LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (483.08 KB, 12 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

1/12 Đại Học Quốc Gia TP.HCM

<b>Trường Đại Học Bách Khoa </b>

Khoa Điện – Điện T

Vietnam National University – HCMC

<b>Ho Chi Minh City University of Technology </b>

Faculty ofElectrical & Electronics Engineering

Đề cương môn học

<b>LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO </b>

<b>( Advanced Control T heory) </b>

Mơn ĐA, TT, LV

Hình thức đánh giá Thi: tự luận, 120 phút

Môn tiên quyết

Môn học trước Cơ sở điều khiển tự động

CTĐT ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa

Trình độ đào tạo <i>Đại học </i>

Ghi chú khác <i>- Sĩ số lớp lý thuyết tối đa 60 SV </i>

<i>- Mỗi tuần lớp học 2 tiết lý thuyết và 1 tiết thực hành </i>

<i>- Từ tuần thứ 11 đến tuần 15, mỗi tuần học thêm 3 tiết thí nghiệm. Nhóm thí nghiệm tối đa 30 sinh viên</i>

<b>1. Mô tả môn học(Course Description) </b>

<b>Mục tiêu của môn học </b>

Môn học cung cấp cho sinh viên kiến thức nền tảng về lý thuyết điều khiển hiện đại cần thiết để thiết kế các hệ thống điều khiển phức tạp, đáp ứng yêu cầu về độ dự trữ ổn định và chất lượng điều khiển cao trong các điều kiện làm việc khác nhau. Kiến thức tích lũy được từ môn học này cũng giúp sinh viên có thể tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực điều khiển tự động.

<b>Aims </b>

The course provides students with fundamental knowledge about modern control theory required to design complex control systems satisfying the stability margin and high performances in different working conditions. The knowlegde obtained from this course also help the students to be able to do research in the field of automatic control.

<b>Nội dung tóm tắt mơn học </b>

Môn học trang bị cho sinh viên những kiến thức nền tảng trong lý thuyết điều khiển hiện đại. Nội dung môn học bao gồm phương điều khiển điều khiển phi tuyến, điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi và điều khiển bền vững. Phần điều khiển phi tuyến đề cập đến phương pháp hàm mô tả để khảo sát chế độ dao động trong hệ phi tuyến, lý thuyết ổn định Lyapunov, phương pháp điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa và điều khiển trượt. Phần điều khiển tối ưu trình bày phương pháp biến phân

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

2/12 và phương pháp qui hoạch động để giải bài toán điều khiển tối ưu động, phương pháp thiết kế bộ điều khiển tối ưu tồn phương tuyến tính và bộ điều khiển LQG. Phần điều khiển thích nghi trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn, ước lượng tham số trực tuyến, bộ điều khiển tự chỉnh định và bộ điều khiển hoạch định độ lợi. Phần điều khiển bền vững đề cập đến cấu trúc mơ hình khơng chắc chắn, đánh giá tính ổn định bền vững và chất lượng bền vững. Mơn học cũng trình bày cách s dụng phần mềm Matlab để phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại.

<b>Course outline </b>

The course provides students with fundamental knowledge about modern control theory. The content of the course consists of 4 parts which are nonlinear control, optimal control, adaptive control and robust control. The first part, nonlinear control, includes the describing function method for analyzing limit cycles in nonlinear systems, Lyapunov stability theory, feedback linearization control and sliding mode control. The second part, optimal control, presents the calculus of variation and dynamic programming for solving dynamic control problems, method for designing linear quadratic regulator (LQR) and linear quadratic Gaussian (LQG) controllers. The third part, adaptive control, deals with the design of model reference adaptive systems (MRAS), on-line parameter estimation, self-tuning regulators and gain scheduling controllers. The fourth part, robust control, discusses the uncertainty modelling, robust stability and robust performances. The course also introduces the uses of Matlab sotfware in analysis and design of modern control systems.

<b>2. Tài liệu học tập </b>

Sách, Giáo trình chính:

[1] Lý thuyết điều khiển nâng cao, Nguyễn Thị Phương Hà , NXB ĐHQG TPHCM, 2008. Sách tham khảo:

[2] Applied nonlinear control, Jean-Jacques E. Slotine & Weiping Li, Prentice-Hall International Editions, Inc. 1991.

[3] Optimal Control, Frank L. Lewis, Vassilis L. Symos, A Wiley-Interscience Publication , 1995

[4] Adaptive control , Karl Johan Astrom & Bjom Wittnmark , Addison-Wesley Publishing Company, second edition 2000.

[5] Robust and optimal cotrol, Kemin Zhou with John C. Doyle and Keith Glover , Prentic Hall, Upper Saddle River , 1996.

