Điều khiển tách kênh hệ tuyến tính bằng phản hồi đầu ra theo nguyên lý tách

Header Page of 166 ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH BẰNG PHẢN HỒI ĐẦU RA THEO NGUN LÝ TÁCH Ngành : TỰ ĐỘNG HỐ Mã số:23.04.3898 Học Viên: HỒNG ĐỨC QUỲNH Người HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN DỖN PHƯỚC THÁI NGUN - 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun Footer Page of 166 http://www.Lrc-tnu.edu.vn Header Page of 166 HỒNG ĐỨC QUỲNH ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : TỰ ĐỘNG HỐ TỰ ĐỘNG HỐ ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH BẰNG PHẢN HỒI ĐẦU RA THEO NGUN LÝ TÁCH HỒNG ĐỨC QUỲNH 2007 – 2009 Thái ngun 2009 THÁI NGUN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun Footer Page of 166 http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu3khiĨn t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page of 166 Mục lục Lời mở đầu Mục lục Chương Tổng quan điều khiển tách kênh 1.1 Nội dung tốn điều khiển tách kênh 1.2 Hai phương pháp tách kênh Chương Điều khiển tách kênh miền tần số nhược điểm Mơ hình ma trận hàm truyền 2.2 Đánh giá tương tác kênh 11 2.1 Chương Điều khiển tách kênh phản hồi trạng thái 3.1 Điều khiển phản hồi trạng thái 12 3.2 Thuật tốn tìm điều khiển tốn tách kênh 14 Chương Quan sát trạng thái 4.1 Bộ quan sát Luenberger 25 4.1.1 Phân tích tính quan sát 25 4.1.1.1 Khái niệm quan sát quan sát hồn tồn 25 4.1.1.2 Một số kết luận chung tính quan sát hệ tuyến tính 26 4.1.1.3 Tính đối ngẫu tiêu chuẩn xét tính quan sát hệ tham số 32 4.1.2 Bộ quan sát Luenberger 35 4.1.2.1 Phương pháp thiết kế 35 4.1.2.2 Các phương pháp khác phục vụ tốn thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái gán điểm cực 38 a Phương pháp Ackermann 38 b Phương pháp Roppenecker 40 c Phương pháp Modal phản hồi trạng thái 42 Footer Số Page of 166 hóa bởi3Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu4khiĨn t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page of 166 d Bài tốn điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu Thiết kế điều khiển LQR phản hồi dương 4.2 Các quan sát trạng thái tuyến tính khác 50 58 4.2.1 Bộ quan sát Kalman 58 4.2.2 Bộ điều khiển tối ưu phản hồi đầu LQG 61 4.3 Kết luận chất lượng hệ kín: NGUN LÝ TÁCH 63 Chương Nghiên cứu khả ghép chung điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh với quan sát trạng thái 5.1 Mơ hệ MIMO tuyến tính đầu vào đầu 65 5.1.1 Đối tượng thứ 65 5.1.2 Đối tượng thứ hai 70 5.2 Mơ điều khiển tách kênh cho đối tượng MIMO tuyến tính 75 5.2.1 Đối tượng thứ 75 5.2.2 Đối tượng thứ hai 83 5.3 Mơ quan sát Luenberger cho đối tượng MIMO tuyến 91 tính 5.3.1 Đối tượng thứ 91 5.3.2 Đối tượng thứ hai 99 5.4 Nghiên cứu mơ khả ghép chung điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh với quan sát trạng thái 105 5.4.1 Đối tượng thứ 105 5.4.2 Đối tượng thứ hai 112 Kết luận 119 Danh mục tài liệu tham khảo Danh mục hình vẽ, đồ thị sử dụng luận văn Tóm tắt luận văn Footer Số Page of 166 hóa bởi4Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page khiĨn of 166 LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển hệ thống tốn can thiệp vào đối tượng điều khiển để hiệu chỉnh, để biến đổi cho có chất lượng mong muốn Kết tốn điều khiển tín hiệu điều khiển thích hợp điều khiển tạo tín hiệu điều khiển thích hợp cho đối tượng Các điều khiển bao gồm cấu trúc: Điều khiển hở, điều khiển phản hồi trạng thái, điều khiển phản