Nghiên cứu ảnh hưởng của trễ truyền thông trong hệ thống điều khiển phân tán (DCS) để nâng cao chất lượng điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI




PHẠM QUANG ĐĂNG




NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN (DCS)
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN



Chuyên ngành: Tự động hóa
Mã số: 62.52.60.01




TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT




Hà nội – 2007

Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà nội

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Bùi Quốc Khánh
TS. Nguyễn Văn Khang

Phản biện 1: PGS. TS. Lê Mỹ Tú


Phản biện 2: PGS. TS. Thái Quang Vinh


Phản biện 3: PGS. TS. Tô Văn Dực


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp
tại Trường Đại học Bách khoa Hà nội,
vào hồi 9 giờ
00 ngày 10 tháng 08 năm 2007.


Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Thư Viện Quốc gia
2.
Thư viện Trường Đại học Bách khoa Hà nội

CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

(Liên quan tới đề tài nghiên cứu của luận án)

1. Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Hệ thống điều khiển thời
gian thực có xét tới trễ truyền thông, Tuyển tập báo cáo khoa học, Hội
thảo toàn quốc lần thứ nhất về cơ điện tử, 2002.
2. Phạm Quang Đăng, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển hệ truyền
động nhiều trục tích hợp truyền thông kỹ thuật số, Tuyển tập các báo
cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về Tự động hóa (VICA6),
2005.
3. Phạm Quang Đăng, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển phân tán
trong hệ truyền động nhiều trục, Tuyển tập các bài báo khoa học, Hội
nghị khoa học lần thứ 20 Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 2006.
4. Phạm Quang Đăng, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển hệ truyền
động phân tán có xét tới trễ truyền thông, Tuyển tập báo cáo khoa học
hội nghị toàn quốc lần thứ ba về cơ điện tử - VCM2006, 2006.
24
Một số kiến nghị
Từ kết quả nghiên cứu của luận án ta có thể thấy một số hướng nghiên
cứu có thể cần thực hiện trong tương lai để cải thiện chất lượng của hệ
thống điều khiển.
Về mặt truyền thông, việc tìm kiếm một giao thức truyền thông với
trễ truyền thông tiền định hơn, có sự đả
m bảo truyền thông cao hơn là
cần thiết. Với giao thức truyền thông có trễ tiền định mô hình hệ thống
sẽ đơn giản hơn và giảm nhẹ gánh nặng tính toán cho các thuật toán
điều khiển.
Về mặt điều khiển, vấn đề áp dụng lý thuyết xác suất thống kê cho
nghiên cứu phát triển các bộ điều khiển cần phải được đầu tư nghiên
cứu thêm. Mộ
t số hướng nghiên cứu về vấn đề điều khiển có thể cần

thực hiện trong tương lai để cải thiện chất lượng của hệ thống điều
khiển. Cụ thể như sau:
 Phương pháp lập lịch cho bộ điều khiển nhiều chế độ được xây
dựng trên nền tảng đánh giá xác suất của trễ truyền thông
ở đầu
mỗi chu kỳ và được thực hiện thông qua phương pháp mô hình
hóa trễ bằng xích Markov. Trường hợp không xác định được các
trạng thái Markov chưa được đề cập và cần phải nghiên cứu thêm.
 Các nghiên cứu nhằm xác định thời điểm T
deadline
(gianh giới giữa
vùng tính toán điều khiển với mẫu đo về và vùng tính toán điều
khiển với giá trị ước lượng) tối ưu chưa được đề cập và cần phải
đầu tư nghiên cứu thêm.
 Chiến lược lập lịch động với chu kỳ lấy mẫu có thể thay đổi on-
line nhằm mở rộng “hạn chót” cho việc truyền thông điệp trong
trườ
ng hợp mạng quá tải ngắn hạn có thể cần được nghiên cứu
nhằm nâng cao chất lượng điều khiển. Điều này đưa tới hướng
nghiên cứu mới nhằm phát triển các luật điều khiển thông minh
có sự kết hợp cả tham số điều khiển và truyền thông.
1
GIỚI THIỆU CHUNG
Cơ sở lựa chọn đề tài
Sức ép của cạnh tranh trên thị trường đòi hỏi các hệ thống sản xuất phải
linh hoạt hơn, phải có khả năng mở rộng cả về vật lý cũng như các chức
năng, phải có khả năng ứng dụng nhanh chóng những thành tựu mới của
khoa học công nghệ để giảm chi phí, nâng cao chất lượ
ng sản phẩm.
Các hệ thống truyền thông sử dụng bus truyền thông chung có thể đáp

ứng được yêu cầu đó. Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống truyền thông
bus chung thay thế cho phương pháp truyền thông điểm - điểm làm nảy
sinh những khó khăn mới đó là các trễ truyền thông giữa các sensor, cơ
cấu chấp hành và bộ điều khiển. Các thành phần trễ này làm giảm chất
lượng đ
iều khiển, thậm chí gây ra sự mất ổn định của hệ thống, làm
hạn chế khả năng ứng dụng của các mạng truyền thông kỹ thuật số
trong nhiều ứng dụng công nghiệp có yêu cầu cao về vấn đề đáp ứng
thời gian thực.
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của trễ truyền thông trong hệ thống
điều khiển phân tán để nâng cao chất lượ
ng điều khiển” được lựa chọn
nhằm nghiên cứu phát triển phương pháp cải thiện chất lượng điều
khiển, hạn chế các sai lệch điều khiển do ảnh hưởng của trễ truyền
thông, mở rộng khả năng ứng dụng của các hệ thống điều khiển phân
tán sử dụng mạng truyền thông số và các hệ truyền động phân tán.
Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu có sự kết hợp của các phương pháp sau:
• Nghiên cứu lý thuyết
• Nghiên cứu thống kê
• Mô phỏng và thực nghiệm
Nội dung của luận án bao gồm:
• Nghiên cứu tổng quan về điều khiển phân tán DCS (Distributed
Control System) sử dụng mạng truyền thông số và các vấn đề tồn
tại của nó từ đó xác định nhiệm vụ, m
ục tiêu nghiên cứu của đề tài.
2
• Nghiên cứu về truyền thông và trễ truyền thông, đặc điểm của trễ
truyền thông và phương pháp mô hình hóa trễ truyền thông.
• Nghiên cứu về ảnh hưởng của trễ truyền thông trong hệ thống điều

