Luận văn thạc sĩ Tự động hóa: Tự động điều chỉnh thông số bộ điều khiển trượt

Thông số lamda là một hang số trong bộ điều khiến trượt và nó ảnh hưởng ratlớn đến tốc độ đáp ứng của hệ thông.. Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động baogdm các ngõ vào là sai số, ngõ ra

DAI HOC QUOC GIA TP.HCMTRUONG DAI HOC BACH KHOA

HUA MINH TU

TU DONG DIEU CHINH THONG SO

BO DIEU KHIEN TRUOT

Chuyên ngành : Tự động hóaMã sô : 605206

LUẬN VĂN THẠC SĨ

a a> e SK SS Oe

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HO CHÍ MINHCán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS Trần Thanh Hùng

(Ghi rõ họ, tên, hoc ham, học vi va chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

(Ghi rõ họ, tên, hoc hàm, học vi và chữ ky)

Cán bộ cham nhận xét 2: TS Trương Dinh Châu

(Ghi rõ họ, tên, hoc hàm, học vi và chữ ky)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai học Bach Khoa, DHQG Tp HCMtháng 01 năm 2012

Thành phân Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS Dương Hoài Nghĩa2 TS Huynh Thái hoàng3 TS Trương Đình Châu

4 TS Nguyễn Đức Thành5 TS Nguyễn Thiện Thành

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRUONG KHOA ĐIỆN —- ĐIỆN TU

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên : HỨA MINH TÚ MSHV : 10150065Ngày, thang, năm sinh : 25-04-1986 Nơi sinh : Cân ThơChuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số : 60.52.06I TÊN DE TÀI:

TU ĐỘNG DIEU CHINH THONG SO BỘ DIEU KHIỂN TRƯỢTNHIEM VU VA NOI DUNG:

- Thiét kế được giải thuật cho bộ tự động điều chỉnh thông số bộ điều khiến

TS Trần Thanh Hùng TS Trương Đình Châu

TRUONG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

(Họ tên và chữ ký)

TS Đỗ Hồng Tuan

LỜI CẢM ƠNXin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trần Thanh Hùng, người đã tận tìnhhướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Vàquan trọng hơn hết, thầy là người đã gợi mở cho tác giả một để tài, một hướng

nghiên cứu có tính ứng dụng cao, phù hợp với năng lực của tác g1ả.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cha mẹ và các anh chị trong gia đình của tác giả,những người đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chat lẫn tinh thần giúp tác

ø1ả hoàn thành luận văn đúng hạn.

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến những người bạn, những người đãhỗ trợ giúp đỡ tác giả trong suốt khóa học

TP HCM, ngày tháng năm 2011

Tác giả

HỨA MINH TÚ

Luận văn thực hiện một bộ điều chỉnh tự động thông số lamda của bộ điều khiểntrượt Thông số lamda là một hang số trong bộ điều khiến trượt và nó ảnh hưởng ratlớn đến tốc độ đáp ứng của hệ thông Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động baogdm các ngõ vào là sai số, ngõ ra của hệ thống được hỏi tiếp về, đáp ứng mongmuốn và ngõ ra là giá trị lamda Người dùng chỉ việc kết nối các các ngõ vào và ngõra để sử dụng Bộ điều chỉnh tự động thông số lamda sẻ có tác dụng thay thế 1a trilamda và tùy theo yêu cầu sử dung như là muốn hệ thông đáp ứng nhanh hay chậmhoặc để tìm ra giá trị lamda tốt nhất cho bộ điều khiến trượt, thì bộ điều chỉnh thôngsố lamda tự động sẽ tìm ra giá trị lamda mong muốn đó tương ứng với từng đốitượng điều khiến cụ thể

ABSTRACTThesis deals with automatic adjustment for lamda parameter of sliding modecontrol Lamda parameter is a constant in sliding mode control and it greatlyinfluence to the speed of system response Automatic lamda parameters adjustmentinclude inputs are the error, the feedback output of system ,desired response andoutput is lamda Users simply connect the inputs and output to use Automaticlamda parameters adjustment will replace lamda value and depending on therequirements as to use the system to respond quickly or slowly, or to find the bestvalue lamda of sliding mode control, Automatic lamda parameters adjustment willautomatically find the desired lamda value that corresponds to each specific controlobjects.

