điều khiển hệ truyền động t-đ có tham số biến đổi

điều khiển hệ truyền động t-đ có tham số biến đổi

MỞ ĐẦU

Mục tiêu của điều khiển là ngày càng nâng cao chất lượng các hệ thốngđiều khiển tự động Tuy nhiên, trên thực tế có rất nhiều đối tượng điều khiển khácnhau với các yêu cầu và đặc tính phức tạp khác nhau Do đó cần phải tiến hànhnghiên cứu, tìm ra các phương pháp điều khiển cụ thể để ứng dụng điều khiển chotừng đối tượng Mục đích cuối cùng là tìm kiếm các bộ điều khiển làm cho các hệtruyền động điện ngày càng đạt được chất lượng điều chỉnh cao, mức chi phí thấp,

và hiệu quả đạt được là cao nhất đáp ứng các yêu cầu tự động hoá truyền động điện

và các dây chuyền sản xuất

Những năm gần đây khoa học kỹ thuật phát triển rất mạnh mẽ, nhất là ngànhđiện tử học điều khiển, công nghệ vi xử lý vừa tạo điều kiện thuận lợi vừa đặt ra vấn

đề đòi hỏi là phải nghiên cứu hoàn thiện các hệ điều khiển để đáp ứng yêu cầu ngàycàng cao những đòi hỏi của thực tế cuộc sống và phù hợp với xu thế phát triển ngàycàng cao của khoa học công nghệ Việc nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển cho các

hệ truyền động có tham số biến đổi dựa trên các lý thuyết điều khiển hiện đại là mộtvấn đề rất cần thiết đối với việc gắn liền giữa nhiệm vụ nghiên cứu và thực tiễncuộc sống

Để phục vụ cho công tác nghiên cứu, một phương pháp được nhiều nhà khoahọc trong và ngoài nước sử dung rất nhiều đó là phương pháp mô hình hoá hệthống Trong luận văn tác giả sử dụng phần mềm Matlab Simulink để xây dựng môhình hoá và mô phỏng hệ thống điều khiển, đây là công cụ khá đắc lực giúp đượcnhiều lợi ích thiết thực trong việc nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau và có khảnăng ứng dụng vào việc nghiên cứu mô phỏng hệ truyền động động cơ một chiều

Động cơ điện một chiều có kết cấu với nhiều dạng khác nhau và có rất nhiềucông dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Động cơ điện một chiều được sử dụngrộng rãi trong các hệ truyền động ở các nhà máy cán thép, ở các cần trục, trong cơcấu truyền động tay máy, quay anten, điều khiển pháo binh, tên lửa, máy CNC, tàubiển, xe điện, máy công cụ, máy vận chuyển, máy cán, máy nghiền …

Hệ truyền động T-Đ thường được dùng trong các hệ thống truyền động điệnđòi hỏi chất lượng cao chính vì vậy mà hệ thống điều khiển cho các hệ truyền độngnày cũng phải đáp ứng nhiều chỉ tiêu rất chặt chẽ Và nói chung, phần lớn các hệthống truyền động trong thực tế đều có cấu trúc và tham số không cố định hoặckhông thể biết trước

Đối với hệ truyền động T-Đ các thông số thường bị thay đổi làm ảnh hưởngchất lượng điều chỉnh cụ thể là: Khi mạch từ của máy điện bị bão hòa làm điện cảmmạch phần ứng Lu của động cơ suy giảm Điện trở mạch phần ứng Ru của máy điệnthay đổi theo nhiệt độ làm việc và do đó hằng số thời gian mạch phần ứng Tu

= Lu/Ru cũng sẽ thay đổi trong quá trình làm việc Với mạch kích từ, từ thông Φ cóthể bị thay đổi dẫn đến hằng số thời gian cơ học Tc cũng thay đổi Khi xét đến tảicủa các hệ truyền động thì mô men quán tính của tải thường bị thay đổi làm cho mômen quán tính của hệ qui đổi về trục của động cơ thay đổi …… Nếu như hệ truyềnđộng điện có cấu trúc, tham số bộ điều chỉnh cố định và được chỉnh định theo tiêuchuẩn tối ưu nào đó ở các giá trị xác định của hệ, thì chất lượng của hệ sẽ khôngđược đảm bảo khi cấu trúc, tham số của hệ bị thay đổi trong qua trình làm việc

Trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện yêu cầu chất lượng không cao

ta thường bỏ qua các thay đổi này nhưng trong các truyền động yêu cầu chất lượngcao thì cần phải có mạch điều chỉnh với cấu trúc, tham số của nó có thể thay đổi đápứng theo sự biến thiên của hệ, sao cho đảm bảo yêu cầu chất lượng của hệ Do vậyviệc nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển cho hệ truyền động T-Đ có tham số biếnđổi đang là hướng nghiên cứu được rất nhiều người quan tâm và là hướng nghiêncứu có nhiều triển vọng, cũng như có nhiều giá trị ứng dụng trong thực tế điềukhiển

Mômen quán tính của tải là đại lượng đặc trưng cho sự phân bố khối lượngcủa tải (vật) Mômen quán tính của một vật đối với một trục nào đó phụ thuộc vào

khối lượng của vật và bán kính quán tính của vật tức là

2

2

R G

J   nên trong cáctruyền động có sự thay đổi khối lượng hay bán kính quán tính của tải trong quá trình

làm việc sẽ làm cho mômen quán tính của chung của hệ thay đổi và ảnh hưởng xấuđến chất lượng điều khiển chung của hệ Một số hệ truyền động có mômen quántính J của tải thay đổi thường gặp như truyền động trong tay máy (hình 1) và truyềnđộng trong máy quấn dây (hình 2) …

