ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lượng hệ truyền động tháo - quấn băng vật liệu giấy

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




NGUYỄN ĐẠI TRIÊM






ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN
VỮNG NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG
THÁO - QUẤN BĂNG VẬT LIỆU GIẤY




Chuyên ngành : Tự Động Hóa






TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - i - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đây lý thuyết điều khiển hiện đại đã đƣợc ứng dụng rộng rãi
trong thực tế trong đó có điều khiển thích nghi. Đặc biệt là điều khiển thích nghi
cho các hệ phi tuyến. Trong quá trình mô tả ngƣời ta thƣờng đƣa ra các giả thiết
nhƣ bỏ qua khâu động khó mô hình hoặc coi tham số không đổi theo thời gian. Tuy
nhiên trong thực tế các giả thiết đó không đáp ứng đƣợc, vì vậy hệ điều khiển thích
nghi (ĐKTN) là không bền vững. Để ứng dụng ĐKTN điều khiển các hệ thực trong
thực tế, việc nâng cao tính bền vững cho hệ ĐKTN là một yêu cầu rất cần thiết.
Với nội dung “Ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng
cao chất lƣợng hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy”. Luận văn của tôi
gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững.
Chương 2: Lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững.
Chương 3:Tổng hợp hệ điều khiển hệ điều khiển thích nghi bền vững nâng
cao chất lượng hệ truyền động tho- quấn băng vật liệu giấy.
Sau một thời gian làm nghiên cứu liên tục, nghiêm túc; cùng với sự hƣớng dẫn
tận tình của cán bộ hƣớng dẫn khoa học, các thầy cô trong khoa, sự giúp đỡ của các
học viên trong lớp và các bạn đồng nghiệp. Đến nay luận văn đã hoàn thành.
Qua đây tôi xin gửi lời cám ơn tới quý thầy cô trong khoa Điện trƣờng ĐH Kỹ
Thuật Công nghiêp - ĐH Thái Nguyên; Ban Giám Hiệu cùng toàn thể giáo viên
khoa Điện trƣờng Trung cấp Nghề Thừa Thiên Huế đã nhiệt tình giúp đỡ hƣớng
dẫn, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi tốt nhất.
Đặc biệt xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Trần Xuân Minh,
ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tận tình, chỉ bả o cặ n kẽ để tôi hoà n thà nh luậ n văn nà y
trong suốt thời gian qua.
Tác giả xin cám ơn gia đình, bè bạn đã hết sức ủng hộ cả về vật chất lẫn tinh
thần trong thời gian nghiên cứu để hoàn thành tốt công trình nghiên cứu này.
Mặc dù đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của cán bộ hƣớng dẫn cùng với sự nỗ lực

cố gắng của bản thân; song vì kiến thức còn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chƣa


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - ii - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
nhiều, nên bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì thế, tác
giả rất mong tiếp tục đƣợc sự giúp đỡ, góp ý nhiệt tình của quý thầy cô, bạn bè và
đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2011


Học viên



Nguyễn Đại Triêm


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - iii - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Đại Triêm
Sinh ngày 30 tháng 12 năm 1963
Học viên lớp cao học khoá 12 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công
Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại khoa Điện trƣờng Trung cấp nghề Thừa Thiên Huế.
Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hƣớng của
giáo viên hƣớng dẫn, không sao chép của ngƣời khác.

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã đƣợc chỉ ra trong luận văn.
Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả luận văn



Nguyễn Đại Triêm


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - iv - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Trang bìa phụ

LỜI NÓI ĐẦU
i
LƠI CAM ĐOAN
iii
MỤC LỤC
iv
DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
vi
DANH MUC CÁC HÌNH VẼ
vii
MỞ ĐẦU
1
Chƣơng 1: Tổng quan về lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững

3
1.1. Khái quát về hệ điều khiển thích nghi
3
1.1.1. Lịch sử phát triển của hệ ĐKTN
3
1.1.2. Định nghĩa và cấu trúc của hệ ĐKTN
5
1.1.2.1. Hệ điều khiển thích nghi điều chỉnh hệ số khuếch đại
7
1.1.2.2. Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu
7
1.1.2.3. Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh
8
1.1.3. Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRAC .
9
1.1.3.1. Phƣơng pháp MRAC trực tiếp .
10
1.1.3.2. Phƣơng pháp MRAC gián tiếp
11
1.1.4. Những nhƣợc điểm của hệ ĐKTN và hƣớng khắc phục
13
1.2. Những vấn đề chung về hệ điều khiển bền vững
15
1.2.1. Định nghĩa
15
1.2.2. Mô hình mô tả hệ phi tuyến
15
1.2.3.Điều khiển bền vững đối với hệ phi tuyến
22
1.3. Hệ điều khiển thích nghi bền vững

24
1.4. Kết luận
26
Chƣơng 2: Lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững .
27
2.1. Các luật thích nghi bền vững
27


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - v - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2.1.1 Tín hiệu chuẩn hoá (m)
27
2.1.2. Phƣơng pháp thay đổi thành phần tích phân của luật thích nghi
27
2.2. Hệ MRAC bền vững trực tiếp với các luật thích nghi chuẩn hóa
30
2.3. Hệ MRAC bền vững gián tiếp
38
2.4. Kết luận
40
Chƣơng 3: Tổng hợp hệ ĐKTNBV nâng cao chất lƣợng hệ truyền
động tháo- quấn băng vật liệu giấy
41
3.1. Đặt vấn đề
41
3.1.1. Hệ thống truyền động tháo- quấn băng vật liệu
42
3.1.2. Yêu cầu công nghệ hệ thống tháo- quấn băng vật liệu
42