CHƯƠNG I: TONG QUAN 2 2 1 1 121121 1115111111 111111111111 55H HE H rà 31 Đặt vấn đỀ - 2.2L nén T25 EH n2 1221211 re 32 _ Tổng quan về các nghiên cứỨu - is s SE 3112313 EEE51EEE1111511 1E 111111 EEkrh 4

3 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu: 222 2£ ‡+*‡‡‡kkseeeseses 6

4 _ Câu trúc của luận văn - 5: + SE k1 11111 15111 11111011111 11101111 11t rg 6CHƯƠNG 2: CO SỞ LY THUYÊTT 2< 1 1 111121E1E15111121111 111111 EErtkg 71 Giới thiệu bộ điều kiến trượt (SMC ): -.S c2 St Sn kề SE vs Erxtxsrrrrrrrưyn: 72 Giới thiệu thông số lamda và ảnh hưởng của nó đến hệ thống 12CHUONG 3: THIET KE, XAY DUNG GIAI THUAT, MO PHONG VA HIEUCHINH BO DIEU KHIỂN - c1 SE S1111111111211111111121111 1111 rau 17

1 Phương pháp nghiên cứu: - - - 2 22222111112 11111111 1111111111111 111 x1 172 _ Xây dựng giải thuật ĐC cc eee 112111111111 11 1111111111111 1111k ki 17

3 Cách sử dụng bộ tự điều chỉnh thông số Lamđa: s1 can xnxx ssrra 193.1 Các bước cài đặt các thông số ban dau cho bộ tự điều chỉnh thông số

lamda 19

3.2 Cách sử dụng bộ điều chỉnh lamda tự động theo độ đốc: 233.3 Các bước ước lượng giá trị lamda tối ưu cho bộ điều khiển trượt thôngqua bộ điều chỉnh thông số lamda tự động: - 2 22222 ‡E+E+EEE£EEeEerrxea 30CHƯƠNG 4: KIEM TRA LAI BO TỰ DIEU CHỈNH THONG SỐ LAMDA QUADOI TƯỢNG KHAC NHAU 5 5c SE EE11211111 151 1112111111011 kgrreg 36

|

1 Kiểm tra lại với đối tượng là hàm bậc 2 có đạng S“+3s+2 361.1 Ước lượng giá trị lamda tốt nhất - cc 2S s St EEEEEEESEEErkrkrsree 3812 Kiểm tra với các gia tri độ dốc khác nha c.cccccccccccccccssesceseceecseeseees 422 Kiếm tra lai bộ điều chỉnh thông số lamda thông qua ham bậc hai có dang

: và kết hợp với bộ điêu chỉnh PID -.:- ¿5+5:22vcsxvzxsxvsrvee 49

8° +3s+2

2.1 Ước lượng giá trị lamda tối ưu : cccceeceseseeceeeeseeseseeeeeeveteeeeen 52

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 2

2.2 _ Kiểm tra bộ điều chỉnh với các độ đốc khác nhau -5-5-5¿ 563 Kiểm tra lại bộ điều chỉnh thông số lamda qua bộ điều khiến thắng [7]: 623.1 Tìm giá trị lamda tỐi ƯU: - 2 St StSESEEESEEESEEEEEEEE SE SE rên 643.2 _ Kiếm tra bộ điều chỉnh thông qua các giá trị độ dốc khác nhau 68CHƯƠNG 5: KET QUA ĐẠT ĐƯỢC, HAN CHE VA HƯỚNG PHAT TRIÊN 75L Kết qua đạt Qu0 c cc cccccceccccececcceseccecsescecececesvensvevscessevessesevereveseeseviveneeten 752 Những hạn chế của để tats cece cccccceseecscecscecesescsvsvecececeestsveveveevevsesees 753 Hướng phát triỀn : -c c1 1E E11 S211 HH HH Hit 75TÀI LIEU THAM KHẢO c1 1k EEE511112111 1121111211101 tri 77

