Nâng cao tính bền vững cho bộ điều khiển thích nghi phi tuyến khi tham số đối tượng thay đổi

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐỖ XUÂN SINH NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI PHI TUYẾN KHI THAM SỐ ĐỐI TƢỢNG THAY ĐỔI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Thái Nguyên - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đỗ Xuân Sinh Sinh ngày: 29 tháng 10 năm 1979 Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trƣờng Cao Đẳng nghề Lào Cai Tôi cam đoan toàn nội dung luận văn làm theo định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, không chép ngƣời khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Nếu có sai hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, cô giáo, anh chị Trung tâm thí nghiệm giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả hoàn thành luận văn Trong trình thực đề tài nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo khoa Điện trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp Đặc biệt dƣới hƣớng dẫn góp ý thầy PGS.TS Lại Khắc Lãi giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy, cô Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện trình công tác sau Học viên Đỗ Xuân Sinh Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii MỞ ĐẦU vi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 1.1 Lịch sử phát triển hệ diều khiển thích nghi 1.2 Đặc điểm chung hệ thống Điều khiển thích nghi 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Cấu trúc hệ điều khiển thích nghi 1.2.3 Phân loại 1.3 Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC) 1.3.1 Phƣơng pháp MRAC trực tiếp 1.3.2 Phƣơng pháp MRAC gián tiếp 1.4 Hệ điều khiển thích nghi áp đặt cực – APPC 10 1.5 Tính bền vững điều khiển thích nghi 11 1.5.1 Độ bất định mô hình hệ phi tuyến 12 1.5.2 Điều khiển bền vững hệ phi tuyến 17 1.5.3 Khả ổn định hệ ĐKTN đối tƣợng phi tuyến 19 1.6 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VÀ THÍCH NGHI BỀN VỮNG 27 2.1 Xây dựng hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu tổng quát cho hệ SISO 27 2.2 Thiết kế hệ điều khiển thích nghi cho mô hình có sai lệch 30 2.3 Xây dựng luật điều khiển thích nghi bền vững 31 2.3.1 Phƣơng pháp SPR – Lyaponov với Leakage 32 2.3.2 Phƣơng pháp Gradient với Leakage 38 2.4 Bộ điều khiển theo MRC với luật thích nghi bền vững 39 2.5 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG 3: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 47 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 3.1 Lựa chọn đối tƣợng điều khiển 47 3.2 Đánh giá ảnh hƣởng bánh đến hệ truyền động 48 3.2.1 Sơ đồ tổng quát hệ truyền động 48 3.2.2 Mô hoạt động bánh 48 3.2.3 Đánh giá quan hệ Moment hệ bánh 49 3.3 Thiết kế điều khiển cho hệ truyền động qua bánh 51 3.3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 51 3.3.2 Mô hình toán học chỉnh lƣu 52 3.3.3 Máy phát tốc 52 3.3.4 Biến dòng điện 52 3.3.5 Động điện chiều 53 3.3.6 Thiết kế mạch vòng dòng điện 55 3.3.7 Thiết kế mạch vòng điều khiển tốc độ 56 3.4 Thiết kế điều khiển tốc độ theo phƣơng pháp thích nghi bền vững 58 3.5 Kết thí nghiệm 3.5.1 Giới thiệu card DS1104 sử dụng hệ thống thí nghiệm 3.5.