3.1.3. Mô hình phi tuyến của hệ thống tháo và quấn băng vật liệu
48
3.2. Tổng hợp hệ thống
58
3.2.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện
58
3.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ thích nghi bền vững
60
3.2.3. Tính toán thông số sơ đồ
64
3.3. Đánh giá chất lƣợng của hệ
66
3.3.1. Mô phỏng hệ thống
66
3.3.2. Kết quả mô phỏng
71
3.4. Kết luận
78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
80
TÀI LIỆU THAM KHẢO
82
PHỤ LỤC



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - vi - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU
Ý NGHĨA
ĐKTN
Điều khiển thích nghi
ĐKTNBV
Điều khiển thích nghi bền vững
MRAC
Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu
STR
Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh
DSTR
Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp
ISTR
Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh gián tiếp
APPC
Adaptive Pole Placement Control - Điều khiển vị trí thích ứng
SISO
Single Input – Single Output - Đầu vào đơn - Đầu ra đơn
STR
Self Tuning Regualator
MRAC
Model Referance Adaptive Control - Điều khiển thích nghi theo mô
hình mẫu
MIT
Massachusetts Institute of Technology- Viện Công nghệ
Massachusetts
x(t)
Véc tơ trạng thái của hệ
y(t)
Tín hiệu

u(t)
Tín hiệu điều khiển
X
m
, X
s

Các véc tơ trạng thái của mô hình mẫu và quá trình
A
m
, B
m

Ma trận hằng của mô hình mẫu
A
S
(t), B
S
(t)
Các ma trận biến thiên theo thời gian do tác động của nhiễu bên
ngoài hoặc bên trong hệ thống
V(.)
Hàm Lyapunov
θ
m
, θ
s

Tín hiệu ra của mô hình và đối tƣợng


ˆ

Véc tơ tham số xấp xỉ

~

Sai lệch giữa véc tơ tham số xấp xỉ và véc tơ tham số


Ma trận chỉnh định thích nghi


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - vii - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên các bảng
Trang
Bảng 3.1: Tổng hợp phƣơng trình toán học mô tả hệ thống tháo-quấn băng
vật liệu
53
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên các hình vẽ
Trang
Hình 1.1 Câu trúc chung của hệ điều khiển thich nghi
5
Hình 1.2 Hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuyếch đại
7
Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRAC
7
Hình 1.4 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gián tiếp: ISTR

8
Hình 1.5 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp: DSTR
9
Hình 1.6 Sơ đồ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp
10
Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp
11
Hình 1.8 Sơ đồ mô tả sai lệch giữa mô hình và đối tƣợng
16
Hình 1.9 Sơ đồ mô tả sai lệch cộng
20
Hình 1.10 Sơ đồ mô tả sai lệch nhân
21
Hình 1.11 Sơ đồ mô tả sai lệch số
22
Hình 1.12 Hệ thống điều khiển tổng quát
23
Hình 2.1 Sơ đồ MRAC bền vững trực tiếp
36
Hình 3.1 Mô tả hệ thống hệ thống xử lý băng vật liệu điển hình
41
Hình 3.2 Cấu trúc tổng quát của một hệ máy tháo-quấn băng giấy
42
Hình 3.3 Cấu trúc khâu tháo quấn băng giấy (Unwind)
43
Hình 3.4 Cấu trúc khâu xử lý băng giấy
43
Hình 3.5 Cấu trúc khâu quấn lại băng giấy (Rewind)
44
Hình 3.6 Quá trình hoạt động và điều khiển hệ thống tháo-quấn băng vật

liệu
47
Hình 3.7 Khảo sát hệ thống tháo – quấn băng vật liệu điển hình
48
Hình 3.8 Sơ đồ biểu diễn sự biến thiên về tốc độ, mômen của các động cơ
55


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - viii - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
truyền động cho các con lăn và sự biến thiên bán kính của các
tang quay trong hệ thống tháo-quấn băng vật liệu
Hình 3.9 Quy luật thay đổi tốc độ động cơ
56
Hình 3.10 Sơ đồ cấu trúc của MRAC bền vững trực tiếp có sai lệch mô
hình và có nhiễu giới hạn
57
Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện
59
Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện thu gọn
59
Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ
60
Hình 3.14 Sơ đồ mô phỏng SIMULINK của hệ thống
67
Hình 3.15 Mô đun đối tƣợng điều khiển
68
Hình 3.16 Khối vectơ tín hiệu lọc
68
Hình 3.17 Véc tơ tham số  của bộ điều khiển

69
Hình 3.18 Khối mô đun chuẩn hoá
69
Hình 3.19 Mô đun điều khiển U
p

70
Hình 3.20 Luật đánh giá vectơ tham số 
p
của đối tƣợng
70
Hình 3.21 Đặc tính ra của hệ khi r không đổi và Mc có dạng xung
71
Hình 3.22 Đặc tính ra của hệ khi r không đổi và Mc bất kỳ
72
Hình 3.23 Đặc tính ra của hệ khi r thay đổi và Mc có dạng xung
73
Hình 3.24 Đặc tính ra của hệ khi r thay đổi và Mc bất kỳ
74
Hình 3.25 Đặc tính ra của hệ khi r thay đổi và Mc biến thiên ngẫu nhiên
tăng dần
75
Hình 3.26 Đặc tính ra của hệ khi r thay đổi và Mc biến thiên
76
Hình 3.27 Đặc tính ra của hệ khi r thay đổi và Mc biến thiên tăng dần
77


