Xây dựng thư viện khối điều khiển thích nghi mô hình tham chiếu thời gian thực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA _o0o _ BK TP.HCM VÕ LÊ DUY TÂN ĐỀ TÀI XÂY DỰNG THƯ VIỆN KHỐI ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MƠ HÌNH THAM CHIẾU THỜI GIAN THỰC CHUN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA Niên khóa: 2007 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009 Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS HUỲNH THÁI HOÀNG (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 31 tháng 07 năm 2009 Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ LÊ DUY TÂN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 16-07-1984 Nơi sinh : Tuy Hòa – Phú Yên Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HĨA Khố (Năm trúng tuyển) : 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG THƯ VIỆN KHỐI ĐIỀU KHIỂNTHÍCH NGHI MƠ HÌNH THAM CHIẾU THỜI GIAN THỰC 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Xây dựng thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu viết C-S-function dạng C-file  Xây dựng thư viện khối animation cho việc mô trực quan  Dùng thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu để giải tập thích nghi, điều khiển cho đối tượng khác hệ SISO MIMO tách thành hệ SISO độc lập  Dùng thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu để điều khiển cho mơ hình thực bồn nước đơn, bồn nước đôi cánh tay mềm dẻo bậc tự phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc Gia C6 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02-02-2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03-07-2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) PGS.TS Nguyễn Thị Phương Hà GVC.TS Nguyễn Đức Thành Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân LỜI CẢM ƠN Xin gởi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Thị Phương Hà, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tác giả suốt thời gian thực luận văn Và quan trọng hết, PGS người gợi mở cho tác giả đề tài, hướng nghiên cứu mẻ, độc đáo, có tính ứng dụng cao, hồn tồn phù hợp với lực tác giả Xin cảm ơn bố mẹ tác giả, người tạo điều kiện thuận lợi tối đa để tác giả nghiên cứu hoàn thiện luận văn thời hạn Sự giúp đỡ khơng mang tính chun mơn góp phần quan trọng đến thành công luận văn Bên cạnh tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điều Khiển Tự Động trang bị cho tác giả kiến thức quý báu để hoàn thành tốt luận văn Lời cảm ơn cuối xin dành cho bạn thuộc lớp cao học TDH 2007 Sự giúp đỡ bạn mặt chuyên môn nguồn động lực không nhỏ cho tác giả suốt thời gian qua VÕ LÊ DUY TÂN Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Tóm tắt luận văn thạc sĩ Ngày nay, kết hợp giải thuật thích nghi với thư viện Simulink Matlab ngày ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điều khiển tự động Yêu cầu cấp thiết cần phải có thư viện điều khiển thích nghi Matlab để việc ứng dụng nhanh chóng dễ dàng Để đáp ứng nhu cầu đó, luận văn đưa vệc thiết kế thư viện bao gồm điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu Đặc tính bật thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu viết C-S-function tạo từ C-file Vì vậy, vừa điều khiển cho đối tượng dạng mơ vừa điều khiển cho đối tượng thực Thuật toán điều khiển viết dạng tổng quát để áp dụng cho nhiều đối tượng Một số ứng dụng điều khiển trình bày để minh họa cho đặc tính vượt trội thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu Ngồi để việc mô trực quan hơn, luận văn giới thiệu thư viện khối animation mơ hình động số đối tượng Đồng thời, Luận văn vạch hướng phát triển mở rộng cho thư viện khối điều khiển thích nghi Hiện thư viện thiết kế dạng mã nguồn mở nên việc thiết kế thêm vào thư viện dễ dàng Trong đó, giải thuật điều khiển thích nghi lại nhiều (MV:Minimum-variance, điều khiển thích nghi gián tiếp: Indirect Adaptive Control, điều khiển thích nghi trực tiếp: Direct Adaptive Control, điều khiển mờ thích nghi: Adaptive Fuzzy Control , điều khiển trượt: Sliding Control …) Vì để thiết kế thư viện khối điều khiển thích nghi với tất giải thuật thích nghi cần phải có nhiều nhóm nghiên cứu, nhiều tổ chức thực Khi đó, thư viện khối điều khiển thích nghi trở nên rộng lớn hơn, hữu ích ứng dụng nhiều lĩnh vực điều khiển tự động phát triển mạnh mẽ Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân ABSTRACT Today, the intergration between adaptive algorithms and Simulink Library of Matlab is applied wider and wider in area of automatic control A necessary requirement is that needs to have a library of adaptive controllers in Matlab to apply it more quickly and easily To satisfy that requirement, there is a dissertation which studies to design a library consist of model reference adaptive controllers The salient characteristic of this library is that model reference adaptive controllers are designed by C-S-function written C-file So, they can control both simulative objects and realtime objects Control algorithm is written general form to apply for many objects Some applications in controlling are also presented to demonstrate the superiority of this block library of model reference adaptive controllers Besides, the dissertation is also presented a library of animation blocks which are motive models of some objects so that the simulation is more visual In addition, the dissertation also bring out the way of development and expansion for this library At present, the library is made under open source to add other designs in the library easily Meanwhile, there are too many adaptive algorithms (MV:Minimum-variance, Adaptive Control, Indirect Adaptive Control, Direct Adaptive Fuzzy Control, Sliding Control …) Thus, designing the block library of adaptive controllers with all adaptive algorithms needs many research groups and organizations work together At this time, the block library of adaptive controllers becomes wider, more effective and applied in the area of automatic control which has strongly development in nowadays Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Mục lục Trang Chương 1: Tổng quan 1.1 Giới thiệu Simulink thư viện khối Matlab 1.2 Một số kết nghiên cứu thư viện khối thích nghi dựa thư viện Simulink Matlab 1.3 Phương pháp xây dựng thư viện điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu 15 1.4 Nội dung tóm lược luận văn 17 Chương 2: Xây dựng thư viện khối Bộ điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu MRAC 2.1 Đặt vấn đề 19 2.2 Yêu cầu thiết kế thư viện 21 2.3 Cơ sở lý thuyết thiết kế 24 2.4 Phương pháp tiếp cận Gradient (luật MIT) nhận dạng Bezout 26 2.4.1 Luật MIT (Massachusetts Institude Technology) 26 2.4.2 Phương trình nhận dạng Bezout 28 2.4.3 Lý thuyết điều khiển thích mơ hình tham chiếu theo phương pháp tiếp cận Gradient 29 2.5 Lý thuyết ổn định Lyapunov 31 2.5.1 Các định nghĩa 31 2.5.2 Lý thuyết điều khiển thích mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov 33 2.6 Kết hợp điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu khâu PID 38 2.7 Thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu 41 2.7.1 Khối hiệu chỉnh tham số 41 2.7.2 Khối tính tín hiệu điều khiển 43 2.7.3 Khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo luật MIT 45 Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân 2.7.4 Khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo luật MIT kết hợp khâu PID 47 2.7.5 Khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov cho đối tượng bậc 49 2.7.6 Khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov cho đối tượng bậc N 51 2.7.7 Khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov cho đối tượng bậc N kết hợp khâu PID 53 2.8 Thư viện khối animation 55 2.8.1 Thư viện demo 55 2.8.2 Giới thiệu mơ hình demo 56 2.8.3 Nhận xét tiện ích demo 61 2.9 Tóm lược chương 62 Chương 3: Ứng dụng thư viện khối MRAC điều khiển mô 3.1 Đặt vấn đề 64 3.1.1 Điều kiện mô 64 3.1.2 Mục tiêu điều khiển 66 3.1.3 Phương pháp tiếp cận 66 3.1.4 Đánh giá so sánh 67 3.2 Giới thiệu thư viện khối Bộ điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu 67 3.3 Bài tập thích nghi 69 3.3.1 Giới thiệu tập thích nghi 69 3.3.2 Giải tập thích nghi dựa vào thư viện MRAC_MIT 69 3.4 Đối tượng bồn nước đơn 76 3.4.1 Phương trình tốn học mơ tả đặc tính bồn nước đơn 76 3.4.2 Dùng thư viện MRAC_LYA điều khiển đối tượng bồn nước đơn 78 3.5 Đối tượng cánh tay mềm dẻo (MIMO) 81 3.5.1 Đặc tính động học đối tượng cánh tay mềm dẻo 81 Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân 3.5.2 Vận dụng thư viện MRAC_MIT vào điều khiển đối tượng cánh tay mềm dẻo 95 3.5.3 Vận dụng thư viện MRAC_LYA vào điều khiển đối tượng cánh tay mềm dẻo 100 3.5.4 So sánh kết điều khiển hai điều khiển .106 3.6 Tóm lược chương 106 Chương 4: Ứng dụng thư viện khối MRAC điều khiển đối tượng thực 4.1 Giới thiệu thiết bị phần mềm dùng điều khiển đối tượng thực 110 4.1.1 Giới thiệu Card Quanser PCI MultiQ 110 4.1.2 Bộ khuếch đại công suất UPM 114 4.1.3 Giới thiệu phần mềm Wincon 4.1 .116 4.2 Ứng dụng thư viện khối MRAC điều khiển đối tượng bồn nước 116 4.2.1 Giới thiệu mơ hình thực bồn nước 116 4.2.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển dùng thư viện MRAC_LYA cho đối tượng thực bồn nước đơn 118 4.2.3 Vận dụng thư viện MRAC_MIT điều khiển đối tượng thực bồn nước đôi .122 4.2.4 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển cho đối tượng bồn nước đôi dùng thư viện MRAC_LYA .125 4.2.5 Nhận xét hai điều khiển 127 4.3 Ứng dụng thư viện khối MRAC điều khiển đối tượng cánh tay mềm dẻo .127 4.3.1 Giới thiệu mơ hình thực cánh tay mềm dẻo .127 4.3.2 Dùng thư viện khối điều khiển MRAC_LYA cho đối tượng thực cánh tay mềm dẻo 128 4.4 Tóm lược chương 138 Chương 5: Nhận xét kết hướng phát triển 5.1 Kết đạt 140 5.2 Một số hạn chế .142 Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân 5.3 Hướng phát triển đề tài 143 Tài liệu tham khảo 145 Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân + Tín hiệu tham chiếu dạng xung vng: Hình B.10 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.11 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đơi + Tín hiệu tham chiếu dạng sóng Sine: Hình B.12 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.13 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đôi B.2.3 Nhận xét - Không thể dùng điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu MRAC_MIT khơng kết hợp khâu PID điều khiển đối tượng bồn nước đôi - Sử dụng điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu MRAC_MIT kết hợp khâu PID mô điều khiển đối tượng bồn nước đôi, thu kết tốt: + Đáp ứng ngõ mực nước h2 bồn bám sát tín hiệu tham chiếu khơng vọt lố Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân + Với nhiễu nằm khoảng từ  0.25, hệ thống điều khiển + Tại thời điểm t=100s, thơng số đường kính Val xả bồn thay đổi từ 0.3175cm → 0.47625cm đáp ứng ngõ h2 bồn nước bám đuổi tín hiệu tham chiếu Thơng số thay đổi tầm từ 0cm → 0.6cm hệ thống cịn điều khiển Vượt qua tầm mơ hình bồn nước đôi bị phá vỡ lưu lượng nước bơm vào tối đa nhỏ lưu lượng nước xả + Tín hiệu điều khiển trơn chấp nhận có khả chịu nhiễu từ  0.25 + Sai số xác lập đáp ứng ngõ mực nước bồn thấp dùng điều khiển MRAC_MIT kết hợp khâu PID Hình B.14 Tín hiệu sai số mô bồn nước đôi không nhiễu (exl=0) (Tín hiệu tham chiếu xung vng) Hình B.15 Tín hiệu sai số mơ bồn nước đơi có nhiễu (exl=  0.15 ) (Tín hiệu tham