Tổ hợp CASCAD cú ba chức năng cơ bản là: a)- Mụ phỏng và đỏnh giỏ chất lượng hệ thống, b)- nhận dạng và mụ hỡnh hoỏ cỏc đối tượng điều khiển và c)- tổng hợp cấu trỳc và tối ưu hoỏ tham số của hệ thống.
A. Mụ phỏng và đỏnh giỏ chất lƣợng hệ thống.
Hỡnh 2. Nguyờn lý tổ chức và cấu trỳc bộ chương trỡnh CASCAD.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 56
CASCAD cho phộp mụ phỏng hệ thống điều khiển với cấu trỳc tối đa 5 tầng (h. 1). Cú thể vẽ cỏc loại đường đặc tớnh của hệ thống được mụ phỏng, gồm: - “Đặc tớnh mềm” cơ sở, bất định và xấu nhất của hệ hở, để kiểm tra độ dự trữ
ổn định của hệ kớn tương ứng với cỏc trường hợp: cơ sở (khụng đổi), bất định và xấu nhất.
- Dải bất định của “đặc tớnh mềm” với đối tượng biến thiờn bất định.
- Dải bất định của đặc tớnh biờn độ của hệ thống kớn với đối tượng biến thiờn bất định.
- Cỏc đặc tớnh tần số (cơ sở và bất định) của hệ thống theo cỏc kờnh khỏc nhau.
- Cỏc đặc tớnh quỏ độ (cơ sở và bất định) của hệ thống theo cỏc kờnh khỏc nhau, cần cho việc đỏnh giỏ chất lượng của hệ thống.
- Cỏc đỏp ứng thời gian của hệ thống theo cỏc kờnh khỏc nhau với cỏc dạng
xung vào thụng dụng, như xung đơn vị, súng hỡnh sin, súng hỡnh chữ nhật, v.v...
B. Nhận dạng và mụ hỡnh hoỏ cỏc đối tƣợng điều khiển.
Hiện nay, cách tiếp cận hiệu quả nhất giải các bài toán phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển bất định là mô hình hoá đối t-ợng d-ới dạng hàm truyền bất định. Nhờ CASCAD có thể mô hình hoá khâu động học bất định d-ới một trong hai dạng th-ờng dùng sau:
1.Mô hình bất định phi cấu trúc – là tổng của hàm truyền cơ sở và thành phần biến thiên bất định kiểu vòng tròn. Đó là mô hình bất định phi cấu trúc cộng tính.
2.Mô hình bất định tham số – là hàm truyền với cấu trúc cố định, còn các tham số thay đổi tuỳ ý trong những khoảng hữu hạn.
Quá trình xác định mô hình cơ sở của đối t-ợng thực hiện trực tiếp theo các số liệu đặc tính tần số của nó. Nếu số liệu này đã có sẵn trong tệp trên đĩa, thì quá trình nhận dạng có thể thực hiện ngay sau khi khởi động CASCAD.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 57 Nếu số liệu của đối t-ợng là đặc tính quá độ, thì chuyển t-ơng đ-ơng sang dạng số liệu đặc tính tần số, thuộc dải tần cơ bản, và ghi vào tệp. Dải tần cơ bản là miền tần số mà đặc tính của đối t-ợng ảnh h-ởng rõ rệt đến tính ổn định của hệ thống, th-ờng là đoạn đi từ giữa góc phần t- thứ IV qua góc phần t- thứ III đến giữa góc phần t- thứ II của hệ toạ độ phức.
Quá trình nhận dạng đối t-ợng thực hiện theo các chỉ dẫn xuất hiện trong các Menu. Mô hình của đối t-ợng là hàm truyền. Các tham số của mô hình đ-ợc xác định nhờ thuật toán lặp trên cơ sở ph-ơng pháp tối -u hoá v-ợt khe. Kết quả nhận dạng đ-ợc gán cho một khâu nào đó (khai báo tr-ớc) có tên trong sơ đồ cấu trúc tối đa của hệ thống (h. 1).
C. Tổng hợp cấu trỳc và tối ƣu hoỏ tham số của hệ thống.
Tổ hợp CASCAD có hai chức năng tổng hợp hệ thống điều khiển. Chức năng thứ nhất là tổng hợp cấu trúc của hệ thống và cấu trúc của các khâu điều khiển, bao gồm: cấu trúc bền vững của các bộ điều chỉnh Ri và phản hồi Fi, cấu trúc các bộ khử nhiễu ngoài Ki và các khâu tăng c-ờng Ai. Bài toán xác định cấu trúc thực hiện trực tiếp từ Menu chính.
Chức năng thứ hai giải bài toán tối -u hoá chất l-ợng của hệ thống theo các tham số của các khâu điều khiển. Có thể chọn chỉ tiêu chất l-ợng tính theo tất cả các kênh đầu vào hoặc theo một số kênh tuỳ chọn. Chức năng này thực hiện việc tối -u hoá các tham số của các khâu Ri, Fi, Ki, Ai (i=1,...,k) theo một trong 4 loại chỉ tiêu chất l-ợng điều khiển, nh- sau:
a- Tích phân bình ph-ơng sai số của hệ tất định hay sai số quân ph-ơng của hệ ngẫu nhiên.
b- Tích phân trị tuyệt đối của sai số điều chỉnh,
c- Sai số điều chỉnh theo giả thiết dải thông tần thấp (xấp xỉ 0),
d- Độ nhạy, tức giá trị đỉnh cao nhất của đặc tính biên độ của hệ thống. Tr-ớc khi chuyển sang chế độ tối -u hoá (Optimize), đặc biệt là khi tối -u hoá tham số của bộ điều chỉnh, nhất thiết phải xác định hai dải tần bằng cách dựng các đồ thị đặc tính tần số của hệ thống trong chế độ Graphing.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 58
Dải tần thứ nhất cần cho việc đánh giá độ dự trữ ổn định của hệ thống trong không gian tham số hiệu chỉnh. Để xác định dải tần này cần vẽ “đặc tính mềm” của hệ hở đủ lớn sao cho phủ đ-ợc miền tần số cơ bản, tức đảm bảo xác định một cách tin cậy độ dự trữ ổn định của hệ thống, khi tính hàm mục tiêu. Số điểm vẽ đ-ờng “đặc tính mềm” của hệ hở càng lớn thì việc xác định giá trị dự trữ ổn định của hệ thống càng chính xác và tin cậy hơn.
Dải tần thứ hai cần để tính chỉ tiêu chất l-ợng tích phân sai số điều khiển. Dải tần này chọn bằng cách dựng đồ thị sai số bình ph-ơng của hệ thống sao cho phủ đ-ợc miền tần số ảnh h-ởng rõ rệt nhất đến sai số điều chỉnh. Miền tần số ảnh h-ởng th-ờng xác định trong vùng tần số thấp, có thể xấp xỉ 0.
Chú ý: không nên kéo quá dài dải tần này ở vùng tần số cao, vì nh- thế trọng số của hàm mục tiêu sẽ tập trung vào vùng tần số cao, không phản ánh đúng bản chất của hệ thống là bộ lọc thông tần thấp.
Các phép toán kể trên đ-ợc thực hiện dễ dàng nhờ tập hợp phong phú các chức năng tiện ích, cài sẵn trong chế độ Graphing. Khi ra khỏi chế độ này, hai dải tần nói trên và các số l-ợng điểm vẽ của chúng đ-ợc tự động l-u lại cho quá trình tối -u hoá tham số hệ thống sau này.