hồi tín hiệu Có nhiều điều khiển ứng dụng thành cơng lại dùng cho hệ SISO (ví dụ: điều khiển PID) Để sử dụng điều khiển cho hệ MIMO, ta phải can thiệp sơ trước vào hệ MIMO, biến hệ thống MIMO thành nhiều hệ SISO với đầu phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào Bộ điều khiển phản hồi trạng thái có khả giữ ổn định chất lượng mong muốn cho đối tượng dù qúa trình điều khiển ln có tác động nhiễu Để ứng dụng tốt điều khiển trạng thái việc điều khiển hệ thống MIMO, cần sử dụng kết hợp với Quan sát trạng thái để lấy xác đầy đủ thơng tin chất lượng động học đối tượng Xuất phát từ u cầu cấp thiết phải nghiên cứu trên, tác giả muốn đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu khả kết hợp quan sát trạng thái với điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh hệ MIMO tuyến tính để có điều khiển tách kênh phản hồi đầu Được hướng dẫn bảo thầy PGS.TS Nguyễn Dỗn Phước – Trưởng mơn Điều khiển tự động Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH BẰNG PHẢN HỒI ĐẦU RA THEO NGUN LÝ TÁCH Footer Page 166 Số hóa5bởiof Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page khiĨn of 166 Đề tài nghiên cứu thành cơng chứng minh khả kết hợp quan sát trạng thái với điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh hệ M M tuyến tính Nói cách khác, chứng minh ngun lý tách điều khiển tách kênh Dựa lý thuyết nghiên cứu đề tài thiết kế điều khiển cho số đối tượng tuyến tính thực tế hướng ứng dụng kết nghiên cứu vào thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh cho đối tượng tuyến tính hệ thống tự động điều khiển q trình sản xuất, đặc biệt với q trình chưng cất Sau thời gian học tập nghiên cứu đến luận văn tơi hồn thành Nhân dịp tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Dỗn Phước - Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp, người đưa hướng nghiên cứu tận tình giúp đỡ, bảo tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn tất thầy giáo tham gia giảng dạy, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nâng cao trình độ kiến thức Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè, đồng nghiệp người thân giúp đỡ tơi suốt q trình vừa qua Vì điều kiện thời khả thân có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong thầy bạn đồng nghiệp góp ý sửa đổi, bổ xung thêm để luận văn thêm hồn thiện Footer Page 166 Số hóa6bởiof Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page khiĨn of 166 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ Thầy hướng dẫn người tơi cảm ơn Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình Thái ngun, ngày 25 tháng 07 năm 2009 Tác giả Hồng Đức Quỳnh Footer Page 166 Số hóa7bởiof Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page khiĨn of 166 CH-¬ng 1: tỉng quan vỊ bé ®iỊu khiĨn t¸ch kªnh Page: Chương TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH 1.1 Nội dung tốn điều khiển tách kênh Hệ thống điều khiển nhiều chiều hệ có nhiều đại lượng điều chỉnh nhiều đại lượng điều chỉnh tức có nhiều đại lượng đầu vào nhiều đại lượng đầu (MIMO) Các đại lượng khơng độc lập mà liên quan chặt chẽ tác động qua lại lẫn Chỉ cần thay đổi nhỏ đại lượng gây thay đổi đại lượng khác làm cân hệ thống Vì hệ thống khó điều khiển Có nhiều điều khiển ứng dụng thành cơng lại dùng cho hệ SISO, điều khiển PID ví dụ điển hình Vì mong muốn sử dụng điều khiển cho hệ MIMO, người ta nghĩ đến việc can thiệp sơ trước vào hệ MIMO, biến hệ thống MIMO thành nhiều hệ SISO