Hình 2 Truyền động trong máy quấn dâyMục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển chotruyền động T-Đ có tham số mômen quán tính J biến đổi, nhằm nâng cao chất lượng

hệ truyền động, giữ cho hệ luôn đạt được một chất lượng điều chỉnh cao khi tham sốcủa hệ biến đổi, từ đó hoàn thiện phương pháp điều khiển chung cho hệ truyền độngT-Đ có tham số biến đổi Tăng khả năng ứng dụng của phương pháp vào trong thực

tế sản xuất

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động T-Đ Phạm vi nghiên cứu

là hệ điều khiển cho truyền động T-Đ có tham số mô men quán tính J biến đổi

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài chính là ở chỗ đã hệ thống hóa cácvấn đề về điều khiển hệ truyền động T-Đ có tham số biến đổi Đề xuất và xây dựngđược hệ điều khiển cho truyền động có tham số biến đổi dựa trên cơ sở lý thuyếtđiều khiển thích nghi và điều khiển mờ Góp phần khẳng định vấn đề phát triển vàkhả năng triển khai ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ, điều khiển thích nghi cho hệtruyền động có tham số biến đổi nói chung

Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia thành 5 chương:

Chương 1: Hệ truyền động T-Đ

Chương 2: Điều khiển thích nghi

Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển thich nghi cho truyền động T - Đ có

tham số J biến đổi

Chương 4: Điều khiển mờ và mờ lai PID

Chương 5: Xây dựng hệ điều khiển mờ lai PID cho truyền động T- Đ có

tham số J biến đổi

Chương 1

HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG.

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn được dùng rất phổ biến trong các

hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài

W đến hàng MW Đây là loại động cơ đa dụng và linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầumômen, tăng tốc, và hãm với tải trọng nặng Động cơ điện một chiều cũng dễ dàngđáp ứng với các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ rộng và đảo chiềunhanh với nhiều đặc tuyến quan hệ mômen – tốc độ

Hệ truyền động T-Đ, so với hệ truyền động máy phát - động cơ thì hệ truyềnđộng T-Đ đảo chiều khó khăn hơn do các chỉnh lưu dẩn dòng theo một chiều và tachỉ điều khiển được thời điểm van mở còn thời điểm đóng van phụ thuộc vào điện

áp nguồn Vì vậy yêu cầu đối với hệ T-Đ đảo chiều độ an toàn và logic điều khiểnphải chặt chẽ Tuy nhiên do lợi thế của các hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, khônggây ồn ào và do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất lớn nên các hệđiều khiển có cấu trúc nhiều vòng, mức độ tự động hoá cao thường sử dụng hệ T-Đ

Trong hệ truyền động T-Đ, bộ biến đổi điện chính là các mạch chỉnh lưu điềukhiển Chỉnh lưu được dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Chỉnhlưu ở đây sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha

1.2 MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ T - Đ.

1.2.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều.

Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp uk nào đó thì trong dây quấn kích từ

sẽ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông Φ Tiếp đó đặt một giátrị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện I chạyqua Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành mômen điện

từ , giá trị của mômen điện từ được tính như sau:

I k I a

N p

2

'.

Trong đó: p' - số đôi cực của động cơ

N - số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ.

a - số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng

k = pN/2π.a - hệ số kết cấu của máy

Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quấn phấn ứngquét qua từ thông và trong các dây quấn này cảm ứng sức điện động:

2

'

(1.2)Trong đó: ω - tốc độ góc của rôto

Trong chế độ xác lập, có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằngđiện áp phần ứng:

Trong đó: Ru - điện trở mạch phần ứng của động cơ

1.2.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều.

1.2.2.1 Mô tả chung.

Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được phương trình

mô tả sơ đồ thay thế như sau:

Mạch kích từ có hai biến dòng điện kích từ ik và từ thông máy Φ là phụ thuộcphi tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:

Trong đó Nk- số vòng dây cuộn kích từ;

Rk- điện trở cuộn dây kích từ

( [ 1

1 )

pT

R p

NN - số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp;

Tu - Lu/Ru - hằng số thời gian mạch phần ứng

Phương trình chuyển động của hệ thống:

Jp p M p

Trong đó J là mômen quán tính của các phần chuyển động quy đổi về trục động cơ

Từ các phương trình trên thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ mộtchiều (hình 1.1) Thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh, trong tính toánứng dụng thường dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc

R



 1

/ 1

K

N N N

K PN

1

K

K

N R

Mạch phần ứng:

)]

( )].[

( [

)]

( [

)]

( [

) (

p p

K

p I I L p p I I R p U U

B o

o u o

u o

)]

( [

)]

( [

)]

( [

)]

( )].[

).(

( )]

( ) ( [ )

) 1

).(

k k

) ( )

( ) (

R

 1

1

o K

B

o K

k pT

R

 1 1

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá động cơ điện một chiều

1.2.2.2 Trường hợp khi từ thông kích từ không đổi.

Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thíchbằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:

J R

T  (1.15)

1

)(

)()

C

p M R

T p p U p

I

c c

u

u

c u

c

(1.16)

u pT

R

 1

T T

p R T

c c

u u c

1

2 T pp

T T

K c c

T T

K c c

u

đ

1

) 1 (

p T C R

c c

u

u u u

a) Theo tốc độ; b) Theo dòng điện

1.2.3 Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển.

Bộ biến đổi tiristo với chuyển mạch tự nhiên và có điện áp (dòng điện) ra làmột chiều là các thiết bị điện, biến nguồn điện xoay chiều ba pha thành điện áp mộtchiều điều khiển được Hoạt động của mạch do nguồn xoay chiều quyết định vì nhờ

đó mà có thể thực hiện được chuyển mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Phần mạch quan trọng của chỉnh lưu là phần điều khiển, tại đó các xung mởtiristo được phát ra theo một trật tự đã định Quy luật hoạt động của mạch điều

khiển được xác định bởi loại chỉnh lưu (đảo chiều, không đảo chiều, …) và bởi đặctính phụ tải.

