Thiết kế hệ thống điều khiển thích nghi bền vững cho hệ phi tuyến có tham số biến thiên và chịu nhiễu tác động
MỤC LỤC
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Mục tiêu của đề tài
Luận văn tập trung nghiên cứu việc thiết kế các bộ điều khiển cho các hệ phi tuyến, thoả mãn tính thích nghi đối với các tham số không biết trước thay đổi theo thời gian và bền vững đối với nhiễu ảnh hưởng từ môi trường. Các bộ điều khiển được thiết kế sao cho tận dụng đƣợc các ƣu điểm của Điều khiển thích nghi và Điều khiển bền vững nhưng tránh được các nhược điểm và khó khăn của các phương pháp này.Cuối cùng tìm cách ứng dụng phương pháp điều khiển đã thiết kế vào điều khiển hệ thực tế.
Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu
ĐKTN là kỹ thuật tự chỉnh theo thời gian thực các bộ điều chỉnh nhằm duy trì đặc tính của đối tƣợng điều khiển nằm trong phạm vi mong muốn trong khi thông số của đối tƣợng (Đã biết hoặc chƣa biết) biến thiên theo thời gian. Điều này phù hợp với yêu cầu của nền sản xuất hiện đại vì các hệ cần đƣợc điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến có chứa các tham số không biết trước và các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất khó mô hình hoá trong việc xây dựng hệ thống phương trình vi phân mô tả hệ.
Nội dung của luận văn
Vì vậy việc nghiên cứu để nâng cao tính bền vững của hệ điều khiển thích nghi là rất cần thiết và cần tập trung nghiên cứu.
TÍNH BỀN VỮNG CỦA HỆ ĐKTN
- Độ bất định của mô hình hệ phi tuyến
Trong thực tế các hệ thống đang sử dụng đều là các hệ phi tuyến có tham số không biết trước là hằng số, hoặc biến thiên chậm, biến thiên nhanh theo thời gian Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ luôn chịu nhiễu từ môi trường tác động vào. Nói cách khác là bộ điều khiển bền vững đảm bảo tính ổn định của hệ kín và tính năng của nó không những đảm bảo với mô hình chuẩn của đối tƣợng mà còn đảm bảo với một họ đối tƣợng (Một lớp các đối tƣợng) trong đó có đối tƣợng đang khảo sát. Nói cách khác là bộ điều khiển bền vững đảm bảo tính ổn định của hệ kín và tính năng của nó không những đảm bảo với mô hình chuẩn của đối tƣợng mà còn đảm bảo với một lớp các mô hình đối tƣợng trong đó có mô hình đối tƣợng đang khảo sát.
Đa số các hệ hệ ĐKTNBV đều đi theo hướng thứ 2 là xây dựng các bộ đánh giá đặc biệt trên cơ sở các bộ đánh giá kinh điển để đạt đƣợc tính bền vững của hệ DKHTN trong khi vẫn sử dụng luật điều khiển không bền vững cho bộ điều khiển. Vì vậy để góp phần nâng cao tính bền vững cho hệ ta sẽ đi theo hướng xây dựng các bộ đánh giá đặc biệt trên cơ sở cải tiến các bộ đánh giá kinh điển để đạt đƣợc tính bền vững của hệ trong khi vẫn sử dụng luật điều khiển thông thường. Đa số các hệ điều khiển thích nghi bền vững đều đi theo hướng thứ hai là xây dựng các bộ đánh giá đặc biệt trên cơ sở cải tiến các bộ đánh giá kinh điển để đạt đƣợc tính bền vững của hệ trong khi vẫn sử dụng luật điều khiển không bền vững cho bộ điều khiển.
TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG
Các luật Điều khiển thích nghi bền vững
Tín hiệu chuẩn hoá đảm bảo là sai số mô hình đã chuẩn hoá /m đƣợc giới hạn và do đó nó có tác dụng nhƣ một nhiễu đầu vào đã giới hạn trong luật thích nghi. Phép “Chiếu‟‟ cƣỡng bức các đánh giá tham số nằm bên trong một tập hợp lồi giới hạn nào đó trong không gian tham số mà có chứa vectơ chƣa biết * sẽ đảm bảo cho tham số đánh giá bị giới hạn. Có rất nhiêu thuật toán đánh giá bền vững nhƣng việc đƣa ra thuật toán và lựa chọn các hệ số hợp lý của bộ đánh giá cũng nhƣ các giới hạn cho nhiễu là công việc khó khăn cần phải tiến hành thực nghiệm và hiệu chỉnh trên đối tƣợng thật.
Tư tưởng chung phương pháp là: tính bị chặn của tất cả tín hiệu nội trong hệ kín khi có mặt nhiễu tác động có thể thực hiện đƣợc bằng cách chiếu các tham số đánh giá lên một miều lồi chứa véc tơ tham số thật. Với sự lựa chọn vùng chết khác nhau dẫn đến những bộ đánh giá khác nhau nhƣng yêu cầu phải có thông tin tiên nghiệm để chọn vùng chết hợp lý. Với cách này, quá trình đánh giá sẽ bị ngƣng khi sai lệch đánh giá nhỏ hơn nhiễu để đảm bảo tính bị chặn của tất cả các tín hiệu trong mạch vòng kín.