với đầu yi (t) phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào wi (t) y1 u1 um w1 wm ym y1 ym Ta nói hệ thống phân ly, tín hiệu kênh bất biến với tác động điều khiển kênh khác 1.2 Hai phương pháp tách kênh Footer Page 166 Số hóa8bởiof Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page khiĨn of 166 CH-¬ng 1: tỉng quan vỊ bé ®iỊu khiĨn t¸ch kªnh Page: Phương pháp 1: Phương pháp Falb – Wolovich Xét đối tượng MIMO tuyến tính có m đầu vào u1, u2,…um có m đầu y1, y2,…,ym mơ tả bởi: d x  A x  Bu   dt y  Cx   w1 M y1 u wm ym x R w1 y1 wm ym Để tách kênh, ta phải xác định điều khiển R M hình mơ tả, cho đầu yi(t) phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào wi(t) với i = 1,2, , m Sự phụ thuộc mơ tả miền thời gian phương trình vi phân bậc ri hệ số hằng: dyi d ri 1 y d ri y   ,ri 1 ri 1i  ri i  bi wi dt dt dt ri ri 1 k d yi d y +  aik k i  bi w i ri dt dt k 0 a i ai1 (1.1) Trong bi aik, i = 1, 2, ,m; k = 0,1, ,ri – tham số tự chọn tuỳ ý theo chất lượng đặt trước kênh Nói cách khác, nhiệm vụ thiết kế đặt phải xác định hai điều khiển tĩnh R M để với hệ kín có ma trận truyền đạt dạng đường chéo: Footer Page 166 Số hóa9bởiof Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu t¸ch kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 10khiĨn of 166 CH-¬ng 1: tỉng quan vỊ bé ®iỊu khiĨn t¸ch kªnh Page:   Gi ( s)    G(s) =   G ( s ) m   Với phần tử Gi(s) hàm truyền đạt: Gi ( s)  bi  ai1s   ,ri 1s ri 1  s ri (1.2) có hệ số bi aik, i = 1, 2, ,m; k = 0,1, ,ri – cho trước, tương ứng với chất lượng mong muốn kênh Phương pháp 2: Phương pháp Smith - McMillan Phép biến đổi Smith – McMilan trình bày sau cho phép thiết kế điều khiển nhằm biến đổi ma trận truyền đạt S (s) đối tượng, khơng cần phải vng, tức khơng cần phải có giả thiết đối tượng có số tín hiệu vào số tín hiệu ra, dạng:  G1 ( s )    G (s)          Gm ( s )        G1 ( s) G ( s)     0 Gm ( s) 0    Điều nói hệ thống MIMO tách kênh Phép biến đổi Smith – McMilan dựa vào việc thay đổi dòng hay cột ma trận dòng, cột tương đương (phép biến đổi tương đương) Footer Page of 166 Số hóa10 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 118 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 110 tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Chạy mơ phỏng, ta có đáp ứng hệ sau: Đáp ứng đầu Đáp ứng đầu Hình 5.26: Đáp ứng đầu hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s =5ở thời gian 8s Nhận xét: Khi ta thay đổi tín hiệu đầu vào hệ tín hiệu đầu thay đổi tín hiệu đầu giữ ngun Đáp ứng hệ hồn tồn trùng khớp với đáp ứng mơ chưa sử dụng quan sát Bộ quan sát Luenberger đưa vào sơ đồ khơng làm ảnh hưởng đến hệ Các biến trạng thái quan sát Footer Page of tâm 166 Số hóa118 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 119 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 111 quan sát Luenberger hồn tồn trùng khớp với biến trạng thái hệ Quan s át so sánh biến trạng thái hệ biến trạng thái quan sát thơng qua quan sát Luenberger (Quan sát Scope 2, đặt điểm xuất phát khối tích phân mơ hình đối tượng điểm xuất phát khối tích phân mơ hình quan sát 0) ta có: Hình 5.27: Biến trạng thái hệ biến trạng thái quan sát thơng qua quan sát trạng thái So sánh biến trạng thái quan sát biến trạng thái hệ, ta thấy trùng khớp Footer Page of tâm 166 Số hóa119 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 120 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 112 Tương tự, ta thay