khiển phân tán.
• Nghiên cứu khắc phục ảnh hưởng trễ truyền thông để nâng cao chất
lượng của hệ thống điều khiển phân tán có ảnh hưởng củ
a trễ truyền
thông.
Luận án có đóng góp những điểm mới sau:
• Phát triển các phương trình giải tích khảo sát trễ truyền thông trong
mạng Ethernet công nghiệp sử dụng Switch làm cơ sở cho việc thiết
kế hệ thống mạng Ethernet công nghiệp sử dụng cho các ứng dụng
điều khiển.
• Phát triển thêm mô hình hệ thống điều khiển với phương pháp lấy
mẫu tuầ
n tự, phương pháp lấy mẫu phổ biến trong các hệ thống điều
khiển thực tế.
• Phát triển bộ điều khiển đa chế độ với khâu ước lượng trạng thái sử
dụng lọc Kalman có hệ số lọc thay đổi làm cơ sở cho việc thiết kế
các bộ điều khiển sao cho hệ thống có khả năng vượt qua trạ
ng thái
bão hòa tạm thời.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài là phân tích ảnh hưởng của trễ truyền thông
tới chất lượng điều khiển trong các chế độ bão hòa và bão hòa tạm thời,
phát triển mô hình toán học của hệ thống điều khiển có trễ truyền thông
với các phương pháp lấy mẫu khác nhau và bộ điều khiển đa chế
độ
nhằm khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa tạm thời. Kết quả
nghiên cứu có thể sử dụng để phát triển các luật điều khiển nhằm nâng
cao chất lượng hệ thống, giảm tần suất xảy ra sự cố do tác động của trễ
truyền thông đồng thời mở rộng khả năng ứng dụng mạng truyền thông
kỹ thuật số và điều khiển phân tán cho các ứng dụng điều khiển truyền

động và điều khiển chuyển động.
23
mạng không có nhiễu và không dùng để truyền thông tin sự kiện). Trên
mô hình thí nghiệm hệ thống có thể mở rộng giới hạn làm việc ổn định
từ tần số lấy mẫu 250Hz tới 400Hz và do vậy mở rộng khả năng ứng
dụng của hệ thống điều khiển.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Các kết quả nghiên cứu đưa tớ
i các kết luận sau:
1. Trễ truyền thông và tính bất định của trễ truyền thông là tồn tại
khách quan của các mạng truyền thông số và nó làm suy giảm chất
lượng điều khiển trong hệ thống điều khiển sử dụng mạng truyền thông
kỹ thuật số. Ảnh hưởng của trạng thái nghẽn mạng tạm thời là nguyên
nhân chính làm hạn chế khả năng ứng dụ
ng của hệ thống điều khiển sử
dụng mạng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nói chung, trong các hệ
điều khiển truyền động nói riêng.
2. Bộ điều khiển đa chế độ với khâu ước lượng dùng lọc Kalman cho
phép khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng nghẽn mạng tạm thời và
nâng cao chất lượng điều khiển. Các khảo sát trên mô hình mô ph
ỏng và
thí nghiệm của hệ truyền động phân tán 2 trục cho kết quả tốt. Trên mô
hình thực nghiệm đã đạt được các cải thiện như sau:
 Chất lượng điều khiển được nâng cao: Ở chu kỳ lấy mẫu 4ms, chỉ
số ITAE với trường hợp sử dụng bộ điều khiển đa chế độ mới
tương ứng là 146 so với sử d
ụng bộ điều khiển thường là 244.
 Giới hạn trên của tần số lấy mẫu được mở rộng từ 250Hz tới

400Hz với bộ điều khiển đa chế độ.
 Biên độ của sai lệch quỹ đạo được cải thiện. Tại chu kỳ lấy mẫu
4ms biên độ sai lệch là trên 0,2rad khi sử dụng bộ điều khiển
thông th
ường và là 0,05rad khi sử dụng bộ điều khiển đa chế độ ở
mô hình thực nghiệm.

22

Hình 5-8. Sai lệch quỹ đạo trong các trường hợp sử dụng bộ điều khiển thông thường và
bộ điều khiển đa chế độ trên mô hình mô phỏng

50 100 150 200 250 300 350 400 450
100
150
200
250
300
350
400
Tan so lay mau (Hz)
ITAE
Bo dieu khien thong thuong
Bo di eu khien da che do

Hình 5-12. Khảo sát tiêu chuẩn ITAE trong các trường hợp sử dụng bộ điều khiển đa chế
độ và bộ điều khiển thông thường trên mô hình thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng chất lượng điều khiển chung được
cải thiện, giới hạn trên của tần số lấy mẫu được mở rộng, hệ thống có

thể làm việc ở những tần số lấy mẫu gần với trường hợp lý tưởng (khi
3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DÙNG MẠNG
TRUYỀN THÔNG SỐ
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống tự động hóa quá trình sản
xuất và điều khiển phân tán sử dụng mạng truyền thông kỹ thuật số,
phân tích các ưu điểm của việc ứng dụng các hệ điều khiển phân tán và
mạng truyền thông số trong sản xuất. Qua đó thấy rõ đượ
c xu hướng
phát triển nổi bật của các hệ tự động hóa quá trình sản xuất là phân cấp
và phân tán quá trình tính toán điều khiển đồng thời có sự tích hợp
mạng truyền thông số. Trong chương này cũng đã phân tích đặc điểm
và tính chất của các dạng thông tin trong hệ tự động hóa quá trình sản
xuất và hệ thống điều khiển phân tán sử dụng mạng truyền thông số.
Một hướng
ứng dụng mới của điều khiển phân tán là ứng dụng điều
khiển các hệ truyền động và chuyển động, làm ra đời các hệ điều khiển
truyền động phân tán (DDCS). Trễ truyền thông là cản trở chính cho
việc ứng dụng điều khiển phân tán cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe
về tính thời gian thực như các hệ truyền động và chuyển động.
M
ục 1.3 của luận án trình bày về trễ trong hệ điều khiển phân tán và
vấn đề nghiên cứu khắc phục ảnh hưởng của nó trong các hệ thống điều
khiển. Trễ điều khiển trong các mạch vòng điều khiển thực hiện bằng hệ
thống điều khiến phân tán bao gồm cả trễ tính toán và trễ truyền thông
trong đó trễ truyền thông là thành phần chủ yế
u trong việc tạo ra trễ
điều khiển và nó còn mang tính bất định. Sự chậm trễ nói chung, hoặc ít
hoặc nhiều đều gây ra sự suy giảm chất lượng điều khiển. Vấn đề
nghiên cứu khắc phục ảnh hưởng của trễ truyền thông đã được đề cập