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 1 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn
Luận văn tập trung nghiên cứu, ứng dụng hệ điều khiển thích nghi bền vững
điều khiển hệ phi tuyến nói chung và hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy
nói riêng, thoả mãn tính thích nghi đối với sự thay đổi các tham số theo thời gian và
bền vững đối với sai lệch của mô hình và nhiễu. Mục tiêu của luận văn là xây dựng
hệ điều khiển thích nghi bền vững sau đó ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi
và bền vững nâng cao chất lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy.
2. Tính cần thiết của luận văn
Đối với các hệ tuyến tính, ĐKTN nói chung là thoả mãn đƣợc các yêu cầu đặt
ra về chất lƣợng điều chỉnh. Nhƣng các hệ thống cần đƣợc điều khiển trong thực tế
đều là các hệ phi tuyến có chứa các tham số không biết trƣớc và thay đổi theo thời
gian, về cấu trúc đối tƣợng có phần động học không thể hoặc rất khó mô hình hoá.
Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ còn chịu nhiễu tác động
Vì vậy khi thiết kế hệ điều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến thƣờng phải chấp
nhận các giả thiết sau:
- Đối tƣợng không có phần tử không mô hình hoá đƣợc.
- Các tham số chƣa biết không biến thiên theo thời gian.
- Trong qua trình làm việc hệ không chịu nhiễu tác động.
Trong thực tế các giả thiết trên là không thể thoả mãn vì trong quá trình làm
việc hệ luôn chịu tác động của nhiễu, mô hình có phần không mô hình hoá đƣợc,
sai số trong việc xác định tín hiệu vào ra Vì vậy sử dụng hệ ĐKTN cho đối
tƣợng này hệ sẽ không bền vững.
Nhƣ vậy ngoài các ƣu điểm mà hệ ĐKTN có đƣợc thì nhƣợc điểm cơ bản của
ĐKTN là không bền vững khi điều khiển các đối tƣợng phi tuyến và chịu nhiễu tác
động. Để hệ ĐKTN đƣợc ứng dụng vào hệ điều khiển quấn băng vật liệu giấy, cần
phải tìm những biện pháp hạn chế các nhƣợc điểm trên. Vì lý do trên, việc nghiên
cứu nâng cao tính bền vững của hệ ĐKTN cho hệ điều khiển quấn băng vật liệu
giấy là rất cần thiết và cần tập trung nghiên cứu .

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 2 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3. Nội dung của luận văn
Hệ điều khiển thích nghi điển hình bao gồm hai phần chính: luật điều khiển và
luật thích nghi (luật đánh giá tham số). Bài toán nâng cao tính bền vững của hệ điều
khiển thích nghi cũng đi theo hai hƣớng sau:
- Hƣớng 1: Tìm các bộ đánh giá tham số đặc biệt (luật thích nghi bền
vững) để đạt đƣợc tính bền vững của hệ.
- Hƣớng 2: Tìm các luật điều khiển bền vững để ứng dụng vào tổng hợp
sơ đồ điều khiển thích nghi.
Luận văn tập trung giải quyết theo hƣớng sử dụng các luật thích nghi bền vững
để ứng dụng cho các sơ đồ thích nghi với các luật điều khiển thông thƣờng, sau đó
ứng dụng nâng cao chất lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy.
Để điều khiển hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy ở đây ta ứng dụng hệ
ĐKTN bền vững trực tiếp với các luật thích nghi chuẩn hóa.
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững
Nội dung của chƣơng tập trung vào nghiên cứu những đặc điểm chung nhất
của ĐKTN và đi sâu phân tích những tồn tại của ĐKTN và xác định hƣớng nghiên
cứu. Tìm hiểu về độ bất định của các hệ phi tuyến; các dạng sai lệch và phƣơng
pháp mô tả; khái niệm về Điều khiển bền vững sau đó đi tìm hiểu hệ điều khiển
thích nghi bền vững.
Chƣơng 2: Lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững
Nội dung của chƣơng tập trung nghiên cứu những luật điều khiển thích nghi
bền vững; Tìm hiểu hệ điều khiển thích nghi bền vững từ đó lựa chọn phƣơng pháp
điều khiển cho hệ thống quấn băng vật liệu giấy: Hệ điều khiển thích nghi bền vững
trực tiếp theo mô hình mẫu.
Chƣơng 3: Tổng hợp hệ điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất
lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy.

Nội dung của chƣơng gồm: Đặt vấn đề (chọn đối tƣợng điều khiển, mô tả đối
tƣợng) .Tổng hợp hệ thống. Mô phỏng để kiểm tra đánh giá chất lƣợng của hệ.


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 3 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT HỆ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG
1.1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
1.1.1. Lịch sử phát triển của ĐKTN
Trong các hệ điều khiển tự động truyền thống, các xử lý điều khiển thƣờng
dùng các mạch phản hồi là chính. Các điều khiển loại này còn tồn tại nhƣợc điểm
khó khắc phục là trong quá trình làm việc các yếu tố ảnh hƣởng tới hệ thống từ môi
trƣờng liên tục bị thay đổi, đồng thời bản thân tham số của hệ cũng bất định dẫn tới
chất lƣợng ra của hệ cũng thay đổi theo.
Ngày nay do yêu cầu của thực tế sản xuất có công nghệ hiện đại đòi hỏi phải có
những bộ điều khiển có thể thay đổi đƣợc cấu trúc và tham số của nó để đảm bảo
chất lƣợng ra của hệ theo các chỉ tiêu đã định. Với các yêu cầu cao về chất lƣợng
điều khiển các hệ thống điều khiển truyền thống nói chung không đáp ứng đƣợc.
Dựa trên cơ sở của nền kỹ thuật điện, điện tử, tin học và máy tính đã phát triển
ở mức độ cao, lý thuyết ĐKTN đã ra đời đáp ứng đƣợc những yêu cầu trên và đƣợc
áp dụng mạnh mẽ vào điều khiển các hệ thống lớn.
ĐKTN khởi đầu là do nhu cầu về hoàn thiện các hệ thống điều khiển máy bay.
Do đặc điểm của quá trình điều khiển máy bay có nhiều thông số biến đổi và có
nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình ổn định quỹ đạo bay, tốc độ bay. Ngay từ năm
1958, trên cơ sở lý thuyết về chuyển động của Boócman, lý thuyết điều khiển tối
ƣu hệ thống điều khiển hiện đại này đã ra đời. Ngay sau khi ra đời lý thuyết này
đã đƣợc hoàn thiện nhƣng chƣa đƣợc thực thi vì số lƣợng phép tính quá lớn mà
chƣa có khả năng giải quyết đƣợc. Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ thông tin, kỹ thuật điện, điện tử, máy tính cho phép giải đƣợc những bài toán