đổi hai tín hiệu đầu vào đến giá trị biên độ thời gian khác nhận thấy kết đáp ứng đầu hệ thay đổi có thay đổi tín hiệu đầu vào tương ứng Đáp ứng hệ hồn tồn trùng khớp với đáp ứng mơ chưa sử dụng quan sát Các biến trạng thái quan sát quan sát Luenberger hồn tồn trùng khớp với biến trạng thái hệ Bộ quan sát Luenberger đưa vào sơ đồ khơng làm ảnh hưởng đến hệ 5.4.2 Đối tượng thứ hai   0 2   1 d x      dt   4  x    u   3   1  Xét đối tượng MIMO2        y   1 x    0 1  Sử dụng phần Matlab – Simulink để mơ sơ đồ ghép chung điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh với quan sát trạng thái Ta có sơ đồ sau: Footer Page of tâm 166 Số hóa120 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 121 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 113 Hình 5.28: Sơ đồ simulink mơ hệ ghép quan sát trạng thái với điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh đối tượng MIMO Với A, B, C, A1, B1, C1,R, M L khối Matrix Gain  0 2  Ma trận A =  4  =A1  3     1 Ma trận B =   =B1  1    Footer Page of tâm 166 Số hóa121 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 122 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 114  1  =C1 1 Ma trận C =  0  0, 6666 0,3334  L =  0,3332 0, 6668  0,3334 0,3334   1 1  Ma trận R =    0,3333 0, 6667  2 2  Ma trận M =    0,3333  Sử dụng khối tín hiệu đầu vào dạng Step khối Mux, khối cộng tín hiệu, khối Scope khối tích phân sơ đồ Giả sử ta cho tín hiệu đầu vào là: tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =8ở thời gian 5s Chạy mơ phỏng, ta có đáp ứng đầu hệ (quan sát khối Scope) sau: Footer Page of tâm 166 Số hóa122 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 123 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 115 Đáp ứng đầu Đáp ứng đầu Hình 5.29: Đáp ứng hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s =8ở thời gian 5s Giả sử ta thay đổi tín hiệu đầu vào giữ ngun tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =8ở thời gian 5s Chạy mơ phỏng, ta có đáp ứng hệ sau: Footer Page of tâm 166 Số hóa123 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 124 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 116 Đáp ứng đầu Đáp ứng đầu Hình 5.30: Đáp ứng hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s =8ở thời gian 5s Nhận xét: Khi ta thay đổi tín hiệu đầu vào hệ tín hiệu đầu thay đổi tín hiệu đầu gần giữ ngun Đáp ứng hệ hồn tồn trùng khớp với đáp ứng mơ chưa sử dụng quan sát Bộ quan sát Luenberger đưa vào sơ đồ khơng làm ảnh hưởng đến hệ Giả sử ta thay đổi tín hiệu đầu vào giữ ngun tín hiệu đầu vào Footer Page of tâm 166 Số hóa124 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 125 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 117 tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =6ở thời gian 10s Chạy mơ phỏng, ta có đáp ứng hệ sau: Đáp ứng đầu Đáp ứng đầu Hình 5.31: Đáp ứng hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s =6ở thời gian 10s Nhận xét: Khi ta thay đổi tín hiệu đầu vào hệ tín hiệu đầu thay đổi tín hiệu đầu giữ ngun Đáp ứng hệ hồn tồn trùng khớp với đáp ứng mơ chưa sử dụng quan sát Bộ quan sát Luenberger đưa vào sơ đồ khơng làm ảnh hưởng đến hệ Footer Page of tâm 166 Số hóa125 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 126 oft¸ch 166 Ch-¬ng 5: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ghÐp chung bé ®iỊu khiĨn ph¶n håi tr¹ng th¸i t¸ch kªnh víi bé quan s¸t tr¹ng th¸i Page: 118 So sánh biến trạng