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 68 3.5.2.1 Cấu trúc tổng quan 68 3.5.2.3 Phần mềm dSPACE 71 3.5.2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều khiển chuyển động 72 a Điều khiển vị trí Encoder 72 b Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) 72 c Tạo ứng dụng với Control Desk 74 3.6 Kết luận chƣơng 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 Kết luận: 80 Kiến nghị: 80 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi MỞ ĐẦU Mục tiêu đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu - thiết kế điều khiển cho hệ phi tuyến, thoả mãn tính thích nghi tham số trƣớc thay đổi theo thời gian bền vững nhiễu ảnh hƣởng từ môi trƣờng Trong đó, phần tử phi tuyến khó mô hình hoá Bộ điều khiển đƣợc thiết kế cho tận dụng đƣợc ƣu điểm Điều khiển thích nghi Điều khiển bền vững Ứng dụng điều khiển thiết kế vào điều khiển hệ phi tuyến thực tế Tính cấp thiết đề tài Hiện điều khiển thực tế chủ yếu sử dụng điều khiển PID Bộ điều khiển PID với tham số đƣợc lựa chọn phù hợp nói chung đáp ứng đƣợc yêu cầu đối tƣợng điều khiển tuyến tính Tuy nhiên hệ thống cần đƣợc điều khiển thực tế hệ phi tuyến, có chứa tham số trƣớc chứa phần tử phi tuyến khó mô hình hóa việc xây dựng hệ thống phƣơng trình vi phân mô tả hệ Các tham số trƣớc số biến thiên theo thời gian - Có thể biến thiên chậm nhanh theo thời gian Ngoài trình làm việc hệ bị nhiễu tác động từ môi trƣờng Điều khiển hệ phi tuyến nói điều khiển PID thông thƣờng nói chung không đáp ứng đƣợc Khi cần thiết kế điều khiển có khả điều khiển hệ phi tuyến chịu ảnh hƣởng nhiễu từ môi trƣờng, thƣờng đƣợc sử dụng lý thuyết điều khiển đại nhƣ : điều khiển tối ƣu, điều khiển bền vững (ĐKBV) điều khiển thích nghi (ĐKTN) Hệ điều khiển bền vững điều khiển điều khiển tĩnh (Tham số điều khiển không biến thiên) Tín hiệu điều khiển hàm không chứa vi phân trạng thái Đã có nhiều phƣơng pháp điều khiển bền vững đời Các phƣơng pháp nói chung dựa vào điều kiện ổn định biên chúng tổng quát đƣợc mà phù hợp cho hệ cụ thể Trong trƣờng hợp mà tham số thay đổi phạm vi nhỏ điều khiển bền vững áp dụng đƣợc Ngƣợc lại giới hạn trƣớc phƣơng pháp điều khiển bền vững không mang lại hiệu Hệ điều khiển thích nghi hệ điều khiển tự động mà cấu trúc tham số điều khiển thay đổi theo biến thiên thông số hệ cho chất lƣợng hệ đảm bảo tiêu định ĐKTN kỹ thuật tự chỉnh theo thời gian thực Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii điều chỉnh nhằm trì đặc tính đối tƣợng điều khiển nằm phạm vi mong muốn thông số đối tƣợng (Đã biết chƣa biết) biến thiên theo thời gian Đặc điểm chung phƣơng pháp luật điều khiển đƣợc thiết kế dựa giả thiết tham số biết trƣớc Sau tham số đƣợc thay nhận dạng chúng Đây phƣơng pháp Điều khiển thích nghi cho hệ tuyến tính đƣợc cải tiến để dùng cho hệ phi tuyến Nhƣợc điểm phƣơng pháp ĐKTN hệ không bền vững nhiễu phần tử phi tuyến mô hình hoá đƣợc Ngoài phƣơng pháp cần giả thiết tham số thay đổi chậm theo thời gian Hạn chế trình xây dựng luật đánh giá tham số gây Nếu kết hợp ĐKBV ĐKTN ta có phƣơng pháp Điều khiển thích nghi bền vững (ĐKTNBV) Vì việc nghiên cứu để nâng cao tính bền vững hệ điều khiển thích nghi cần thiết cần tập trung nghiên cứu Vì chọn hƣớng nghiên cứu : “Nâng cao tính bền vững cho điều khiển thích nghi phi tuyến tham số