nghiên cứu theo hai hướng chính là: 1) cải tiến thiết bị và giao thức
truyền thông nhằm giảm trễ truyền thông và tính b
ất định của nó và 2)
coi trễ truyền thông như tồn tại khách quan và phát triển các thuật toán
điều khiển khắc phục ảnh hưởng của nó. Theo hướng thứ hai, vấn đề về
phân tích thiết kế hệ thống điều khiển có trễ truyền thông đã được đề
cập nghiên cứu. Tuy nhiên hệ thống chưa được xem xét đồng thời cả
4
dưới góc độ điều khiển và truyền thông, ảnh hưởng của trễ truyền thông
trong các trạng thái khác nhau, đặc biệt là trạng thái nghẽn mạng tạm
thời chưa được đề cập nghiên cứu một cách hệ thống. Để nâng cao chất
lượng điều khiển của các hệ thống điều khiển có trễ truyền thông, mở
rộng khả năng ứng dụng của các hệ truyền động phân tán đòi hỏi ta phải
đồng thời xem xét hệ thống dưới cả góc độ điều khiển và truyền thông
và nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra với đề tài là:
• Nghiên cứu, phân tích nguyên nhân và đặc điểm của trễ truyền
thông trong các hệ thống mạng truyền thông phổ biến trong công
nghiệp. Xác định nguyên nhân của trễ truyền thông là do đâu?
Đặc điểm của nó như thế nào và với trình độ khoa học công nghệ
hiện tại có thể loại bỏ được nó hay không?;
• Nghiên cứu ảnh hưởng của trễ truyền thông tới chất lượng điều
khiển. Xác định các dạng ảnh hưởng khác nhau của trễ truyền
thông tới chất lượng điều khiển và nguyên nhân hạn chế phạm vi
ứng dụng của các hệ điều khiển phân tán sử dụng m
ạng.
• Nghiên cứu phát triển mô hình hệ thống với các trường hợp lấy
mẫu khác nhau. Từ đó nghiên cứu phát triển các phương pháp
khắc phục ảnh hưởng của trễ truyền thông nhằm mục tiêu nâng
cao chất lượng điều khiển để mở rộng khả năng ứng dụng của
điều khiển phân tán và truyền động phân tán.

Chương 2. MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ Đ
IỀU KHIỂN PHÂN TÁN
Chương 2 trình bày kiến trúc mạng trong hệ thống điều khiển phân tán
và một số giao thức mạng sử dụng phổ biến trong công nghiệp làm cơ
sở cho việc phân tích trễ truyền thông trong các chương tiếp theo.
2.1 Kiến trúc của hệ thống mạng trong điều khiển phân tán
Về mặt kiến trúc mạng, hệ thống mạng truyền thông cho điều khiển dùng
để kết nối truyền tin giữa các thiết bị như sensor, cơ cấu chấp hành và các
bộ điều khiển nhằm đạt được mục tiêu là sử dụng ít dây dẫn và dễ dàng bảo
21
Với cách mô tả trạng thái của trễ như (5.23), ở phía bộ điều khiển ta
có:

kk kk
ek ek ek
wsysCxsδ== +
(5.26)
và các hệ số lọc Kalman sẽ trở thành:

1
2
11
TT
k
kk kk
KPCCPCR
−
−−
⎡

⎤
= Φ +
⎢
⎥
⎣
⎦
; (5.27)

1
2
11
TT
k
kk kk
KPCCPCR
−
−−
⎡
⎤
=
+
⎢
⎥
⎣
⎦
; (5.28)

1
1
T

kk kk
PP
+
= ΦΦ+ R; (5.29)

1
2
11 1 1 1 1
TT
kk kk ekkk kk k
PPsPCCPCRC
−
++ + + + +
k
P
⎡
⎤
= − +
⎢
⎥
⎣
⎦
; (5.30)
với
1
2
0
0
ek
R

R
s
R
⎛⎞
⎟
⎜
⎟
⎜
=
⎟
⎜
⎟
⎟
⎜
⎝⎠
0| 1
0
()
;
x
Ex
−
=

0| 1 0 0
()
T
PEx
−
=

;
x
;
5.3.5 Áp dụng cho điều khiển chuyển động nhiều trục sử dụng
mạng CAN
Sử dụng hệ thống truyền động nhiều trục điều khiển vị trí. Mô hình hóa
hệ thống trên MATLAB/Simulink
TM
và khảo sát hoạt động của mô hình
hệ thống điều khiển, so sánh đáp ứng điều khiển trong các trường hợp
sử dụng bộ điều khiển thông thường, bộ điều khiển hai chế độ sử dụng
mẫu cũ và bộ điều khiển hai chế độ với bộ lọc Kalman. Hình 5-8 cho ta
kết quả mô phỏng so sánh sai lệch quỹ đạo chuy
ển động trong các
trường hợp sử dụng và không sử dụng bộ ước lượng trạng thái. Kết quả
cho thấy sai lệch điều khiển do hiện tượng bão hòa tạm thời đã được
giảm thiểu một cách đáng kể. Áp dụng bộ điều khiển hai chế độ với
khâu ước lượng trạng thái sử dụng lọc Kalman cho mô hình thí nghiệm
hệ điều khi
ển truyền động hai trục XY điều khiển vị trí. Kết quả khảo
sát so sánh hai trường hợp sử dụng bộ điều khiển với khâu ước lượng
trạng thái bằng lọc Kalman và sử dụng bộ điều khiển thông thường cho
ta hình ảnh về chất lượng điều khiển với các tần số lấy mẫu trên hình 5-
12.
20 5
.com d pre wait tx post
5.3.3 Bộ điều khiển với
khâu ước lượng trạng thái
sử dụng bộ lọc Kalman
với hằng số lọc thay đổi