thái quan sát biến trạng thái hệ, ta có xác quan sát: Hình 5.32: Biến trạng thái hệ biến trạng thái quan sát Tương tự, ta thay đổi hai tín hiệu đầu vào đến giá trị biên độ thời gian khác nhận thấy kết đáp ứng đầu hệ thay đổi có thay đổi tín hiệu đầu vào tương ứng Đáp ứng hệ hồn tồn trùng khớp víi ®¸p øng m« pháng ch-a sư dơng bé quan s¸t Bé quan s¸t Luenberger ®-a vµo s¬ ®å kh«ng lµm ¶nh h-ëng ®Õn hƯ Footer Page of tâm 166 Số hóa126 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 127 oft¸ch 166 kÕt ln chung Page: 119 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Khi ghép chung điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh với quan sát trạng thái Luenberger kênh tách riêng Các đáp ứng đầu hệ phụ thuộc đầu vào tương ứng Vậy điều cho thấy, hệ tuyến tính, việc thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh tách thành hai tốn riêng biệt gồm tốn thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh tốn thiết kế quan sát trạng thái Kết nghiên cứu luận văn ứng dụng để thiết kế tốn điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh đối tượng MIMO tuyến tính Kết nghiên cứu luận văn làm tiền đề cho việc chứng minh lý thuyết khả ghép chung quan sát trạng thái điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh cho đối tượng tuyến tính đối tượng phi tuyến Footer Page of tâm 166 Số hóa127 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn Header Page 128 of 166 DANH MỤC CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Mơ tả nhiệm vụ tách kênh Hình 1.2: Mơ tả phương pháp tách kênh theo Falb - Wolovich Hình 2.1: Thiết kế điều khiển tách kênh theo Smith - McMillan Hình 3.1a: Bộ điều khiển đặt vị trí mạch truyền thẳng Hình 3.1b: Vị trí điều khiển đặt mạch hồi tiếp Hình 3.2: Mơ tả thuật tốn tách kênh Hình 3.3 Xem hệ MIMO hệ MISO nối song song với Hình 4.1: Bộ quan sát trạng thái Luenberger Hình 4.2: Thiết kế phản hồi trạng thái Hình 4.3: Thiết kế phản hồi tín hiệu Hình 4.4: Thiết kế phản hồi trạng thái Hình 4.5: Thiết kế phản hồi trạng thái Hình 4.6a: Sơ đồ khối hệ Hình 4.7: Điều khiển cascade Hình 4.8: Thiết kế phản hồi trạng thái Hình 4.9: Thiết kế phản hồi trạng thái Hình 4.10: Sử dụng kết hợp quan sát trạng thái điều khiển phản hồi trạng thái Hình 4.11: Bộ quan sát trạng thái Kalman Hình 4.12: Hệ thống điều khiển LQG(linear quadratic Gaussian) Hình 4.13: Hệ kín phản hồi trạng thái sử dụng quan sát trạng thái Hình 5.1: Sơ đồ simulink mơ đối tượng MIMO Hình 5.2: Đáp ứng hệ cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.3: Đáp ứng hệ cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.4: Đáp ứng hệ cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s Footer Page of tâm 166 Số hóa128 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn Header Page 129 of 166 tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Hình 5.5: Sơ đồ simulink mơ đối tượng MIMO Hình 5.6: Đáp ứng hệ MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.7: Đáp ứng hệ MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.8: Đáp ứng hệ MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Hình 5.9: Sơ đồ simulink mơ điều khiển tách kênh cho đối tượng MIMO Hình 5.10: Đáp ứng hệ tách kênh cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.11: Đáp ứng hệ tách kênh MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.12: Đáp ứng hệ tách kênh MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Hình 5.13: Sơ đồ simulink