chiếu xung vuông) B.3 Xây dựng sơ đồ điều khiển đối tượng bồn nước đôi sử dụng thư viện MRAC_LYA B.3.1 Sơ đồ điều khiển Do phương trình tốn học mơ tả động học đối tượng bồn nước đôi không giống với phương trình tốn học đối tượng tổng qt lý thuyết thiết kế điều khiển MRAC_LYA giới thiệu chương 2, nên để tính tốn thơng số cho điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov tuyến tính hóa đối tượng quanh điểm làm việc cân Tương tự bước thực Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Phụ lục điều khiển đối tượng cánh tay máy bậc tự do, có phương trình tuyến tính đối tượng bồn nước đơi dạng:  x  Ax  Bu ,   y  Cx x  h1 h2  T So sánh với dạng đối tượng tổng quát: x  Ax  B (u  f ( x)) , x  R n , u  R m Xác định được: n = 2, m = 1, f(x) =  Kˆ   xe T PB sgn( )  x Để tính luật điều khiển theo cơng thức:  x   Kˆ r  r re T PB sgn( ) Với P nghiệm đối xứng xác định dương phương trình: PAm  AmT P  Q x  0.01 * eye(2) r  0.01 * eye(1) Chọn  Như vậy, sau xác định đầy đủ thông số cho điều khiển, gắp điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov có thư viện, khai báo thông sô kết nối thành sơ đồ điều khiển cho mơ hình bồn nước đơi: Hình B.16 Sơ đồ điều khiển MRAC_LYA cho mơ hình bồn nước đơi Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân B.3.2 Kết điều khiển Cho đường kính Val xả bồn Do2 thay đổi từ 0.3175cm → 0.47625cm thời gian sau 100s Dùng điều khiển MRAC_LYA không kết hợp khâu PID  Tín hiệu tham chiếu dạng xung vng khơng nhiễu: Hình B.17 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.18 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đơi Nhận xét: Do sử dụng phương trình tốn học dạng tuyến tính đối tượng bồn nước đơi để tính tốn thơng số cho điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov Nhưng thực mô phỏng, điều khiển lại đem điều khiển cho đối tượng bồn nước đôi dạng phi tuyến Do đó, kết điều khiển gặp vọt lố cao chu kỳ đầu mô Để cải thiện kết điều khiển này, tác giả yêu cầu sử dụng điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu MRAC_LYA kết hợp khâu PID Bộ điều khiển MRAC_LYA kết hợp khâu PID: Dựa vào phương pháp thử sai, tác giả tìm thơng số Kp, Ki, Kd thích hợp cho khâu PID điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu MRAC_LYA kết hợp khâu PID Kp = 10, Ki = 0, Kd = Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Cho đường kính Val xả bồn Do2 thay đổi từ 0.3175cm → 0.47625cm thời gian sau 100s  Trường hợp khơng có nhiễu cộng ngõ mực nước bồn + Tín hiệu tham chiếu dạng xung vng: Hình B.19 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.20 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đơi + Tín hiệu tham chiếu dạng sóng Sine: Hình B.21 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.22 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đơi  Trường hợp có nhiễu cộng ngõ mực nước bồn + Tín hiệu nhiễu: Hình B.23 Tín hiệu nhiễu (Mean=0.1,Variance=0.001) Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân + Tín hiệu tham chiếu dạng xung vng: Hình B.24 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.25 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đơi + Tín hiệu tham chiếu dạng sóng Sine: Hình B.26 Tín hiệu điều khiển u_dk Hình B.27 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu mơ hình bồn nước đơi B.3.3 Nhận xét - Bộ điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo lý thuyết ổn định Lyapunov không kết hợp khâu PID điều khiển chưa tốt đối tượng bồn nước đơi Do thơng số điều khiển tính tốn dựa vào phương trình tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cân đối tượng nên đáp ứng ngõ mực nước bồn vọt lố cao chu kỳ đầu mô Để hạn chế mức độ vọt lố này, tác giả sử dụng điều khiển MRAC_LYA kết hợp khâu PID - Khi sử dụng khâu PID kết hợp với điều khiển trên, thu kết