y= ∂h • x = L1f h( x) + Lg h( x)u ∂x •• y = L2f h + Lg ( L1f h)u = L2f h Nếu Lg h( x) = Nếu Lg ( L1f h) = Ta tiếp tục lấy ñạo hàm y ñến xuất tín hiệu ñiều khiển u y (r ) = Lrf h + Lg ( Lrf−1h)u = v Nếu Lg ( Lrf−1h) ≠ (2.5) Ta nói hệ thống có bậc tương ñối r Lg ( Lrf−1h) ≠ 0; Lg L f h( x) Lg Lpf −2 h( x) = ðặt : α ( x) = Lrf h β ( x) = Lg ( Lrf−1h) (2.6) Phương trình (2.5) ñược viết lại sau : y (r ) = Lrf h + Lg ( Lrf−1h)u = α ( x) + β ( x)u ≡ v(t ) (2.7) Trong thực tế có nhiều ñối tượng ñiều khiển ñược mô tả phương trình (2.7) Vấn ñề ñặt thiết kế ñiều khiển cho tín hiệu y(t) bám theo tín hiệu mong muốn yd(t) -7- Một cách tiêu biểu ñể thực việc ñiều khiển sử dụng luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá ñược rút từ phương trình (2.7) u= −α ( x) + v(t ) β ( x) (2.8) Với v(t) tín hiệu vào hệ thống tuyến tính hoá hồi tiếp Với luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá hệ thống phi tuyến trở thành hệ thống tuyến tính bậc r với ngõ vào v(t), quan hệ vào hệ thống hình sau Y (s) = V (s) s r (2.9) Vector tín hiệu vào hệ thống tuyến tính hoá ñược ñịnh nghĩa : − v(t ) = ym( r ) + e s + η es (2.10) − Trong ñó η hệ số dương es es ñược ñịnh nghĩa sau - es = e0r −1 + k1e0r − + kr −1e0 _ • • - e s = e s − e0r = k1e0r −1 + kr −1 e0 (2.11) - e0 = ym (t ) − y (t ) e0 sai số ngõ es sai số bám Các hệ số k1 ñược chọn cho thoả ña thức Hurwitz : ∆( s) = s r −1 + k1s r − + kr −2 s + kr −1 (2.12) tức nghiệm phương trình (2.12) có cực nằm bên trái mặt phẳng phức ðể xác ñịnh luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá (2.8) ta cần có giả thiết sau : Giả thiết 2.1 : Hàm β ( x) thoả mãn < β ( x) ≤ ∞ Giả thiết 2.2 : ∀x -8- Quỹ ñạo chuẩn mong muốn ym (t ) khả vi liên tục bị chặn ñến bậc r Ta có : − y ( r ) = v(t ) = ym( r ) + e s + η es (2.13) Kết hợp (2.11) (2.13) ta dược − e0( r ) + e s + η es = (2.14) Từ (2.14) (2.11) ta suy ñặc tính ñộng học sai số bám • e s + η es = (2.15) Chọn hàm Lyapunov V = es2 (2.16) ðạo hàm hàm Lyapunov theo thời gian ñể ý (2.15) ta ñược • • V = es e s = −η es2 ≤ (2.17) • Do V ≤ nên hệ thống hồi tiếp tuyến tính hoá ổn ñịnh , ñó es → t → ∞ Do (2.11), (2.12) suy e0 → t → ∞ tức tín hiệu y (t) tiệm cận theo tín hiệu chuẩn ym(t) với tín hiệu vào v(t) ñược chọn (2.10) luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá (2.8) hệ thống có tín hiệu bám theo tín hiệu mong muốn Hệ phi tuyến (2.1) có bậc n sau thực luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá hệ thống trở thành hệ tuyến tính bậc r, sau áp dụng luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá hệ thống có n-r biến trạng thái không quan sát ñược Ta áp dụng ñược luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá (2.8) biến trạng