6.2.1 Bộ điều khiển phản hồi trạng thái
Các hướng tiếp cận cho việc khắc phục các hạn chế của bộđiều khiển là:
o Tối ưu dòng lệnh thực thi tính toán cho bộđiều khiển.
o Sử dụng các chức năng tính toán song song, tính toán bằng GPU để giảm thời gian tính toán bộđiều khiển.
Một số khảnăng mở rộng cho bộđiều khiển:
51
o Vận dụng cách xây dựng bài toán cho các hệ thống làm việc liên tục, ví dụ: sau khi đưa hệ thống đến được tập đích thì làm thếnào để bộđiều khiển giữđược trạng thái hệ thống luôn ở trong tập này.
o Mô hình hóa hệ thống bằng các công cụ như: các mô hình mờ (fuzzy models), mô hình sử dụng mạng nơ – ron (neural networks), .. để có thể đơn giản hóa các công việc tính toán, đặc biệt là việc tính toán chuyển tiếp giữa các lớp trạng thái.
6.2.2 Bộ quan sát trạng thái
Các hướng tiếp cận cho việc khắc phục các hạn chế của lược đồ áp dụng hai bộ quan sát trạng thái nói trên:
o Sử dụng các lý thuyết chứng minh tính ổn định của các bộ quan sát EKF và UKF trong các tài liệu [27], [33], [40] để từđó tìm được cách hiệu chỉnh giá trị trạng thái ước lượng ban đầu và các ma trận phương sai để thu được chất lượng quan sát tốt hơn.
o Với bộ quan sát UKF, một hướng tiếp cận khác là sử dụng bộ quan sát Particle Filter [41], bộ quan sát tựa xác suất, khi đó việc xấp xỉ được thực hiện bằng cách áp dụng phương pháp ước lượng trạng thái Bayes, đặc biệt là khi nhiễu quá trình không còn tuân theo phân bố Gausian.
o Với bộ quan sát EKF, không gian trạng thái được giới hạn bởi các ngưỡng cảm biến do đó việc tích hợp các ràng buộc cho các biến trạng thái sẽlà các hướng tiếp cận tiếp theo. Các bộ lọc tiếp cận theo hướng này có thể kểđến là bộ lọc Constraint Extended Kalman Filter (CEKF) [7], [8], Moving Horizon Estimator (MHE) [42], …
52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Balluchi, A., Benvenuti, L., Engell, S., Geyer, T., Johansson, K. H., Lamnabhi-Lagarrigue, F., ... & Stursberg, O, "Hybrid control of networked embedded systems," European Journal of Control, Vols. 11(4-5), pp. 478 - 508, 2005.
[2] Lewis, Robert and Lewis, Robert W, Programming industrial control systems using IEC 1131-3, Iet, 1998.
[3] "Wikipedia," wikimediafoundation, 8 4 2021. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_system.
[4] Lin, Hai and Antsaklis, Panos J, "Hybrid dynamical systems: An introduction to control and verification," Foundations and trends in systems and control,
vol. 1, no. 1, pp. 1-172, 2014.
[5] Cassandras, Christos G and Lafortune, Stephane, Introduction to discrete event systems, Springer Science & Business Media, 2009.
[6] Tran, Thanh-Ha and Engell, Sebastian, "Design of logic feedback controllers for discretely controlled continuous systems," IFAC Proceedings Volumes,
vol. 42, no. 17, pp. 126-131, 2009.
[7] Tran, Thanh-Ha and Engell, Sebastian, "Design of state observers for discretely controlled continuous systems," in UKACC International Conference on Control 2010, 2010.
[8] Tran, Thanh-Ha and Engell, Sebastian, "Estimator-Based Switching Controllers for a Class of Hybrid Systems," IFAC Proceedings Volumes, vol. 44, no. 1, pp. 6628-6633, 2011.
[9] Tran, Thanh-Ha and Engell, Sebastian, "Synthesis of Switching Controllers for Discretely Controlled Continuous Systems using Dynamic," Control Engineering Practice (CEP), 2010.
