Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển

Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển

Lịch sử phát triển lý thuyết
điều khiển
Bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên

Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển
Điều khiển cổ điển (classical control)
Lý thuyết điều khiển cổ điển (trước 1960) mô tả hệ thống trong miền tần số (phép biến
đổi Fourier) và mặt phẳng s (phép biến đổi Laplace). Do dựa trên các phép biến đổi này,
lý thuyết điều khiển cổ điển chủ yếu áp dụng cho hệ tuyến tính bất biến theo thời gian,
mặt dù có một vài mở rộng để áp dụng cho hệ phi tuyến, thí dụ phương pháp hàm mô
tả. Lý thuyết điều khiển kinh điển thích hợp để thiết kế hệ thống một ngõ vào - một ngõ
ra (SISO: single-input/single-output), rất khó áp dụng cho các hệ thống nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra (MIMO: multi-input/multi-output) và các hệ thống biến đổi theo thời gian.
Các phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống trong lý thuyết điều khiển cổ điển gồm
có phương pháp Nyquist, Bode, và phương pháp quỹ đạo nghiệm số. Để thiết kế hệ
thống dùng phương pháp Nyquist và Bode cần mô tả hệ thống dưới dạng đáp ứng tần số
(đáp ứng biên độ và đáp ứng pha), đây là một thuận lợi vì đáp ứng tần số có thể đo được
bằng thực nghiệm. Mô tả hệ thống cần để thiết kế dùng phương pháp quỹ đạo nghiệm
số là hàm truyền, hàm truyền cũng có thể tính được từ đáp ứng tần số.
Hàm truyền của các hệ thống phức tạp được tính bằng cách sử dụng sơ đồ khối hay sơ
đồ dòng tín hiệu. Mô tả chính xác đặc tính động học bên trong hệ thống là không cần
thiết đối với các phương pháp thiết kế cổ điển, chỉ có quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra là
quan trọng.
Các khâu hiệu chỉnh đơn giản như hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ PID (Proportional Integral
Derivative), hiệu chỉnh sớm trễ pha,... thường được sử dụng trong các hệ thống điều
khiển kinh điển.
Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh này đến biểu đồ Nyquist, biểu đồ Bode và quỹ đạo
nghiệm số có thể thấy được dễ dàng, nhờ đó có thể dễ dàng lựa chọn được khâu hiệu
chỉnh thích hợp.

1/2


Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển

Điều khiển hiện đại (modern control)
(từ khoảng năm 1960 đến nay)
Kỹ thuật thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại dựa trên miền thời gian. Mô tả toán học
dùng để phân tích và thiết kế hệ thống là phương trình trạng thái. Mô hình không gian
trạng thái có ưu điểm là mô tả được đặc tính động học bên trong hệ thống (các biến trạng
thái) và có thể dễ dàng áp dụng cho hệ MIMO và hệ thống biến đổi theo thời gian. Lý
thuyết điều khiển hiện đại ban đầu được phát triển chủ yếu cho hệ tuyến tính, sau đó
được mở rộng cho hệ phi tuyến bằng cách sử dụng lý thuyết của Lyapunov.
Bộ điều khiển được sử dụng chủ yếu trong thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại là bộ
điều khiển hồi tiếp trạng thái. Tùy theo cách tính vector hồi tiếp trạng thái mà ta có
phương pháp phân bố cực, điều khiển tối ưu, điều khiển bền vững...Với sự phát triển của
lý thuyết điều khiển số và hệ thống rời rạc, lý thuyết điều khiển hiện đại rất thích hợp
để thiết kế các bộ điều khiển là các chương trình phần mềm chạy trên vi xử lý và máy
tính số. Điều này cho phép thực thi được các bộ điều khiển có đặc tính động phức tạp
hơn cũng như hiệu quả hơn so với các bộ điều khiển đơn giản như PID hay sớm trễ pha
trong lý thuyết cổ điển.
Điều khiển thông minh (intelligent control)
Điều khiển kinh điển và điều khiển hiện đại, gọi chung là điều khiển thông thường
(conventional control) có khuyết điểm là để thiết kế được hệ thống điều khiển cần phải
biết mô hình toán học của đối tượng. Trong khi đó thực tế có những đối tượng điều khiển
rất phức tạp, rất khó hoặc không thể xác định được mô hình toán. Các phương pháp điều
khiển thông minh như điều khiển mờ, mạng thần kinh nhân tạo, thuật toán di truyền mô
phỏng/bắt chước các hệ thống thông minh sinh học, về nguyên tắc không cần dùng mô
hình toán học để thiết kế hệ thống, do đó có khả năng ứng dụng thực tế rất lớn. Khuyết
điểm của điều khiển mờ là quá trình thiết kế mang tính thử sai, dựa vào kinh nghiệm

của chuyên gia. Nhờ kết hợp logic mờ với mạng thần kinh nhân tạo hay thuật toán di
truyền mà thông số bộ điều khiển mờ có thể thay đổi thông qua quá trình học hay quá
trình tiến hóa, vì vậy khắc phục được khuyết điểm thử sai. Hiện nay các bộ điều khiển
thông thường kết hợp với các kỹ thuật điều khiển thông minh tạo nên các bộ điều khiển
lai điều khiển các hệ thống phức tạp với chất lượng rất tốt.

2/2