thái không quan sát ñược bị chặn trình hệ thống hoạt ñộng Do ñó thiết kế ñiều khiển cho hệ thống hồi tiếp tuyến tính hoá ta phải xem xét dao ñộng bên hệ thống, phương pháp ñể thực việc ñó khảo sát ñộng học không hệ thống Các bước khảo sát ñộng học không cho hệ phi tuyến ñược tóm tắt ngắn gọn sau : - Luật ñiều khiển HTTTH : u = −α ( x) + v(t ) β ( x) -9- - Hệ thống sau tuyến tính : y r = v - Khảo sát ñộng học không (Zero dynamic) Triệt tiêu tín hiệu vào v(t) = Triệt tiêu biến trạng thái quan sát ñược: p −1 • y = y = y = Ta ñược hệ thống tương ứng với biến trạng thái không quan sát ñược Nếu hệ thống ổn ñịnh hệ thống cực tiểu pha Ta áp dụng luật ñiều khiển (2.8) Trong thực tế việc thực luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá xác theo công thức (2.8) tương ñối khó khăn ta khó xác ñịnh xác hàm α ( x); β ( x) từ phương trình toán học mô tả hệ thống ðể khắc phục ñiều ta phải ñi tìm thuật toán ñể nhận dạng luật ñiều khiển xác Có hai cách ñể thực toán cách thứ nhận dạng trực tuyến thành phần α ( x); β ( x) hàm sau ñó thực luật ñiều khiển (2.8) cách gọi ñiều khiển thích nghi gián tiếp (IAC- Indirect adaptive control) Cách thứ hai nhận dạng trực tiếp luật ñiều khiển lý tưởng u* , cách gọi ñiều khiển thích nghi trực tiếp ( DAC- Direct adaptive control ) 2.1.2 Hồi tiếp tuyến tính hoá cho hệ MIMO Xem xét hệ phi tuyến MIMO vuông ( số ngõ vào số ngõ m ) sau: m • giui x = f ( x) + i = T y = h h m ∑ • (2.18) m y (k ) = L f (hk ) + ∑ Lgi (hk )ui i =1 Với rk bậc tương ñối hệ thống ứng với ngõ ñó: Lgi ( Lrfk −1hk ) ≠ ðặt J(x) ma trận mxm sau : (2.19) - 10 - L ( Lr1 −1h ) Lgm ( Lrfk −1hk ) g1 f J ( x) = r −1 Lg ( Lrfm −1hm ) Lgm ( L fmk hmk ) (2.20) J(x) ñược gọi ma trận phân tách (Decoupling Matrix) giả sử J(x) không suy biến Hệ thống hồi tiếp tuyến tính hoá MIMO có m ngõ m ngõ vào, bậc tương ñối ngõ ngõ vào tương ứng rk ñó ma trận ñạo hàm ngõ hệ thống ñược ñịnh nghĩa sau: ðặt vector : d r1 y r1 dt r y = ; y r vector mx1 r d m ym dt rm (2.21) Lr1 h f 1 l ( x) = ; l(x) vector mx1 rm L f hm (2.22) Ta rút ñược : y r = l ( x) + J ( x)u ≡ v (2.23) y r = l ( x) + J ( x)u ≡ v (2.24) T Trong ñó v = v1 vm vector (mx1) tín hiệu vào cho hệ thống sau ñược tuyến tính hoá d r1 y r1 = v1 dt rm d ym = v dt rm (2.25) Luật ñiều khiển hồi tiếp tuyến tính hoá cho hệ MIMO ñược tính theo công thức (2.26) - 81 - Nhận xét : Kết thực tế cho thấy ñiều khiển LQR ñiều khiển tốt hệ bồn nước kép tuyến tính hoá hồi tiếp, ñáp ứng hệ thống tương ñối tốt, vọt lố nhỏ Bộ ñiều khiển LQR nhạy với nhiễu so với ñiều khiển PD, mực chất lỏng bồn dao ñộng nhiên tín hiệu Up cấp cho ñộng nhuyễn nên khó ñiều chế Trong phần ta ñã nhúng ñiều khiển Tracking Error, PID, LQR ñể ñiều khiển cho ñối