trì hơn so với kiến trúc truyền thông điểm - điểm trong các hệ thống điều
khiển truyền thống. Các thiết bị trong hệ thống điều khiển được nối vào
mạng có thể gồm các sensor thông minh, các cơ cấu chấp hành thông minh,
các bộ điều khiển mạng, các máy tính thực hiện chức năng vận hành và kỹ
thuật.
Có thể nhận thấy với bộ
điều khiển nhiều chế độ thì
giá trị ước lượng chỉ có giá
trị trong chu kỳ điều khiển
tiếp sau. Ta có thể lập lịch
để quá trình tính toán lọc Kalman được khởi động tạ
i một thời điểm cố
định trong chu kỳ điều khiển để đảm bảo quá trình tính toán sẽ kết thúc
trong chu kỳ đó. Như vậy có thể xảy ra các trường hợp sau:
2.2 Giao thức mạng (Network protocol) trong điều khiển phân tán

Hình 5-6. Bộ điều khiển hai chế độ với khâu
ước lượng trạng thái bằng lọc Kalman
Hầu hết các giao thức mạng được xây dựng dựa trên chuẩn mô hình 7
lớp ISO/OSI (International Standards Organization/Open Systems
Interconnection) và sử dụng cùng dạng lược đồ địa chỉ đầu/cuối. Trong
luận án ba loại mạng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp với ba
phương pháp truy nhập mạng điển hình là CSMA/CD, token passing và
CSMA/AMP được phân tích.
• Mẫu tới trước thời điểm khởi động tính toán;
2.3 Đánh giá hiệu năng của mạng truyền thông
Dưới góc độ điều khiển ta cần quan tâm tới hai điểm chính được tổng
hợp từ các yếu tố trên là: trễ truyền thông và sự đảm bảo truyền tin.
• Mẫu tới sau thời điểm khởi động tính toán.
Ở đây chúng ta phải giải quyết vấn đề tính toán lọc Kalman trong

tr
ường hợp mẫu tới sau thời điểm khởi động tính toán. Khi đó ta hoàn
toàn không có thông tin về đầu ra của quá trình và do vậy không thể
tính được thành phần hiệu chỉnh của bộ lọc Kalman. Để mô tả sự kiện
tới của mẫu so với thời điểm bắt đầu của quá trình tính toán bộ lọc
Kalman, T
Kalman
(tính từ đầu chu kỳ điều khiển), ta định nghĩa một biến
ngẫu nhiên nhị phân s
e
để biểu diễn trạng thái trễ của mẫu so với thời
điểm bắt đầu tính toán bộ lọc Kalman tương tự như s
c
như sau:
()
⎧

Chương 3. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
Chương này trình bày các phân tích, nghiên cứu về trễ truyền thông, các
thành phần và nguyên nhân của nó. Trên cơ sở đó tiến hành khảo sát cụ
thể trễ truyền thông trong một số mạng truyền thông tiêu biểu trong
công nghiệp. Các trạng thái nghẽn mạng (bão hòa) và nghẽn mạng tạm
thời cũng được đề cập.

(5.23)
()
|
1;
sc
kKalman

ek
sc
kKalman
T
s
T
τ
τ
⎪
∀≤
⎪
⎪
=
⎨
⎪
∀ >
⎪
⎪
⎩
(0) (1)
1| | 1 | 1
1|
kk kk kk
kk kk ekk k
xx vvsKyCx
∧
+ −−
−
⎛⎞
⎟

⎜
= Φ + Γ + Γ + −
⎟
⎜
⎟
⎜
⎝⎠
3.1 Trễ truyền thông và các thành phần của trễ truyền thông
Trễ truyền thông được biểu diễn theo phương trình sau:
TTTTT=+ ++
0;

(3.1)
Ta có viết phuơng trình bộ lọc Kalman mới như sau:
∧∧
Trong đó T
com.d
là trễ truyền thông, T
pre
là trễ tiền xử lý, T
wait
là thời
gian đợi truyền tin, T
tx
là thời gian truyền tin và T
post
là trễ xử lý trên nút
nhận.

(5.24)

||1 |
|
k
kk kk kk
ek k
xx sKyCx
∧∧ ∧
−
⎛⎞
⎟
⎜
=+ −
⎟
⎜
⎟
⎜
⎝⎠

1
−
(5.25)
6 19
()
()
1;
0;
sc
deadline
c
sc

deadline
T
s
T
τ
τ
⎧
⎪
∀≤
⎪
⎪
=
⎨
⎪
∀ >
⎪
⎪
⎩
T
pre
là thời gian cần thiết để thực hiện các tính toán, mã hóa dữ liệu
cần thiết trước khi truyền dữ liệu như thời gian tính toán kích thước dữ
liệu, phân chia dữ liệu, tính toán mã kiểm tra, mã hóa dữ liệu,

(5.17)

Khi s
c
= 0 bộ điều khiển sẽ lấy giá trị w
k-1

để tính toán giá trị điều
khiển thay cho w
k
. Trong bộ điều khiển sử dụng giá trị “0” với chế độ
lỗi thì giá trị “0” sẽ được sử dụng để thay thế cho w
k
khi s
c
= 0.
5.3.2 Lựa chọn chế độ trong
bộ điều khiển nhiều chế độ
Bộ lựa chọn chế độ làm
việc của bộ điều khiển sẽ lựa
chọn chế độ điều khiển luồng
thông tin và chế độ lập lịch
cho bộ điều khiển trong các
chế độ làm việc khác nhau.
Việc điều khiển luồng thông
tin được thực hiện theo (5.17). Phương pháp lập lịch cải tiến nhằm thu
được hiệ
u năng cao hơn là thực hiện việc tính toán điều khiển ngay khi
mẫu tới bộ điều khiển trong chế độ bình thường hoặc là tại thời điểm
T
deadline
trong chế độ lỗi. Có thể tính được xác suất của trễ truyền thông
lớn hơn giá trị T
deadline
dựa vào mô hình Markov đã trình bày trong mục
4.2.2 như sau:

Hình 5-4. Bộ điều khiển hai chế độ sử dụng
mẫu cũ
Hình 3-1. Phân bố của các thành phần trễ truyền thông trong mô hình mạng OSI
Thời gian đợi ở nút truyền của thông điệp bao gồm thời gian đợi
trong hàng đợi và thời gian đợi giành quyền truyền tin. Gọi thời gian
xếp hàng là T
queue
và thời gian đợi giành quyền truyền tin là T
block
ta có:
TT T=+ (3.2)

wait queue block
frame prop
T+
Trễ trên đường mạng bao gồm độ dài của thông điệp (theo thời gian)
và thời gian truyền của tín hiệu trên phương tiện truyền thông. Trễ trên
đường mạng được tính như sau:
=

(3.3)
tx
TT
Trễ xử lý tại nút nhận, T
post
là thời gian cần thiết để tiến hành giải mã
dữ liệu nhận được thành
định dạng phù hợp để có thể
sử dụng trong các ứng dụng
điều khiển.