[10] Cury, Jose ER and Krogh, Bruce H and Niinomi, Toshihiko, "Synthesis of supervisory controllers for hybrid systems based on approximating automata," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 43, no. 4, pp. 564- 568, 1998.
[11] Koutsoukos, Xenofon D and Antsaklis, Panos J and Stiver, James A and Lemmon, Michael D, "Supervisory control of hybrid systems," Proceedings of the IEEE, vol. 88, no. 7, pp. 1026-1049, 2000.
[12] Moor, Thomas and Raisch, Jorg and O'young, Siu, "Discrete supervisory control of hybrid systems based on l-complete approximations," {Discrete Event Dynamic Systems, vol. 12, no. 1, pp. 83-107, 2002.
[13] Moor, Thomas and Davoren, Jen M and Raisch, Jorg, "Learning by doing: systematic abstraction refinement for hybrid control synthesis," IEE
53
Proceedings-Control Theory and Applications, vol. 153, no. 5, pp. 591-599, 2006.
[14] Lunze, Jan and Nixdorf, Bernhard and Richter, Henrik, "Process supervision by means of a hybrid model," Journal of Process Control, vol. 11, no. 1, pp. 89-104, 2001.
[15] Philips, PPHH and Heemels, WPMH and Preisig, HA and Van Den Bosch, PPJ, "Control of quantized systems based on discrete event models,"
International Journal of Control, vol. 76, no. 3, pp. 277-294, 2003.
[16] O. Stursberg, "Supervisory control of hybrid systems based on model abstraction and guided search," Nonlinear Analysis: Theory, Methods & Applications, vol. 65, no. 6, pp. 1168-1187, 2006.
[17] Stursberg, Olaf and Tran, Thanh Ha, "Algorithmic and Abstraction-Based Design of Discrete Controllers for Hybrid Automata," at- Automatisierungstechnik, vol. 54, no. 9, pp. 450-458, 2006.
[18] J. Raisch, "Control of continuous plants by symbolic output feedback," in
International Hybrid Systems Workshop, 1994.
[19] Liberzon, Daniel, Switching in systems and control, Springer Science & Business Media, 2003.
[20] Matveev, Alexey S and Savkin, Andrey V, Qualitative theory of hybrid dynamical systems, Springer Science & Business Media, 2012.
[21] Sonntag, Christian and Su, Wanjing and Stursberg, Olaf and Engell, Sebastian, "Optimized start-up control of an industrial-scale evaporation system with hybrid dynamics," Control Engineering Practice, vol. 16, no. 8, pp. 976-990, 2008.
[22] Model predictive control techniques for hybrid systems, "Camacho, Eduardo F and Ramjrez, Daniel R and Limon, Daniel and De La Pena, D Munoz and Alamo, Teodoro," Annual reviews in control, vol. 34, no. 1, pp. 21-31, 2010. [23] R. Bellman, "Dynamic programming," Science, vol. 153, no. 3731, pp. 34-
37, 1966.
[24] N. D. Phước, "Phương pháp quy hoạch động (Bellman)," in Tối ưu hóa trong điều khiển và điều khiển tối ưu, Hà Nội, Nhà xuất bản Bách khoa, 2015, pp. 201-226.
[25] N. D. Phước, "Phương pháp quy hoạch động (Bellman)," in Lý thuyết điều khiển nâng cao, Hà Nội, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2009, pp. 137- 144.
[26] Lewis, Frank L and Xie, Lihua and Popa, Dan, "Extended Kalman Filter," in
Optimal and robust estimation: with an introduction to stochastic control theory, CRC press, 2017, pp. 271-283.
54 [27] D. Simon, "Extended Kalman Filter," in Optimal state estimation: Kalman,
H infinity, and nonlinear approaches, John Wiley & Sons, 2006, pp. 400- 425.
[28] Youngjoo Kim, Hyochoong Bang, "IntechOpen," 22 May 2019. [Online]. Available: https://www.intechopen.com/chapters/63164.
[29] Lewis, Frank L and Xie, Lihua and Popa, Dan, "Discrete-Time Kalman Filter," in Optimal and robust estimation: with an introduction to stochastic control theory, CRC press, 2017, pp. 59-101.