tượng thực Kết kiểm nghiệm thực tế cho thấy hệ thống sau hồi tiếp tuyến tính hoá ñược ñiều khiển tốt ñiều khiển tuyến tính kinh ñiển Kết ñiều khiển thực tế tương ñối giống với lý thuyết nhiên thông số ñiều khiển ñược chọn lại khác với thông số mô ảnh hưởng nhiễu yếu tố khác 4.2.2 Bộ ðiều Khiển Thích Nghi Gián Tiếp IAC Cấu trúc sơ ñồ ñiều khiển IAC_SISO ñiều khiển ñối tượng thực hình sau : Hình 4.29: Cấu trúc ñiều khiển IAC_SISO thực tế - 82 - Các thông số hệ thống thực ñược chọn là: - Ma trận trọng số hàm Lyapunov : Qa = 4000 * I ; Qb = 2000 * I - Chế ñộ ñiều khiển trượt : Dα = 0.2; Dβ = 0.2; β = 0.02 − Cho hệ thống chạy thời gian thực 250s Dữ liệu ñược thu thập vào máy tính thông qua cổng USB phương thức truyền thông nối tiếp SCI phần trước Trong trình ñiều khiển mô hình thực ta thay ñổi tiết diện van xả a2 ñể kiểm tra tính thích nghi hệ thống 45 Muc chat long bon Muc chat long tham chieu bon chieu cao muc chat long bon 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 sample x 10 Hình 4.30: Mực chất lỏng thực tế bồn – ñiều khiển IAC 60 chieucaomuc chat longtrongbon1 Muc chat long bon 50 40 30 20 10 0 0.5 1.5 sample Hình 4.31: Mực chất lỏng bồn 2.5 x 10 - 83 - 14 Tin hieu dieu khien Up TinhieudienapcapchoPum p 12 10 -2 0.5 1.5 sample 2.5 x 10 Hình 4.32: Tín hiệu ñiều khiển bơm Up- BðK IAC Nhận xét :Nhúng ñiều khiển IAC_SISO ñiều khiển ñối tượng thực cho thấy hệ thống ñáp ứng tốt, mực chất lỏng bồn bám sát theo tín hiệu ñặt, ñáp ứng nhanh, vọt lố ổn ñịnh Hệ thống tự thích nghi thay ñổi tiết diện van xả trình hoạt ñộng Kết thực tế thu ñược giống với lý thyết mô 4.2.3 Bộ ðiều khiển Thích Nghi Trực Tiếp DAC: Sơ ñồ ñiều khiển thích nghi trực tiếp DAC cho ñối tượng thực ñược xây dựng sau Hình 4.33: Bộ ñiều khiển thích nghi DAC_SISO thực tế - 84 - Kết thực tế thu ñược 45 Muc chat long bon Muc chat long tham chieu bon chieu cao muc chat long bon 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 sample x 10 Hình 4.34: Mực chất lỏng thực tế bồn ñiều khiển DAC 60 chieucaom ucchat longtrongbon1 Muc chat long bon 50 40 30 20 10 0 0.5 1.5 sample 2.5 x 10 Hình 4.35: Mực chất lỏng thực tế bồn 14 Tin hieu dieu khien Up T inh ie ud ie na pca pch oP u m p 12 10 -2 0.5 1.5 sample 2.5 x 10 Hình 4.36: Tín hiệu thực ñiều khiển bơm Up-bộ ñiều khiển DAC - 85 - Nhận xét : Kết ñiều khiển hệ bồn nước kép ñiều khiển thích nghi trực tiếp DAC_SISO ta thấy hệ thống ñáp ứng tốt Mực chất lỏng bồn bám sát theo tín hiệu ñặt, hệ thống ñáp ứng nhanh vọt lố ổn ñịnh Khi thay ñổi tiết diện van xả hệ thống tự cập nhật thông số ñối tượng ñó tín hiệu bám sát theo tín hiệu ñặt hệ thống hoạt ñộng ổn ñịnh Kết kiểm nghiệm thực tế giống với lý thuyết 4.3 KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM CÁC BỘ ðIỀU KHIỂN HỆ MIMO 4.3.1 Bộ ðiều Khiển Gán Cực Bám _MIMO Sơ ñồ ñiều khiển Tracking Error _MIMO ñiều khiển ñối tượng thực ñây Hình 4.37: Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển Gán cực bám_MIMO - Các khối chức phương pháp thu thập liệu tương tự ñiều khiển gán cực bám cho hệ SISO - 86 - Kết thực tế thu ñược 45 Muc chat long bon Muc chat long tham chieu bon ch ie uca om u cch a t lo n gtro n gb o n1 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 sample x 10 Hình 4.38: Mực chất lỏng bồn 1- BðK Gán cực bám _MIMO 45 Muc c hat long bon Muc c hat long tham chieu bon c h ie uc a o m u cc h a tlo n gtr o n gb o n2 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 s ample x 10 Hình 4.39: Mực chất lỏng bồn 2- ñiều khiển Gán cực bám _MIMO 14 Tin hieu dieu khien Up1 T inh ie ud ie na pc a pc h oP u m p 12 10 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 sample 1.2 1.4 1.6 1.8 x 10 Hình 4.40: Tín hiệu thực ñiều khiển bơm1 Up1- ñiều khiển gán cực bám_MIMO 14 Tin hieu dieu k hien Up2 T inh ie ud ie na pc a pc h oP u m p 12 10 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 s ample 1.2 1.4 1.6 1.8 x 10 Hình 4.41: Tín hiệu thực ñiều khiển bơm2 Up2-bộ ñiều khiển gán cực bám_MIMO - 87 - Nhận xét: Kết dùng ñiều khiển gán cực bám_MIMO ñiều khiển ñối tượng thực cho thấy hệ thống ñáp ứng tốt nhiên tồn sai số nhỏ dao ñộng ñiều khiển nhạy với tác ñộng nhiễu 4.3.2 Bộ ðiều Khiển Thích Nghi Gián Tiếp IAC_MIMO Sơ ñồ ñiều khiển IAC_MIMO cho ñối tượng thực Hình 4.42: Sơ ñồ ñiều khiển IAC_MIMO thực tế Các khối chức của hệ thống IAC_MIMO tương tự ñiều khiển IAC_SISO ñược trình bày phần trước Kết thực tế thu ñược - 88 - Hình 4.43: Mực chất lỏng bồn – ñiều khiển IAC_MIMO 45 Muc chat long bon Muc chat long tham chieu bon c h ie uc a om u cc h a tlo n gtro n gb o n2 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 sample x 10 Hình 4.44: Mực chất lỏng bồn – ñiều khiển IAC_MIMO 14 Tin hieu dieu khien Up1 T inh ie ud ie na pc a pc h oP u m p 12 10 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 thoi gian dap ung t(s)=sample x 0.01 1.6 1.8 x 10 Hình 4.45: Tín hiệu ñiều khiển bơm Up1- ñiều khiển IAC_MIMO 14 Tin hieu dieu khien Up2 T inh ieud ie napcapch oP u m p2 12 10 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 thoi gian dap ung t(s)=sample x 0.01 1.6 1.8 x 10 Hình 4.46: Tín hiệu ñiều khiển bơm Up2- BðK IAC_MIMO - 89 - Nhận xét : Kết thu ñược ñiều khiển hệ thống thực ñiều khiển IAC_MIMO thời gian thực cho thấy ñáp ứng hệ thống tương ñối tốt Mực nước hai bồn bám theo tín hiệu ñặt Tuy nhiên tính ổn ñịnh hệ thống chưa cao mực nước bồn dao ñộng nguyên nhân thông số tuỳ chọn hệ thống chưa ñược chọn cách tối