Hình 3-2. Lược đồ thời gian của quá trình
truyền tin trên mạng
()
()(
sc sc
k deadline ij k deadline k
j
PT qPTsττ>= > =
∑
)j
(5.22)

trong đó q
ij
là xác suất chuyển trạng thái của trễ từ trạng thái hiện tại
i sang trạng thái j,
()
sc
PTsjτ >=
là xác suất
sc
line
Tτ > của
trạng thái j và có thể tính được từ hàm phân bố xác suất cho trước.
sc
PTτ >
3.2 Trễ truyền thông trong
mạng Ethernet
k deadline k
kdead

(
kdeadli
Dựa vào giá trị của
)
ne
ta có thể đánh giá được
τ
k
sc
và
đưa ra ước lượng chế độ của bộ điều khiển cho chu kỳ điều khiển hiện
tại. Quá trình tính toán bộ lọc Kalman được thực hiện ngay sau khi kết
thúc tính toán điều khiển và khi mẫu tới bộ điều khiển.
Ethernet là mạng kiểu băng
cơ sở (baseband) trong đó
tín hiệu mang thông tin
dạng số được đưa trực tiếp
18

Hình 5-3. Biểu đồ thời gian của hệ thống không đồng bộ thời điểm lấy mẫu


12
k
(5.9)
()
(1)
11
(1)
kk k kk k

wC xk T C v C vθ
− − −− −−
= Φ−++Γ + Γ
7
{}
0
1,2, 15
16
k
kkcr
k
kc
k
ET gPP k
k
gP
⎪
=
⎪
⎪
⎪
==
⎨
⎪
⎪
=
⎪
⎪
⎩
{} {}

0
block k resid
k
ET ET T
=
=+
∑
vào kênh truyền dẫn mà không qua điều biến. Ethernet sử dụng thuật
toán đợi thử lại BEB (Binary Exponential Backoff) nên ta có thể tính kỳ
vọng toán của thời gian đợi truyền
lại của lần xung đột thứ
k tương ứng
với các tình huống như sau:
0
⎧


Hình 3-3. Cấu hình mạng Ethernet
truyền thống

(3.16)
và do đó kỳ vọng toán của thời gian đợi giành quyền truyền tin là:
16


(0)
11
5.3 Khắc phục ảnh hưởng của nghẽn mạng tạm thời bằng bộ điều
khiển nhiều chế độ
5.3.1 Bộ điều khiển nhiều chế độ

Dưới góc độ của điều khiển thì trễ truyền thông nếu vượt qua thời hạn
cho phép để tính toán điều khiển (không đảm bảo yêu cầu về hạn chót)
có thể được coi như là dữ liệu bị mất. Để khắc phục tình trạng này là ta
sẽ phát triển bộ điều khiển với hai chế độ làm việc: 1)chế độ bình
thường và 2)chế độ lỗi. Trong ch
ế độ lỗi ta sẽ thực hiện việc bỏ qua dữ
liệu của mẫu đến chậm hoặc bị mất và thay vào đó giá trị “0”, mẫu cũ
hoặc giá trị mong đợi. Hình 5-4 là bộ điều khiển hai chế độ sử dụng
mẫu cũ. Để chuyển chế độ ta sử dụng một khối lựa chọn chế độ. Khối
này thực hiệ
n việc so sánh thời điểm w
k
tới bộ điều khiển và hạn chót
cho phép,
T
deadline
, theo luật sau:
với
T
resid
là thời gian đợi nút mạng
đang truyền kết thúc truyền tin và
mạng trở về trạng thái sẵn sàng.
Mạng Ethernet sử dụng Switch là
cấu trúc mạng hình sao chuyển
mạch gói có trạm truyền tin trung
tâm sử dụng phương thức chuyển
mạch gói nên việc truyền tín hiệu giữa hai nút mạng không phải là trực
tiếp mà thông qua trạm chủ truyền tin trung tâm – LAN Switch. Từ hoạt
động của các LAN Switch ta có các trường hợp sau của hệ thố

ng mạng:


Hình 3-4. Cấu hình mạng chuyển mạch
hoàn toàn sử dụng Switch
1.
Bộ đệm đầu ra và bộ đệm đầu vào không bao giờ đầy;
2.
Bộ đệm đầu ra đầy nhưng bộ đệm đầu vào không bao giờ đầy;
3.
Bộ đệm đầu ra không bao giờ đầy và bộ đệm đầu vào đầy;
4.
Bộ đệm đầu vào và bộ đệm đầu ra cùng đầy.
Thuật toán BEB và tính ngẫu nhiên của việc xuất hiện các thông
điệp khác nhau trên mạng làm cho
T
block
mang tính ngẫu nhiên và nó
góp phần chính vào việc tạo nên tính ngẫu nhiên của trễ truyền thông
8
trên mạng Ethernet với cấu hình truyền thống, đặc biệt khi số lượng nút
mạng lớn và khi lưu lượng truyền thông lớn.
3.3 Trễ truyền thông trong mạng CAN
Theo hoạt động của phương pháp truy nhập mạng CSMA/AMP thì thời
gian đợi giành quyền truyền tin của một nút mạng bất kỳ bao gồm việc
đợi nút mạng đang truyền tin kết thúc việc truyền tin và thời gian đợi tất
cả các nút mạng có mức ưu tiên cao hơn hoàn tất việc truyền tin.