mơ điều khiển tách kênh đối tượng MIMO Hình 5.14: Đáp ứng hệ tách kênh MIMO Footer Page of tâm 166 Số hóa129 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn Header Page 130 of 166 cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Hình 5.15: Đáp ứng hệ tách kênh MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Hình 5.16: Đáp ứng hệ tách kênh MIMO cho tín hiệu đầu vào tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =6ở thời gian 10s Hình 5.17: Sơ đồ simulink mơ quan sát trạng thái cho đối tượng MIMO Hình 5.18: Đáp ứng hệ MIMO đáp ứng thu quan Hình 5.19: Biến trạng thái hệ MIMO biến trạng thái quan sát thơng qua quan sát trạng thái Hình 5.20: Sơ đồ simulink mơ quan sát đối tượng MIMO Hình 5.21: Đáp ứng hệ MIMO đáp ứng quan sát Hình 5.22: Biến trạng thái hệ MIMO biến trạng thái quan sát thơng qua quan sát trạng thái Hình 5.23: Sơ đồ simulink mơ hệ sử dụng ghép quan sát trạng thái điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh đối tượng MIMO Hình 5.24: Đáp ứng đầu hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.25: Đáp ứng đầu hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s Footer Page of tâm 166 Số hóa130 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn Header Page 131 of 166 tín hiệu step : biên độ =1ở thời gian 10s Hình 5.26: Đáp ứng đầu hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =5ở thời gian 8s Hình 5.27: Biến trạng thái hệ biến trạng thái quan sát thơng qua quan sát trạng thái Hình 5.28: Sơ đồ simulink mơ hệ ghép quan sát trạng thái với điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh đối tượng MIMO Hình 5.29: Đáp ứng hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =8ở thời gian 5s Hình 5.30: Đáp ứng hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =8ở thời gian 5s Hình 5.31: Đáp ứng hệ ghép chung cho tín hiệu step : biên độ = thời gian 1s tín hiệu step : biên độ =6ở thời gian 10s Hình 5.32: BiÕn tr¹ng th¸i cđa hƯ vµ biÕn tr¹ng th¸i quan s¸t ®-ỵc Footer Page of tâm 166 Số hóa131 Trung Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.Lrc-tnu.edu.vn §iỊu khiĨn kªnh hƯ tun tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu theo nguyªn lý t¸ch Header Page 132 oft¸ch 166 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Nguyễn Dỗn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính NXB Khoa học kỹ thuật, 2005 Nguyễn Dỗn Phước: Lý thuyết điều khiển nâng cao Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 [3] Nguyễn Phùng Quang: Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2003 [4] Hồng Minh Sơn: Cơ sở điều khiển q trình Nhà xuất Bách Khoa, 2007 [5] Gasparyan,O.N: Linear and Nonlinear Mutivariable Feedback Control John Wiley & Son Ltd, 2008 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun Footer Page 132 of 166 http://www.Lrc-tnu.edu.vn ... http://www.Lrc-tnu.edu.vn Điều tách kênh hệ tuyến tính phản hồi đầu theo nguyên lý tách Header Page 1 9khiển of 166 ChƯơng 3: Điều khiển tách kênh phản hồi trạng thái Page: 13 w u + y Đối t-ợng điều khiển Bộ điều khiển. .. Nguyờn http://www.Lrc-tnu.edu.vn Điều tách kênh hệ tuyến tính phản hồi đầu theo nguyên lý tách Header Page 2 0khiển of 166 ChƯơng 3: Điều khiển tách kênh phản hồi trạng thái Page: 14 3.2 Thut... Nguyờn http://www.Lrc-tnu.edu.vn Điều tách kênh hệ tuyến tính phản hồi đầu theo nguyên lý tách Header Page 2 1khiển of 166 ChƯơng 3: Điều khiển tách kênh phản hồi trạng thái Page: 15 1,2, , m