Nghiên cứu nâng cao chất lượng bộ điều khiển mờ ứng dụng cho đối tượng công nghiệp ( Luận án tiến sĩ)

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HẢI ANH

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ỨNG DỤNG CHO ĐỐI
TƢỢNG CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá

Thái Nguyên - 2014

i


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Hải Anh
Sinh ngày 02 tháng 06 năm 1981
Học viên lớp Cao học khóa 14 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại Trƣờng Cao đẳng nghề Yên Bái
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn

gốc./.

Tác giả

Nguyễn Thị Hải Anh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN: ........................................................................................................... i
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG .......................... 3
1.1. Các hệ thống điều khiển tự động ............................................................................. 3
1.1.1. Điều khiển truyền thẳng ....................................................................................... 3
1.1.1.1. Cấu trúc cơ bản của điều khiển truyền thẳng ................................................... 3
1.1.1.2. Các tính chất của điều khiển truyền thẳng........................................................ 4
1.1.1.3. Ứng dụng của điều khiển truyền thẳng............................................................. 5
1.1.2. Điều khiển phản hồi.............................................................................................. 5
1.1.2.1. Cấu trúc cơ bản của điều khiển phản hồi.......................................................... 5
1.1.2.2. Vai trò của điều khiển phản hồi ........................................................................ 7
1.1.3. Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng.......................................... 8
1.2. Giới thiệu một số bộ điều khiển phản hồi trong công nghiệp ................................. 8
1.2.1. Bộ điều khiển PID ................................................................................................ 9
1.2.1.1. Cấu trúc bộ điều khiển PID .............................................................................. 9

1.2.1.2. Ƣu nhƣợc điểm ............................................................................................... 10
1.2.2. Bộ điều khiển PID số .......................................................................................... 10
1.2.2.1. Cấu trúc bộ điều khiển PID số ........................................................................ 11
1.2.2.2. Ƣu nhƣợc điểm ............................................................................................... 12
1.2.3. Bộ điều khiển sử dụng logic mờ ......................................................................... 13
1.2.3.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 13
1.2.3.2. Điều khiển mờ ................................................................................................ 14
1.2.3.3. Ƣu nhƣợc điểm ............................................................................................... 16
1.3. Chất lƣợng của hệ thống điều khiển tự động và yêu cầu khi thiết kế ................... 16
1.3.1. Các chỉ tiêu chất lƣợng của quá trình điều chỉnh ............................................... 17
1.3.1.1. Chỉ tiêu chất lƣợng ở trạng thái tĩnh ............................................................... 17
1.3.1.2. Chỉ tiêu chất lƣợng ở trạng thái quá độ .......................................................... 18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iv

1.3.1.3. Các chỉ tiêu tích phân ..................................................................................... 18
1.3.2. Đánh giá chất lƣợng hệ thống ở trạng thái xác lập ............................................. 19
1.3.3. Đánh giá trực tiếp chất lƣợng hệ thống ở trạng thái quá độ ............................... 20
1.3.4. Đánh giá chất lƣợng hệ thống qua tiêu chuẩn tích phân .................................... 20
1.4. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................. 22
CHƢƠNG II: LOGIC MỜ VÀ PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ...... 24
2.1. Khái niệm chung.................................................................................................... 24
2.1.1. Lịch sử phát triển và khái niệm mở đầu ............................................................ 24
2.1.2. Logic rõ và sự xuất hiện Logic mờ..................................................................... 25
2.2. Một số vấn đề về cơ sở toán học của logic mờ ..................................................... 25
2.2.1. Nhắc lại về tập kinh điển (G.Cantor) ................................................................ 25
2.2.1.1. Khái niệm về tập hợp ...................................................................................... 25

