Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 5 LỜI MỞ ĐẦU 6 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 10 CHƯƠNG 1. ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO BỀN VỮNG CHO LỚP HỆ PHI TUYẾN CHỊU NHIỄU PHỤ THUỘC TRẠNG THÁI 1 1. Đặt vấn đề.......................................................................................................1 2. Điều khiển bền vững dự báo cho mô hình phi tuyến có nhiễu phụ thuộc biến trạng thái ........................................................................................................................3 3. Áp dụng phương pháp điều khiển dự báo bền vững......................................10 4. Mô phỏng......................................................................................................13 CHƯƠNG 2. ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG H∞ CHO HỆ CON LẮC NGƯỢC TỰ CÂN BẰNG HAI BÁNH XE 16 1. Đặt vấn đề.....................................................................................................16 2. Mô hình động học hệ con lắc ngược 2 bánh xe.............................................17 3. Thiết kế điều khiển cho góc heading.............................................................19 4. Thiết kế phản hồi trạng thái, đầu vào ảo và bền vững H vô cùng cho góc tilt và vị trí ......................................................................................................................21 5. Mô phỏng......................................................................................................26 CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG CHO HỆ CON LẮC NGƯỢC TỰ CÂN BẰNG HAI BÁNH XE 30 1. Đặt vấn đề.....................................................................................................30 2. Mô hình Newton Euler cho hệ con lăc ngược 2 bánh xe...............................31 3. Thiết kế điều khiển thích nghi bền vững cho con lắc ngược tự cân bằng hai bánh xe ......................................................................................................................35 4. Mô phỏng......................................................................................................41 viii CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO HỆ XE KÉO TRACTOR TRAILER 44 1. Đặt vấn đề.....................................................................................................44 2. Mô hình Euler Lagrange cho hệ xe kéo........................................................45 3. Thiết kế điều khiển bám quỹ đạo..................................................................48 4. Mô phỏng......................................................................................................55 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 58 1. Kết luận........................................................................................................58 2. Hướng nghiên cứu trong tương lai................................................................58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 5
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU, THÍCH NGHI BỀN VỮNG CHO MỘT SỐ HỆ HỤT CƠ CẤU CHẤP HÀNH Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Lớp MSSV : TS Đào Phương Nam : Nguyễn Anh Tùng : KSTN – ĐKTĐ – K58 : 20134410 Hà Nội – Năm 2018 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -***- Độc lập-Tự do-Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Nguyễn Anh Tùng Khóa: 58 Viện: Điện Ngành: Điều khiển & Tự động hóa Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU, THÍCH NGHI BỀN VỮNG CHO MỘT SỐ HỆ HỤT CƠ CẤU CHẤP HÀNH Nội dung thiết kế: Nội dung đồ án với đề tài “Điều khiển tối ưu, thích nghi bền vững cho số hệ hụt cấu chấp hành” tập trung nghiên cứu thiết kế thuật toán điều khiển dự báo áp dụng cho số hệ phi tuyến chịu tác động nhiễu phụ thuộc biến trạng thái thuật toán điều khiển thích nghi – bền vững cho số hệ hụt cấu chấp hành Hệ hụt cấu chấp hành xét đến đồ án hệ thống có số biến điều khiển so với số biến cần điều khiển, dẫn đến khó khăn việc thiết kế luật điều khiển Phần đầu đồ án xây dựng thuật toán tổng quát điều khiển dự báo bền vững dựa mơ hình hệ phi tuyến cho lớp hệ phi tuyến bị tác động nhiễu bên ngồi có phụ thuộc biến trạng thái dựa kĩ thuật bất đẳng thức ma trận tuyến tính với mục tiêu điều khiển ổn định tiệm cận từ trạng thái đầu Để kiểm chứng cho tính hữu dụng thuật tốn tác giả sử dụng mơ hình hệ lắc ngược ba chiều cẩu treo ba chiều hệ có hai biến điều khiển bốn điều cần điều khiển để áp dụng thuật tốn, có kết mơ khả quan Phần thứ hai thứ ba đồ án xây dựng luật điều khiển bền vững H vô thích nghi bền vững cho hệ lắc ngược tự cân hai bánh xe bám quỹ đạo cho trước, với giới hạn xây dựng luật điều khiển cho vòng hệ với hai biến điều khiển ba biến cần điều khiển với mục tiêu điều khiển cân lắc biến vị trí ii quỹ đạo cho trước Phần thứ tư đồ án xây dựng điều khiển thích nghi cho hệ xe kéo bao gồm xe chủ xe tớ với mục tiêu điều khiển tác động