4.1 Hồi tiếp tuyến tính hóa
Các mô phỏng trong phần 4.1 thực hiện với chu kỳ lấy mẫu 0.001s, thời gian mô phỏng 10s.
Hình 4.1.1 Các ngõ ra với tín hiệu đặt và các cực
Hình 4.1.2 Các ngõ vào với tín hiệu đặt và các cực
Chú thích và nhận xét 4.1.1
( Mô phỏng với hình 4.1.1 và hình 4.1.2 thực hiện với tín hiệu đặt , các cực hệ thống .
( Với mô hình danh định, ngõ ra tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng 0; điện áp ngõ vào xác lập bằng 11.685 V.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra không tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng -1.18 mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 9.82 V.
Hình 4.1.3 Quan hệ vào – ra hệ thống sau khi hồi tiếp tuyến tính hóa
Theo (C.1.5), hệ thống sau khi hồi tiếp tuyến tính hóa là một khâu tích phân bậc 3. Khi có sai số mô hình, hệ thống không còn là khâu tích phân bậc 3, dẫn đến sai số xác lập ngõ ra.
Ta khảo sát ảnh hưởng các cực đến chất lượng điều khiển
Hình 4.1.4 Các ngõ ra với tín hiệu đặt và các cực
Hình 4.1.5 Các ngõ vào với tín hiệu đặt và các cực
Chú thích và nhận xét 4.1.2
( Mô phỏng với hình 4.1.4 và hình 4. 1.5 thực hiện với tín hiệu đặt , các cực hệ thống .
( Với mô hình danh định, ngõ ra tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng 0, tuy nhiên thời gian xác lập tăng lên; điện áp ngõ vào xác lập bằng 11.685 V, bằng giá trị ứng với trường hợp cực (hình 4.1.2).
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra không tiến về tín hiệu đặt, hệ thống không ổn định, đối tượng nằm ở vị trí 0mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 3.55 V, sai lệch nhiều so với giá trị của trường hợp mô hình danh định.
Hình 4.1.6 Các ngõ ra với tín hiệu đặt và các cực
Hình 4.1.7 Các ngõ vào với tín hiệu đặt và các cực
Chú thích và nhận xét 4.1.3
( Mô phỏng với hình 4.1.6 và hình 4.1.7 thực hiện với tín hiệu đặt , các cực hệ thống .
( Với mô hình danh định, hệ thống không ổn định, đối tượng nằm ở vị trí 12mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 17.36 V bằng với điện áp tại vị trí cân bằng 12mm.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, hệ thống không ổn định, đối tượng nằm ở vị trí 12mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 3.55 V.
Hình 4.1.8 Các ngõ ra với tín hiệu đặt và các cực
Hình 4.1.9 Các ngõ vào với tín hiệu đặt và các cực
Chú thích và nhận xét 4.1.4
( Mô phỏng với hình 4.1.6 và hình 4.1.7 thực hiện với tín hiệu đặt , các cực hệ thống .
( Với mô hình danh định, hệ thống không ổn định, ngõ ra và ngõ vào dao động.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, hệ thống không ổn định, ngõ ra và ngõ vào dao động.
Tiếp theo ta mô phỏng với tín hiệu đặt là sóng sin và sóng vuông có biên độ 1mm, tần số 0.25Hz quanh giá trị 7mm.
Hình 4.1.10 Các ngõ ra với tín hiệu đặt là sóng sin và các cực
Hình 4.1.11 Các ngõ vào với tín hiệu đặt là sóng sin và các cực
Hình 4.1.12 Các ngõ ra với tín hiệu đặt là sóng vuông và các cực
Hình 4.1.13 Các ngõ vào với tín hiệu đặt là sóng vuông và các cực
Chú thích và nhận xét 4.1.5
( Trường hợp sóng sin:
+ Với mô hình danh định, ngõ ra bám theo tín hiệu đặt với sai số nhỏ.
+ Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%.
+ Với cả 2 mô hình, ngõ vào dao động theo tần số tín hiệu đặt.
( Trường hợp sóng vuông:
+ Với mô hình danh định, ngõ ra bám theo tín hiệu đặt.
+ Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra bám theo tín hiệu đặt với sai số xấp xỉ trường hợp tín hiệu đặt không đổi.
+ Với cả 2 mô hình, ngõ vào rất dao động tại các điểm chuyển từ mức cao sang mức thấp do trong luật điều khiển có các số hạng đạo hàm bậc 2, bậc 3 của tín hiệu đặt.
Kết luận 4.1
( Các cực hệ thống nếu chọn âm quá lớn dẫn đến dao động, nếu âm quá nhỏ sẽ dẫn đến hệ thống không ổn định.