đó một cách thuận lợi nên hệ thống ĐKTN đƣợc ứng dụng rất rộng rãi vào thực tế.
Hệ ĐKTN có mô hình mẫu MRAC (MRAC- Model Reference Adaptive
Control) đã đựợc Whitaker đề xuất khi giải quyết vấn đề điều khiển lái tự động máy
bay năm 1958. Phƣơng pháp độ nhậy và luật MIT đã đƣợc dùng để thiết kế luật
thích nghi với mục đích đánh giá các thông số không biết trƣớc trong sơ đồ MRAC


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 4 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Trong công việc điều khiển các chuyến bay do còn tồn tại nhiều hạn chế nhƣ:
thiếu phƣơng tiện tính toán, xử lý tín hiệu và lý thuyết cũng chƣa thật hoàn thiện .
Đồng thời những chuyến bay thí nghiệm bị tai nạn làm cho việc nghiên cứu về
lý thuyết điều khiển thích nghi bị lắng xuống vào cuối thập kỷ 50 và đầu năm1960.
Thập kỷ 60 là thời kỳ quan trọng nhất trong việc phát triển các lý thuyết tự
động, đặc biệt là lý thuyết ĐKTN. Kỹ thuật không gian trạng thái và lý thuyết ổn
định dựa theo luật Lyapunốp đã đƣợc phát triển. Một loạt các thuyết nhƣ: Điều
khiển đối ngẫu, điều khiển ngẫu nhiên, nhận dạng hệ thống, đánh giá thông số ra
đời cho phép tiếp tục (nghiên cứu lại) phát triển và hoàn thiện lý thuyết ĐKTN. Vào
năm 1966 Park và các đồng nghiệp đã tìm đƣợc phƣơng pháp mới để tính toán lại
luật thích nghi sử dụng luật MIT ứng dụng vào các sơ đồ MRAC của những năm 50
bằng cách ứng dụng lý thuyết của Lyapunop.
Tiến bộ của các lý thuyết điều khiển những năm 50 cho phép nâng cao hiểu
biết về ĐKTN và đóng góp nhiều vào đổi mới lĩnh vực này. Những năm 70 sự phát
triển của kỹ thuật điện tử và máy tính đã tạo ra khả năng ứng dụng lý thuyết này vào
thực tế.
Các hệ thống ĐKTN đã đƣợc ứng dụng vào điều khiển các hệ thống phức tạp.
Tuy nhiên những thành công của thập kỷ 70 còn gây nhiều tranh luận trong ứng
dụng ĐKTN. Đầu năm 1979 ngƣời ta chỉ ra rằng những sơ đồ MRAC của thập kỷ
70 dễ mất ổn định do nhiễu tác động. Tính bền vững trong ĐKTN trở thành mục
tiêu tập trung nghiên cứu của các nhà khoa học vào năm 1980. Khi đó ngƣời ta xuất

bản nhiều tài liệu về độ không ổn định do các khâu động học không mô hình hoá
đƣợc hoặc do nhiễu tác dụng vào hệ thống. Những năm 80 nhiều thiết kế đã đƣợc
cải tiến, dẫn đến ra đời lý thuyết ĐKTN bền vững. Một hệ ĐKTN đƣợc gọi là bền
vững nếu nhƣ nó đảm bảo chất lƣợng ra theo mong muốn cho một lớp đối tƣợng
của các động học không mô hình hoá đƣợc trong đó có đối tƣợng chuẩn đang xét.
Yêu cầu của bài toán ĐKTN bền vững là đảm bảo tính bền vững của hệ khi điều
khiển những đối tƣợng có thông số không biết trƣớc, biến đổi theo thời gian và
trong quá trình làm việc hệ chịu nhiễu tác động.


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 5 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Cuối thập kỷ 80 có các công trình nghiên cứu về hệ ĐKTN đặc biệt là MRAC
cho các các đối tƣợng có thông số biến thiên theo thời gian tuyến tính.
Các nghiên cứu của những năm 90 tập trung vào đánh giá kết quả của nghiên
cứu những năm 80 và nghiên cứu các lớp đối tƣợng phi tuyến có tham số bất định.
Những cố gắng này đã đƣa ra một lớp sơ đồ ĐKTN xuất phát từ lý thuyết hệ thống
phi tuyến.
1.1.2. Định nghĩa và cấu trúc của hệ điều khiển thích nghi
Hệ điều khiển thích nghi là hệ điều khiển tự động hiện đại mà cấu trúc và tham
số của bộ điều khiển có thể thay đổi đáp ứng theo sự biến thiên thông số của hệ sao
cho đảm bảo các yêu cầu chất lƣợng của hệ .
ĐKTN là kỹ thuật tự chỉnh theo thời gian thực các bộ điều chỉnh nhằm duy trì
đặc tính của đối tƣợng điều khiển nằm trong phạm vi mong muốn trong khi thông
số của đối tƣợng (đã biết hoặc chƣa biết) biến thiên theo thời gian.
Cấu trúc tổng quát của hệ ĐKTN đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ 1.1

Hệ gồm 2 khối sau:
Khối 1: Phần cơ bản của hệ điều khiển.
Khối 2: Phần điều khiển thích nghi.
Phần cơ bản của hệ gồm:
Hình 1. 1: Cấu trúc chung của hệ điều khiển thích nghi
1: Khối cơ bản. 2: Khối thích nghi