Trong thực tế truyền động điện hay dùng nhất là hệ thống phát xung đồng bộnhiều kênh, trong đó việc đồng bộ được thực hiện nhờ việc đồng bộ hoá điện áp tựavới lưới Điện áp tựa thường có dạng răng cưa quét ngược hoặc là hình sin

Các hệ thống làm việc với điện áp tựa kiểu răng cưa là bất biến khi biên độđiện áp nguồn thay đổi Xung điều khiển xuất hiện tại thời điểm mà điện áp tựabằng điện áp điều khiển

Phần mạch lực của chỉnh lưu thường được phân thành hai nhóm chính, chỉnhlưu hình tia và hình cầu Trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia (anôt chung hoặc catôtchung) mỗi pha của nguồn xoay chiều chỉ dẫn dòng trong một nữa chu kỳ Sơ đồchỉnh lưu cầu bao gồm hai chỉnh lưu hình tia Các van tiristo có thể được nối theokiểu điều khiển đối xứng hoặc không đối xứng

Trong truyền động điện, đa số các trường hợp chỉnh lưu được điều khiểnbằng tín hiệu biến thiên chậm Trong trường hợp này ảnh hưởng của tính chất xung

và tính bán điều khiển đến quá trình quá độ là nhỏ và do đó, gần đúng có thể coichỉnh lưu là mạch điều chỉnh liên tục với sơ đồ thay thế như hình 1.5

Lf, Rf - điện cảm và điện trở của một pha xoay chiều

Trong trường hợp biến thiên nhỏ của tín hiệu, khi hiện tượng chuyển mạchkhông có ảnh hưởng đến giá trị trung bình của điện áp thì điện trở Rb=Rf

Do tính chất xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu nên thời điểmcủa tín hiệu điều khiển thay đổi không trùng với thời điểm thay đổi góc điều khiển

α Độ dài của khoảng thời gian trễ này có đặc tính ngẫu nhiên Theo kinh nghiệm,

nên chọn giá trị của thời gian trễ là: .

Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn, có thể dùng biểu diễn gần đúng bởi

khai triển Mc.Laurin:     2 2 

! 2

1 1

1

vo vo

pT

T p pT

1

Hình 1.7 Hàm truyền của bộ chỉnh lưu trong trường hợp gần đúng

1.3 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN.

1.3.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ thống chấp hànhthì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản Chức năng cơ bản củamạch vòng dòng điện trong các hệ thống truyền động một chiều và xoay chiều làtrực tiếp (hoặc gián tiếp) xác định mômen kéo của động cơ, ngoài ra còn có chứcnăng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc v.v…

Một phương án đơn giản nhất để điều chỉnh dòng điện có cấu trúc như hình1.8a dùng bộ điều chỉnh tốc độ hoặc điện áp R có dạng bộ khuyếch đại tổng vàmạch phản hồi dòng điện phi tuyến P Khi tín hiệu dòng điện chưa đủ để khâu phituyến ra khỏi vùng kém nhạy thì bộ điều chỉnh làm viêc như bộ điều chỉnh tốc độ

(hay điện áp) mà không có sự tham gia của mạch phản hồi dòng điện Khi dòngđiện đủ lớn, khâu P sẽ làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính và phát huy tác dụnghạn chế dòng của bộ điều chỉnh R.

Phương án thứ hai được mô tả trên hình 1.8b Có hai mạch vòng với hai bộđiều chỉnh riêng biệt R1, R2, trong đó R2 là bộ điều chỉnh dòng điện với giá trị đặt

Iđ Cấu trúc kiểu này cho phép điều chỉnh độc lập từng mạch vòng

Phương án điều chỉnh dòng điện được sử dụng rộng rãi nhất trong truyềnđộng điện tự động như trên hình 1.8c, trong đó R1 là bộ điều chỉnh dòng điện, Rω là

bộ điều chỉnh tốc độ Mỗi mạch vòng có bộ điều chỉnh riêng được tổng hợp từ đốitượng riêng và theo các tiêu chuẩn riêng

1.3.2 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện khi bỏ qua sức điện động

động cơ.

Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện như trên hình 1.9, trong đó

F là mạch lọc tín hiệu, Ri là bộ điều chỉnh dòng điện, BĐ là bộ biến đổi một chiều,

Si là xenxơ dòng điện

Xenxơ dòng điện có thể thực hiện bằng các biến dòng ở mạch xoay chiềuhoặc bằng điện trở sun hoặc các mạch do cách ly trong mạch một chiều

f pT

 1

1

) 1

)(

1 (

R

 1 1

i

i pT

K

 1

Hình 1.9 Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện

Trong đó: Tf, Tđk, Tvo, Tu, Ti - các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiểnchỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lưu, phần ứng và xenxơ dòng điện

Ru - điện trở mạch phần ứng





- hệ số khuyếch đại của chỉnh lưu

Trong trường hợp coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng đến quátrình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện tức là coi ΔUE = 0 hoặc E = 0

Hàm truyền của mạch dòng điện (hàm truyền của đối tượng điều chỉnh) lànhư sau:

) 1 )(

1 )(

1 )(

1 )(

1 (

/ )

(

i u

vo đk

f

u i cl

R K K P

)(

1 (

/ )

(

p T p T

R K K p

S

u s

u i cl oi





Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh

dòng điện có dạng khâu PI : aT p

R

K K

p T p

R

s u

i cl

u i

1)

1 1

2

1 1

) (

)

(

p T p T K

p T p T K p

U

p

I

s s i

s s

Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc

độ góc của động cơ điện, các hệ này rất thường gặp trong thực tế kỹ thuật Hệ thốngđiều chỉnh tốc độ được hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện Các hệ thốngnày có thể là đảo chiều hoặc không đảo chiều Do các yêu cầu công nghệ mà hệ cầnđạt vô sai cấp một hoặc vô sai cấp hai

Tuỳ theo yêu cầu của công nghệ mà các bộ điều chỉnh tốc độ Rω có thể đượctổng hợp theo hai tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải Mc Trong trường hợpchung hệ thống phải có đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn từphía tín hiệu nhiễu loạn

Sơ đồ khối chức năng được trình bày trên hình 1.10

Ở phần trên ta đã tổng hợp được mạch dòng điện, trong phần này sẽ sử dụngbiểu thức kết quả trong đó đã bỏ qua ảnh hưởng của s.đ.đ của động cơ:

) 1

( 2 1

1

1 ) (

)

(

p T p T K

1

1 ) (

1

1 ) (

) (



Sơ đồ khối cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ như trên hình 1.11, trong đó Sω

là xenxơ tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ số truyền Kω và hằng sốthời gian (lọc) Tω Thường Tω có giá trị nhỏ, khi đó đặt 2T’s=2Ts + Tω, đối tượngđiều chỉnh có hàm truyền:

) 1 ' 2 (

1

) (

2





p T P T K K

K R p

S

s c

i

u o





(1.26)Theo tiêu chuẩn tối ưu môđun, có thể xác định được hàm truyền của bộ điềuchỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ:

' 2

' 2

1 )

s u

c

a T K R

T K K p

i

2 1

/ 1

Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là:

1 ) 1 2

( ' 4

1 1

) (

U

p

s s



(1.28)Sau đây ta kiểm tra ảnh hưởng của nhiễu phụ tải đến độ quá điều chỉnh và độchính xác tĩnh của hệ thống vừa nêu Theo sơ đồ khối hình 1.11 tính được:

)(

)(1[)()

()()(

p I

p I p

T K

p I R p

T K

R p I p I p

c c

c u c

1 ' 2

.