(1)k
block j bit

j
tx
j
T
T
−
∈
++
⎢⎥
=+
⎢
⎢⎥
⎢⎥
∑
hp
block resid
jN
TJ
TT T
⎥
(3.52)
⎡⎤
trong đó
T
resid
là thời gian cần thiết còn lại phải đợi nút đang truyền
tin kết thúc truyền tin,
N
hp
là tập các nút mạng có mức ưu tiên cao hơn

nút mạng đang đợi truyền tin,
x
⎡⎤
⎥
là phép làm tròn lên, có nghĩa
⎢
x
⎡
⎤
⎢
⎥
,
1
m
n
m
a bit prop r i
i
TT
=
⎡⎤
=++× ++
⎢⎥
⎣⎦
∑
,
m
ri
t
frame ph prop

TTT++
7 8
là
số nguyên nhỏ nhất lớn hơn hoặc bằng
x,J
j
là jitter của tác vụ j,T
bit
là độ
dài của một bit và
T
j
là chu kỳ của nút j.
Khi làm việc trong môi trường có nhiễu lớn, nhiều khả năng xảy ra lỗi
do hiện tượng tín hiệu truyền bị tác động bởi nhiễu và ta phải thực hiện
việc truyền lại. Khi thực hiện truyền lại thì trễ trên đường mạng đối với
thông điệp m bất kỳ sẽ là:

t
(3.57)
47 8
tx stuff dat
TN N
trong đó
n
m
là số lần truyền lại của thông điệp m và là thời gian
giữa lần truyền thứ
i và thứ i-1 của thông điệp m. Thời gian giữa hai lần
truyền liên tiếp trong khi thực hiện việc truyền lại sẽ nằm trong khoảng

[
T
ph
, T
ph
+ T
frame
] với T
ph
là khoảng thời gian kể từ khi phát hiện ra lỗi
tới khi bắt đầu thực hiện việc truyền lại được gọi là thời gian phục hồi.
Ta có thể tính được thời gian chiếm đường truyền tối đa là:
()

(3.58)
,maxtx frame m
TTn=+
trong đó: 4
f
rame stuff
TN
data bit
NT
⎡
⎤
=++×
⎢
⎥
⎣
⎦

17


Hình 5-2. Biểu đồ thời gian của hệ thống đồng bộ thời điểm lấy mẫu
5.2.2 Không đồng bộ thời điểm lấy mẫu
Trong hệ thống điều khiển với thời điểm lấy mẫu không đồng bộ mỗi cơ
cấu đo sẽ thực việc lấy mẫu tại một thời điểm riêng biệt, thường là thời
điểm trước khi nó thực hiện việc truyền thông. Chính xác là hệ thống có
thời điểm lấy mẫu tuần tự. Khác với hệ thống
đồng bộ thời điểm lấy
mẫu, thời điểm lấy mẫu trong trường hợp này nằm giữa khoảng chu kỳ
lấy mẫu của bộ điều khiển. Do vậy ta cần tính các biến trạng thái ở
khoảng giữa của chu kỳ lấy mẫu.
()

kk
()
(1) (0)
11
(1)
kk kkk
x
kT xkT vθθ
+ −
++ =Φ ++Γ +Γ
()
1
1
(0)
k

kk
sc ca
kk k
T
AT s
k
edsB
θ
θθ
θτ τ
+
+
+
+ −−
++
Γ =
∫
()
1
(1)
sc ca
kk k
kk
k
AT s
k
edsB
θτ τ
θθ
θ

+
++
− + −
Γ =
∫
1
()
kk
AT
k
e
θθ
+
− +
Φ =
v
(5.7)
với:
;



16
5.1 Các giải pháp thực nghiệm khắc phục ảnh hưởng của trễ truyền
thông

Các giải pháp thực nghiệm khắc phục ảnh hưởng của trễ truyền
thông bao gồm:
• Cải tiến kiến trúc truyền thông và hạn chế băng thông sử dụng
• Lựa chọn giao thức truyền thông hợp lý

• Đưa trễ truyền thông thành hằng số
5.2 Xây dựng mô hình hệ thống có xét tới trễ truyền thông
5.2.1 Đồng bộ thời điểm lấy mẫu
Trong cách tiếp cận đồng bộ thời điểm lấy mẫu hệ thống điều khiển
được thiết kế sao cho tất cả các sensors hoạt động đồng bộ với chu kỳ
T, cùng thực hiện lấy mẫu tại một thời điểm và giá trị đo được truyền về
nút điều khiển ngay sau khi lấy mẫu. Thực hiện gián đoạn hóa hệ th
ống
tại các thời điểm lấy mẫu ta có:
xx= Φ

1k
(5.3)
(0) (1)
1kkkkkk
kkk
vv
yCx
η
δ
+ −
+ Γ + Γ +
=+
trong đó
δ
k
và
η
k
là các vector ngẫu nhiên phân bố Gaussian với

trung bình bằng không và momen tương quan là R
1
và R
2
.

01 0
(0) 1
( , ), , ( , )
sc sc
M
ca caM
kk
kk
ττ ττ
Γ = ΓΓ
⎢⎥
⎣⎦
k
;
⎡⎤

11 1
(1) 1
( , ), , ( , )
sc sc
M
ca caM
kk
kk k

ττ ττ
⎡⎤
Γ = ΓΓ
⎢⎥
⎣⎦
.
;
A
T
eΦ = ;
1
(, )
sc
cai
k
k
sc T
i
cai As
k
k
T
eds
ττ
ττ
−−
Γ =
∫
9
.com d pre queue block tx post

TT+
()
(, )
()
min ,
j
noqueue queue
jn
j
block resid token tx node guardband
jN jN
TT T TT T
∈∈
=+ + +
∑∑
token frame prop
Trễ truyền thông trong trường hợp này như sau:
TTTT=+ + +