A
Y
U
TT
I
R
S
1
2
+
-


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 6 - Chuyên ngành: Tự động hóa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
+ Tín hiệu vào của hệ: u
+ Thiết bị điều khiển: R
+ Đối tƣợng: S
+ Mạch phản hồi cơ bản
+ Tín hiệu ra của hệ: y
Phần điều khiển thích nghi gồm:
+ Khâu nhận dạng: I
+ Thiết bị tính toán: T.T
+ Cơ cấu thích nghi: A
Khâu nhận dạng có nhiệm vụ đánh giá các biến đổi của hệ thống do tác dụng
của nhiễu và các yếu tố khác. Kết quả nhận dạng đƣợc đƣa vào thiết bị tính toán.
Kết quả tính toán đƣợc đƣa vào cơ cấu thích nghi để tính toán tự chỉnh các thông số
bộ điều khiển nhằm đảm bảo chất lƣợng của hệ nhƣ mong muốn.
Các hệ điều khiển thích nghi có thể chia thành 2 nhóm chính:
+ Hệ điều khiển thích nghi trực tiếp (có mô hình mẫu).
+ Hệ điều khiển thích nghi gián tiếp (có mô hình ẩn).
Trong hệ ĐKTN trực tiếp các thông số của bộ điều chỉnh sẽ đƣợc hiệu chỉnh
trong thời gian thực theo giá trị đo lƣờng sai số giữa đặc tính mong muốn và đặc
tính thực.
Trong hệ ĐKTN gián tiếp việc điều chỉnh thông số của bộ điều khiển đƣợc
điều khiển qua 2 giai đoạn.
+ Giai đoạn 1: Đánh giá thông số của mô hình đối tƣợng.
+ Giai đoạn 2: Trên cơ sở đánh giá các thông số của đối tƣợng, ta tiến
hành tính toán các thông số của bộ điều khiển.
Một đặc điểm chung cho cả ĐKTN trực tiếp và gián tiếp là đều dựa trên giả
thuyết tồn tại một bộ điều khiển đảm bảo có đầy đủ các đặc tính mong muốn đặt ra.
Nhƣ vậy vai trò của ĐKTN chỉ giới hạn ở chỗ là chọn giá trị thích hợp của bộ
điều khiển tƣơng ứng với các trạng thái làm việc của đối tƣợng.
Hệ điều khiển thích nghi có 3 sơ đồ chính sau đây:

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 7 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
- Hệ điều khiển thích nghi điều chỉnh hệ số khuếch đại;
- Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu;
- Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh (STR).
1.1.2.1. Hệ điều khiển thích nghi điều chỉnh hệ số khuếch đại







Đây là sơ đồ đƣợc xây dựng theo nguyên tắc của mạch phản hồi và bộ điều
khiển có thể thay đổi thông số bằng bộ điều chỉnh hệ số khuếch đại.
Đặc điểm của nó có thể làm giảm ảnh hƣởng của sự biến thiên thông số.
1.1.2.2.Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu









Tín hiệu vào của mạch vòng thích nghi là sai lệch của tín hiệu của mô hình
mẫu và của đối tƣợng. Mô hình mẫu đƣợc chọn sao cho đặc tính của mô hình mẫu

là đặc tính mong muốn.
Mô hình mẫu chọn càng sát đối tƣợng thì kết quả điều khiển càng chính xác.
Cơ cấu thích nghi có nhiệm vụ hiệu chỉnh sao cho sai số e(t) = y
m
- y
s
tiến về 0 và hệ
ổn định. Tham số điều khiển là sai số giữa tín hiệu của mô hình mẫu và tín hiệu ra
Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRAC
Y
m

BỘ
ĐIỀU KHIỂN
ĐỐI TƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN
CƠ CẤU
THICH NGHI
MÔ HÌNH MẪU
Hình 1.2: Hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại
ĐỐI TƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN
BÔ ĐIỀU CHỈNH
HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI
BỘ
ĐIỀU KHIỂN
Ys
U
Y
m

_


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 8 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
của đối tƣợng. Luật thích nghi thƣờng đƣợc xác định bằng phƣơng pháp Gradien,
lý thuyết ổn định Lyapunov hoặc lý thuyết ổn định tuyệt đối của Pôpôp và nguyên
lý dƣơng động để hệ hội tụ và sai số là nhỏ nhất.
1.1.2.3. Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh (STR – Self Tuning Regulator)
Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh đƣợc xây dựng chủ yếu cho hệ gián đoạn,
STR là hệ rất mềm dẻo. Tuỳ theo việc lựa chọn luật đánh giá và luật điều khiển mà
ta có nhiều STR khác nhau.
Dựa vào thuật toán cập nhật tham số ta chia STR thành 2 loại chính: STR trực
tiếp (DSTR) và STR gián tiếp (ISTR).
* Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh gián tiếp - ISTR. ISTR là hệ tƣờng minh vì
các tham số đƣợc đánh giá online trên mô hình của đối tƣợng và dùng để tính toán
lại các tham số của bộ điều khiển. Sơ đồ ISTR trên hình 1. 4.
Gọi θ là véc tơ giá trị đánh giá của đối tƣợng, θ
C
là véc tơ giá trị đánh giá tham
số của bộ điều khiển, P(θ) là mô hình tham số hoá của đối tƣợng. Bộ đánh giá tham
số online xác định tham số đánh giá tại mỗi thời điểm t là θ(t) dùng để tính toán lại
bộ điều khiển nhƣ là tham số thật của đối tƣợng thông qua giải phƣơng trình đại số:
θ
C
(t) = F(θ (t)) tại thời điểm t.
Do đó bộ điều khiển có luật C(θ
C
(t)) để điều khiển đối tƣợng nhƣ trƣờng hợp

tham số của nó đã biết.
Nhƣ vậy tham số của đối tƣợng đƣợc biết gián tiếp thông qua việc giải phƣơng
trình đại số nên đƣợc gọi là ISTR.