' 4 ) ( 1

1 )

p T T

K

R I T p F p T K

I R p

s s

s c

u c s o

c

c u

Giá trị của sai lệch tĩnh tuỳ thuộc vào các thông số trong biểu thức (1.30):

c c

u s

T K

R T

1.3.5 Điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI.

Trong nhiều thiết bị công nghệ thường có yêu cầu hệ thống điều chỉnh vô saicấp cao, khi này có thể sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng để tổng hợp các bộđiều chỉnh Với mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm truyền của bộ điều chỉnh códạng:

p KT

p T p

Và hàm truyền mạch hở sẽ là:

) 1 ' 2 (

1

1

K R p KT

p T p

F

s c

i

u o

o o

u s

s c

i

T K K

K R T

T T

K K

K R

'

8

) ' 2 ( 8

1 1 ( ' 4

1

)

(

p T T

K R

T K K p

R

s s

u

c i

Hàm truyền mạch kín của hệ thống:

1]1)'21('4['8

'81)

(

)()

p T p

U

p U p

F

s s

s

s đ

1 ] 1 ) ' 2 1 ( ' 4 [ ' 8

' 8 1 )

(

) ( )

p T p

I

p I p

F

s s

s

s c

và cũng tính được sai số tốc độ tương ứng khi nhiễu tải có dạng hằng số:

1 ] 1 ) ' 2 1 ( ' 4 [ ' 8

) ' 2 1 ( ' 8

' 4

.

)]

( ) ( [ )

p T p T T

K

I R T

R p T K

p I p I p

s s

s

s s

c

c u s

u c

Kbd

CL

Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T-Đ một chiều

Các phần tử trong hệ truyền động T- Đ :

- Động cơ Đ: Động cơ điện một chiều, kích từ độc lập, dòng điện kích từ

không đổi (từ thông là hằng số)

+ Động cơ : 2,2kW–220V-12A- 1500vòng/phút R u  1 , 2 ; L u  31mH + Dòng điện cho phép lớn nhất: I cp  36A

+ Hằng số thời gian mạch phần ứng: 3 25 , 83 10 3

2 , 1

10

uđđ

I R U

W

E

+ Mômen quán tính tính toán kể cả roto của động cơ: J 0 , 016kg.m2

- Chỉnh lưu CL: Chỉnh lưu thực hiện nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay

chiều thành dòng điện một chiều Chỉnh lưu CL sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha cóđiều khiển dùng van tiristo Khối phát xung điều khiển các tiristo sử dụng hệ thốngphát xung đồng bộ nhiều kênh, trong đó việc đồng bộ được thực hiện nhờ việc đồng

bộ hoá điện áp tựa với lưới Điện áp tựa có dạng hình răng cưa quét ngược được tạo

ra từ máy phát điện áp tựa

+ Hệ sốK cl: Vì chỉnh lưu là chỉnh lưu cầu 3 pha m = 3

2 , 57 9

220 43 , 2 34 , 2

+ Máy phát xung răng cưa có biên độ U rcm 9v

+ Hằng số thời gian mạch điều khiển : 0 , 2 10  3





đk

- Đo lường dòng điện: Sử dụng 3 biến dòng lắp đặt ở ba pha Điện áp sơ cấp

biến dòng qua mạch chỉnh lưu cầu điôt ba pha, mạch lọc RC lọc thành phần xoaychiều sau chỉnh lưu

)()

- Đo lường tốc độ: Sử dụng máy phát tốc một chiều FT Để đảm bảo yêu cầu

là điện áp một chiều có chứa ít thành phần xoay chiều tần số cao và tỷ lệ với tốc độđộng cơ, không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với biến đổi đại lượng đo, ta sử

dụng máy phát tốc một chiều có từ thông không đổi trong toàn vùng điều chỉnh tốc

độ Vì vậy phải hạn chế tổn thất mạch từ bằng việc sử dụng vật liệu từ có từ trễ hẹp

và sử dụng là thép kỹ thuật điện mỏng (hạn chế tổn thất dòng điện xoáy) Để loại bỏsóng điều hoà tần số cao sử dụng bộ lọc lắp ở đầu ra máy phát tốc

+ Máy phát tốc FT: n đm  3000vòng/phút; U đm  24v

+ Hàm truyền của máy phát tốc khi có bộ lọc sẽ là:

p T

K p

p U p

F f

1 ) (

) ( )

- Hệ thống làm việc ở chế độ dòng điện liên tục

- Coi sức điện động E không ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạchvòng dòng điện

- Bộ điều chỉnh dòng điện RI thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu môđun như đãtrình bày ở mục 1.3.2

Tính toán thông số của khâu chỉnh lưu:

vo đk

cl T T

T 2   = 0,0002 x 0,000166 = 3,32 e-8

vo đk

T 1  = 0,0002 + 0,000166 = 0,000366

Bộ điều chỉnh dòng điện RI thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu môđun

p aT R

K K

p T p

R

si u

i cl

u i

1)

vo đk i

T    = 0,0005+ 0,0002 + 0,000166 = 0,000866

2 , 1

2 2 , 57 000866 ,

0 2

K K T

Mô hình cấu trúc mạch vòng dòng điện với bộ điều chỉnh dòng điện RI thiết

kế theo tiêu chuẩn tối ưu môđun như hình 1.14

ui

Uu sai lech

Ki Ti.s+1 Transfer Fcn4

1/Ru Tu.s+1 Transfer Fcn2

Kcl Tcl2.s +Tcl1.s+12Transfer Fcn chinh luu

Tu.s+1 Tri.s Transfer Fcn Ri(p)