<b>3. Mục tiêu mơn học (Course Goals) </b>

Phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển phi tuyến Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu

Thiết kế hệ thống điều khiển thích nghi

Phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển bền vững

S dụng phần mềm Matlab trong phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại

<b>Course Goals </b>

Analyze and design nonlinear control systems Design optimal control systems

Design adaptive control systems Analyze robust control systems

Use Matlab software in analysis and design of modern control systems

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

3/12

<b>4. Chuẩn đầu ra môn học (Course Outcomes) </b>

L.O.1 Phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển phi tuyến

L.O.1.1 – Xây dựng phương trình trạng thái của hệ phi tuyến L.O.1.2 – Xây dựng hàm mô tả của các khâu phi tuyến tĩnh

L.O.1.3 – Khảo sát chế độ dao động trong hệ phi tuyến dùng phương pháp hàm mô tả

L.O.1.4 – Tìm điểm cân bằng của hệ phi tuyến

L.O.1.5 – Đánh giá tính ổn định của hệ phi tuyến tại điểm cân bằng dùng định lý Lyapunov

L.O.1.6 – Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái L.O.1.7 – Thiết kế bộ điều khiển trượt

L.O.2 Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu

L.O.2.1 – Phát biểu bài toán điều khiển tối ưu

L.O.2.2 – Giải bài toán điều khiển tối ưu dùng phương pháp biến phân L.O.2.3 – Giải bài toán điều khiển tối ưu dùng phương pháp qui hoạch động

L.O.2.4 – Thiết kế bộ điều khiển LQR L.O.2.5 – Thiết kế bộ lọc Kalman L.O.2.6 – Thiết kế bộ điều khiển LQG

L.O.3 Thiết kế hệ thống điều khiển thích nghi

L.O.3.1 – Thiết kế bộ điều khiển theo mơ hình chuẩn

L.O.3.2 – Thiết kế bộ điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn L.O.3.3 – Ước lượng thơng số của mơ hình tuyến tính

L.O.3.4 – Thiết kế bộ điều khiển tự chỉnh

L.O.3.5 – Thiết kế bộ điều khiển hoạch định độ lợi

L.O.4 Phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển bền vững L.O.4.1 – Tính chuẩn của tín hiệu và hệ thống

L.O.4.2 – Xây dựng mơ hình mơ tả hệ thống có yếu tố khơng chắc chắn L.O.4.3 – Mô tả hệ thống dùng cấu trúc M-

L.O.4.4 – Đánh giá tính ổn định bền vững dùng định lý Kharitonov và định

L.O.5.1 – Mô phỏng hệ phi tuyến

L.O.5.2 – Mô phỏng hệ thống điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa, điều khiển trượt

L.O.5.3 – Thiết kế bộ điều khiển LQR, bộ lọc Kalman dùng Matlab L.O.5.4 – Mô phỏng hệ thống điều khiển tối ưu

L.O.5.5 – Mô phỏng hệ thống điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn, hệ thống điều khiển tự chỉnh, hệ thống điều khiển hoạch định độ lợi

L.O.5.6 – Mô phỏng hệ thống điều khiển không chắc chắn

L.O.5.7 – Viết chương trình phân tích tính ổn định bền vững và chất lượng

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

4/12

L.O.1 Analyze and design nonlinear control systems

L.O.1.1 – Establish state space equation of nonlinear systems L.O.1.2 – Calculate describing function of static nonlinear elements

L.O.1.3 – Analyze the oscillation in nonlinear systems using describing function

L.O.1.4 – Find the equilibrium points of nonlinear systems

L.O.1.5 – Analyze the stability of nonlinear system about equilibrium points using Lyapunov theorem.

L.O.1.6 – Design state feedback linearization controllers L.O.1.7 – Design sliding mode controllers

L.O.2 Design optimal control systems

L.O.2.1 – Formulate optimal control problems

L.O.2.2 – Solve optimal control problem using calculus of variation L.O.2.3 – Solve optimal control problem using dynamic programing L.O.2.4 – Design linear quadraric requlator (LQR)

L.O.2.5 – Design Kalman estimators

L.O.2.6 – Design linear quadratic Gaussian (LQG) controllers

L.O.3 Design adaptive control systems

L.O.3.1 – Design model reference controllers

L.O.3.2 – Design model reference adaptive systems (MRAS) L.O.3.3 – Estimate parameters of linear models

L.O.3.4 – Design self tuning regulators (STR) L.O.3.5 – Design gain scheduling controllers

L.O.4 Analyze robust control systems

L.O.4.1 – Calculate norm of signals and systems

L.O.4.2 – Establish model describing systems with uncertainties L.O.4.3 – Describe systems using M- structure

L.O.4.4 – Analyze robust stability using Kharitonov theorem and small

L.O.5 Use Matlab software in analysis and design of modern control systems L.O.5.1 – Simulate nonlinear systems