[30] D. Simon, "The discrete-time Kalman filter," in Optimal state estimation: Kalman, H infinity, and nonlinear approaches, John Wiley & Sons, 2006, pp. 123-144.
[31] Wan, Eric A and Van Der Merwe, Rudolph, "The unscented Kalman filter for nonlinear estimation," in Proceedings of the IEEE 2000 Adaptive Systems for Signal Processing, Communications, and Control Symposium (Cat. No. 00EX373), 2000.
[32] S. Haykin, "The Unscented Kalman Filter," in Kalman filtering and neural networks, John Wiley & Sons, 2004, pp. 228-234.
[33] D. Simon, "Unscented Kalman Filtering," in Optimal state estimation: Kalman, H infinity, and nonlinear approaches, John Wiley & Sons, 2006, pp. 447-454.
[34] Julier, Simon J and Uhlmann, Jeffrey K, "New extension of the Kalman filter to nonlinear systems," in Signal processing, sensor fusion, and target recognition VI, 1997.
[35] MathWorks, Simscape™ Fluids™ Reference, 2016.
[36] ThillaiRani, L and Deepa, N and Arulselvi, S, "Modeling and intelligent control of two-tank interacting level process," International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), vol. 3, no. 1, pp. 30-36, 2014. [37] D. Murray-Smith, "Case Study I - A Two-Tank Liquid Level Control
System," in Continuous System Simulation, Springer, 1995, pp. 153-162. [38] Bistak, Pavol and Huba, Mikulav, "Model reference control of a two tank
system," in 2014 18th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), 2014.
[39] Changela, Miral and Kumar, Ankit, "Designing a controller for two tank interacting system," International Journal of Science and Research, vol. 4, no. 5, pp. 589-593, 2015.
[40] G. Dymirkovsky, "New results on stochastic stability of discrete-time Unscented Kalman Filter," 7th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), pp. 1543 - 1548, 2012.
55 [41] D. Simon, "The partical filter," in Optimal state estimation: Kalman, H infinity, and nonlinear approaches, John Wiley & Sons, 2006, pp. 461-481. [42] Allan, Douglas A and Rawlings, James B, "Moving horizon estimation," in
56
PHỤ LỤC
A1. Thông số khối bình mô phỏng bình nước
Các khối mô phỏng van tuy có sự khác nhau về số cổng kết nối đầu vào đầu ra (bình 1 và bình 2 có hai cổng kết nối trong khi bình 3 có ba cổng kết nối) nhưng các khối này được thiết kế có chung một bộ tham sốđể có thể dễ dàng thiết kế các mô hình xấp xỉđộng học dòng chảy giữa các bình. Thông số của các bình này được thể hiện trong Hình phụ luc 1.
Hình phụ luc 1. Các thông số cài đặt cho khối mô phỏng bình nước
Các số liệu cho các thông sốnày được thể hiện trong Bảng phụ lục 1.
Bảng phụ lục 1. Số liệu cài đặt cho khối mô phỏng bình nước
STT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Init Volume 0.025 [𝑚𝑚3]
2 Pressurization 0 [𝑃𝑃𝑃𝑃]
3 Cross Area 0.1 [𝑚𝑚2]
4 Port A Diameter 0.02 [𝑚𝑚]
5 Port A Pressure Loss Coefficient 1.2
6 Port B Diameter 0.02 [𝑚𝑚]
7 Port B Height Above Port A 0 [𝑚𝑚]
57
A2. Thông số khối mô phỏng van điều khiển
Các thông sốcho van điều khiển được trình bày trong Hình phụ luc 2.
Hình phụ luc 2. Thông số của khối mô phỏng van
Số liệu cài đặt cho van được thể hiện trong Bảng phụ lục 2.
Bảng phụ lục 2. Số liệu cài đặt cho khối mô phỏng van
STT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Valve Orifice Diameter 0.02 [𝑚𝑚]
2 Initial opening 0 [𝑃𝑃𝑃𝑃]
3 Flow discharge coefficient 0.65
4 Critical Reynolds number 10 [𝑚𝑚]