Hinh 1.14 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện

1.4.3 Xây dựng bộ điều khiển PI cho hệ truyền động T-Đ

1.4.3.1 Xây dựng bộ điều khiển.

- Bộ điều chỉnh tốc độ Rω dùng bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI thiết

kế theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng như đã trình bày ở mục 1.3.5

- Kế thừa các kết quả khi đã tổng hợp được mạch vòng dòng điện, ta tổnghợp mạch vòng tốc độ Hàm truyền mạch vòng dòng điện

p T

K p

K R

T KF K p

R

sw sw

u

c i i

8

1 1 4

1 )

(





p T T K

R

T KF K T

K R

T KF K p

R

sw sw u

c i i sw

u

c i i

8

1 4

1 4

1 )

i

u c

KF

R J

T   = 0,011207

sw u

c i i

T KF K KP

c i i

T KF K KI

8

14

1.4.3.2 Kỹ thuật antiwindup bộ tích phân.

Khâu vi phân điều khiển cơ cấu chấp hành và làm cho nó bảo hòa có thể gây

ra một số ảnh hưởng không mong muốn Nếu sai số điều khiển lớn khâu vi phânlàm cho cơ cấu chấp hành hoạt động trong vùng bảo hòa, vòng hồi tiếp sẽ bị gãy,bởi vì cơ cấu chấp hành vẫn bảo hòa thậm chí nếu ngõ ra hệ thống thay đổi Khâu viphân, trở thành một hệ thống không ổn định, có thể sau đó khâu vi phân đạt đến mộtgiá trị rất lớn Khi sai số cuối cùng giảm xuống, khâu vi phân có thể vẫn lớn để nócần có khoảng thời gian cần thiết cho tới khi khâu vi phân trở lại giá trị bìnhthường Sự ảnh hưởng này gọi là windup khâu vi phân Hình 1.15 miêu tả sự ảnhhưởng đó

Hình 1.15 Biểu diễn windup của khâu vi phân

Đường nét nhỏ thể hiện đáp ứng của bộ điều khiển PID thông thường

Đường nét đậm thể hiện đáp ứng của PID đã được cải thiện khi antiwindup

Có nhiều cách để tránh windup khâu vi phân Một cách có hiệu quả nhất làdừng cập nhật khâu vi phân khi cơ cấu chấp hành bị bảo hòa Một phương phápkhác được biểu diễn ở sơ đồ khối hình 1.16(a) Ở đây, một đường hồi tiếp đượcthêm vào để cung cấp giá trị đo được ở ngõ ra của cơ cấu chấp hành, tín hiệu sai số

es là sự khác nhau giữa ngõ ra cơ cấu chấp hành (uc) và ngõ ra bộ điều khiển (v)được đến về ngõ vào bộ tích phân qua khâu khuếch đại 1/Tt Tín hiệu sai số es bằngkhông khi cơ cấu chấp hành không bị bảo hòa Khi cơ cấu chấp hành bị bảo hòađường hồi tiếp thêm vào sẽ cố gắng làm cho es bằng không Điều này có nghĩa làkhâu vi phân sẽ được reset để ngõ ra của bộ điều khiển ở tại giá trị giới hạn bảo hòa.Khâu vi phân được reset đến một giá trị tỷ lệ với hằng số thời gian Tt, được gọi làhằng số thời gian theo dỏi (tracking-time) Một sự thuận lợi với phương phápantiwindup này là nó có thể áp dụng cho nhiều cơ cấu chấp hành, không chỉ cơ cấuchấp hành bảo hòa mà còn các bộ kích có đặc tính tùy ý, như vùng chết hay hiệntượng trễ, theo ngõ ra của bộ kích được đo lường Nếu ngõ ra của cơ cấu chấp hànhkhông được đo lường, cơ cấu chấp hành có thể được thiết kế theo kiểu mẫu và tínhiệu tương đương có thể phát ra từ kiểu mẫu này, như biểu diễn ở hình 1.16(b)

Kiểu mẫu

cơ cấu chấp hành

e S

Hình 1.16 Bộ điều khiển với antiwindup

Đầu ra của cơ cấu chấp hành được đo lường hình (a),Đầu ra của cơ cấu chấp hành được giới hạn bằng hàm toán học hình (b)Ứng dụng kỹ thuật này cho bộ điều khiển tốc độ PI để tránh hiện tượngWindup khi tín hiệu điều khiển rơi vào vùng bão hoà

1.4.4 Sơ đồ mô phỏng.

Mô hình mô phỏng được xây dựng trên phần mềm Matlab Simulink

Tw s+1 Transfer Fcn

Tocdo

Terminator4 Terminator3 Terminator1

M c J W

Doi tuong

Mc Constant

KFi s Transfer Fcn6

1/Ki 2*Tsis+1

KPn KP

KIn KI1

KIn KI

1 s Integrator2

2

U w

1

U wd

Hinh 1.19 Bộ điều khiển tốc độ có khâu bảo hoà và Antiwindup

1.5 MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 1.5.1 Trường hợp mômen quán tính của đối tượng J1=J=0,016.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0

Hình 1.20 Kết quả mô phỏng với J1 = J = 0,016

Hình 1.21 Kết quả mô phỏng với J1 = J = 0,016

Nhận xét: Bộ điều khiển PI cho kết quả điều khiển rất tốt khi mômen quántính J của hệ bằng với mômen tính toán

1.5.2 Trường hợp mômen quán tính của đối tượng J2=10*J=0,16.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0

Hình 1.22 Kết quả mô phỏng với J2 = 10*J = 0,16

Hình 1.23 Kết quả mô phỏng với J2 = 10*J = 0,16

Nhận xét: Khi mômen quán tính của hệ bằng 10*J thì với bộ điều khiển PIkết quả điều khiển rất kém Độ quá điều chỉnh lớn và thời gian quá dộ kéo dài