( Hệ thống có mô hình với khối lượng đối tượng nhẹ đi 10% có chất lượng điều khiển không tốt bằng mô hình danh định ( Hồi tiếp tuyến tính hóa rất nhạy với các sai số mô hình.
4.2 Hồi tiếp tuyến tính hóa kết hợp điều khiển cuốn chiếu
Các mô phỏng trong phần 4.2 thực hiện với chu kỳ lấy mẫu 0.001s, các cực của hệ thống con (C.2.1)
Hình 4.2.1 Các ngõ ra với tín hiệu đặt , các cực
Hình 4.2.2 Các ngõ vào với tín hiệu đặt , các cực
Chú thích và nhận xét 4.2.1
( Mô phỏng với hình 4.2.1 và hình 4.2.2 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng ; điện áp ngõ vào xác lập bằng 11.68 V.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra không tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng -0.39 mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 10.67 V.
( Với cả 2 mô hình, thời gian xác lập là 1.5s.
Ta khảo sát ảnh hưởng của hệ số K đến chất lượng điều khiển
Hình 4.2.3 Các ngõ ra với tín hiệu đặt , các cực
Hình 4.2.4 Các ngõ vào với tín hiệu đặt , các cực
Chú thích và nhận xét 4.2.2
( Mô phỏng với hình 4.2.3 và hình 4.2.4 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng ; điện áp ngõ vào xác lập bằng 11.685 V.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra không tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng -0.37 mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 10.66 V.
( Với cả 2 mô hình, thời gian xác lập là 4.5s.
Hình 4.2.5 Các ngõ ra với tín hiệu đặt , các cực
Hình 4.2.6 Các ngõ vào với tín hiệu đặt , các cực
Chú thích và nhận xét 4.2.3
( Mô phỏng với hình 4.2.5 và hình 4.2.6 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng ; điện áp ngõ vào xác lập bằng 11.685 V.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra không tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng -0.31 mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 10.75 V.
( Với cả 2 mô hình, thời gian xác lập là 17s.
Hình 4.2.7 Các ngõ ra với tín hiệu đặt , các cực
Hình 4.2.8 Các ngõ vào với tín hiệu đặt , các cực
Chú thích và nhận xét 4.2.4
( Mô phỏng với hình 4.2.7 và hình 4.2.8 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng ; điện áp ngõ vào xác lập bằng 11.685 V.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra không tiến về tín hiệu đặt, sai số xác lập bằng -0.39 mm; điện áp ngõ vào xác lập bằng 10.66 V.
( Với cả 2 mô hình, thời gian xác lập là 0.8s. Tuy nhiên, ngõ ra dao động với biên độ lớn trước khi xác lập.
Tiếp theo ta mô phỏng với tín hiệu đặt là sóng sin và sóng vuông có biên độ 1mm, tần số 0.25Hz quanh giá trị 7mm (như phần 4.1)
Hình 4.2.9 Các ngõ ra với tín hiệu đặt là sóng sin, các cực
Hình 4.2.10 Các ngõ vào với tín hiệu đặt là sóng sin, các cực
Hình 4.2.11 Các ngõ ra với tín hiệu đặt là sóng vuông,
các cực
Hình 4.2.12 Các ngõ vào với tín hiệu đặt là sóng vuông,
các cực
Chú thích và nhận xét 4.2.5
( Trường hợp sóng sin:
+ Với mô hình danh định, ngõ ra bám theo tín hiệu đặt với sai số nhỏ.
+ Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, , ngõ ra có sai số xấp xỉ trường hợp tín hiệu đặt không đổi.
+ Với cả 2 mô hình, ngõ vào dao động theo tần số tín hiệu đặt.
( Trường hợp sóng vuông:
+ Với mô hình danh định, ngõ ra bám theo tín hiệu.
+ Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra có sai số xấp xỉ trường hợp tín hiệu đặt không đổi.
+ Với cả 2 mô hình, ngõ vào rất dao động tại các điểm chuyển từ mức cao sang mức thấp do trong luật điều khiển có các số hạng đạo hàm bậc 2 của tín hiệu đặt.
Kết luận 4.2
( Hệ số K nếu chọn quá lớn sẽ dẫn đến dao động, nếu quá nhỏ thời gian xác lập tăng định.
( Hệ thống có mô hình với khối lượng đối tượng nhẹ đi 10% có chất lượng điều khiển không tốt bằng mô hình danh định. Tuy nhiên, sai số xác lập nhỏ hơn phần 4.1 và ít thay đổi theo hệ số K.
( Hồi tiếp tuyến tính hóa kết hợp điều khiển cuốn chiếu ít nhạy với các sai số mô hình hơn so với hồi tiếp tuyến tính hóa.