đối tượng thay đổi” Nội dung luận văn Nội dung luận văn bao gồm phần sau : Chương : Tổng quan lý thuyết điều khiển thích nghi Nội dung phần tìm hiểu vấn đề chung điều khiển thích nghi xét tính bền vững điều khiển thích nghi Chương :Thiết kế điều khiển thích nghi thích nghi bên vững Nội dung chƣơng đƣa phƣơng pháp tổng hợp hệ điều khiển thích nghi bên vững tập trung vào phƣơng pháp tổng hợp hệ điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu Chương 3: Nâng cao chất lƣợng hệ truyền động bánh Nội dung chƣơng áp dụng phƣơng pháp vào điều khiển thiết bị phi tuyến thực tế mô hình động chiều với tải bánh Tiến hành kiểm tra đánh giá chất lƣợng điều khiển mô nhờ phần mềm MATLAB – SIMULINK chạy thực nghiệm phần mềm Cotrol Desk Từ kết thực nghiệm nhận đƣợc ta tiến hành đánh giá nội dung phƣơng pháp rút kết luận chung đề tài Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 1.1 Lịch sử phát triển hệ diều khiển thích nghi Điều khiển thích nghi (ĐKTN) đời năm 1958 để đáp ứng yêu cầu thực tế mà hệ điều khiển tự động truyền thống không thoả mãn đƣợc Trong hệ điều khiển tự động truyền thống, xử lý điều khiển thƣờng dạng mạch phản hồi Vì chất lƣợng hệ bị thay đổi có nhiễu tác động tham số hệ bị thay đổi Trong ĐKTN cấu trúc tham số điều khiển thay đổi, chất lƣợng hệ đƣợc đảm bảo theo tiêu định ĐKTN khởi đầu nhu cầu hoàn thiện hệ thống điều khiển máy bay Đặc điểm trình điều khiển máy bay có nhiều thông số thay đổi có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến trình ổn định quỹ đạo bay, tốc độ bay Ngay từ năm 1958 sơ lý thuyết truyển động Boocman, lý thuyết điều khiển tối ƣu…Hệ thống điều khiển đại đời Ngay sau đời lý thuyết đƣợc hoàn thiện nhƣng chƣa đƣợc thực thi số lƣợng tính toán lớn mà chƣa có khả giải đƣợc Ngày nhờ phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, điện tử, máy tính…cho phép giải đƣợc toán cách thuận lợi nên hệ thống ĐKTN đƣợc ứng dụng rộng rãi vào thực tế Hệ ĐKTN có mô hình mẫu (MRAC) đƣợc Whitaker đề xuất giải vấn đề điều khiển lái tự động máy bay năm 1958 Phƣơng pháp độ nhạy luật MIT đƣợc dùng để thiết kế luật thích nghi với mục đích đánh giá thông số trƣớc sơ đồ MRAC Thời gian việc điều khiển chuyến bay tồn nhiều hạn chế nhƣ thiếu phƣơng tiện tính toán, xử lý tín hiệu, lý thuyết chƣa thật hoàn thiện Đồng thời chuyến bay thí nghiệm bị tai nạn làm cho việc nghiên cứu lý thuyết điều khiển thích nghi bị lắng xuống vào cuối thập kỉ 50 đầu năm 1966 Thập kỉ 60 thời gian quan trọng việc phát triển lý thuyết tự động, đặc biệt lý thuyết ĐKTN Kỹ thuật không gian trạng thái lý thuyết ổn định dựa theo luật Lyapunov đƣợc phát triển Một loạt lý thuyết nhƣ điều khiển đối ngẫu, điều khiển ngẫu nhiên, nhận dạng hệ thống, đánh giá thông số…ra đời cho phép tiếp tục phát triển hoàn thiện lý thuyết ĐKTN Vào năm 1996 Park đồng nghiệp tìm phƣong pháp để tính toán lại luật thích nghi sử dụng luật MIT ứng dụng vào sơ đồ MRAC năm 50 cách ứng dụng lý thuyết Lyapunov Tiến lý thuyết điều khiển năm 50 cho phép nâng cao hiểu biết ĐKTN đóng góp nhiều vào đổi lĩnh vực Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 DS1104 Card điều khiển số hãng dSPACE Đức sản xuất dựa xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) dấu phẩy động (floating-point) hệ thứ ba, họ TMS320Cxx hãng Texas Instruments (Mỹ) DS1104 đƣợc thiết kế đặc biệt để phát triển điều khiển số đa biến tốc độ cao mô thời gian thực Nó thƣờng đƣợc dùng lĩnh vực sau: - Các cấu chấp hành điện thuỷ lực - Điều khiển servo truyền động ổ đĩa (disk drive) - Điều khiển truyền động điện - Điều khiển phƣơng tiện giới - Điều khiển trấn động tích cực - Trong máy CNC,… Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 3.5.