1.5.3 Trường hợp mômen quán tính của đối tượng J3 tăng đều.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0

Hình 1.25 Kết quả mô phỏng với J3 tăng dần đều

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 1460

Hình 1.26 Kết quả mô phỏng với J3 tăng dần đều

Nhận xét: Trường hợp đối tượng có mômen quán tính tăng dần đều thì chấtlượng điều chỉnh của hệ tuyền động kém đi nhiều so với khi momen quán tính bằngmômen tính toán Cụ thể là độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ đều tăng

1.5.4 Trường hợp mômen quán tính của đối tượng J biến đổi dạng

Hình 1.28 Kết quả mô phỏng với J4 biến đổi theo dạng xung

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1420

Hình 1.29 Kết quả mô phỏng với J4 biến đổi theo dạng xung

Nhận xét: Khi mômen của hệ truyền động thay đổi, thì thời gian quá độ trướckhi xác lập là rất lớn Độ quá điều chỉnh trong quá trình quá độ cũng tăng vọt Bộđiều chỉnh không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.

Trong chương 1 luận văn đã trình bày cơ sở lý thuyết và đã xây dựng hoànchỉnh bộ điều khiển PI cho hệ truyền động T-Đ Bộ điều khiển PI được xây dựngtrên cơ sở các tham số của hệ truyền động là cố định cụ thể là ứng vớiJtinhtoan=0,016 Qua kết quả mô phỏng dễ dàng nhận thấy với bộ điều khiển nàychất lượng điều chỉnh chỉ đạt được yêu cầu khi hệ làm việc với J = Jtinhtoan Khitham số làm việc của hệ bị thay đổi càng xa so với tham số tính toán thì chất lượngđiều chỉnh càng kém Kết quả mô phỏng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết, khimômen quán tính J của hệ thay đổi dẫn đến làm thay đổi TC theo công thức 1.15 và

do đó các thành phần KP , KI trong bộ điều khiển tốc độ (Rω) cũng cần phải đượcthay đổi theo công thức 1.34 Tuy nhiên do các tham số bộ điều khiển PI được đặt

cố định nên không còn phù hợp với yêu cầu của đối tượng và như thế chất lượngđiều chỉnh của hệ không đạt được chất lượng mong muốn

Về nguyên tắc khi tham số của hệ bị thay đổi ta phải tính toán và hiệu chỉnhlại bộ điều khiển, tuy nhiên việc này là không thể thực hiện được đối với bộ điềukhiển PID truyền thống Chính vì vậy ngày nay trong các hệ truyền động yêu cầuchất lượng cao các bộ điều khiển cần có khả năng tự chỉnh định lại thông số Đâychính là vấn đề mà luận văn quan tâm nghiên cứu giải quyết.

Chương 2

ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG.

Về cơ bản, một hệ điều khiển thích nghi (AC-Adaptive Control) gồm haiphần chính:

- Phần thứ nhất là bộ điều khiển thích nghi, là nơi thực hiện luật thích nghi,

nó quan sát tín hiệu cũng như tham số, đánh giá và ước lượng thông tin theo chỉtiêu, thông qua những thuật toán giải tích, luật thích nghi sẽ cung cấp dữ liệu về đạilượng đang giám sát, từ đó sẽ xác nhận các giá trị cực trị hay bám sát các tham số

Cơ sở của các luật thích nghi là dựa trên các tiêu chuẩn ổn định giải tích, căn cứtheo cấu trúc mô tả biến trạng thái, từ đó sẽ xác định được các giá trị cực trị tức thờicũng như các vi phân của đại lượng Một luật thích nghi tốt cần phải hội tụ nhanh vàchính xác đến tham số thực

- Phần thứ hai là bộ điều khiển, là nơi thực hiện các phép biến đổi từ tín hiệuvào và tín hiệu thích nghi để đưa ra các tín hiệu điều khiển thích hợp sao cho đốitượng dưới sự điều khiển bởi các tín hiệu này sẽ nhanh chóng giảm thiểu sai lệch,đưa hệ thống về lại giá trị đặt, loại trừ ảnh hưởng của nhiễu Nói chung, các bộ điềukhiển sẽ tự thay đổi tham số hay cấu trúc của chúng để tạo tín hiệu điều khiển, nócũng được thiết kế dựa trên những nguyên tắc cơ bản như PI, PID, mờ, trượt, tối ưu

… cái chính để phân biệt với các hệ cổ điển thông thường là lượng thông tin đầuvào nhiều hơn, trong đó tham số thích nghi chiếm một phần đáng kể

2.2 ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI TỰ CHỈNH (STRAC).

2.2.1 Cấu trúc bộ điều khiển.

Để thiết kế được bộ điều khiển cho một đối tượng cụ thể thì cần phải có môhình toán học mô tả đối tượng đó Như vậy, rõ ràng kết quả chất lượng điều khiểnphụ thuộc vào độ chính xác của mô hình toán học mô tả đối tượng Ngoài ra, saunày trong quá trình làm việc, để chất lượng hệ thống vẫn đạt được các chỉ tiêu nhưthiết kế ban đầu thì cần phải có giả thiết rằng đối tượng không tự thay đổi, tức là độchính xác của mô hình vẫn còn được giữ nguyên Song điều này trong thực tế chỉ là

lý tưởng, phần lớn các mô hình đều chứa trong nó một sai lệch nhất định so với đốitượng và trong quá trình làm việc, bản thân đối tượng lại cũng tự thay đổi, làm chosai lệch giữa mô hình và đối tượng càng lớn, dẫn đến độ sai lệch chất lượng so vớichỉ tiêu thiết kế càng nhiều Trong trường hợp như vậy, chúng ta thường nghĩ đếnviệc làm lại từ đầu, tức là phải xác định một mô hình toán học đối tượng mới và lạithiết kế một bộ điều khiển mới.