2.2.1.2. Các phép tính của tập hợp .............................................................................. 27
2.2.2. Định nghĩa tập mờ ............................................................................................. 28
2.2.3. Các phép toán trên tập mờ có cùng tập nền ....................................................... 31
2.2.3.1. Phép hợp hai tập mờ ....................................................................................... 31
2.2.3.2. Phép giao hai tập mờ ...................................................................................... 32
2.2.3.3. Phép bù hai tập mờ ......................................................................................... 32
2.2.4. Các phép toán trên tập mờ không cùng tập nền ................................................ 33
2.2.4.1. Phép giao hai tập mờ ...................................................................................... 33
2.2.4.2. Phép hợp hai tập mờ ....................................................................................... 34
2.3. Biến ngôn ngữ và giá trị của biến ngôn ngữ ........................................................ 34
2.4. Luật hợp thành ....................................................................................................... 35
2.4.1.Mệnh đề hợp thành .............................................................................................. 36
2.4.2. Quy tắc hợp thành .............................................................................................. 36
2.5. Giải mờ .................................................................................................................. 41
2.5.1. Phƣơng pháp cực đại .......................................................................................... 41
2.5.2. Phƣơng pháp điểm trọng tâm ............................................................................. 42
2.5.2.1. Phƣơng pháp điểm trọng tâm cho luật hợp thành Sum – Min........................ 43
2.5.2.2. Phƣơng pháp độ cao ....................................................................................... 44
2.6. Cấu trúc chung của bộ điều khiển mờ .................................................................. 45
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

v

2.6.1. Sơ đồ cấu trúc chung .......................................................................................... 45
2.6.2. Phân loại bộ điều khiển mờ ................................................................................ 46
2.6.3. Các bƣớc tổng hợp bộ điều khiển mờ ................................................................ 46
2.7. Điều khiển mờ tĩnh ............................................................................................... 49
2.8. Điều khiển mờ động ............................................................................................. 51

2.9. Điều khiển mờ lai ................................................................................................. 52
2.10. Kết luận chƣơng ................................................................................................. 54
CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ................................... 55
BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO ĐỐI TƢỢNG CÔNG NGHIỆP .................................... 55
3.1. Xây dựng mô hình toán học đối tƣợng .................................................................. 55
3.1.1. Lựa chọn đối tƣợng ............................................................................................ 55
3.1.2. Xây dựng mô hình toán học đối tƣợng ............................................................... 56
3.2. Nghiên cứu thiết kế và nâng cao chất lƣợng bộ điều khiển .................................. 57
3.3. Thí nghiệm trên mô hình hệ thống truyền động bám chính xác ........................... 66
3.3.1. Giới thiệu mô hình hệ thống thí nghiệm ............................................................ 66
3.3.2. Cấu trúc điều khiển và bộ điều khiển HAC........................................................ 68
3.3.3. Kết quả thí nghiệm ............................................................................................. 72
3.4. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu:
Ký hiệu 9 biến ngôn ngữ
Âm nhiều

NB (Negative Big)

Âm vừa

NM (Negative Medium)

Âm ít

NS (Negative Slow)

Âm rất ít

NVS (Negative Very Slow)

Không

ZE (Zero)

Dƣơng rất ít

PVS (Positive Very Slow)

Dƣơng ít

PS (Positive Slow)

Dƣơng vừa

PM (Positive Medium)

Dƣơng nhiều

PB ((Positive Big)

Các chữ viết tắt:
ĐTĐK :

Đối tƣợng điều khiển

ĐKTĐ:

Điều khiển tự động

BĐK:

Bộ điều khiển

TBĐK :

Thiết bị điều khiển

QTQĐ :

Quá trình quá độ

FLC (Fuzzy Logic Control): Điều khiển logic mờ
DCS (Distributed control system ): Hệ thống điều khiển phân tán
PLC (Programmable logic controller): Thiết bị điều khiển lập trình
PID (Proportional-Integral-Derivative): Bộ điều khiển tỷ lệ - tích - vi phân
SISO (Single Input – Single Output): Đầu vào đơn - đầu ra đơn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

vii

DAC (Digital-to-analog converter): Analog chuyển đổi
ADC (Analog-to-digital converter): Kỹ thuật số chuyển đổi
µP (microprocessor ): Vi xử lý
µC (microcontroller) : Vi điều khiển