PHU LỤC c1 S111121111121111111111121110101 1E 112111 n1 re ni 78

CHƯƠNG I: TONG QUAN1 Dat van dé

Điều khiển trượt được nghiên cứu đâu tiên bởi Emelyanov et al (1970) va sauđó được Itkis (1976) và Utkin (1977) phát triển lên Phương pháp điều khiến trượtdùng trực tiếp mô hình động lực học phi tuyến cao của đối tượng điều khiển

Điều khiển trượt có nhiều ưu điểm như phù hop với các mô hình phi tuyến cao[4] Tuy nhiên, điều khiến trượt van con những khuyết điểm như là phải biết trướcđược đối tượng, hiện tượng dao động quanh mặt trượt ( hiện tượng chattering )|4],còn nhiều hệ số cần phải thực nghiệm nhiều lần để tìm được gia tri mong muốn

Tuy nhiên hiện nay việc tối ưu bộ điều khiến trượt đã được sử dụng bằng nhiềucách, như điều chỉnh bằng thuật toán Gen, điều chỉnh bằng bộ điều khiển mờ [1],cũng có thé kết hợp với các bộ điều khác giúp loại bỏ các khuyết điểm của bộ điềukhiến trượt như là kết hop mạng hopfile [3]

Nhưng việc điều chỉnh tự động thông số lamda của bộ điều khiến trượt vẫn cònlà một đề tài mới chưa được thực hiện trước đây Thông số lamda trong là một trongnhững thông số quan trọng của bộ điều khiển trượt nó ảnh hưởng lớn đối với đápứng của hệ thống Hiện nay thông số lamda của bộ điều khiển trượt điều chỉnh mộtcách rất thủ công do phải thực nghiệm nhiều lần qua mô phỏng hay thực tế mới tìmđược thông số lamda thích hợp cho bộ điều khiển trượt Chính vì vậy, tôi đã chọnđề tài này dé tìm được thông số lamda một cách tự động và nhanh chóng

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 4

2 Tông quan về các nghiên cứu

Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về về sự kết hợp điều khiển trượtvới các phương pháp điều khiến khác dé tận dụng những ưu điểm của bộ điều khiếntrượt và khắc phục những khuyết điểm của bộ điều khiến trượt dé có thé giải quyếtnhững van dé đặt ra một cách tối ưu hơn Tuy nhiên có rất ít nghiên cứu về việcđiều chỉnh tự động thông số của bộ điều khiển trượt

- Trong bài báo [1], dựa trên SMC, bộ điều khiển mờ được tong hop boi tapluật điều khiển mờ Mục tiêu điều khiển của bộ điều khiển được đưa ra đặc trưnghóa bởi luật ngôn ngữ trong luật điều khiển mờ Hàm thành viên trong luật điềukhiển mờ được điều chỉnh theo một vài luật thích nghĩ cho mục tiêu bám theo củanhiệm vụ điều khiến Hàm thành viên của phan trước thi được định nghĩa dé đảmbảo yêu cầu ồn định của hệ thống điều khiển Trong bai báo nay, đáp ứng của SMCđược dựa trên hệ thống điều khiển mờ thì được tổng hợp qua những giai đoạn sau:dau tiên, phát triển một luật thích nghi dé xấp xỉ hóa điều khiển tương đương củaSMC; thứ hai, thêm vào giới hạn điều khiển dé đạt một hệ thống ổn định va dichtrạng thái tự do hướng vào mặt trượt mong muốn; thứ ba, dựa tren nguyên lý củaSMC, luật điều khiển mờ được mô phỏng: cuối cùng, áp dụng thuật toán gen họcnhững hàm thành viên dé đạt được điều khiển mờ tối ưu