(3.59)
với
T
tx
được tính theo (3.57). So với trường hợp không phải truyền
lại,
T
tx
lớn hơn và mang nhiều tính bất định hơn nên trễ truyền thông
trong trường hợp này lớn hơn và bất định hơn.
Việc phân tích trễ truyền thông trong mạng CAN cho thấy trễ truyền

thông sẽ tăng lên trong trường hợp hệ thống chịu tác động của nhiễu.
3.4 Trễ truyền thông trong mạng sử dụng giao thức chuyển thẻ bài
Trong mạng ControlNet và PROFIBUS, một nút mạng muốn truyền
thông điệp lên mạng nó phải đợi cho tới khi nhận được thẻ bài. Do vậy,
thời gian đợi giành quyền truyền tin bằng thời gian truyền và quay vòng
thẻ bài của các nút mạng trước:
(3.61)
ở đây T
resid
là thời gian đợi nút mạng đang truyền tin kết thúc truyền
tin. N
queue
là tập các nút mạng có thông điệp trong hàng đợi và N
noqueue
là
tập các nút mạng không có thông điệp trong hàng đợi, T
guardband
là thời
gian của guardband trong phương pháp truy nhập mạng bằng thẻ bài.
T
node
là thời gian tối đa có thể một nút nắm giữ thẻ bài để truy nhập bus
và thực hiện truyền tin, T
token
là thời gian chuyển thẻ bài nó phụ thuộc
vào thời gian cần thiết để truyền thẻ bài và thời gian lan truyền tín hiệu
từ nút j tới nút j+1, một cách đơn giản có thể tính T
token
như sau:
(0)

T T datasize T==
0
(,
sc
i
k
ττΓ
0
)
sc
cai
k
k
T
cai As
k
edsB
ττ−−
=
∫
B
;

+ (3.62)
Có thể nhận thấy thời gian đợi giành quyền truyền tin trong mạng sử
dụng phương pháp chuyển thẻ bài cũng mang tính bất định dẫn tới trễ
truyền thông sẽ mang tính bất định.
với i = 1, 2, M
3.5 Vấn đề đo trễ truyền thông
Để có thể đo được trễ truyền thông ta cần phải đồng bộ hóa đồng hồ

thời gian thực trong các nút mạng. Có nhiều phương pháp đồng bộ hóa
10
đồng hồ thời gian thực giữa các nút mạng. Mục 3.5.1 của luận án trình
bày một phương pháp đồng bộ hóa đồng hồ thời gian thực giữa các nút
mạng bằng phần mềm trên cơ sở phân tích thời gian truyền các thông
điệp mang nhãn thời gian giữa các nút mạng. Từ đó xây dựng phương
pháp đo trễ truyền thông bằng cách gắn thêm vào các thông điệp một
nhãn thời gian chỉ thị thời điể
m phát hành của thông điệp đó trong mục
3.5.2.
3.6 Kết luận
Kết quả nghiên cứu trễ truyền thông nói chung và khảo sát cụ thể trễ
truyền thông trong một số mạng truyền thông tiêu biểu trong công
nghiệp cho thấy tính bất định của trễ truyền thông là đặc điểm tự nhiên
của các hệ thống mạng truyền thông nói chung, truyền thông công
nghiệp nói riêng. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy trễ truyền thông
không chỉ phụ thuộc vào tốc độ của hệ thố
ng mạng, số lượng nút mạng,
giao thức mạng và bản thân dữ liệu cần truyền mà còn phụ thuộc vào
lưu lượng truyền thông và trạng thái của hệ thống mạng khi thực hiện
truyền tin. Khi lưu lượng truyền tin tăng nó sẽ làm tăng giá trị và độ bất
định của trễ truyền thông.

Chương 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
Chương 4 trình bày kết quả nghiên cứu, phân tích của quá trình xử lý
thông tin trong hệ điều khiển phân tán. Việc phân tích quá trình xử lý
thông tin được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình nhiều lớp và qua
đó thấy được sự đóng góp của trễ truyền thông vào trễ chung của toàn
hệ thống. Đặc điểm biến đổi của trễ qua các chu kỳ lấy mẫu được xác
định để từ đó xây dựng mô hình củ

a sự biến đổi trễ bằng cách áp dụng
xích Markov trong mục 4.2.2. Mô tả toán học hệ thống điều khiển có trễ
cũng được xây dựng và phát triển trong chương này. Cuối cùng các
nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của trễ trên mô hình mô phỏng và mô
hình thực nghiệm được trình bày trong mục 4.5.
15

Hình 4-13. Sai lệch quỹ đạo chuyển động trong thí nghiệm truyền động hai trục XY

Chương 5: KHẮC PHỤC ẢNH
HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN
THÔNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN PHÂN TÁN
Chương 5 giới thiệu các giải
pháp thực nghiệm khắc phục
ảnh hưởng của trễ truyền thông
hiện đang sử dụng cùng với các
tồn tại của nó. Trong chương
này cũng phát triển mô hình hệ
thống điều khiển có trễ truyền thông với các trường hợp lấy mẫu khác
nhau và trên cơ sở đó phát triển bộ điều khiển nhiều chế độ v
ới khâu
ước lượng trạng thái sử dụng bộ lọc Kalman nhằm mục đích vượt qua
các khoảng thời gian hệ thống mạng rơi vào trạng thái bão hòa tạm thời,
nâng cao chất lượng điều khiển. Trong chương 5 cũng trình bày kết quả
phát triển bộ ước lượng trạng thái với hằng số lọc Kalman thay đổi
thích hợp với các trạng thái bão hòa tạm thời của mạng truyền thông.
Thu
ật toán lập lịch xử lý thông tin trong các chế độ khác nhau của bộ
điều khiển cũng được đề xuất và phát triển.

H 4-16. Ảnh hưởng của hiện tượng bão
hòa tạm thời tới quỹ đạo chuyển động
14 11
4.2 Các phương pháp mô hình hóa trễ trong hệ thống điều khiển
4.2.1 Phương pháp xấp xỉ Padé
Phương pháp xấp xỉ Padé gần đúng thành phần trễ e
-
τ
s
trong hàm truyền
đối tượng có trễ bằng đa thức
()
)
()
Ps
Gs = . Về bản chất thì đây là
một dạng của khai triển chuỗi Taylo. Bậc của P(s) và Q(s) là như nhau
và P(s)=Q(-s) để đảm bảo đặc tính truyền đạt của hệ thống, có nghĩa là
G(w)=1.
(Qs
4.2.2 Mô hình hóa trễ truyền thông dùng xích Markov
Gọi trạng thái của trễ truyền thông tại thời điểm k là s
k
và nhận ngẫu nhiên
các giá trị trong tập S = {1, 2, 3, s}.

