ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ PÍT-TÔNG XYLANH KHÍ NÉN
4.1.2. Lựa chọn phương pháp điều khiển
Mục tiêu của bộđiều khiển ở đây là điều khiển vị trí pít-tông x1 bám theo vị trí mong muốn x1d với độ chính xác cao khi xét đến ảnh hưởng các đặc tính phi tuyến của hệ thống và ảnh hưởng của lực ma sát. Trong [65], Tsai và Huang đã áp dụng bộ điều khiển trượt đa mặt trượt (bộ điều khiển MSSC) để giải quyết các đặc tính phi tuyến và các thông số bất định của hệ thống khí nén. Bộđiều khiển này cho độ
chính xác điều khiển vị trí tốt nhất trong các phương pháp điều khiển đã đề xuất đến
nay, với sai số vị trí tương đối thấp nhất đến 4%. Tuy nhiên, trong phương pháp điều khiển phi tuyến này, lực ma sát chỉ được coi như là một thông số bất định và được giới hạn. Trong công trình nghiên cứu [17], Armstrong-Helouvry và các đồng tác giả khẳng định rằng một bộ điều khiển kết hợp với bù ma sát có xu hướng cải
thiện đáng kể được chất lượng điều khiển của hệ thống điều khiển. Vì vậy, trong
nghiên cứu này, phát triển bộ điều khiển trượt đa mặt trượt (bộ điều khiển MSSC) kết hợp với bộ bù ma sát.
79
Như được trình bày trong Chương 2, mô hình ma sát trạng thái ổn định là đơn
giản nhất với ít thông số nhất. Tuy nhiên, mô hình này không có khả năng mô
phỏng được các đặc tính ma sát động của xy lanh thủy khí và cũng như được chứng
minh sau đó ở Chương 3 rằng mô hình này không phù hợp để mô phỏng các đặc
tính hoạt động của hệ thống TĐKN. Tiếp đến, đối với mô hình LuGre cải tiến, mô hình này có thể mô phỏng chính xác hầu hết các đặc tính ma sát trong các xy lanh
thủy lực và xy lanh khí nén (trình bày trong Chương 1) và mô hình cũng có thể mô
phỏng chính xác nhất các đặc tính hoạt động của hệ thống TĐKN. Tuy nhiên, mô hình LuGre cải tiến là một mô hình rất phức tạp với rất nhiều thông số và việc xem xét sử dụng mô hình này trong thiết kế bộ điều khiển với bù ma sát là rất khó để
thực hiện ở thời điểm hiện tại. Mô hình ma sát động LuGre đơn giản hơn so với mô
hình LuGre cải tiến, chỉ bao gồm năm thông sốtĩnh Fs, Fc, vs, n, σ2 và hai thông số
động lực học σ0, σ1. Mô hình này cũng có thể mô phỏng tương đối tốt các đặc tính
ma sát ở trạng thái ổn định và một sốcác đặc tính ma sát động của xy lanh khí nén. Thêm vào đó, Chương 3 chỉ ra rằng mô hình LuGre cũng có thể mô phỏng hầu hết
các đặc tính của hệ thống TĐKN ngoại trừ đặc tính dính-trượt ở vận tốc thấp. Do
vậy, trong nghiên cứu này, mô hình LuGre sẽ được áp dụng và kết hợp với phương
pháp điều khiển trượt đa mặt trượt để thiết kế bộđiều khiển phi tuyến với bù ma sát
nhằm nâng cao độ chính xác vị trí của xy lanh khí nén. Sơ đồ khối của bộ điều
khiển đề xuất được trình bày trong Hình 4.1.
80 Tín hiệu vào bộ điều khiển đề xuất gồm có sai số vị trí s1 = x1 - x1d, lực ma sát ước tính ˆF , r vị trí mong muốn x1d và độ dịch chuyển thực tế (vị trí thực tế) x1 của pít-tông xy lanh khí nén, áp suất hai buồng làm việc của xy lanh p1, p2, và vận tốc của pít-tông xy lanh x2. Tín hiệu ra của bộ điều khiển đề xuất là tín hiệu điều khiển
u và u cũng là tín hiệu vào của đối tượng điều khiển là hệ thống TĐKN. Các giá trị
x1, p1, và p2 được đo bởi các cảm biến hành trình và cảm biến áp suất. Giá trị vận tốc x2 của pít-tông xy lanh khí nén được tính bằng cách lấy đạo hàm độ dịch chuyển
x1 theo thời gian, với bước thời gian tính toán là 1.16 ms. Bộ quan trắc ma sát trong
sơ đồ trên được sử dụng để ước tính lực ma sát ˆFr dựa trên mô hình ma sát động
LuGre. Đầu vào của bộ quan trắc ma sát đó là vận tốc của pít tông và sai số vị trí
điều khiển của pít tông s1.