TT Thông số

c
(t)=F[(t)]
Ys
U
Hình 1. 4: Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gin tiếp: ISTR
Đánh giá on-line
tham số (t)]
Đối tƣợng
Bộ điều khiển


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 9 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
* Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp DSTR

Trong hệ DSTR (Hình 1.5) các tham số của mô hình P(θ
C
) đƣợc biểu diễn theo
tham số của đối tƣợng sao cho thoả mãn các yêu cầu chất lƣợng.
Khi đó mô hình đƣợc tham số hoá dạng Pc(θ
C
) và bộ đánh giá online đánh giá
các giá trị của véc tơ tham số θ
C
là θ
C
(t) tại từng thời điểm và giá trị này dùng để
cập nhật lại tham số bộ điều khiển theo thời gian thực.
Nhƣ vậy tham số của bộ điều khiển đƣợc tính toán trực tiếp không phải qua
giải phƣơng trình. Vì vậy mà DSTR là kiểu đánh giá mô hình đối tƣợng không
tƣờng minh.







* Hệ thích nghi tự chỉnh lai:
Kết hợp 2 phƣơng pháp trên ta có hệ tự chỉnh thích nghi lai, tức là cùng lúc ta
đánh giá cả tham số bộ điều khiển và tham số đối tƣợng nhằm tránh giải phƣơng
trình đại số. Đây là hệ thích nghi tự chỉnh nhằm kết hợp ƣu điểm của cả hai hệ trên.
1.1.3. Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu MRAC (Model Reference Adaptive
Control)
MRAC xuất phát từ phƣơng pháp điều khiển theo mô hình mẫu (MRC), trong

phƣơng pháp điều khiển theo mô hình mẫu véc tơ tham số của bộ điều khiển θ
C
*
đƣợc tính dựa vào véc tơ tham số của đối tƣợng θ*, nếu ta không biết véc tơ tham
số của đối tƣợng θ* thì ta không thể tính đƣợc véc tơ tham số của bộ điều khiển θ
C
*.
Do đó phƣơng pháp điều khiển theo mô hình mẫu chỉ áp dụng đƣợc với đối tƣợng
có thông số và cấu trúc biết trƣớc.
Bộ điều khiển
Đánh giá on-line
tham số θ(t)
Đối tƣợng
U
Ys
Hình 1. 5: Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp: DSTR


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 10 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Để giải bài toán điều khiển theo mô hình mẫu mà đối tƣợng có thông số thay
đổi và cấu trúc không biết trƣớc thì phƣơng pháp điều khiển theo mô hình mẫu cần
kết hợp với phƣơng pháp điều khiển thích nghi để thay thế θ
C
* trong luật điều khiển
bằng véc tơ thông số đánh giá θ
C
, từ đó phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô
hình mẫu ra đời.
Tuỳ theo cách thu đƣợc véctơ θ(t), MRAC có hai phƣơng pháp:

+ Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp.
+ Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp.
1.1.3.1. Phương php MRAC trực tiếp
Với phƣơng pháp MRAC trực tiếp, thông số của bộ điều khiển θ
C
(t) đƣợc xác
định theo yêu cầu về chất lƣợng của đối tƣợng điều khiển và biểu diễn dƣới dạng
tham số trong mô hình đối tƣợng điều khiển:
G
p
(s, θ*)  G
p
(s, θ
C
*)
Tại mỗi thời điểm bộ đánh giá sẽ tính trực tiếp θ
C
*(t) từ tín hiệu vào u
S
(t) và tín
hiệu ra y
S
(t) của đối tƣợng điều khiển. Thông số θ
C
*(t) sẽ đƣợc sử dụng để tính toán
các thông số của bộ điều khiển θ
C
(t).
Sơ đồ hệ MRAC trực tiếp đƣợc chỉ ra trên hình 1.6

MÔ HÌNH MẪU
W
m
(s)

ĐỐI TƢỢNG
G
p
(s, θ*)  G
p
(s, θ
C
*)


BỘ ĐIỀU KHIỂN
C(θ
C
)

BỘ XÁC ĐỊNH
THAM SỐ LÀM VIỆC θ
C
*
e(t)
y
y
m
-

+

u
u
c

Hình 1.6: Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 11 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Trong phƣơng pháp MRAC trực tiếp véctơ θ
C
(t) đƣợc điều chỉnh trực tiếp mà
không phải qua quá trình đánh giá thông số của đối tƣợng thực.
Nhƣ vậy vấn đề cơ bản của MRAC trực tiếp là chọn luật điều khiển C(θ
C
(t))

và thuật toán của bộ đánh giá θ
C
(t) sao cho thoả mãn yêu cầu chất lƣợng của hệ
thống điều khiển.
1.1.3.2. Phương php MRAC gin tiếp
Trong MRAC gián tiếp các thông số của đối tƣợng đƣợc nhận biết trong quá
trình làm việc và đƣợc sử dụng để tính toán các thông số của bộ điều khiển.
Trong phƣơng pháp này mô hình đối tƣợng đƣợc xây dựng với véc tơ tham số
θ* chƣa xác định nào đó. Tại mỗi thời điểm ứng với mỗi tín hiệu vào u(t) và tín hiệu
ra y
S
(t) bộ đánh giá thông số làm việc sẽ cho ra giá trị θ(t) ứng với θ* và đƣợc coi là
giá trị đúng với đối tƣợng tại thời điểm đó và sử dụng giá trị đó để tính toán các
thông số bộ điều khiển θ
C
(t) nhờ giải phƣơng trình: θ
C
(t) = F[θ (t)].
Luật điều khiển C[θ
C
(t)] đƣợc xây dựng ở mỗi thời điểm phải thoả mãn các chỉ
tiêu của hệ ứng với mô hình đánh giá của đối tƣợng G
S
[p,θ *(t)]. Nhƣ vậy vấn đề
chính của MRAC gián tiếp là chọn luật điều khiển C[θ
C
(t)] và bộ đánh giá các tham
số θ(t), sao cho C[θ
C
(t)] đáp ứng đƣợc các yêu cầu của mô hình đối tƣợng G

S
(θ*)
với θ* chƣa xác định.