Hình 4-12. Sai lệch quỹ đạo chuyển động

Có thể nhận thấy rằng ở những chu kỳ lấy mẫu lớn tồn tại sai lệch
quỹ đạo lớn. Sai lệch này ổn định và giảm khi chu kỳ lấy mẫu giảm.
Chất lượng điều khiển thấp ở hệ thống với chu kỳ lấy mẫu lớn là do sai
lệch quỹ đạo lớn còn khi hệ thống mạng tiến tới trạng thái bão hòa chấ
t
lượng điều khiển giảm là do tần suất bão hòa tạm thời tăng lên.
Hình 4-7. Các trạng thái của trễ biểu diễn bằng xích Markov
Xác suất để trạng thái của trễ truyền thông chuyển từ trạng thái i sang trạng
thái j là:
{}
1ij k k
qPs jsi
+
===
0 ,ij≤
ij
≤
1
ij
j
q =
∑
(3.5)
s≤

Hình 4-8. Cấu trúc điều khiển trong hệ
điều khiển phân tán
Sử dụng mô hình thí nghiệm truyền động hai trục XY với mạng truyền
thông là mạng CAN, bộ điều khiển DS1103. Thông tin sự kiện được giả
lập bằng việc truyền thông tin điều khiển của trục thứ ba. Trên hình 4-

13 là sai lệch quỹ đạo chuyển động tương ứng với hai trường hợ
p chu
kỳ lấy mẫu bằng 2,5ms và 4ms.
trong đó: ;
01
q≤ và
4.3 Mô tả toán học hệ thống
điều khiển với trễ
Cũng giống như kết quả mô phỏng, ở đây có sự khác biệt so với các
hệ thống điều khiển không có trễ là khi chu kỳ lấy mẫu nhỏ tới giới hạn
thì chất lượng điều khiển có sự suy giảm.
Chúng ta hãy xem xét sơ đồ
khối của mạch vòng điều
khiển như hình 4-8. Mạch
12
vòng điều khiển khép mạch qua mạng và ta có
τ
sc
là trễ truyền thông
giữa sensor và bộ điều khiển,
τ
ca
là trễ truyền thông giữa bộ điều khiển
và cơ cấu chấp hành.
Bỏ qua ảnh hưởng của các thành phần nhiễu ta có phương trình
trạng thái của đối tượng điều khiển như sau:

()
()
. () . ()

. ()
x
tA
yt
i
xtBut
Cxt
=+
=
1
c
kkk
(4.9)
Phương trình trạng thái của bộ điều khiển như sau:
cc

kkk
x
Fx Gw
vHxJw
+
=+
=+
(4.10)
v
k
là giá trị đầu ra bộ điều khiển, v
k
được truyền tới các cơ cấu chấp
hành và là đầu vào u(t) của đối tượng điều khiển. w

k
là giá trị đầu vào
của bộ điều khiển, nó là y(t) được lấy mẫu và truyền về bộ điều khiển.
4.3.1 Quan hệ giữa v
k
và u(t)
Chúng ta giả thiết rằng giữa hai thời điểm nhận được lệnh điều khiển
thì giá trị đầu ra của cơ cấu chấp hành là hằng số như trên hình 4-9.
Do sự tồn tại của trễ truyền thông nên nói chung
()ut v≠
k
tkT
=
,
1 ()
sc cam
kk
kk
T
ut v t v t
ττ ττ
−
++
=+
()
r
t ykT
t y kT
<+
>+

ca
AT s
eB
ττ
−
+
Γ =
∫
[]
(1)
0
kk
AT s
k
eB
ττ+
−
Γ =
∫
13
(1) (0)
11
kkkk

kk
x
xv
+ −
= Φ + Γ + Γ
k

yC=
v
(4.17)

k
x
(4.18)
Trễ truyền thông giữa các
chu kỳ lấy mẫu là khác nhau
nên các hệ số
Γ
(0)
và Γ
(1)
là
các tham số thay đổi theo thời
gian.
. Có
thể mô tả quan hệ giữa giá trị đầu ra u
m
(t) và đầu vào v
m
k
của cơ cấu
chấp hành m trong khoảng ( 1)kT t k T≤ <+ như sau:
m

(4.12)
1
0,

() 1 ()
sc cam
kk
mm
ở đây:

()
,
1
1()
0o
xy
xkT
t
t x kT
⎧
+ ≤
⎪
⎪
=
⎨
⎪
<+
⎪
⎩
τ
sc
k
là khoảng thời gian tính từ đầu chu kỳ cho tới thời điểm đưa ra
tín hiệu điều khiển v

k
.
4.3.2 Mô hình đối tượng điều khiển trong miền rời rạc
sc ca
Ký hiệu:
ds
;
ds
ta có:
[]
.
(0)
sc
kk
T
k
4.5 Khảo sát ảnh hưởng của
trễ truyền thông
Khảo sát trên mô hình mô
phỏng hệ thống truyền động
nhiều trục điều khiển vị trí với
các tần số lấy mẫu khác nhau. Khi tần số lấy mẫu tăng tới một giới hạn
thì diễn ra hiện tượng suy giảm chất lượng điều khiển đột ngột. Nguyên
nhân chính là do khi tăng tần số lẫy mẫu sẽ làm tăng lưu lượng truyền
thông và khi t
ới ngưỡng bão hòa của hệ thống mạng làm tăng trễ truyền
thông dẫn tới sự suy giảm chất lượng điều khiển.

Hình 4-9. Quan hệ giữa u(t) và v
k

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Truc X ( mm)
Truc Y (mm)
Quy dao dat
Quy dao chuyen dong
Tr¹ng th¸i qu¸ t¶i ng¾n h¹n


Hình 4-11. Quỹ đạo chuyển động
(xác suất thông điệp sự kiện 3%,
chu kỳ lấy mẫu 2.5ms)
10
2
10
3
0
0.05
0.1

0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Tan so lay mau (Hz)
ITAE
Mang khong co t hong diep su kien
P(thong diep su kien)=0.01
P(thong diep su kien)=0.03
P(thong diep su kien)=0.05
Hình 4-10. Kết quả mô phỏng khảo sát
ITAE với các tần số lấy mẫu khác nhau