- Trong bài bao [2], kỹ thuật thích nghĩ mờ được đề cập trong bộ điều khiểntrượt và được phát triển để đạt được độ bám theo bền vững của hệ thống phi tuyến,bộ điều khiến trượt chịu nhiều van dé như chattering và khuếch đại điều khiến cao.Vì vậy, thích nghi mờ cho một bộ điều khiến trượt ( SMC ) thì được đưa ra dé giảiquyết van dé Có hai bộ ước lượng mờ được sử dụng, cách thứ nhất là độ đốc của bềmặt tuyến tính thì được cập nhật bởi bộ ước lượng mờ đầu tiên Trong khi đó bộước lượng mờ thứ 2 điều chỉnh đáp ứng trạng thái của pha đến Vì thế, bộ điềukhiến trượt thích nghi mờ được đề cập trong bài báo này đưa hệ thống trạng thái đểđạt được độ bền vững cao nhất

- Trong bao báo [3], tac gia giới thiệu một chế độ trượt được dựa trên điều khiếntuyến tính ngõ vào — ra thích nghi cho động cơ điện cảm ứng mà trong trường hopnày nhiều van dé chưa biết như là moment tải, điện trở rotor Một sự phối hợp đồngnhất như hệ thống phi tuyến được dựa trên mang Hopfield thi được đưa ra để giảiquyết van dé, mà nó sẻ mô hình hóa những sai lệch thông số chưa biết giữa momenttải và điện trở rotor và những giá trị khác Một trong những thông số đó thì đượcxác định, biên độ dòng điện và tốc độ motor thì được thì được điều khiển riêng biệtbởi SMC với bộ khuếch đại chuyển mạch biến đồi.

- Vọt lỗ là vân đề nghiêm trọng trong điều khiến quá trình công nghiệp Bài báonày [7] giới thiệu một phương pháp mới cho việc loại bỏ độ vọt lỗ của của đáp ứngnat trong một hệ thống điều khiển PID thông thường bang việc nối tiếp bộ điềukhiển trượt ở bên ngoài vòng lập.Ý tưởng chung là sử dụng nguyên tắc điều khiếnnối tiếp dé mô hình hóa hệ thống với bộ điều khiển PID với hệ thống bậc 2 và kế đósử dụng đặc tính của bộ điều khiến trượt dé đạt được độ bền vững, đáp ứng bậc caođược giảm xuống, và vì thé hạn chế độ vọt 16 của điều khién.Can cứ vững chắc củaphương pháp trên thì được kiểm chứng qua mô phỏng một hệ thống phanh xe chịusự bat 6n định phi tuyến cao

Từ những nghiên cứu trên cho thây rằng việc tối ưu bộ điều khiển trượt đượcthực hiện bằng nhiều cách, như kết hop với logic mờ để loại bỏ hiện tượngchattering của bộ điều khiến trượt, hay kết hợp với mạng hopfile để giải quyếtkhuyết điểm của bộ điều khiển trượt là phải biết trước đối tượng Nhưng chưa có détài nào đưa ra phương pháp để điều chỉnh tự động thông số lamda của bộ điềukhiển trượt

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 6

3 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu:

Từ tổng quan dé tài nghiên cứu cho ta thấy có nhiều phương pháp dé tối ưu bộđiều khiển trượt Đối với dé tai này, trước tiên ta phải tìm hiểu:

- Tìm hiểu bộ điều khiển trượt.- Tim các thông số liên quan của bộ điều khiến trượt ảnh hưởng đến đáp ứng của

hệ thống.- Tìm hiểu chỉ tiết ảnh hưởng của thông số lamda đối với đáp ứng của hệ thống.Từ đó, sử dụng các giải thuật kết hợp với phần mềm matlab để lập trình tạo ra mộtbộ điều khiển có thé tự động điều chỉnh thông số lamda của bộ điều khiến trượt mộtcách chính xác và nhanh chóng thay vì phải điều chỉnh băng tay nhiều lần

4 Cau trúc của luận vanChương trình bảy tổng quanChương 2 trình bay cơ sở lý thuyết

Chương 3 thiết kế, xây dựng giải thuật, mô phỏng và hiệu chỉnh bộ điều khiểnChương 4 kiểm tra lại bộ tự điều chỉnh thông số lamda qua các ví dụ

Chương 5 kết quả đạt được, những hạn chế và hướng phát triển

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET1 Giới thiệu bộ điều kiến trượt ( SMC ):