MÔ HÌNH MẪU
W
m
(s)

ĐỐI TƢỢNG
G
p
(s, θ*)  G
p
(s, θ
C
*)

BỘ ĐIỀU KHIỂN
C(θ
C
)


BỘ XÁC ĐỊNH
THAM SỐ LÀM VIỆC θ
C
*
e(t)
y
y
m
-

+

u
u
c

Hình 1.7: Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu gián tiếp


BỘ TÍNH TOÁN
θ
C
(t) = F[θ (t)]

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 12 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Nguyên lý làm việc MRAC
Hệ MRAC có thể nhƣ một hệ bám thích nghi, trong đó đặc tính mong muốn
đƣợc tạo ra từ mô hình mẫu. Mô hình mẫu là một mô hình toán học đƣợc xây dựng
trên cơ sở các tiêu chuẩn đặt trƣớc. Việc so sánh giữa tín hiệu đặt trƣớc với tín hiệu
đầu ra của hệ, chính là sự so sánh giữa tín hiệu ra của mô hình mẫu với tín hiệu ra
của quá trình.
Mô hình mẫu đƣợc mô tả bởi phƣơng trình:

mmmmm
UBXAX 

(1.1.1)

mm
CXY 

Hệ thống đƣợc mô tả bởi phƣơng trình

sssss
U)t(BX)t(AX 

(1.1.2)

ss
CXY 

Trong đó:

m
X

,
s
X

: Là các véctơ trạng thái của mô hình mẫu và quá trình
m
A
,
m
B
: Là các ma trận hằng của mô hình mẫu
)t(A
s
,
)t(B
s
: Là các ma trận của quá trình (biến thiên theo thời gian do tác
động của nhiễu bên ngoài hoặc bên trong hệ thống).

m
Y
,
s
Y
: Là các véctơ tín hiệu ra của mô hình và của hệ thống
Sai lệch tín hiệu ra là:

 =
m
Y
-
s
Y
= C.e (1.1.3)
Trong đó:
C : là ma trận hàng C = [ 1 0 . . . 0 ]
e = X
m
- X
s
: là sai số tổng quát (1.1.4)
Tiêu chuẩn tối ƣu ở đây có thể xem nhƣ một hàm:
IP = F(, C, t, a
im
, a
is
) (1.1.5)
Trong đó: a
im
, a
is
là các thông số của mô hình và của quá trình.
Mục tiêu cơ cấu thích nghi ở đây là điều chỉnh thông số nào đó sao cho hệ
thống mô hình có sai lệch nhỏ nhất.


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 13 - Chuyên ngành: Tự động hóa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


t
0lime(t)
(1.1.6)
Nghĩa là đặc tính ra trùng với đặc tính mong muốn. Vì vậy chất lƣợng của hệ
đƣợc đảm bảo.
1.1.4. Những nhƣợc điểm của hệ ĐKTN và hƣớng khắc phục
ĐKTN là phƣơng pháp điều khiển hiện đại đƣợc ứng dụng điều khiển các hệ
thống phức tạp. Ngoài những ƣu điểm mà ĐKTN đạt đƣợc thì nhƣợc điểm cơ bản
của phƣơng pháp điều khiển thích nghi là không bền vững đối với nhiễu và khi đối
tƣợng có các phần tử phi tuyến không thể mô hình hoá đƣợc. Ngoài ra các phƣơng
pháp này đều cần giả thiết là tham số thay đổi chậm theo thời gian.
Các luật thích nghi và bộ điều khiển đƣợc phân tích và thiết kế trên cơ sở đối
tƣợng không có nhiễu tác động và các động học đều có thể mô hình hoá đƣợc. Song
trong thực tế các sơ đồ thực hiện trên các thiết bị thực thƣờng khác với các mô hình
lý tƣởng. Các đối tƣợng trong thực tế có thể đƣợc giới hạn kích thƣớc (số chiều),
tính phi tuyến, số đầu vào và đầu ra. Đặc tính của nó có thể sai khác bởi các nhiễu
trong và nhiễu ngoài tác động vào. Sự khác nhau giữa mô hình thay thế và mô hình
thực sẽ ảnh hƣởng đến tính ổn định của hệ .Vì vậy mà đặc tính của mô hình lý
tƣởng không thể áp dụng cho mô hình thực.
Khi thiết kế hệ ĐKTN cho hệ thực phải chấp nhận các giả thiết sau:
- Không có phần tử không mô hình hoá đƣợc và biết đặc tính phi tuyến.
- Các thông số không biết không thay đổi theo thời gian.
- Đối tƣợng trong quá trình làm việc không chịu tác động của nhiễu.
Trong thực tế các giả thiết trên là khó có thể thoả mãn đƣợc. Nhƣ vậy khi xét
đến nhiễu, đến sai số mô hình và sai số trong việc xác định tín hiệu vào ra của đối
tƣợng thì hệ ĐKTN không còn bền vững nữa, đặc biệt khi hệ nằm ở biên giới ổn
định.

Một số trƣờng hợp dẫn đến mất ổn định thƣờng gặp trong thực tế là:
1.1.4.1. Hiện tƣợng trôi tham số
Xét đối tƣợng có đầu ra là y(t) bị tác động bởi nhiễu giới hạn chƣa biết d(t).


