phương pháp bù trừ
Các đặc tính phi tuyến của các phần tử không quán tính thường gặp trong thực tế hầu hết đều là những hàm phi tuyến không trơn của tín hiệu vào. Sự tồn tại của các phi tuyến này trong hệ thống làm giảm độ chính xác, độ dự trữ ổn định và trong nhiều trường hợp làm cho hệ thống mất ổn định.
Trong thực tế, không tồn tại phần tử tuyến tính lý tưởng. Khi điều kiện làm việc (biến thiên của đầu vào, điều kiện môi trường, tải …) vượt quá giới hạn, phần tử tuyến tính có thể chuyển thành phi tuyến hoặc ngược lại. Trong hệ thống tự động bám, các phần tử của hệ về cơ bản đều là các phần tử phi tuyến. Sự tồn tại của tính phi tuyến trong hệ có ảnh hưởng cả tốt và xấu đối với chất lượng và sự làm việc của hệ. Tính phi tuyến trong hệ gây nên nhiều tác động bất lợi đối với chất lượng của hệ như mất bám, sai số tích luỹ, dao động quanh điểm cân bằng..., nhưng đôi khi cần phải đưa phần tử phi tuyến (giới hạn vận tốc góc, giới hạn mô men quay của động cơ …) vào để áp dụng một số yêu cầu riêng [83], [95].
Đầu ra của một số phần tử trong hệ như: bộ khuếch đại sơ bộ, bộ khuếch đại công suất … hoặc một số giá trị như: mô men quay, vận tốc góc của động cơ chấp hành … thường có độ lớn bị giới hạn. Những phần tử này có thể được mô tả qua mô hình toán học của khâu bão hòa, một số phần tử có đặc tuyến
tĩnh gần giống khâu bão hoà nhưng tốc độ gia tăng của giá trị đầu ra thay đổi, một số phần tử khác thể hiện khâu phi tuyến có vùng chết, đáng chú ý là đặc tính phi tuyến dạng Backlash, trong đó đầu ra là một hàm đa trị, không trơn của tín hiệu vào.
Đặc tính phi tuyến dạng này được gây ra bởi các khe hở trong các kết cấu cơ khí, đặc biệt là trong các hệ truyền động bánh răng, do ma sát cũng như do tính chất đàn hồi. Đặc tính phi tuyến dạng này không chỉ đơn thuần là hàm phi tuyến phức tạp, mà nó còn thay đổi theo thời gian do sự mài mòn của các chi tiết cơ khí và do nhiều yếu tố khác.
Nhằm giảm thiểu ảnh hưởng xấu của các đặc tính phi tuyến đến chất lượng của hệ thống, nhiều phương pháp bù trừ phi tuyến đã được đề xuất [14], [19], [23], [38], [40], [43], [59], [60], [64], [65], [86], [88], [89], [93], [94], [95], [96], [100].
Nhìn chung các phương pháp đó đều là những giải pháp kỹ thuật áp dụng mang tính cục bộ cho phần tử phi tuyến cụ thể, và có thể phân thành các nhóm sau đây:
a Nh m phương pháp mở rộng v ng làm việc tuyến tính
Nội dung của giải pháp này là lợi dụng tính chu kỳ của đặc tính phi tuyến [85], [96] hoặc kết hợp bổ sung các phân tử phi tuyến khác để tạo ra một phần tử có vùng tuyến tính rộng hơn [86], [95].
b trừ phi tuyến b ng cách sử dụng các mối liên kết th ng, phi tuyến
Nổi bật nhất trong nhóm này là phương pháp sử dụng các khâu phi tuyến với đặc tính phi tuyến đảo ngược với đặc tính phi tuyến cần bù trừ [26], [88]. Nhược điểm của phương pháp này là khó thực hiện kỹ thuật các khâu phi tuyến với đặc tính phi tuyến đảo ngược. Nhược điểm này sẽ tăng lên khi đặc tính phi tuyến thay đổi. Phương pháp sử dụng các mạch thẳng với đặc tính phi
tuyến phù hợp mắc song song với phần tử phi tuyến cần bù trừ [88], [89], [100] được áp dụng khá rộng rãi trong thực tế.
c) trừ phi tuyến nh các ph n h i phi tuyến
Đặc tính phi tuyến của các khâu không quán tính có thể được bù trừ nhờ sử dụng các mạch phản hồi với đặc tính phi tuyến phù hợp [3], [38], [88]. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là đòi hỏi phải chú ý tới vấn đề ổn định, đặc biệt là đối với trường hợp không thể tách rời phần tuyến tính và phần phi tuyến.
d) trừ thích nghi các đặc tính phi tuyến
Đây là nhóm phương pháp được quan tâm nhiều và phát huy hiệu quả cao cho các trường hợp đặc tính phi tuyến thay đổi [14], [26], [93], [94]. Nhược điểm của phương pháp này là tương đối phức tạp trong thực hiện kỹ thuật.
Từ phân tích mang tính tổng quan trên đây chúng ta thấy rằng vấn đề bù trừ các đặc tính phi tuyến tĩnh đã được giải quyết.
Đối với đặc tính phi tuyến Backlash hiệu quả nhất là sử dụng phương pháp bù trừ thích nghi [93], [94]. Những năm gần đây, với sự phát triển của các lĩnh vực chế tạo và vật liệu, người ta đã chế tạo ra các bộ truyền động không có Backlash và cả những động cơ dẫn động với dải điều khiển và khả năng điều khiển vượt trội, cho phép không sử dụng các bộ truyền động cơ khí kiểu bánh răng. Vì vậy có thể coi như vấn đề phi tuyến Backlash đã được giải quyết.
Ngoài những đặc tính phi tuyến nêu trên, trong thực tế còn tồn tại lớp phi tuyến phức tạp và bất định, trong đó đặc tính phi tuyến là hàm phi tuyến của nhiều biến trạng thái và luôn luôn gắn chặt với tính chất động học của phần tử phi tuyến. Các phi tuyến thuộc lớp này thường tồn tại trong các đối tượng điều khiển.
Trong Chương II sẽ chỉ rõ, đặc tính phi tuyến phức tạp bất định cùng với nhiễu tồn tại trong đối tượng điều khiển của hệ thống tự động bám sát các đối tượng di động. Các nhóm phương pháp bù trừ phi tuyến nêu trên không áp dụng được trực tiếp cho các phi tuyến thuộc lớp này.
Sự tồn tại của phi tuyến phức tạp và bất định trong đối tượng điều khiển gây nên những khó khăn đặc biệt cho việc tổng hợp các hệ thống điều khiển chất lượng cao. Cho đến nay các phương pháp tổng hợp hệ điều khiển cho các đối tượng phi tuyến thuộc lớp nói trên chủ yếu là đảm bảo được ổn định; nhìn chung các chỉ tiêu chất lượng khác còn bỏ ngỏ [6]. Chính vì vậy, việc xây dựng phương pháp tổng hợp các hệ điều khiển chất lượng cao cho các đối tượng có chứa phi tuyến phức tạp và bất định là vấn đề bức thiết. Tiếp theo chúng ta cùng điểm lại các phương pháp tổng hợp các hệ phi tuyến, nhằm thấy rõ ưu nhược điểm, làm cơ sở cho việc giải quyết vấn đề bức thiết nêu trên.