Ta xem xét hệ thống biểu diễn đưới dạng phương trình sau:

x” = f(x) + b(x)u (2.1)Trong đó đại lượng vô hướng x là tin hiệu cần diéu khiển (vị trí, gócquay ), đại lượng vô hướng u là tín hiệu điều khiến đầu vào (điện áp, momentquay, lực tác dụng ) và x =[x# x'””]Í là vecto trạng thái Trong phương trình(2.1), ham ffx) (thông thường làphi tuyến) không biết chính xác, nhưng phạm vi sailệch cua f(x) xác định dựa vào x Tương tự,độ lợi điều khiến b(x) cũng không đượcbiết chính xác, nhưng biết dấu và biết giới hạn suy từ x

Bài toán đặt ra là điều khiến trạng thái của x bám theo biến đặt trước.X„=l[X,#„ x/ Yh

Việc bám theo có thể thực hiện bang cách điều khiến tin hiệu 2, trạng tháiban dau *„(Ô) phải là:

2.2

x4(0) = x(0) c2

Với x(0) là trang thái bắt dau của thiết bị

Cho X=x-x, là sai lệch chuyển động của biến x và gọi¥ = (Xx ]1a vector sai lệch chuyển động Ngoài ra, ta định nghĩa bề mặtbiến thiên theo thời gian s(ƒ) trong không gian trạng thái R” băng phương trình vô

ảnh hưởng của sai lệch vị trí và sai lệch vận tốc Nếu n= 3 thì s= + 2# +È#.

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 8

Với điều kiện ban đầu (2.2) * =X, tương đương với trang thái giữ nguyên trênS(t) với mọi t > 0 Thật vậy, s = 0 mô tả một phương trình vi phân tuyến tính vớinghiệm duy nhất là x = 0 Như vậy, bai toán chuyển về vector n chiều, *„thànhbài toán giữ lượng vô hướng s bằng 0

Bài toán chuyển động vector n chiều trên X, (tức bài toán chuyển động nbậc đối với x) có thé thay thé bởi bài toán 6n định bậc 1 đối với s Từ (2.3) ta thaybiểu thức của s chứa # nên chỉ cần lây vi phân của s một khi đầu vao u xuất hiện

Ngoài ra, giới hạn trên s có thé chuyển trực tiếp sang giới hạn trên vecto sailệch chuyển động x và do đó dai lượng vô hướng s mô tả một sự đo lường tínhnăng chuyển động của hệ điều khiển Cụ thé, giả sử răng X(0) = Ú (ảnh hưởng củađiều kiện đầu khác 0 có thé được thêm vào X một cách tách biệt), chúng ta có:

V/>0, s|<® > Vt> 0, xí (0) < (2A) ¢ (2.4)

i=0Q, ,.n-1œ ,

Với & = am Thật vay, theo(2.3), sai lệch chuyên động zđạt được từ s thông qua

` tin His 3° ĐA > nhẤ s ¥(t)= le OS(T)aT ty

Gọi y, là tín hiệu ra của bộ lọc thứ nhat, ta có: Jì W Từ

0

® ®

l|<®, tao: (Os fe “aT = —U-e*) <—

Chúng ta có thể lý luận tương tự như vậy cho bộ lọc thứ hai và cho đến đầu ra thứ

œ

2m1

n-l là Y„ ¡ = X Ta được: | = =€

¬ a œ

Tương tu, x la kết qua của day các khôi Vừ kêt qua trước, z,| < qt trong do

Z, là tín hiệu ra của bộ lọc thứ (n-i-1).

pra pra prA D+42

= ` a

n-i-1 khôi t khôi

Hình 2.2 Tinh giới han trên cua

Ngoài ra, lưu ý rằng:

Như vậy, có thé thay thébang bài toán chuyển động vector n chiều bang bàigiới hạn (2.4) một cách tiệm cận, tức là trong khoảng hang số thời gian ngắn

toán ôn định bậc 1 va (2.4) được sử dụng dé đo lường tính năng chuyền động

Bai toán bậc 1 nhăm giữ giá trị vô hướng s băng 0 có thé giải quyết đượcbang cách chọn luật điều khiển u trong (2.1) sao cho ở bên ngoài S(t) ta có:

La

su < —n|s| (2.5)

Luan van thac si GVHD: TS Tran Thanh Hung

Trang 10

Trong đó 7 là hang số dương Một cách cơ bản, (2.5) cho thay rằng khoảngcách đến bê mặt S, được tinh bằng s? giảm xuống theo quỹ đạo hệ thống Vi thế nóbuộc các quỹ đạo hệ thống hướng tới bề mặt S(t) như minh hoa trong hình 2.1.3dưới đây Một khi đã nằm trên bề mặt, các quỹ đạo hệ thống sẽ duy trì trên bề mặtđó.Nói cách khác, khi điều kiện (2.5) hay còn gọi là điều kiện trượt được thỏa mãn,(2.5) sẽ tạo cho bề mặt một tập hợp bat biến.Hơn thế nữa, (2.5) nói lên nhiễu hoặccác yếu tô động học không xác định, có thể giảm bớt chừng nao còn giữ được bémặt là một tập hợp bắt biến Trên hình 2.1, điều này tương ứng với việc các quỹ đạongoài bê mặt di chuyển hướng về bê mặt S S(t) nghiệm đúng (2.5) được gọi là mặttrượt, còn sự di chuyển của hệ thống một khi hệ thống năm trên bề mặt này đượcgọi là chế độ trượt

Hình 2.3 Điều khiển trượtMột khía cạnh khác của tập bất biến S(t) là một khi các quỹ đạo hệ thốngnam trên đó, chúng được xác định bang phương trình sau:

Một hệ thống thỏa mãn điều kiện trượt (2.5) có hanhvi được minh họa tronghình 2.2, với n = 2 Trên mặt trượt có hệ số góc - và chứa điểm (biến đổi theo thời

Ut ro HÀ xa LÁC Tờ alk h , À ` , ~

gian) X, =[x,X,] Bat đầu từ bất kỳ điểm xuất phat ban đầu nào đó, quỹ đạo

|sứ = 0)|

r

trạng thái chạm đến mặt trượt trong khoảng thời gian nhỏ hơn , sau đó sẽ

trượt dọc theo mặt trượt và hướng đên x, với tôc độ ham mũ, với hang sô thời gianLÀ.

Hình 2.4 Diễn giải bang dé thị

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 12

Tóm lại, ý tưởng phía sau phương trình (2.3) và (2.5) là chọn lay một hamsai số chuyển động s tùy thuộc vào (2.3), sau đó chọn luật điều khiến u trong (2.1)sao cho S$” duy trì một hàm Lyapunov của hệ thống vòng kín

2 Giới thiệu thông số lamda và ảnh hưởng của nó đến hệ thống- Thông số lamda trong công thức của SMC [4]:

s(x,f)= cá + ^A)"'ã

dt

A (lamda) : là hang số dương

X =x-xd là sai số quỹ đạo trong biến xS(t): Bê mặt thay đổi theo thời gian trong không gian trạng thái

- Ảnh hưởng của thông số lamda đối với đáp ứng của hệ thống:So do tổng quát:

Ï ! R

Transfer FenSMC

(2 } Derivative

y 1

du/dt du/dt

Derivatived Derivative4

Hình 2.6 Bộ điều khiến trượt

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 14

Đầu tiên ta đặt hệ số lamda bằng 3000

1 T T T T T T T T T

SetpointSe SMC H0.8P ¬0.7 ¬0.5} |0.4 |0.3- ¬

Ta thay đáp ứng của hệ thống tốt hơn trước nhưnng vẫn còn chậm.Và kế đó ta đặt lamda bang 100

-;/

0.4 : /!

Hình 2.10 Dap ứng ngõ ra của hệ thống với lamda bang 30

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

CHUONG 3: THIET KE, XÂY DỰNG GIẢI THUAT, MÔ PHONG VA HIỆU

2 Xây dựng giải thuật

Đặc tính của tham số lamda rút ra được từ những thực nghiệm ở trên là:e Khi lamda càng lớn thì làm cho đáp ứng của hệ thống càng chậm

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 18

e Khi lamda càng nhỏ đáp ứng càng nhanh nhưng khi lamda giảm dan tới mộtsố nào đó mà làm cho hệ thống đáp ứng nhanh nhất và khi lamda nhỏ hơncon số đó thì khi lamda cảng nhỏ thì đáp ứng cảng chậm lại

Từ những đặc tính đó ta xây dựng được lưu đồ sau:Lưu đồ giải thuật lập trình

Ta Sử dụng hàm +: BÊ > détime delay Ta đặt giá trị cho nó là 1024.