Hệ MRAC bền vững với các luật thích nghi chuẩn hoá
Tính bền vững của hệ MRAC với luật thích nghi đã chuẩn hoá có thể đạt được bằng cách sử dụng nguyên tắc tương đương để phối hợp luật điều khiển MRAC với luật thích nghi bền vững. Trình tự thiết kế giống như đối với trường hợp lý tưởng, nghĩa là ta sử dụng luật điều khiển giống như trường hợp tham số đã biết nhưng thay các tham số chưa biết đó bằng các đánh giá trực tuyến nhờ các luật thích nghi bền vững. Khi đó ta có thể kết hợp phép chuẩn hoá với bất kỳ một phép biến đổi nào nhƣ thuật toán khe hở, thuật toán chiếu, thuật toán vùng chết để tạo nên hệ ĐKTN bền vững.
Mục tiêu của điều khiển là phải chọn up và xác định các giới hạn của 2, để tất cả các tín hiệu trong hệ thống kín bị giới hạn và tín hiệu đầu ra yp bám theo đầu ra ym của mô hình mẫu càng sát càng tốt. Luật điều khiển (3.18) sẽ tạo nên sơ đồ điều khiển thích nghi bền vững đối với các sai lệch mô hình đối tƣợng m(s), du nếu ta sử dụng các luật thích nghi bền vững đã nêu ở chương 2 để cập nhật các tham số điều khiển chứ không dùng các luật thích nghi thông thường. Đầu tiên ta triển khai mô hình tham số phù hợp với vectơ tham số điều khiển mong muốn * rồi sau đó chọn luật thích nghi bền vững thích hợp ở chương 2 để đánh giá tham số.
BÀI TOÁN ỨNG DỤNG
Chọn đối tƣợng điều khiển
Mục tiêu của bài toán đặt ra là ứng dụng hệ Điều khiển thích nghi bền vững để điều khiển đối tƣợng cụ thể trong thực tế là đối tƣợng phi tuyến có sai lệch mô hình đƣợc mô tả bởi (4.1). Đối tƣợng cụ thể ở đây đƣợc lựa chọn là cơ cấu quấn dây của dây chuyền sản xuất dây cuốn máy biến thế trong nhà máy chế tạo máy biến áp. Động cơ điện sử dụng ở đây là động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì nó có nhiều ƣu điểm nhƣ: Đặc tính khởi động và hãm tốt, khả năng chịu quá tải lớn, có.
Như vậy trong quá trình làm việc khi đường kính cuộn dây thay đổi và trọng lƣợng cuộn dây thay đổi, dẫn đến mô men cản và mô men quán tính J quy đổi về trục động cơ cũng thay đổi. Việc mô tả toán học cho đối tƣợng điều khiển theo (4.1) đƣợc đƣa về mô tả cho đối tược lý tưởng ở (4.2) là động cơ 1chiều kích từ độc lập với các thông số ở chế độ định mức. Trong phương trình mô tả toán học cho động cơ điện một chiều trường hợp này thì đại lượng đầu vào là điện áp phần ứng Ud, (điện áp kích từ Uk. không đổi).
Nhận dạng đối tƣợng điều khiển
Mômen tải Mc là mômen do cơ cấu công nghệ truyền về trục động cơ, mô men tải là nhiễu loạn quan trọng nhất của hệ thống truyền động và trong quá trình hệ làm việc luôn thay đổi và đƣợc giới hạn bởi mô men định cho phép của động cơ (Mmax = 1,2 M dm). Trong chế độ quá độ phải kể đến ảnh hưởng của điện cảm mạch phần ứng.
Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Công thức (3.18) có dạng của mô hình tham số tuyến tính vì vậy ta có thể áp dụng các luật thích nghi bền vững đã nêu ở chương 2 để đánh giá véc tơ tham số p của đối tƣợng điều khiển. Áp dụng luật thích nghi bền vững dựa trên phương pháp Gradient có “khe hở” và chuẩn hoá tín hiệu để tạo ra đánh giá p của p. Véctơ này đƣợc tính toán dựa trên những đánh giá của véc tơ tham số của đối tƣợng điều khiển.
Khảo sát kết quả bằng mô phỏng
Tđk: hằng số thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu Tv : hằng số thời gian của sự chuyển mạch chỉnh lưu TI : hằng số thời gian của bộ cảm biến dòng điện KI: hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh dòng điện KR: hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh tốc độ. Với các thông số của thiết bị, từ các luật điều khiển và luật thích nghi bằng phần mền MATLAB ta xây dựng đƣợc sơ đồ mô phỏng SIMULINK của hệ điều khiển trên hình 4.10. Như vậy mặc dù hệ chịu nhiễu và nhiễu thay đổi theo hàm bước nhảy nhưng đặc tính ra của hệ vẫn bám theo đặc tính mong muốn.
Khi tín hiệu đặt thay đổi nhảy cấp và mô men cản Mc là biến thiên nhƣng đặc tính ra của hệ Yp vẫn bám theo đặc tính mong muốn Ym. Khi tín hiệu đặt thay đổi và mô men cản Mc là biến thiên nhƣng đặc tính ra của hệ Yp vẫn bám theo đặc tính mong muốn Ym. Khi tín hiệu đặt thay đổi theo yêu cầu công nghệ mô men cản Mc là biến thiên nhƣng đặc tính ra của hệ Yp vẫn bám theo đặc tính mong muốn Ym.