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 3.5.2.1 Cấu trúc tổng quan DS1104 đƣợc xây dựng sở vi xử lý tín hiệu số TMS320F240 hãng Bảng 4.1: Dung lƣợng nhớ DS1104 Texas Instruments ON-CHIP MEMORY (WORDS) RAM FLASH Nguồn nuôi EEPROM DATA DATA/PROG PROG 288 256 16K Chu kì (ns) Số chân 20 PQ 132–P (V) Ngoài ra, có hệ ngoại vi khác phục vụ cho ứng dụng xử lý tín hiệu số, giao tiếp với máy tính bên ngoài,… Bộ xử lý chính: MPC8240, PowerPC 603e core, 250 MHz 32 kByte internal cache Timer: Một Timer ƣớc lƣợng lấy mẫu, đếm lùi 32 bit Bốn Timer đa mục đích, 32 bit Độ phân dải 64 bit để đo thời gian Bộ nhớ: 32 Mbyte RAM DRAM (SDRAM) Mbyte nhớ Flash cho ứng dụng Các ngắt điều khiển: Các ngắt timer, giao tiếp nối tiếp, DSP tớ, incremental encoder, ADC, PC chủ, đầu vào từ bên Ngắt đồng PWM Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 Đầu vào tƣơng tự: kênh ADC, 16 bit, đa thành phần Dải điện áp đầu vào 10V Thời gian lấy mẫu 2us Hệ số tín hiệu/ nhiễu >80 dB kênh ADC , 12 bit Dải điện áp 10V Thời gian lấy mẫu 800ns Hệ số tín hiệu/ nhiễu >65 dB Đầu tƣơng tự: kênh DAC, 16 bit, thời gian ổn định max 10us Dải điện áp 10V Incremental Encoder: đầu vào số, TTL RS422 Kênh encoder có độ phân dải 24 bit Tần số xung max đầu vào 1.65MHz gấp lần xung đếm tới 6.6MHz Nguồn sensor 5V/0.5A Vào/ra số: Vào/ra số 20 bit Dòng 5mA Giao tiếp: RS232, RS485 RS422 Hệ DSP tớ: Texas Instruments’ DSP TMS320F240 kWord of dual-port RAM Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 pha đầu PWM, đầu đơn PWM 14 bit vào/ra số Đặc điểm vật lý: Nguồn nuôi V, 2.5 A / -12 V, 0.2 A /12 V, 0.3 A Yêu cầu cần có khe PCI 32 bit 3.5.2.2 Ghép nối với máy chủ (Host Interface) DS1104 ghép nối với máy chủ qua khối gồm cổng vào/ra (I/O port) 16-bit cổng vào/ra 8-bit Giao diện vào/ra đƣợc sử dụng để thực việc cài đặt cho bo mạch, tải chƣơng trình xuống truyền liệu thời gian thực Việc cài đặt điều khiển bus kiểm tra truyền liệu đƣợc thực với giao diện vào/ra Để đồng hoá thực thi DSP chƣơng trình máy chủ DS1104 sử dụng cổng ngắt hai chiều phép máy chủ ngắt DSP ngƣợc lại Giao diện vào/ra máy chủ DS1104 bao gồm khối với cổng vào/ra liên tiếp Để chọn địa sở khối dải địa vào 64K PC/AT (máy chủ), DS1104 sử dụng chuyển mạch DIP (Dual In-line Package – vỏ hai hàng chân) gắn bo mạch Hình 3.30: Sơ đồ khối DS1104 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 Giao diện với máy chủ DS1104 chứa ghi có độ dài khác (8 16 bit) Khi truy cập vào ghi cụ thể phải sử dụng lệnh vào/ra tƣơng ứng, chẳng hạn nhƣ muốn truy cập vào ghi 8-bit phải sử dụng lệnh vào/ra 8bit, muốn truy cập vào ghi 16-bit phải dùng lệnh vào/ 16 bit Nếu sử dụng lệnh vào/ra 8-bit cho ghi rộng 16-bit kết bị lỗi Nếu sử dụng ngôn ngữ cấp cao để lập trình cho ghi giao diện với máy chủ cần phải đảm bảo chƣơng