điều khiển mô tốt Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân + Đáp ứng ngõ mực nước bồn bám sát tín hiệu tham chiếu khơng vọt lố + Với nhiễu nằm khoảng từ  0.2, hệ thống điều khiển + Tại thời điểm t=100s, thơng số đường kính Val xả bồn thay đổi từ 0.3175cm → 0.47625cm đáp ứng ngõ h2 bồn nước bám đuổi tín hiệu tham chiếu Thơng số thay đổi tầm từ 0cm → 0.65cm hệ thống cịn điều khiển Vượt qua tầm mơ hình bồn nước đơi bị phá vỡ lưu lượng nước bơm vào tối đa nhỏ lưu lượng nước xả + Tín hiệu điều khiển trơn chấp nhận có khả chịu nhiễu từ  0.2 Vượt tầm nhiễu trên, tín hiệu điều khiển dao động mạnh không chấp nhận + Sai số xác lập đáp ứng ngõ mực nước bồn thấp dùng điều khiển MRAC_LYA kết hợp khâu PID Hình B.27 Tín hiệu sai số mô bồn nước đôi không nhiễu (exl=0) (Tín hiệu tham chiếu xung vng) Hình B.28 Tín hiệu sai số mơ bồn nước đơi có nhiễu (exl=  0.1 ) (Tín hiệu tham chiếu xung vng) B.4 So sánh kết điều khiển hai điều khiển So sánh kết điều khiển hai điều khiển: Bộ điều khiển MRAC_MIT kết hợp khâu PID (MRAC_MIT_PID ) MRAC_LYA kết hợp khâu PID (MRAC_LYA_DEGREEN_PID ), ta thấy hai điều khiển cho kết tốt Đáp ứng ngõ mực nước bồn bám đuổi tín hiệu tham chiếu hai trường hợp có nhiễu ngõ thơng số đường kính Val xả bồn thay đổi tầm 0cm → 0.65cm Nhưng xét đến điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân phương pháp tiếp cận Gradient có kết hợp khâu PID tốt Đó điều khiển MRAC_MIT_PID khơng quan tâm đến mơ hình tốn đối tượng cịn với điều khiển MRAC_LYA_DEGREEN_PID phải tuyến tính hố đối tượng quanh điểm làm việc cân tính tốn thơng số cho điều khiển Điều gây số hạn chế q trình điều khiển Nhưng tóm lại, với hai điều khiển, điều khiển tốt đối tượng bồn nước đơi theo lý thuyết điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu C Đối tượng bồn nước song song (MIMO) C.1 Đặc tính đối tượng bồn nước song song Cho hệ bồn nước song song hình vẽ: Hình C.1 Mơ hình bồn nước song song Trong hệ bồn nước song song, mực nước bồn chịu tác động lưu lượng ngõ vào cho bồn chịu ảnh hưởng mực nước bồn cịn lại (tính coupling) Tương tự việc thiết lập phương trình cho hệ bồn nước đơn hệ Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân bồn nước đôi Cascade, hệ bồn nước song song đặc trưng hệ phương trình vi phân sau:  h1    h    K V A K V1  Cd * a1 * gh1  Cd 12 * a12 * sign(h1  h2 ) g h1  h2 A1 2   Cd * a * gh2  Cd 12 * a12 * sign(h1  h2 ) g h1  h2  Trong đó: A1, A2 tiết diện ngang bồn K1, K2 hệ số bơm V1, V2 điện áp cấp cho bơm Cd1, Cd2 hệ số xả bồn a1, a2 tiết diện val xả bồn bồn h1, h2 mực nước bồn bồn Cd12 hệ số thông bồn a12 tiết diện val thông bồn g hệ số gia tốc Nhận xét: Để thuận tiện cho thao tác điều khiển ta có số nhận xét sau: -Vì chiều cao mực nước bồn phụ thuộc vào yếu tố lưu lượng từ bơm mực nước bồn cịn lại, động học cho bồn nhận dạng theo cấu trúc ngõ vào, ngõ sau: h1  f 1(u1 , h2 )  h2  f 2(u , h1 ) -Trong khoảng thời gian nhỏ, mực nước bồn thay đổi khơng đáng kể, q trình tính tốn tín hiệu áp điều khiển cho bồn, ta xem Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân mực nước bồn lại số, lúc này, vấn đề tính tốn điện áp điều khiển trở dạng SISO C.2 Ứng dụng thư viện MRAC_MIT điều khiển đối tượng bồn nước song song C.2.1 Sơ đồ điều khiển Dựa vào nhận xét phương trình tốn học mơ hình bồn nước song song, để điều khiển hệ MIMO chuyển thành hệ SISO sử dụng điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo phương pháp tiếp cận Gradient để kết nối sơ đồ điều khiển cho mơ hình Sơ đồ điều khiển cho mơ hình bồn nước song song: Hình C.2 Sơ đồ điều khiển cho mơ hình bồn nước song song C.2.2 Kết điều khiển Vì mơ hình bồn nước song song hệ MIMO nên để chất lượng điều khiển tốt, nên dùng điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo phương pháp tiếp cận Gradient kết hợp