Một bộ điều khiển tổng hợp, nếu trong quá trình làm việc có khả năng tự xácđịnh lại mô hình toán học mô tả đối tượng để từ đó tự chỉnh định lại bản thân nócho phù hợp với sự thay đổi của đối tượng được gọi là bộ điều khiển thích nghi tựchỉnh (self-tuning-regulator), viết tắt là STRAC Bộ điều khiển thích nghi tự chỉnhđơn giản nhất là bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh tham số, tức là nó không tự thayđổi cấu trúc bộ điều khiển mà chỉ xác định lại các tham số ai , i=1,2, …, n và bj ,j=1,2,…,m cho mô hình truyền đạt như (hình 2.1) của đối tượng để từ đó tự chỉnhđịnh lại các tham số điều khiển của chính mình cho phù hợp

Đặc điểm nổi bật, dễ nhận biết nhất của một bộ điều khiển STRAC là trong

nó có chứa các cơ cấu:

- Cơ cấu nhận dạng (tham số) mô hình hàm truyền đạt S(s) của đối tượng

- Cơ cấu xác định tham số điều khiển dựa trên hàm truyền đạt của đối tượng

Tham số a i , b j của S(s)

Xác định tham số

bộ điều khiển

Nhận dạng đối tượng

Bộ điều khiển

Đối tượng

định bằng cách giải các phương trình điều khiển với các số liệu do bộ ước lượngcung cấp Hệ thống cũng có 2 mạch vòng, mạch vòng trong là mạch phản hồi thôngthường Các tham số bộ điều chỉnh được giải quyết ở mạch vòng ngoài, nó gồm 1

bộ ước lượng tham số đệ qui và 1 bộ tính toán dữ liệu Đôi lúc hệ không tự ướclượng ngay mà phải đưa ra một số tín hiệu điều khiển để thăm dò phản ứng của cả

hệ hoặc gây nhiễu để quan sát các phản ứng sau đó Tốc độ đáp ứng của hệ phụthuộc thời gian lấy mẫu và quá trình thực hiện đòi hỏi cập nhật, đánh giá thông sốliên tục, sau đó qua các khâu tính toán trung gian nên hệ còn được gọi là hệ thíchnghi gián tiếp Nhiều khi nó còn tự đặt lại các tham số để hệ thực hiện nhanh hơn,hoặc tối ưu hoá thuật toán theo điều kiện tác động của nhiễu bằng quĩ đạo ngoạisuy

2.2.2 Cơ cấu xác định tham số bộ điều khiển từ mô hình đối tượng.

Thực chất, khi đã có được mô hình toán học cụ thể là hàm truyền đạt S(s)của đối tượng điều khiển nhờ cơ cấu nhận dạng, thì để xác định bộ điều khiển R(s)

ta có thể áp dụng một phương pháp thiết kế bất kỳ nào đó đã biết của lý thuyết điềukhiển tuyến tính, chẳng hạn như:

- Bộ điều khiển PID có tham số xác định theo nguyên lý tối ưu đối xứng

- Bộ điều khiển tối ưu LQR hay LQG

- Bộ điều khiển điểm cực đặt trước

- Bộ điều khiển tách kênh có chất lượng từng kênh được định trước

2.3 ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CÓ MÔ HÌNH THEO DÕI (MRAC) 2.3.1 Cấu trúc bộ điều khiển.

Ta thấy nếu sử dụng mô hình mẫu mong muốn Gm như một thiết bị theo dõithì ta có thể bỏ qua cơ cấu nhận dạng mô hình đối tượng Phát triển ý tưởng này ta

sẽ đến được bộ điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi ( Model referenceadaptive control ), viết tắt thành MRAC, với cấu trúc tổng quát như hình 2.2

G m (s)

Cơ cấu thay đổi tham số

Bộ điều khiển

Đối tượng

y

Hình 2.2 Cấu trúc chung của các bộ điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi.Nguyên tắc làm việc của bộ điều khiển thích nghi MRAC được tóm tắt nhưsau: Để hệ kín, bao gồm đối tượng điều khiển và bộ điều khiển, luôn có hàm truyềnđạt mẫu mong muốn (mô hình mẫu):

)(

)()

(

s A

s B s

0 ) ( ) ( ) ( )

( )

Như vậy vấn đề còn lại chỉ là thiết kế cơ cấu tham số bộ điều khiển để luôn

có được quan hệ (2.2) và điều này phải không được phụ thuộc vào sự thay đổi bêntrong đối tượng Hơn thế nữa, bộ điều khiển thích nghi phải đảm bảo được tính ổnđịnh cho hệ thống Hệ MRAC vẫn thường được gọi là hệ điều khiển thích nghi trựctiếp

Sơ đồ này được dùng khá rộng rãi mấu chốt cơ bản là sử dụng một mô hìnhmẫu để tạo tín hiệu ra mẫu đúng theo yêu cầu, mô hình mẫu có thể là một bộ môphỏng vật lí hay một hàm giải tích, căn cứ theo đó sẽ cho phép điều chỉnh tham số

mô hình thực Hệ thống bao gồm hai mạch vòng, mạch vòng trong là mạch phản hồinhư bình thường như mọi hệ tuyến tính khác, mạch vòng ngoài điều chỉnh các tham

số bộ điều khiển thông qua đánh giá sai lệch, sao cho sai lệch giữa tín hiệu ra y(t) và

tín hiệu mẫu ym là nhỏ nhất Có 2 dạng MRAC hay dùng là kiểu nối tiếp (SMRAC)

và kiểu song song (PMRAC) như hình 2.3, 2.4

Mô hình mẫu

Điều chỉnh tham số

Đối tượng

Tìm tham số

Tính toán

Tín hiệu

đặt r(t)

Tín hiệu mẫu

Bộ điều khiển

Đối tượng

Bộ thích nghi

Hình 2.4 Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu song song

Một sự khác biệt khá rõ là trong MRAC nối tiếp, mạch vòng phản hồi nằmngoài mạch vòng thích nghi Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến phân tíchcấu trúc chung, nhiệm vụ của mạch thích nghi vẫn là điều chỉnh tham số trong bộđiều khiển, nhưng vì bộ điều khiển chỉ nhận tín hiệu vào là sai lệch đầu ra, nên môhình này thường dùng khi điều chỉnh hệ số khuếch đại mạch hở Trong MRAC songsong, có thể điều chỉnh các tham số khác ngoài hệ số khuếch đại vì có cả phản hồitrạng thái MRAC cũng bị tồn tại dao động không đổi trong hệ thống, gây ra độ ồn

do hệ số khuếch đại bị giảm thấp hơn mức chuẩn, tín hiệu vào có thể bị bão hoà dokhuếch đại cao, lúc này độ bảo hoà sẽ giới hạn chu kì dao động nên có thể làmkhuếch đại tiếp tục tăng và gây mất ổn định của hệ

Một số phương pháp thường dùng để hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển vớicấu trúc xác định cho trước, nhằm đạt được quan hệ (2.33) mong muốn, điển hình làphương pháp hiệu chỉnh theo luật MIT.