trình dịch Compiler tạo dòng lệnh xác Một số ghi giao diện với máy chủ phải đƣợc truy cập theo thứ tự đặc biệt Để ghi đọc nhớ DSP trình tự đặc biệt bắt buộc 3.5.2.3 Phần mềm dSPACE dSPACE gói phần mềm mạnh đƣợc thiết kế cho mô thời gian thực tốc độ cao Cả phần cứng phần mềm dSPACE dễ cài đặt sẵn sàng thực tác vụ từ đơn giản đến phức tạp đa biến Phần mềm dSPACE bao gồm: - Control Desk: giao diện ngƣời dùng đồ hoạ GUI quản lý bo mạch dSPACE Nó cung cấp chức nạp, khởi động, kết thức ứng dụng thời gian thực bo mạch - Thƣ viện thời gian thực RTIlib1104 bao gồm tất hàm cần thiết để lập trình cho DS1104 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 - TRACE: Cung cấp khả theo dõi cho ứng dụng vào chạy bo mạch xử lý tín hiệu số DS1104 - COCKPIT: bảng dụng cụ cung cấp đầu hiệu chỉnh tƣơng tác biến 3.5.2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều khiển chuyển động a Điều khiển vị trí Encoder * Các kênh encoder Card DS1104 đƣợc quản lý Master PPC, với đặc điểm sau: Hai kênh vào số encoder Hỗ trợ single-ended TTL tín hiệu RS422 Bộ đếm vị trí 24 bit Tần số xung encoder max đếm đƣợc 1.65MHz Giới hạn đƣờng dây với đầu vào khác b Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) Sự điều chế tín hiệu PWM định đến nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động điều khiển động Card DS1104 Tín hiệu PWM chuỗi xung với tần số biên độ không đổi, độ rộng xung thay đổi đƣợc Có xung với biên độ không đổi chu kì Tuy nhiên độ rộng xung thay đổi đƣợc từ đến thời gian chu kì tƣơng ứng với tín hiệu điều chế Khi tín hiệu PWM đƣợc đƣa đến cực điều khiển Trazitor công suất, làm Tranzitor công suất đóng cắt để biến đổi thành PWM điện áp đặt lện tải, giống tƣơng tự nhƣ tín hiệu điều chế Tần số của tín hiệu PWM thƣờng cao tần số tín hiệu biến điệu, tần số bản, mà lƣợng cấp đến cho động tải phụ thuộc chủ yếu vào tín hiệu điều biến Xây dựng mô hình mô thời gian thực: Liên lạc với kênh vào/ra đƣợc thực qua hai khối thƣ viện dSPACE DS1104ADC DS1104DAC Chúng thay khối tạo tín hiệu mô (Signal Generator) khối quan sát (Scope) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 Hình 3.32.: Cấu trúc điều khiển Matlab/Simulink Kéo khối DS1104ADC DS1104DAC vào mô hình từ thƣ viện dSPACE thay chúng vào vị trí khối phát tín hiệu mô khối quan sát Kênh tín hiệu vào tƣơng tự đƣợc định tỷ lệ phần cứng với tỷ số 1:10 Điều có nghĩa 10V đầu vào đƣợc đọc 1V mô hình Kênh tín hiệu tƣơng tự đƣợc định tỷ lệ phần cứng với tỷ số Vì vậy, 1V tín hiệu đƣợc tạo mô hình có biên độ 10V thiết bị kết nối Do đó, cần thêm hai khối khuếch đại từ thƣ viện Math vào mô hình để đọc xác giá trị từ kênh tƣơng tự đầu vào nhƣ ghi xác giá trị tới kênh đầu Thay đổi tham số mô cần thiết Có thể lƣu mô hình dƣới tên khác để bảo toàn mô hình mô Tiếp theo, chọn lệnh RTW Build (hình 4.5) menu Tools Trong cửa sổ Matlab Command Window xuất danh sách thông báo Các thông báo tƣơng ứng với bƣớc khác mà phần mềm RTI thực nhằm biến đổi mã Simulink thành mã DSP Một cửa sổ xuất yêu cầu ngƣời sử dụng khẳng định tác vụ timer (timer task) Xác nhận thời gian lấy mẫu xác danh sách tác vụ nhấn Continue Đầu tiên giai đoạn biên dịch, giai đoạn file Simulink (*.mdl) đƣợc chuyển sang file C (*.C) Sau giai đoạn liên kết, giai