4.3 Hồi tiếp tuyến tính hóa kết hợp điều khiển cuốn chiếu và phương pháp Lyapunov Redesign
Các mô phỏng trong phần 4.3 thực hiện với chu kỳ lấy mẫu 0.001s, các cực của hệ thống con (C.2.1)
Ta khảo sát ảnh hưởng của hệ số đến chất lượng điều khiển
Hình 4.3.1 Các ngõ ra với tín hiệu đặt ,
các cực
Hình 4.3.2 Các ngõ vào với tín hiệu đặt ,
các cực
Chú thích và nhận xét 4.3.1
( Mô phỏng với hình 4.3.1 và hình 4.3.2 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra có sai số xác lập bằng 1.91mm; điện áp ngõ vào dao động từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, ngõ ra có sai số xác lập bằng 1.19 mm; điện áp ngõ vào dao động biên độ lớn.
Hình 4.3.3 Các ngõ ra với tín hiệu đặt ,
các cực
Hình 4.3.4 Các ngõ vào với tín hiệu đặt ,
các cực
Chú thích và nhận xét 4.3.2
( Mô phỏng với hình 4.3.3 và hình 4.3.4 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , cực .
( Với cả 2 mô hình, hệ thống không ổn định, đối tượng nằm ở vị trí 12mm; điện áp ngõ vào dao động từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất.
Hình 4.3.5 Các ngõ ra với tín hiệu đặt ,
các cực
Hình 4.3.6 Các ngõ vào với tín hiệu đặt ,
các cực
Chú thích và nhận xét 4.3.3
( Mô phỏng với hình 4.3.5 và hình 4.3.6 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra có sai số xác lập bằng 0.55mm.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, sai số xác lập bằng 0.1 mm.
( Với cả 2 mô hình, điện áp ngõ vào dao động từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất.
Hình 4.3.7 Các ngõ ra với tín hiệu đặt ,
các cực
Hình 4.3.8 Các ngõ vào với tín hiệu đặt ,
các cực
Chú thích và nhận xét 4.3.4
( Mô phỏng với hình 4.3.7 và hình 4.3.8 thực hiện với thời gian mô phỏng 10s, tín hiệu đặt , các cực .
( Với mô hình danh định, ngõ ra có sai số xác lập bằng 0.07mm.
( Với mô hình có khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%, sai số xác lập bằng -0.3 mm;
( Với cả 2 mô hình, điện áp ngõ vào dao động từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất.
Tiếp theo ta mô phỏng với tín hiệu đặt là sóng sin và sóng vuông có biên độ 1mm, tần số 0.25Hz quanh giá trị 7mm (như phần 4.1)
Hình 4.3.9 Các ngõ ra với tín hiệu đặt sóng sin,
các cực
Hình 4.3.10 Các ngõ vào với tín hiệu đặt sóng sin,
các cực
Hình 4.3.11 Các ngõ ra với tín hiệu đặt sóng vuông,
các cực
Hình 4.3.12 Các ngõ vào với tín hiệu đặt sóng vuông,
các cực
Chú thích và nhận xét 4.3.5
( Trường hợp sóng sin:
+ Với cả 2 mô hình ngõ ra có sai số xấp xỉ trường hợp tín hiệu không đổi
+ Với cả 2 mô hình, ngõ vào dao động với biên độ lớn.
( Trường hợp sóng vuông:
+ Với cả 2 mô hình ngõ ra có sai số khác trường hợp tín hiệu không đổi
+ Với cả 2 mô hình, ngõ vào dao động tại những điểm tín hiệu đặt chuyển từ lớn nhất sang nhỏ nhất và ngược lại.
Kết luận 4.3
( Hệ số nếu chọn lớn hơn hoặc bằng 0.1111 sai số ngõ ra tăng theo , và sai số của mô hình danh định lớn hơn mô hình với khối lượng đối tượng nhẹ đi 10%.
( Hệ số nếu chọn nhỏ hơn 0.1111 thì sai số ngõ ra của mô hình danh định giảm, của mô hình với khối lượng đối tượng nhẹ đi 10% tăng.
( Gọi là hệ số trong trường hợp mô hình có khối lượng nhẹ đi 10%, ta có:
nên khi chọn càng gần với 0.1111 ta sẽ được ngõ ra có sai số xác lập càng nhỏ.
( Điện áp ngõ vào dao động từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất, do số hạng , cần khắc phục nhằm không làm hỏng các thiết bị của hệ thống.
( Hồi tiếp tuyến tính hóa kết hợp điều khiển cuốn chiếu và phương pháp Lyapunov Redesign làm giảm sai số ngõ ra của mô hình có tính bất định.