ưu ðối với việc thiết kế ñiều khiển IAC_MIMO có nhiều thông số mà ta phải tự chọn ñể hệ thống ổn ñịnh ñáp ứng tốt nhiên ñiều khó khăn ta khó lựa chọn tối ưu tất thông số phải thử sai nhiều lần 4.3.3 Bộ ðiều Khiển Thích Nghi Trực Tiếp (DAC_MIMO) Cấu trúc ñiều khiển DAC thực tế ñược xây dựng thư viện Realtime workshop Target support Hình 4.47: Cấu trúc ñiều khiển DAC- MIMO thực tế - 90 - - Trong trình hoạt ñộng ñiều khiển ta ñiều chỉnh tiết diện valve xả a2 ñể kiểm tra tính thích nghi hệ thống Kết thực tế thu ñược 45 Muc chat long bon Muc chat long tham chieu bon chieucaomuc chat longtrongbon1 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 sample x 10 Hình 4.48: Mực chất lỏng bồn – ñiều khiển DAC_MIMO 45 Muc chat long bon Muc chat long tham chieu bon chieu cao muc chat long bon 40 35 30 25 20 15 10 0 0.5 1.5 sample Hình 4.49: Mực chất lỏng bồn – BðK DAC_MIMO 2.5 x 10 - 91 - 14 Tin hieu dieu khien Up1 Tin hieu dien ap cap cho Pump1 12 10 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 sample 1.2 1.4 1.6 1.8 x 10 Hình 4.50: Tín hiệu ñiều khiển bơm1 Up1 - ñiều khiển DAC_MIMO 14 Tin hieu dieu khien Up2 Tin hieu dien ap cap cho Pump2 12 10 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 sample 1.2 1.4 1.6 1.8 x 10 Hình 4.51: Tín hiệu ñiều khiển bơm2 Up2-bộ ñiều khiển DAC_MIMO - 92 - Nhận xét : Kết thu ñược nhúng ñiều khiển DAC_MIMO ñiều khiển ñối tượng thực cho thấy ñáp ứng hệ thống tốt, tín hiệu bám sát theo tín hiệu ñặt hệ thống có tính ổn ñịnh cao Theo sơ ñồ khối hệ thống DAC_SISO cho thấy thông số ñiều khiển ñược chỉnh ñịnh trực tiếp bẳng hệ mờ mạng thần kinh mà nhận dạng mô hình ñối tượng ñiều làm cho ñiều khiển DAC có cấu trúc ñơn giản mà lại ñạt hiểu cao so với ñiều khiển IAC Thực nghiệm cho thấy ñiều khiển DAC dễ ñều chỉnh nhạy với nhiễu ñiều khiển IAC Tóm tắt chương : Trong chương ta ñã thực nhúng ñiều khiển xuống vi xử lý ñể ñiều khiển ñối tượng thực Kiểm nghiệm thực tế cho thấy ñiều khiển kinh ñiển thích nghi ñều ñiều khiển ñối tượng phi tuyến hồi tiếp tuyến tính hoá cho kết tốt Các ñiều khiển kinh ñiển hoạt ñộng xác ta xác ñịnh ñược thông số mô hình tương ñối xác tác ñộng nhiễu nhỏ Các ñiều khiển thích nghi có khả tự cập nhật thay ñổi thông số mô hình trình hoạt ñộng chất lượng ñiều khiển bị ảnh hưởng nhiễu so với ñiều khiển kinh ñiển - 93 - Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong phạm vi luận văn, phương pháp ñiều khiển tuyến tính hoá vào ñược thực theo phương pháp kinh ñiển thích nghi Các vấn ñề ñã ñược nghiên cứu luận văn bao gồm : Nghiên cứu lý thuyết hồi tiếp tuyến tính hoá cho hệ SISO MIMO Thiết kế ñiều khiển kinh ñiển thích nghi cho hệ hồi tiếp tiếp tuyến tính hoá Mô ñiều khiển Matlab Áp dụng ñiều khiển