đoạn tất biến chƣơng trình đƣợc làm cho tƣơng quan với môi trƣờng DSP Cuối mã đƣợc biến đổi thành file đối tƣợng có phần mở rộng *.obj đƣợc nạp vào nhớ DSP thực thi bắt đầu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 Hình 3.33: Downloading and Building c Tạo ứng dụng với Control Desk Để tƣơng tác với hệ thống, cần quan sát, hiệu chỉnh phân tích biến Vì điều này, dSPACE kèm theo giao diện ngƣời dùng đồ hoạ gọi Control Desk Control Desk phần mềm kèm hệ thống dSPACE, cho phép ngƣời dùng quan sát biến, hiển thị tác động biến hiệu chỉnh tham số mô cách tƣơng tác trực tiếp với bo mạch DSP Để xây dựng ứng dụng Control Desk (mỗi ứng dụng đƣợc gọi thí nghiệm-experiment), cần thực qua bƣớc sau: + Khởi động Control Desk lựa chọn toolbar đƣợc đánh dấu nhƣ hình 3.35 Cửa sổ Tool Window đƣợc hiển thị dƣới hình Các thẻ (Tap) hiển thị công cụ sử dụng hình 3.35 sử dụng hai công cụ Log Viewer (Trình xem giải thích) Reference Data Manager (trình quản lý liệu chuẩn) Hình 3.35: Giao diện Control Desk Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 Quan sát hình thấy hai tín hiệu vào đƣợc vẽ Plotter Cứ sau hai giây, hình ảnh hiển thị lại bị xoá tập liệu lại đƣợc hiển thị Thay đổi hệ số khuếch đại cách di chuyển trƣợt Slider quan sát thay đổi tín hiệu 3.5.2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm Hình 3.36: Hệ thống cấu trúc thí nghiệm Hình 3.37: Máy tính hiển thị phần mềm controldesk thông qua card DSP1104 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 76 Hình 3.39 Sơ đồ điều khiển Control Desk Hình 3.40: Hệ thống ghép nối máy tính với hệ truyền động (động cơ) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 Hình 3.41: Đối tượng hệ truyền động bánh 3.5.3 Kết thí nghiệm với điều khiển PID Kết thí nghiệm - Trƣờng hợp sử dụng hệ điều khiển động hệ chấp hành T – Đ Tốc độ động tăng từ lên 400 vòng/phút sau tiếp tục tăng lên 600 vòng/phút Hình 3.42: Kết mô thí nghiệm với điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 78 Hình 3.43: Kết thí nghiệm với điều khiển PID - Trƣờng hợp thay đổi tốc độ đặt động theo chu kỳ Hình 3.44: Tốc độ đầu thay đổi có tính chu kỳ sử dụng điều khiển PID Hình 3.45: Tốc độ đầu thay đổi có tính chu kỳ sử dụng điều khiển thích nghi bền vững Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 79 3.5.6 Nhận xét kết thí nghiệm - Từ kết thí nghiệm hình 3.42 3.44 cho thấy chất lƣợng làm việc hệ thống với điều khiển PID chƣa bám tốt giá trị đặt, hệ thống dao động mạnh chạy chƣa êm - Kết thí nghiệm hệ thống với điều khiển thích nghi bền vững chỉnh định tham số điều khiển thích nghi bền vững thể hình 3.43 hình 3.45 cho thấy chất lƣợng hệ thống đƣợc cải thiện đáng kể so với điều khiển PID (hình 3.42 hình 3.44) Nó đƣợc thể mức độ dao động hệ truyền động đƣợc giảm đáng kể, hệ thống chạy êm Điều kiểm chứng đƣợc tính đắn thuật toán điều khiển thích nghi kinh điển PID 3.6 Kết luận chƣơng Bằng phƣơng pháp nghiên cứu, tính toán, khảo sát dùng phần mềm mô MATLAB- SIMULINK hỗ trợ đƣa đặc tính tốc độ, mô men quan hệ tức thời bánh chủ động bánh bị động có kể đến ảnh hƣởng mang tính ngẫu nhiên bao gồm góc khe hở, đàn hồi, ma sát Từ so sánh điều khiển PID kinh điển điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu Qua