ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGH
2.3. ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CÓ MÔ HÌNH THEO DÕI (MRAC) 1 Cấu trúc bộ điều khiển.
2.3.1. Cấu trúc bộ điều khiển.
Ta thấy nếu sử dụng mô hình mẫu mong muốn Gm như một thiết bị theo dõi thì 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 reference adaptive control ), viết tắt thành MRAC, với cấu trúc tổng quát như hình 2.2.
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 như sau: Để hệ kín, bao gồm đối tượng điều khiển và bộ điều khiển, luôn có hàm truyền đạt mẫu mong muốn (mô hình mẫu):
) ( ) ( ) ( s A s B s G m m m = (2.1)
Thì bộ điều khiển cần phải được thiết kế và hiệu chỉnh thường xuyên sao cho tín hiệu đầu ra y(t) của hệ kín luôn giống như đầu ra ym(t) của mô hình mẫu (2.1). Nói cách khác, cho dù đối tượng thay đổi như thế nào đi nữa thì cũng phải luôn có:
0 ) ( ) ( ) ( ) ( ) (t ≈ y t ⇔ e t = y t −y t ≈ ym m (2.2)
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 bên trong đối tượng. Hơn thế nữa, bộ điều khiển thích nghi phải đảm bảo được tính ổn định cho hệ thống. Hệ MRAC vẫn thường được gọi là hệ điều khiển thích nghi trực tiếp.
Sơ đồ này được dùng khá rộng rãi mấu chốt cơ bản là sử dụng một mô hình mẫu để tạo tín hiệu ra mẫu đúng theo yêu cầu, mô hình mẫu có thể là một bộ mô phỏng 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 hồi như 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.
Hình 2.3 Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu nối tiếp.
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 nằm ngoài mạch vòng thích nghi. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến phân tích cấu trúc chung, nhiệm vụ của mạch thích nghi vẫn là điều chỉnh tham số trong bộ điều khiển, nhưng vì bộ điều khiển chỉ nhận tín hiệu vào là sai lệch đầu ra, nên mô hình này thường dùng khi điều chỉnh hệ số khuếch đại mạch hở. Trong MRAC song song, có thể điều chỉnh các tham số khác ngoài hệ số khuếch đại vì có cả phản hồi trạng 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 do khuếch đại cao, lúc này độ bảo hoà sẽ giới hạn chu kì dao động nên có thể làm khuếch 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 với cấu trúc xác định cho trước, nhằm đạt được quan hệ (2.33) mong muốn, điển hình là phương pháp hiệu chỉnh theo luật MIT.