2.3.2 Hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển theo luật MIT.

Phương pháp hiệu chỉnh bộ điều khiển thoả mãn mục tiêu (2.2) đơn giản nhất

là tạo ra được tlim0e(t)0, tức là chỉ phải thay đổi vector tham số bộ điều khiển saocho:

Nếu e>0 thì phải giảm e(t), tức là phải tạo ra được  0

dt de

Ngược lại, khi e <0 thì phải tăng e(t), ttức là phải tạo ra được  0

dt de

Nói cách khác, chỉ cần phải tạo ra được sai lệch e(t) và de dt khác dấu nhau:

Như vậy luật MIT có hàm mục tiêu là cực tiểu bình phương sai lệch

Để ý tiếp, nếu sử dụng ký hiệu vector p để chỉ tập các tham số bộ điềukhiển cần phải thay đổi, thì do: de dt e p d dt p sẽ thấy, để đạt được mục đích (2.3)

ta chỉ cần tạo ra được:

T

p

e e dt

ta vẫn thường được biết đến dưới tên gọi luật hiệu chỉnh MIT

Lượng e p cho biết độ nhạy của mô hình Hằng số dương γ được gọi là hệ

số khuyếch đại thích nghi Hằng số khuyếch đại thích nghi γ giữ một vai trò quyết

định đến tốc độ hội tụ (hay phân kỳ) của thuật toán chỉnh định tham số p của bộđiều khiển.

Ngoài ra, hai công thức MIT (2.4) và (2.5) còn cho thấy, để có được luật hiệuchỉnh d dt p một cách cụ thể thì trước hết cần phải có quan hệ phụ thuộc e ( p) vàhiển nhiên điều này chỉ có được nếu như đã biết trước được cấu trúc hàm truyền đạtS(s) hoặc phương trình trạng thái mô tả đối tượng Chính vì thế, tuy rằng không sửdụng cơ cấu nhận dạng, song phương pháp này yêu cầu phải có giả thiết về cấu trúc

mô hình đối tượng, tức là cần phải có mô hình bất định của đối tượng

2.3.3 Đánh giá chất lượng cơ cấu chỉnh định theo luật MIT.

Một vấn đề nảy sinh trong thực tế của công việc thiết kế cơ cấu chỉnh địnhtheo luật MIT như đã làm là tuỳ theo cấu trúc bộ điều khiển được chọn, rất có thểtuy đã đạt được điều mong muốn e(t)→0 khi t→∞ song các hệ số cần chỉnh định p

của bộ điều khiển lại không hội tụ về giá trị lý tưởng của nó

Xét đối tượng là khâu khuyếch đại có tham số k bất định và được điều khiểnthích nghi theo nguyên tắc điều khiển hở (bộ điều khiển mắc nối tiếp với đối tượng)bằng bộ điều khiển cũng là một khâu khuyếch đại p (hình 2.5)

Hình 2.5 Cấu trúc bộ điều khiển thích nghi theo nguyên tắc điều khiển hở

Ở đây cấu hình chỉnh định MIT có nhiệm vụ chỉnh định p sao cho hệ đạtđược hàm truyền đạt mẫu Gm(s) =ko, trong đó ko là hằng số đã biết

Hiển nhiên tham số lý tưởng p* của bộ điều khiển mà cơ cấu chỉnh định phải

đạt tới được là * 0.

k k

p  Bây giờ ta xét sai lệch:

) (

~ ) ( )

2 2

t

I k p

p p t p p

p k dt

Hai công thức mô tả p(t) và e(t) cho thấy sẽ luôn có e→0 nếu như ω→0 hoặc

It →∞, song lại chỉ có p→p* khi It →∞ Nói cách khác trong trường hợp tín hiệuvào ω(t) thoả mãn ω→0 đồng thời It <∞, chẳng hạn như ω(t) =e-t, thì mặc dù bộ điềukhiển thích nghi đã đạt được mục đích là tạo ra được e→0 nhưng lại sẽ không làmcho p tiến đến được giá trị lý tưởng p* của nó

Bên cạnh hiện tượng không tiến tới giá trị lý tưởng p* của vector tham số bộđiều khiển p mặc dù cơ cấu chỉnh định đã triệt tiêu được sai lệch (e→0), một vấn

đề cũng cần bàn ở đây là nên chọn hệ số khuyếch đại thích nghi γ như thế nào thìthuật toán chỉnh định p theo luật MIT sẽ hội tụ (cho dù không hội tụ với giá trị lýtưởng p*), đặc biệt là không để xảy ra hiện tượng p→±∞

Gọi G(s) là hàm truyền đạt của hệ thống gồm bộ điều khiển và đối tượng có

mô hình bất định Ký hiệu  là vector tham số mô hình đối tượng (không biếttrước) và p là vector tham số bộ điều khiển cần chỉnh định Khi đó G(s) là hàmphụ thuộc  và p Ta ký hiệu sự phụ thuộc đó bằng G(s, , p) Tiếp theo, gọiGm(s) là hàm truyền đạt của mô hình theo dõi Rõ ràng Gm(s) không phụ thuộc  và

p Nếu xem s là toán tử vi phân s  dt d thì sai lệch:

e = y-ym = [G(s, , p) - Gm(s) ]ω là hàm phụ thuộc  , p hay e = e(s, ,

p) Do đó hệ phương trình vi phân xác định p theo luật MIT (2.4), (2.5):

T

p

p s e e dt