Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.8 Cơ sở phương pháp điều khiển
2.8.2 Bộ điều khiển SMC (Sliding Mode Control)
Điều khiển trượt (SMC) là một phương pháp điều khiển phi tuyến đơn giản nhưng hiệu quả. Thành phần của SMC cần phải có các thơng số của mơ hình đối tượng cũng như các chặn trên của các thành phần bất định của mơ hình. Việc xác định các giá trị chặn trên của các thành phần bất định thường khơng chính xác. Người ta thường dùng các giá trị hằng để ước lượng các giá trị này. Khi thiết kế thành phần điều khiển bền vững, nếu việc chọn giá trị chặn trên quá lớn sẽ làm gia tăng hiện tượng “chattering”, làm tổn hao năng lượng điều khiển không cần thiết và xảy ra nhiều hiện tượng khơng mong muốn. Cịn khi giá trị chặn trên thực lớn hơn giá trị chặn trên theo thiết kế thì hệ thống sẽ mất tính ổn định.
Ưu điểm của điều khiển trượt là nó ít nhạy với sự biến động của các thông số của mơ hình và ảnh hưởng của nhiễu bên ngồi. Điều khiển trượt đã được áp dụng
43
khá thành công để thiết kế các bộ điều khiển bền vững trong phịng thí nghiệm và ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Tuy nhiên khi thiết kế các bộ điều khiển trượt có một số vấn đề thường gặp phải như sau: Thành phần điều khiển bền vững trong điều khiển trượt có dạng hàm dấu kết hợp với hiện tượng trễ vật lý của các đối tượng gây nên hiện tượng “chattering” các trạng thái xung quanh mặt trượt. Thông thường để hạn chế hiện tượng “chattering” người ta thường thay thế hàm dấu trong thành phần điều khiển bền vững bằng hàm bão hịa.
SMC có hai thơng số thiết kế được lựa chọn là sự ổn định và hiệu suất. Tham số thiết kế thứ nhất là tham số bề mặt trượt mà các bề mặt trượt thay đổi theo thời gian [65] hoặc phi tuyến [66]. Tuy nhiên, quy luật điều khiển và điều kiện ổn định trở nên khó khăn hơn với mặt trượt phức tạp. Tham số thiết kế thứ hai là độ lợi điều khiển của điều khiển không liên tục. Về lý thuyết, hệ số khuếch đại điều khiển không liên tục hoạt động ở chế độ trượt khi quỹ đạo của hệ thống nằm trên mặt trượt. Tuy nhiên, trong quá trình triển khai thời gian thực, hiện tượng nhiễu xảy ra, xuất hiện dưới dạng dao động không mong muốn trên quỹ đạo hệ thống với tần số và biên độ hữu hạn, dẫn đến độ chính xác của điều khiển thấp như hệ thống cơ khí, tổn thất nhiệt độ và điều khiển mất ổn định vòng lặp [67]. Hai lý do gây ra hiện tượng “chattering” đã được xác định bởi [68] đó là động lực ‘khơng có mơ hình’ của hệ thống thường bị bỏ qua trong quá trình thiết kế điều khiển và tốc độ lấy mẫu vốn có giới hạn trong bộ điều khiển. Để giảm nhiễu có một số phương pháp đã được phân tích bao gồm phương pháp thích ứng độ lợi chuyển đổi [69], [70] và phương pháp dựa trên người quan sát [71]. Ngồi ra, độ bão hịa [16], hoặc sử dụng hàm Sigmoid [72] thay vì hàm dấu cũng được sử dụng để giảm hoặc loại bỏ độ nhiễu. Các phương pháp giảm độ nhiễu khác dựa trên SMC được nghiên cứu bởi [73]. Về cơ bản, bộ điều khiển SMC có thể được thiết kế theo ba cách tiếp cận sau: Dựa trên quy luật tiếp cận mặt trượt (reaching law), dựa trên tín hiệu điều khiển tương đương (equivalent control) và dựa trên tham số cận trên (upper bound)[74].
44