L.O.5.2 – Simulate state feedback linearization systems and sliding mode control systems

L.O.5.3 – Design LQR controllers and Kalman filters using Matlab L.O.5.4 – Simulate optimal control systems

L.O.5.5 – Simulate model reference control systems, self tuning control systems and gain scheduling control systems

L.O.5.6 – Simulate control systems with uncertainties

L.O.5.7 – Write program to analyze robust stability and robust

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

5/12 Chuẩn đầu ra của chương trình

- Đọc trước bài giảng và các tài liệu tham khảo liên quan trước mỗi buổi học. - Tham dự giờ giảng, vận dụng lý thuyết giải bài tập

- S dụng phần mềm Matlab mô phỏng, kiểm chứng lý thuyết

- Thi cuối kỳ: 50 % (thi viết 120 phút)

<b>6. Dự kiến danh sách Cán bộ tham gia giảng dạy </b>

- PGS. TS. Huỳnh Thái Hoàng - TS. Nguyễn Vĩnh Hảo

<b>7. Nội dung chi tiết </b>

Nội dung lý thuyết và bài tập

Tuần Nội dung Chuẩn đầu ra

chi tiết dạy và học <sup>Hoạt động </sup> <sup>Hoạt động </sup>đánh giá

CDIO 1 Chương 1: GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu môn học - Giới thiệu đề cương môn học - Yêu cầu sinh viên phân nhóm  Sinh viên:

- Phân nhóm và thỏa thuận nguyên tắc làm việc nhóm  Giảng viên:

- Giới thiệu sơ lượt về lý thuyết điều khiển phi tuyến, tối ưu,

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

6/12

Tuần Nội dung Chuẩn đầu ra

chi tiết dạy và học <sup>Hoạt động </sup> <sup>Hoạt động </sup>đánh giá thái mô tả hệ phi tuyến - Giới thiệu phương pháp mô phỏng hệ phi tuyến dùng Maltab

 Sinh viên:

- Thảo luận nhóm về đặc điểm của hệ phi tuyến

- Làm bài tập xây dựng mơ hình tốn hệ phi tuyến

- Xây dựng chương trình mơ

- Thảo luận nhóm về hàm mô tả - Làm bài tập xây dựng hàm mô tả của khâu phi tuyến

- Ôn lại về tiêu chuẩn Nyquist - Thảo luận về điều kiện để hệ thống có dao động

- Làm bài tập khảo sát dao động trong hệ phi tuyến

- Mô phỏng dùng Matlab kiểm

- Trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái

 Sinh viên:

- Làm bài tập thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

7/12

Tuần Nội dung Chuẩn đầu ra

chi tiết dạy và học <sup>Hoạt động </sup> <sup>Hoạt động </sup>đánh giá

CDIO hóa, điều khiển trượt - Xây dựng chương trình mơ

phỏng hệ thống điều khiển hồi tiếp trạng thái

kết quả thiết kế

4,5 Chương 2: ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN 2.5 Điều khiển trượt hồi tiếp tuyến tính hóa, điều khiển trượt

 Giảng viên:

- Trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển trượt  Sinh viên:

- Làm bài tập thiết kế bộ điều khiển trượt

- Xây dựng chương trình mơ phỏng hệ thống điều khiển trượt phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển phi

- Giới thiệu các bài toán điều khiển tối ưu và các ứng dụng dụng điều khiển tối ưu

- Làm bài tập phát biểu bài toán điều khiển tối ưu

L.O.2.2 - Giải bài toán điều khiển tối ưu

- Làm bài tập giải bài tốn tối ưu động khơng ràng buộc và có ràng buộc

- Làm bài tập giải bài toán điều khiển tối ưu liên tục

L.O.2.3 – Giải bài toán điều khiển tối ưu dùng nguyên lý tối ưu

- Làm bài tập giải bài toán tối điều khiển tối ưu rời rạc dùng phương pháp qui hoạch động

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

8/12

Tuần Nội dung Chuẩn đầu ra

chi tiết dạy và học <sup>Hoạt động </sup> <sup>Hoạt động </sup>đánh giá

4.3 Điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn điều khiển tuyến tính tổng quát, yêu cầu đáp ứng bám theo mơ hình chuẩn

 Sinh viên:

- Thảo luận trình tự thiết kế bộ điều khiển theo mơ hình chuẩn - Làm bài tập thiết kế bộ điều khiển theo mơ hình chuẩn - S dụng phần mềm Matlab mô phỏng hệ thống điều khiển theo mơ hình chuẩn điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn

 Giảng viên:

- Trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn (MRAS)  Sinh viên:

- Thảo luận trình tự thiết kế bộ điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn

- Làm bài tập thiết kế bộ điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn

- S dụng phần mềm Matlab mô phỏng hệ thống điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">