hai biến điều khiển vào hai bánh xe xe chủ (một biến góc) để đưa xe tớ (hai biến vị trí biến góc) theo quỹ đạo cho trước với giả sử số tham số hệ thống trước Các vẽ đồ thị (ghi rõ loại vẽ kích thước vẽ- có): ……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………… Cán hướng dẫn: Phần Họ tên cán ……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………… ……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………… Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành nhiệmvụ: ……………………………………………………… Ngày tháng năm iii CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) iv LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU, THÍCH NGHI BỀN VỮNG CHO MỘT SỐ HỆ HỤT CƠ CẤU CHẤP HÀNH” em tự nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo TS Đào Phương Nam Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Anh Tùng v LỜI MỞ ĐẦU Vấn đề tối ưu đóng vai trị quan trọng toán kinh tế kĩ sư điều khiển tự động không ngoại lệ Nhằm đánh giá hệ thống điều khiển tốt theo nghĩa bắt buộc người thiết kế phải thành lập toán tối ưu dựa u cầu có sẵn Q trình phát triển công nghiệp tạo sức ép cạnh trạnh không nhỏ, buộc doanh nghiệp phải tăng hiệu trình sản xuất, toán tối ưu ngày đa dạng phước tạp Vai trị hệ điều khiển khơng cịn ổn định túy, thêm vào tiêu lượng, khối lượng… tiêu thụ đặt lên hàng đầu Do trách nhiệm với kĩ sư áp dụng lý thuyết điều khiển tối ưu hệ thống thực tế Trong thực tế với hệ thống thực vấn đề tham số bất định hay nhiễu tác động vào hệ thống phổ biến, dẫn đến việc khó khăn thiết kế thuật tốn điều khiển chứng minh tính ổn định hệ thống Nội dung đồ án với đề tài “Điều khiển tối ưu, thích nghi bền vững cho số hệ hụt cấu chấp hành” tập trung nghiên cứu thiết kế thuật toán điều khiển dự báo áp dụng cho số hệ phi tuyến chịu tác động nhiễu phụ thuộc biến trạng thái thuật toán điều khiển thích nghi – bền vững cho số hệ hụt cấu chấp hành Với thuật toán điều khiển tối ưu có tiềm mở rộng áp dụng cho số hệ tham số bất định hay nhiễu ngẫu nhiên Để hồn thành đồ án này, em nhân hướng dẫn, bảo tận tình thầy TS Đào Phương Nam với giúp đỡ thầy cô giáo môn điều khiển tự động, viện điện đại học Bách Khoa Hà Nội suốt thời gian học tập thực đồ án Lời cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn TS Đào Phương Nam thầy cô môn Điều Khiển Tự Động nói riêng thầy trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung tận tình dạy cho chúng em qua giảng suốt năm qua Bách Khoa không cho em kiến thức mà cho em kinh nghiệm sống, vi trải nghiệm, cách vượt qua giai đoạn khó khăn học bổng em nhận với giúp đỡ nhiệt tình thầy phịng cơng tác trị sinh viên Do thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế, khó khăn tài liệu tham khảo, đồ án chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận thơng cảm góp ý thầy cô bạn đọc Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Anh Tùng vii LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 10 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO BỀN VỮNG CHO LỚP HỆ PHI TUYẾN CHỊU NHIỄU PHỤ THUỘC TRẠNG THÁI 1 Đặt vấn đề .1 Điều khiển bền vững dự báo cho mơ hình phi tuyến có nhiễu phụ thuộc biến trạng thái 3 Áp dụng phương pháp điều khiển dự báo bền vững 10 Mô 13 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG H∞ CHO HỆ CON LẮC NGƯỢC TỰ CÂN BẰNG HAI BÁNH XE 16 Đặt vấn đề 16 Mơ hình động học hệ lắc ngược bánh xe 17 Thiết kế điều khiển cho góc heading 19 Thiết kế phản hồi trạng thái, đầu vào ảo bền vững H vơ cho góc tilt vị trí 21 Mô 26 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG CHO HỆ CON LẮC NGƯỢC TỰ CÂN BẰNG HAI BÁNH XE 30 Đặt vấn đề 30 Mơ hình Newton Euler cho hệ lăc ngược bánh xe .31 Thiết kế điều khiển thích nghi bền vững cho lắc ngược tự cân hai bánh xe 35 Mô 41 viii CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO HỆ XE KÉO TRACTOR TRAILER 44 Đặt vấn đề 44 Mơ hình Euler Lagrange cho hệ xe kéo 45 Thiết kế điều khiển bám quỹ đạo 48 Mô 55 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 58 Kết luận 58 Hướng nghiên cứu tương lai 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 ix DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình Mơ hình lắc ngược ba chiều 10 Hình Mơ hình cẩu treo ba chiều 12 Hình Vị trí xe đẩy 14 Hình Góc lắc 14 Hình Lực đẩy tác dụng theo trục Ox 14 Hình Lực đẩy tác dụng theo trục Oy 14 Hình Nhiễu tác động theo ba chiều vào lắc 14 Hình Vị trí xe đẩy theo trục Ox .14 Hình Vị trí xe đẩy theo trục Oy .14 Hình 10 Vị trí góc lệch theo Phương Oy 15 Hình 11 Vị trí góc lệch theo Phương Ox 14 Hình 12 Lực điều khiển theo hai phương Ox Oy .15 Hình 13 Nhiễu tác động vào hàng 15 Hình 14 Mơ hình lắc ngược hai bánh xe WIP 18 Hình 15 Cấu trúc điều khiển cho WIP 23 Hình 16 Góc hướng .27 Hình 17 Vận tốc góc hướng 27 Hình 18 Góc cân 28 Hình 19 Vận tốc góc cân .28 Hình 20 Vị trí khung gầm .28 Hình 21 Vận tốc khung gầm 28 Hình 22 Mơ ment bánh trái 28 Hình 23 Mơ ment bánh phải 28 Hình 24 Nhiễu tác động bánh xe 28 Hình 25 Góc hướng lắc .41 Hình 26 Vận tốc góc hướng lắc 41 x