kết thí nghiệm hệ thống với điều khiển thích nghi bền vững chỉnh định tham số điều khiển thích nghi bền vững ta thấy điều khiển PID kinh điển có biên độ dao động, rung, độ va đập tốc độ phía trục bị động tăng lên thực không phù hợp với hệ Với điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu cho kết khả thi: Chất lƣợng động tăng lên rõ rệt, biên độ dao động thời gian độ giảm, trình làm việc hệ thống ổn định, nâng cao đƣợc chất lƣợng điều khiển hệ truyền động qua bánh Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp điều khiển PID để nâng cao tính bền vững cho điều khiển thích nghi phi tuyến tham số đối tƣợng thay đổi Nhiệm vụ cụ thể nghiên cứu nâng cao chất lƣợng hệ truyền động bánh Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn hoàn thành chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan lý thuyết điều khiển thích nghi Chƣơng 2: Thiết kế điều khiển thích nghi thích nghi bền vững Chƣơng 3: nâng cao chất lƣợng hệ truyền động bánh Kết luận văn đạt đƣợc là: - Thiết kế đƣợc điều khiển cho hệ thống điều khiển bánh thông qua động điện chiều điều khiển PID, tiến hành đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết mô Với kết cho thấy tính đắn thuật toán điều khiển đƣợc thiết kế để điều khiển hệ thống - Đã thực thí nghiệm để kiểm chứng kết lý thuyết hệ thống thí nghiệm điều khiển tốc độ động Trung tâm Thí nghiệm Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên với kết tốt Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu chƣa nhiều, kiến thức kinh nghiệm thực tế có hạn, nội dung luận văn số hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng điều khiển đại vào đối tƣợng thực tế sản xuất Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Petros A Ioannou, Jing Sun, Robust Adaptive Control, Prentice-Hall PTR 1996 [2] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phân tích điều khiển hệ phi tuyến, NXB KHKT,2012 [3] Lê Thị Thu Hà, Nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh Luận án Tiến sĩ , 2013 [4] Lại Khắc Lãi…, Nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh điều khiển mờ thích nghi, Tạp chí KH&CN ĐH Thái Nguyên,2011 [5] Nguyễn Doãn Phƣớc Phan Xuân Minh Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [6] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab Simulink”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... nhiu lm cho h mt n nh 1.5.4 iu khin thớch nghi bn vng Khi cn iu khin cỏc h phi tuyn cha cỏc tham s khụng bit trc thay i theo thi gian v chu nh hng ca nhiu vi cỏc cỏc phn t phi tuyn khụng th hoc rt khú mụ hỡnh hoỏ c Cỏc b iu khin cn tho món cỏc yờu cu t trc thng c thit k theo cỏc hng sau: + iu khin bn vng + iu khin thớch nghi + iu khin thớch nghi bn vng * iu khin bn vng Mc ớch ca thit b iu khin l t... * iu khin thớch nghi tho món cỏc yờu cu t trc khi cn iu khin cỏc h phi tuyn cú th theo hng iu khin th hai l s dng h KTN Phng phỏp ny c thit k cho cỏc h tho món cỏc iu kin cựng mc cng nh cỏc h khụng tho món iu kin ny Lut iu khin v lut nhn dng cỏc tham s c xõy dng da vo nguyờn lý tng ng dựng cho cỏc h tuyn tớnh c im c bn ca iu khin thớch nghi l ch xõy dng cho nhng h cú tham s bit trc sau ú cỏc tham. .. cu nm 80 v nghi n cu cỏc lp i tng phi tuyn cú tham s bt nh Nhng c