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 14 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Mô tả toán học của đối tƣợng là: Y(t) = θ*u(t)+d(t)
Trong trƣờng hợp d(t) = 0, luật thích nghi đánh giá tham số là
θ* = ε
1
γu ; ε
1
= y-θu
Trong đó θ là đánh giá trực tuyến của θ*, chứng minh đƣợc rằng θ bị chặn và
lúc này ε
1
→ 0 khi t →∞ hệ sẽ ổn định.
Tuy nhiên khi d(t) ≠ 0 thì tham số đánh giá có thể xảy ra θ→∞ khi t→∞.
Ngƣời ta gọi hiện tƣợng không ổn định này là hiện tƣợng trôi tham số.
1.1.4.2. Mất ổn định do hệ số lớn
Xét đối tƣợng có hàm truyền bậc hai
u
μs)a)(1(s
μs-1
y


(1.1.7)
Trong đó: µ là số dƣơng nhỏ đại diện cho các hằng số nhỏ trong hệ thống.

Đây là đối tƣợng có hàm truyền bậc 2 nên ta có thể giảm bậc và bỏ qua µ.
Biểu thức (1.1.7) có thể đƣa về dạng:
u
a)(s
1
y
~



y
~
là giá trị đầu khi µ = 0.
Từ (1.1.7) ta có: y = G
0
[1+∆
m
(s)]u
Trong đó :

a-s
1
(s)G
0

và
μs1
s2μ
(s)Δ
m




Biểu thức này có thể biểu diễn bằng phƣơng trình trạng thái

uzaxX 


µz = -z+2u (1.1.8)
y = x
Trong hệ phƣơng trình trên nếu ta cho µ = 0 thì hệ phƣơng trình còn lại là:
baxX 

(1.1.9)

xy
~


x biểu thị trạng thái khi µ = 0


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 15 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Sau khi có mô hình (đã giảm bậc) ta dùng làm cơ sở để thiết kế bộ điều khiển
thích nghi trên đối tƣợng đơn giản nhƣng thực tế là làm việc với hệ thực bậc 2 có
µ> 0.
Luật thích nghi có thể tạo ra hệ số phản hồi lớn, kích thích phát sinh các động
học không có cấu trúc và dẫn đến sự mất ổn định.
1.1.4.3. Mất ổn định do tốc độ thích nghi nhanh

Khi tốc độ thích nghi tăng lên thì các đặc tính động học không mô hình bị kích
thích tăng lên. Ảnh hƣởng của các động học không cấu trúc sẽ gây ra trạng thái ký
sinh lớn có tác dụng nhƣ là nhiễu làm cho hệ mất ổn định.
* Hƣớng khắc phục
Để có thể ứng dụng điều khiển thích nghi vào điều khiển các hệ thực cần tìm
biện pháp nâng cao tính bền vững của hệ bằng điều khiển thích nghi bền vững kết
hợp với các hƣớng sau:
- Sử dụng luật điều khiển thông thƣờng kết hợp với bộ đánh giá bền vững;
- Sử dụng luật điều khiển bền vững.
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG
1.2.1. Định nghĩa
- Định nghĩa 1: Một hệ thống đƣợc gọi là bền vững nếu chất lƣợng E của hệ
thống không những thoả mãn cho riêng mô hình đối tƣợng đang xét G
0
(p) mà cho
một lớp các mô hình đối tƣợng G(p) trong đó có đối tƣợng G
0
(p). Hoặc cho cả một
lớp các mô hình các sai lệch D so với G
0
(p).
- Định nghĩa 2: Một bộ điều khiển R(p) đƣợc gọi là bền vững nếu nó làm cho
hệ thống bền vững với chất lƣợng E cho một lớp các mô hình đối tƣợng G. Hoặc
cho một lớp các mô hình có sai lệch D so với đối tƣợng.
1.2.2. Mô hình mô tả hệ phi tuyến
Khi thiết kế hệ thống điều khiển, nhiệm vụ đầu tiên là tìm mô hình toán học
của đối tƣợng. Xây dựng đƣợc mô hình toán học mô tả đầy đủ, chính xác đối tƣợng
là một nhiệm vụ khó khăn, thậm chí tìm đƣợc mô hình mô tả chính xác đối tƣợng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 16 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
thì sẽ rất phức tạp, thƣờng là có bậc cao dẫn đến bộ điều khiển quá phức tạp không
thể thực hiện đƣợc.
Để nâng cao tính bền vững của hệ khi thiết kế bộ điều khiển ta cần phải phân
loại và nghiên cứu các đặc tính không xác định của đối tƣợng từ đó tìm cách mô tả
chúng. Khi các sai lệch của mô hình đối tƣợng đƣợc mô tả bằng một vài dạng toán
học nào đó thì có thể sử dụng chúng để phân tích tính bền vững của bộ điều khiển
khi thiết kế cho mô hình đơn giản hoá của đối tƣợng trong thực tế.
Đặc điểm cơ bản của hệ phi tuyến là đặc tính của đối tƣợng khó xác định chính
xác và đặc tính này không bền vững. Do đó giữa mô hình thay thế và đối tƣợng thực
sẽ tồn tại một sai lệch nào đó.
Sai lệch về cấu trúc của mô hình đƣợc chia thành hai dạng sau:
+ Sai lệch có cấu trúc
+ Sai lệch không có cấu trúc (bao gồm sai lệch cộng, sai lệch nhân và
sai lệch hệ số)
Xét một hệ đơn giản gồm các nhiễu tác động và có sai lệch giữa mô hình và đối
tƣợng nhƣ hình vẽ 1.8.










S: Đối tƣợng cần điều khiển
S

0
(p): Mô hình đối tƣợng chuẩn
R(p): Bộ điều khiển xây dựng trên cơ sở hiểu biết về đối tƣợng
∆S: Sai lệch giữa mô hình và đối tƣợng (các thành phần không mô hình đƣợc)
e(t), x(t), y(t) : Các tín hiệu nội.
u(t), n
1
(t), n
2
(t), n
3
(t): Tín hiệu bên ngoài tác động.




S
Hình 1.8: Sơ đồ mô tả sai lệch giữa mô hình và đối tượng

R(p)

S
0
(p)
e(t)
u(t)
n
1
(t)
x(t)

n
2
(t)
n
3
(t)
y(t)