khâu PID Theo phương pháp thử sai tác giả tìm thơng số PID thích hợp cho hai điều khiển: Kp = 15, Ki = 0,Kd = 0.1 Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Do giả sử hệ SISO từ hệ MIMO độc lập với nên để hạn chế điều kiện mô phỏng, tác giả khơng đưa thơng số mơ hình thay đổi q trình mơ mà đặt nhiễu cộng ngõ mực nước bồn Tín hiệu nhiễu dùng tồn q trình mơ  0.4 : Hình C.3 Tín hiệu nhiễu cho bồn nước Trường hợp không nhiễu:  Đáp ứng mực nước bồn hàm nấc, đáp ứng mực nước bồn hàm nấc Hình C.4 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.5 Đáp ứng ngõ h1 tín hiệu tham chiếu h1m bồn nước Hình C.6 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.7 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu h2m bồn nước Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Hình C.8 Tín hiệu sai số e_h1 (exl_h1  0) Hình C.9 Tín hiệu sai số e_h2 (exl_h2  0)  Đáp ứng mực nước bồn hàm Sine, đáp ứng mực nước bồn hàm Sine Hình C.10 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.11 Đáp ứng ngõ h1 tín hiệu tham chiếu h1m bồn nước Hình C.12 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.13 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu h2m bồn nước Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Hình C.14 Tín hiệu sai số e_h1 Hình C.15 Tín hiệu sai số e_h2 (exl_h1=  0.2 ) (exl_h2=  0.2 ) Trường hợp có nhiễu:  Đáp ứng mực nước bồn hàm nấc, đáp ứng mực nước bồn hàm nấc Hình C.16 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.17 Đáp ứng ngõ h1 tín hiệu tham chiếu h1m bồn nước Hình C.18 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.19 Đáp ứng ngõ h2 tín hiệu tham chiếu h2m bồn nước Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Hình C.20 Tín hiệu sai số e_h1 (exl_h1=  0.5) Hình C.21 Tín hiệu sai số e_h2 (exl_h2=  0.5)  Đáp ứng mực nước bồn hàm Sine, đáp ứng mực nước bồn hàm Sine Hình C.22 Tín hiệu điều khiển bồn Hình C.23 Đáp ứng ngõ h1 tín hiệu tham chiếu h1m bồn nước Hình C.25 Đáp ứng ngõ h2 tín Hình C.24 Tín hiệu điều khiển bồn hiệu tham chiếu h2m bồn nước Phụ lục Luận văn thạc sĩ - Võ Lê Duy Tân Hình C.26 Tín hiệu sai số e_h1 Hình C.27 Tín hiệu sai số e_h2 (exl_h1=  0.5 ) (exl_h2=  0.5 ) C.2.3 Nhận xét - Bộ điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu theo phương pháp tiếp cận Gradient kết hợp khâu PID có khả điều khiển cho hệ MIMO chuyển dạng hệ SISO độc lập - Khi dùng điều khiển cho đối tượng hệ bồn nước song song, thu kết điều khiển tốt: + Đáp ứng ngõ mực nước bồn bám sát tín hiệu tham chiếu trường hợp có nhiễu khơng nhiễu + Khơng xuất vọt lố q trình mơ + Đáp ứng ngõ mực nước hai bồn ảnh hưởng qua lại lẫn nhau, điều khiển điều khiển mực nước hai bồn bám đuổi tín hiệu tham chiếu, thể vị trí thay đổi hàm nấc bồn ảnh hưởng lên bồn + Nhiễu tác động vào hệ thống tương đối lớn  0.4 hệ thống hoạt động tốt + Tín hiệu điều khiển trơn, khơng xuất gai, chấp nhận + Sai số xác lập thấp: không nhiễu: hàm nấc exl_h1 = exl_h2  0, hàm Sine exl_h1 = exl_h2 =  0.2 có nhiễu: exl_h1 = exl_h2 =  0.5 trường hợp hàm nấc hàm Sine Phụ lục ... 1- TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG THƯ VIỆN KHỐI ĐIỀU KHIỂNTHÍCH NGHI MƠ HÌNH THAM CHIẾU THỜI GIAN THỰC 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Xây dựng thư viện khối điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu viết C-S-function... Chương 2: Xây dựng thư viện khối Bộ điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu MRAC 2.1 Đặt vấn đề: Đề tài luận văn tập trung vào thiết kế thư viện điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu điều khiển. .. kế thư viện lý thuyết điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu Như giới thiệu trước đó, mơ hình tổng qt điều khiển thích nghi mơ hình tham chiếu có dạng: ym Mơ hình tham chiếu Tham số điều khiển