gng ny ó c a ra mt s lp s MRAC xut phỏt t h thng phi tuyn 1.2 c im chung ca h thng iu khin thớch nghi 1.2.1 nh ngha H iu khin thớch nghi l h iu khin t ng m cu trỳc ca b iu khin cú th thay i theo s bin thiờn thụng s ca h sao cho cht lng ra ca h m bo cỏc ch tiờu ó nh trc 1.2.2 Cu trỳc h iu khin thớch nghi Cu trỳc tng quỏt ca h KTN c mụ... cỏc tham s ny c thay th bi nhn dng ca chỳng õy chớnh l cỏc phng phỏp KTN cho cỏc h tuyn tớnh v c ci tin ỏp dng cho cỏc h phi tuyn Nhc im c bn ca KTN l khụng bn vng khi chu nhiu tỏc ng v khi i tng cú cỏc phn t phi tuyn khụng mụ hỡnh hoỏ c * iu kin thớch nghi bn vng T ni dung ca hai phng phỏp iu khin trờn ta kt hp a ra phng phỏp iu khin thớch nghi bn vng (KTNBV) Hng nghi n cu ny c khi im t nm 1994... in t c tớnh bn vng ca h trong khi vn s dng lut iu khin khụng bn vng cho b iu khin S húa bi Trung tõm Hc liu - HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 26 CHNG II THIT K B IU KHIN THCH NGHI V THCH NGHI BN VNG S húa bi Trung tõm Hc liu - HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 27 CHNG 2: THIT K B IU KHIN THCH NGHI V THCH NGHI BN VNG 2.1 Xõy dng h iu khin thớch nghi theo mụ hỡnh mu tng quỏt cho h SISO Xột i tng c mụ t nh... (ISTR) *H iu khin thớch nghi t ng giỏn tip: ISTR l h tng minh vỡ cỏc tham s c ỏnh giỏ on-line trờn mụ hỡnh ca i tng v dựng tớnh toỏn li cỏc tham s ca b iu khin S ISTR c ch ra hỡnh 1.4 Gi l vộc t giỏ tr ỏnh giỏ ca i tng C l vộc t ỏnh giỏ tham s ca b iu khin, P( ) l mụ hỡnh tham s hoỏ ca i tng B ỏnh giỏ tham s on-line xỏc nh tham s ỏnh giỏ ti mi thi im t l (t) dựng tớnh toỏn li b iu khin nh l tham s tht... hoỏ c H iu khin thớch nghi bn vng in hỡnh gm 2 phn chớnh: b ỏnh giỏ thụng s v lut iu khin vỡ vy thit k h iu khin thớch nghi bn vng cng i theo 2 hng sau õy: + Nghi n cu cỏc b ỏnh giỏ c bit t c tớnh bn vng ca h iu khin thớch nghi + Tỡm cỏc lut iu khin bn vng ng dng vo s KTN Cỏc s s KTN cú th tr nờn bn vng bng cỏch ci tin lut thớch nghi Do ú ta tin hnh nghi n cu v hiu chnh cỏc lut thớch nghi ó xột... cỏc lut thớch nghi ó xột nhm nõng cao tớnh bn vng cu h KTN cho cỏc i tng nờu trờn Khi thit k mt h iu khin thớch nghi bn vng ngi ta phi nghi n cu k lng v phi hp c hai hng núi trờn mt cỏch hi ho a s cỏc h h KTNBV u i theo hng th 2 l xõy dng cỏc b ỏnh giỏ c bit trờn c s cỏc b ỏnh giỏ kinh in t c tớnh bn vng ca h KHTN trong khi vn s dng lut iu khin khụng bn vng cho b iu khin S tng quỏt ca h KTNBV theo... nhõn lm cho h khụng bn vng Trờn c s ú tỡm c bin phỏp khc phc nõng cao c tớnh bn vng ca h ỏp ng yờu cu ca iu khin H KTN s tr nờn bn vng nu ta s dng cỏc lut thớch nghi bn vng vo cỏc s thay cho cỏc lut thớch nghi thụng thng hoc tỡm cỏc lut iu khin bn vng ng dng vo s KTN Trong cỏc nguyờn nhõn lm cho h KTN khụng bn vng thỡ lut thớch nghi l nguyờn nhõn ch yu Vỡ vy gúp phn nõng cao tớnh bn vng cho h ta... vng khi iu khin h phi tuyn Khi iu khin cỏc h thc thỡ tớnh bn vng ca h nh phõn tớch trờn l khụng c m bo Cỏc h thng cn iu khin trong thc t u l cỏc h phi tuyn cú cha cỏc tham s khụng bit trc, bin thiờn theo thi gian v cha phn t phi tuyn khụng th mụ hỡnh hoỏ c, ng thi trong quỏ trỡnh lm vic h chu nh hng ca nhiu n h t mụi trng Khi ng dng KTN iu khin cỏc h trờn tớnh bn vng ca h khụng c m bo Vỡ vy cn phi