ñã thiết kế vào ñiều khiển ñối tượng thực ñể kiểm chứng lý thuyết thực nghiệm Các kết mô thực tế cho thấy hệ phi tuyến cực tiểu pha tuyến tính hoá hồi tiếp ñiều khiển ñược nhiều giải thuật khác Hai phương pháp ñiều khiển kinh ñiển thích nghi ñược áp dụng luận văn ñể ñiều khiển hệ thống hồi tiếp tuyến tính hoá ñều cho kết tốt, ưu ñiểm phương pháp ñiều khiển thích nghi mờ so với phương pháp ñiều khiển kinh ñiển ta không cần phải xác ñịnh xác mô hình ñối tượng ñiều khiển tự cập nhật thay ñổi thông số mô hình Thực nghiệm áp dụng ñiều khiển vào ñiều khiển ñối tượng thực cho thấy ñiều khiển thích nghi hoạt ñộng tương ñối ổn ñịnh nhạy với nhiễu ñiều khiển kinh ñiển Hiện ñã có nhiều lý thuyết ñã ñược xây dựng áp dụng ñể làm tăng tính thích nghi ổn ñịnh bền vững ñiều khiển thích nghi cách kết hợp ñiều khiển thích nghi với phương pháp ñiều khiển bền vững H H2 ,Qui hoạch ñộng Belman……., kết hợp tạo ñiều khiển thích nghi chất lượng cao Một số hạn chế luận văn ñó chưa kết hợp ñược cách tối ưu ñiều khiển thích nghi bền vững ñó tính thích nghi ổn ñịnh ñiều khiển thích nghi chưa cao, bên cạnh ñó việc lựa chọn thông số cho ñiều khiển hầu hết ñược tiến hành theo phương pháp thử sai ñó thông - 94 - số ñược chọn lựa tối ưu Hướng phát triển ñề tài xây dựng ñiều khiển thích nghi kết hợp với bền vững ñồng thời phát triển giải thuật tìm kiếm thông số tối ưu cho ñiều khiển sử dụng giải thuật di truyền ñể ñạt ñược ñiều khiển thích nghi bền vững chất lượng cao - 95 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Dương Hoài Nghĩa “ ðiều khiển hệ thống ña biến “NXB ðại Học Quốc Gia Huỳnh Thái Hoàng, “Hệ thống ñiều khiển thông minh”, NXB ðại Học Quốc Gia TP.HCM, 2006 Huỳnh Thái Hoàng “Mô hình hoá nhận dạng hệ thống’’ Huỳnh Thái Hoàng “ thuật toán tối ưu bền vững ñể nhận dạng ñiều khiển tối ưu hệ thống ñộng” Luận án tiến sĩ kĩ thuật 2005 Nguyễn Thị Phương Hà – Huỳnh Thái Hoàng- Lý thuyết ñiều khiển tự ñộng Nguyễn Vĩnh Hảo” ðiều khiển thích nghi hệ thống ñộng” Luận văn thạc sĩ kĩ thuật 2005 Nguyễn ðức Thành (2004), Matlab ứng dụng ñiều khiển, Nhà xuất ðại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh Tiếng anh B S Chen, C H Lee, and Y C Chang, “H∞ tracking design of uncertain nonlinear SISO systems: Adaptive fuzzy approach,” IEEE Trans Fuzzy Syst., vol 4, pp 32–43, 1996 N Essounbouli, A Hamzaoui, and J Zaytoon, “An improve robust adaptive fuzzy controller for MIMO systems”, Control and Intelligent Systems 10 Kevin M Passino ,” Stable Multi-Input Multi-Output Adaptive Fuzzy/Neural Control”, IEEE Trans On Fuzzy Systems, Vol 7, No 3, June 1999 10 Yeong-Chan Chang, “Robust tracking control for nonlinear MIMO systems via fuzzy approache”, Automatica 36 (2000) 1535-1545