TransportDelay

3 Cách sử dung bộ tự điều chỉnh thông số Lamda:Từ phương pháp nghiên cứu, lưu đồ và các thực nghiệm trên ta thiết kết được bộđiều chỉnh lamda tự động sau đây là các bước sử dụng bộ điều chỉnh đó

3.1 Cac bước cài đặt các thông số ban dầu cho bộ tự điều chỉnh thông số

lamda

Đặt giá trị lamda ban đầu

f# Bo tu dieu chỉnh thong so lamda Eel)

PF

File Edit View Favorites Tools Help

đ 2 Search I° Folders [ree]

Address |) 1:\Bo tu dieu chỉnh thong so lamda v G0

| ˆ A

š ^ adjust_lamda_parameter.m aie, BO_tu_dieu_chinh.mdl

File and Folder Tasks “a MATLAB M-file 3 Simulink model file

C2 Make a new folder

tà Publish this folder to

the Web Ô

MG file simulink và cầu hình theo cac bước sau

bước 1: ta vào file- model properties

Luan van thac si GVHD: TS Tran Thanh Hung

File Edit View Simulation Format Tools

ome |

New ` ŸOpen Ctrl+Q

Help

Close Ctrl+Save Ctrl+5Save As Model PropertiesPrint Print Details

Print Setup

Ctrl+PExit MATLAB Ctrl+Q

Show model properties

Me Lamda P-y_ret

Auto adjust Lamda

StartFcn |

StopFcnPreS aveFcnPostS aveFcnCloseFen

“a

| | Cancel Ì Help | — Apply

Bước 3 : vào startFcn

(=) Model Properties EdMain | Callbacks | History | Description

| Model callbacks | Simulation start function:

| PreLoadFen Al

PostLoadFenInitFenStartFenStopFenPreSaveFenPostSaveFcnElaseFcn

| OK | Cancel | | Help | Apply

Bước 4: viết vào như trong hình

L7] Model Properties

Mam Callbacks | History | Description

| Model callbacks | Simulation start function:

| PreLoarlFcn | Al

PostLoadFen global lamdaInitFen lamda = 100000;

StartFcnStopFenPreS aveFcn

Past5 aveFcn

ElaseFcn

Es

| K8 j.|OK | Eancel | | Hep | Apply

Luan van thac si GVHD: TS Tran Thanh Hung

Trang 22

Chọn chương trình cho sfunction

Bước 1: nhân đúp vào bộ tự điều chỉnh

“ Lamda =

ự_ ref

Auto adjust Lamda

Bước 2: nhấp dup vào sfunction

File Edit View Simulation Format Tools Help

DœMẽ tS pyiQR= dr = 2 \Nomt vị Dah ee

Bước 3 : chon adjust_lamda_ parameter vào mục S-function name

S-FunctionUser-detinable block Blocks may be written in C, M [level-1], Fortran, and Ada andmust conform to S-function standards The variables t, x, u, and flag are automaticallypassed to the S-function by Simulink Additional parameters may be specified in the'S-function parameters’ field If the S-function block requires additional source files forthe Real-Time Workshop build process, specify the filenames in the 'S-functionmodules’ field Enter the filenames only; do not use extensions or full pathnames, e.a.,enter 'stc stc1", not 'stc.c srcl.c’,

Parameters

S-function name: ladjust_lamda_paramete | l | Edit |

S-function parameters: |S-function modules: |"

| OK || Cancel || Help | Apply

Sau khi đặt những giá tri ban dau ta tiến hành mô phỏng3.2 _ Cách sử dụng bộ điều chỉnh lamda tự động theo độ dốc:Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động gồm những thành phân sau:

Ngõ ra của hệ thôn Sa , ,` ions hiểu dd độ dốc của hệ thống

Hình 3.2 Bộ điều chỉnh thông số lamda có chú thích

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 24

e Ngõ ra của hệ thống : là ngõ ra được hỏi tiếp về của hệ thống.e Sai số của hệ thống : là sai số giữa giá trị đặt và giá trị được hồi tiếp vẻ.e_ Độ dốc mong muốn: là độ đốc mong muốn của ngõ ra của hệ thống hay nói

cách khác là là thời gian đáp ứng nhanh hay chậm của hệ thống.Độ dốc đượctính là phan trăm trên giây (%/s)

e_ Biểu dé độ dốc : từ đó ta có thé xác định giá trị tối đa của độ dốc mà hệthống có thể đạt được

e _ Hệ số lamda cần tìm : là hệ số mà ta mong muốn của hệ thống khi ta đặt giátrị của độ dốc

e Ngõ ra mong muốn: là già trị mà ta mong muốn hệ thống đạt được ( hay nói

s%* Sứ dụng bộ điều chỉnh vị tri motor có sử dụng SMC-PID [7] dé làm vi du:

s

R Lamda”e [ S

: K- > +>

Lam a3 Saturatian+_ P ‘ pe} du/dt Da 1 |

Hình 3.4 Bộ điều khiến trượt

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 26

Với SMC có kết hợp với bộ điều chỉnh lamda tự động:

CĐ {>>: Lư y_refnatural_ frequbnœw^2

revs natural_frequency*2 ¥

my Constant2

2 +: Lamda ‡—

Pe) y_retAuto adjust Lamda

Hình 3.5 Bộ điều khiển trượt có kết hợp của bộ điều chỉnh lamda tự độngBộ tự điều chỉnh lamda:

Lamda =

tị

Auto adjust Lamda

Bên trong của bộ điêu chỉnh :

Hình 3.7 Đáp ứng của hệ thông khi độ dốc băng 10

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

Trang 28

gia tri lamda tim được là: 2426

gia tri lamda aT

1.8 | |1.6F

1.4L1.27

Setpointea SMC-PID H

|

Hình 3.9 Dap ứng của hệ thông khi độ dốc bang 20

Với độ dốc này thì đáp ứng nhanh hơn và giá trị lamda tìm được là: 1086

gia tri lamda œŒT

10

1LR

0002 004 00 0080.1

Time (s)0.12 0.140.16 018 02

Hình 3.10 Biểu đồ giá tri lamda khi đặt độ dốc bang 20Với Đặt độ dốc = 50

1.81.61.4L

Setpointstat SMC-PID }

0.8L /0.6L |0.4/3

0L [ [ |

002 0.04 0.06 0.08

|

0.1Time ()

[

0.12 0 14

|

016 0.18 0.2

Hình 3.11 Đáp ứng của hệ thống khi độ đốc băng 50

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

20 ¬

0 L L L L | L L |

0 002 004 006 008 01 012 014 O16 018 02

Time (s)

Hình 3.15 Biểu đồ độ dốc khi đặt độ dốc băng 10000

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

du/dt + |

Deriv3 bieu do do doc

Thê gia Itri độ doc băng 64 vàoC2 } Z ad Manual Switch4

Hình 3.17 Bộ điều chỉnh lamda tự động khi dat độ dốc bang 64

Ta tìm được gia trị lamda

18000 | ¬16000 | ¬14000 H ¬12000 H ¬10000 H ¬8000 7

4000 L :2000+ ¬

it [ [ [ [ | [

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

Time (S)

Hình 3.18 Biểu đồ giá trị lamda khi đặt độ dốc băng 64

Gia trị lamda tìm được là 360

Thế giá tri lamda bang 360 dé kiểm tra lại đáp ứng của hệ thống

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Trần Thanh Hùng

0.8L 7

0.6): \ý

0.2 Kir0 l4 [ | i [ [ [ l [ |

0 0.02 004 006 0.08 0.1 012 014 016 0.18 0.2

Time (s)

Hình 3.20 Dap ứng của hệ thống khi đặt giá trị lamda là 360