2B TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO PHI TUYẾN
1.1 Nguyên tắc cơ bản và sơ đồ tổng quát của điều khiển dự báo
D ựa trên định nghĩa về MPC của E. F. Camacho, hệ thống đ ều i khi s dển ử ụng ộ b
điều khiển MPC v nguyên tề ắc có th biể ểu diễn bằng ột sơ đồ khối m tổng qu . át Để d dàng ễ
cho việc biểu ễn di n , ày sơ đồ khối cơ bản nhất của mọi hệ thống điều khiển được ình b tr ày nh ưsau:
Hình 1.1: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển
Hình 1.1 là sơ khối ổng t qu c át ủa hệ thống điều khiển phản hồi, nếu là ph h ản ồi trạng thái thì dữ liệu tính tốn là ácc tín hiệu trạng thái, còn nếu là phản h ồi đầura thì dữ liệu tính tốn là t hi ín ệura của đối ượng t . Sơ đồ mở rộng ổnt g qu này át được sử dụng để nhấn mạnh rằng trong MPC dạng dữ liệu cần thiết cho việc tính tốn tín hiệu điều khiển được quyết định bởi phương ph ápđiều khiển dự báo.
Như đã biết từ các tài liệu về điều khiển dự báo của tác giả E. F. Camacho và C. Bordons (2004) [5], sự hình thành của nguyên tắc điều khiển dự báo có nguồn gốc từ các bài tốn điều khiển trong thực tiễn. Cụ thể, trong các ứng dụng thực tiễn, để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như do giới hạn về năng lượng nguồn, bài toán điều khiển thường phải bao gồm mục tiêu thỏa mãn c ác ch êỉ ti u chất lượng đặt trước và đảm bảo các ràng buộc
Đối tượng điều khiển Bộ điều khiển Mục tiêu điều khiển dữ liệu tính tốn Tín hiệu điều khiển Tín hiệu ra T ín hiệu trạng ái th
trạng thái. Như đã thảo luận ở phần ở đầu, phương án m được thực thi về mặt kỹ thuật trong MPC là thiết lập và gi ải bài toán điều khiển tối ưu trực tuyến, tín hi ệu điều khiển ính là ch nghi c b ệm ủa ài toán t ối ưu tạithời đ ểm ức i t thời Chính vì vậy, nguyên tắc cơ bản của điều .
khiển dự báo dựa mơ hình (theo [26] –nguyên g tiốc ếng Anh là Basic Principle of Model Predictive Control) của F.Allgower (2000) là với giá trị ức thời củat các biến trạng thái, bộ điều khiển tạo ra một dải giá trị của biến điều khiển trong tương lai bằng cách tối thiểu hóa một phiến hàm mục tiêu trong một khoảng thời gian hữu hạn.
Nguyên tắc đ ềui khi d b ển ự áođược nêu ở trên hoàn toàn khác biệt với nguyên tắc điều khiển phản hồi trạng thái ôth ng thường là m ở ỗi thời đ ểm ức thời bộ điều khiển i t tạo ra một giá trịcủa biến điều khiển ừt giá tr c các biến trị ủa ạng ái. th
Theo nguyên tắc cơ bản trên của điều khiển dự báo thì việc cập nhật giá trị biến trạng thái (gọi tắt là cập nhật trạng thái) để làm dữ liệu tính tốn cho bộ điều khiển dự báo chỉ cần thực hiện tại tại các điểm thời gian rời rạc. Gọi x t( ) là tín hiệu trạng thái, ti là thời
điểm cập nhật trạng thái lần thứ i được tạo ra bởi một khâu độc lập mà ta đặt tên là Bộ định thời, xi = x t( )i là giá trị của biến trạng thái tại thời điểm ti, và u t( ) là tín hiệu điều
khiển. Với các ký hiệu này thì đầu vào của bộ điều khiển dự báo là xi = x t( )i và đầu ra là
( )
u t . Vậy s kh tơ đồ ối ổng áqu t của ệ h thống đ ều i khiển ph h ản ồi trạng thái s dử ụng ộ b
điều khiển MPC được ểu diễn nh bi ưsau:
Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển dự báo
Đối tượng điều khiển Bộ điều khiển dự báo Mục tiêu điều khiển ( ) i i x = x t ( ) u t Bộ lấy mẫu tín hiệu ( ) x t Bộ định thời i t
Theo nguyên tắc cơ bản của điều khiển dự báo được nêu ở trên, với giá trị
( )
i i
x = x t thu thập tại thời điểm ti, bộ điều khiển dự báo cần giải một bài toán điều khiển
trong khoảng thời gian hữu hạn [ , ]0T (một số tài liệu gọi là miền dự báo hoặc tầm dự
báo) để tính dải giá trị điều khiển u t tP( ), Ỵ [ , ]0T . Dải giá trị này sẽ được khai thác để đặt tín hiệu điều khiển thực cho khoảng thời gian [ ,ti ti+1) với ti+1 là thời điểm cập nhật trạng thái lần thứ i + 1. Từ góc nhìn tổng qt, việc sử dụng dải giá trị u t tP( ), Ỵ [ , ]0T để tổng hợp nên tín hiệu điều khiển thực u t( ),t Ỵ [ ,t ti i+1) là do yêu cầu thiết kế với mỗi bài toán cụ thể. Trong luận án này, kế thừa cách làm truyền thống từ bài báo của F.Allgower [26] là quy định [ti,ti + T]É [ti,ti+1] và tổng hợp tín hiệu điều khiển thực
( )
u t cho khoảng thời gian [ ,ti ti+1) bằng cách gán trực tiếp
1
( ), [ ,
( ) P t ti t t ti i )
u t = u - Ỵ + . Theo cơ chế này, sơ đồ ối ổng quát của bộ điều khiển kh t
dự báo được biểu diễn như sau:
Hình 1.3: Sơ đồ khối tổng quát bộ điều khiển MPC
Để nâng cao chất lượng c b iủa ộ đ ều khi d bển ự áo, một ố s hướng nghiên c cứu ũng đ ừi t những cải tiến nhằm ho thiàn ện hai kh chối ức n ng c MPC trong hình 1.3. ă ủa