µA: hàm thuộc của tập hợp A
DSP (digital signal processor ): Vi xử lý tín hiệu
F-PID: Bộ điều khiển mờ lai
LQR (Linear-quadratic regulator): Phƣơng pháp điều chỉnh tuyến tính bậc hai
CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led): Điều khiển bằng máy tính
MRAS (Middle River Aircraft Systems): Phƣơng pháp điều khiển thích nghi
tham chiếu theo mô hình MRAS
HAC (home access center): Bộ điều khiển truy cập trung tâm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Luật điều khiển mờ ...................................................................................... 60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản điều khiển truyền thẳng ........................................................ 4
Hình 1.2. Cấu trúc điều khiển phản hồi .......................................................................... 6
Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID ................................................................... 9
Hình 1.4. Bộ điều khiển PID số .................................................................................... 11
Hình 1.5. Sơ đồ khối chức năng FLC ........................................................................... 14
Hình 1.6. Bộ điều khiển mờ động ................................................................................ 15
Hình 1.7. a) Nguyên lý điều khiển mờ lai ....................... Error! Bookmark not defined.
b) Vùng tác động của các bộ điều khiển .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.8. Hàm quá độ của một hệ thống điều khiển .................................................... 18
Hình 1.9. Sai lệch của hệ thống điều khiển .................................................................. 21
Hình 2.1. Mô tả cho mệnh đề ....................................................................................... 27
Hình 2.2. Hiệu hai tập hợp ........................................................................................... 27
Hình 2.3. Giao hai tập hợp ........................................................................................... 27
Hình 2.4. Hợp hai tập hợp ............................................................................................ 27
Hình 2.5. Tích hai tập hợp ........................................................................................... 28
Hình 2.6. Hàm liên thuộc của tập mờ. .......................................................................... 28
Hình 2.7. Hàm liên thuộc tập mờ ................................................................................. 29
số tự nhiên nhỏ hơn 6 nhiều ......................................................................................... 29
Hình 2.8.Dạng hàm liên thuộc ...................................................................................... 30
Hình 2.9. Phép hợp của hai tập mờ .............................................................................. 31
Hình 2.10. Giao của hai tập mờ .................................................................................... 32
Hình 2.11. Phép bù của tập mờ .................................................................................... 33
Hình 2.12. Đƣa hai tập về cùng tập nền ....................................................................... 33
Hình 2.13. Giao hai tập mờ .......................................................................................... 34
Hình 2.14. Hợp hai tập mờ ........................................................................................... 34
Hình 2.15. Hàm thuộc của biến tốc độ ......................................................................... 35

Hình 2.16. Mệnh đề điều kiện ...................................................................................... 37
Hình 2.17. Miền khôn liên thông có thể y’ = 0 ............................................................ 43
Hình 2.18. Tập mờ có hàm liên thuộc hình thang ........................................................ 44
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

x

Hình 2.19. Mô hình của một bộ điều khiển mờ............................................................ 45
Hình 3.1. MEDE 5 ........................................................................................................ 56
Hình 3.2. Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ ....................................... 57
Hình 3.3. Định nghĩa các tập mờ cho biến E của bộ điều khiển mờ ............................ 59
Hình 3.4. Định nghĩa các tập mờ cho biến DE của bộ điều khiển mờ ......................... 60
Hình 3.5. Định nghĩa các tập mờ cho biến U của bộ điều khiển mờ ........................... 60
Hình 3.6. Mô phỏng bộ điều khiển mờ theo tiêu chuẩn tích phƣơng bình phƣơng
sai lệch ........................................................................................................................ 62
Hình 3.7. Các luật điều khiển đã đƣợc giản lƣợc cho bộ điều khiển mờ ..................... 62
Hình 3.8. Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ .............................................................. 63
Hình 3.9. Bề mặt đặc trƣng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ........................ 64
Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển PI mờ ..................................................... 64
Hình 3.11. Đáp ứng đầu ra của bộ PI mờ với kích thích 1(t) ....................................... 65
Hình 3.12. Đáp ứng đầu ra của bộ PI mờ với kích thích xung pulse ........................... 65
Hình 3.13. Mô hình hệ thống truyền động bám chính xác ........................................... 66
Hình 3.14. Arduino Board ............................................................................................ 67
Hình 3.15. Động cơ servo và cơ cấu bánh răng ........................................................... 68
Hình 3.16. Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động bám chính xác ......................... 68
Hình 3.17. Bộ điều khiển HAC .................................................................................... 69
Hình 3.18. State Variable Function .............................................................................. 69
Hình 3.19. Cổng kết nối vào ra..................................................................................... 70

Hình 3.20. Cổng thiết lập cấu hình thời gian thực ....................................................... 70
Hình 3.21. Cổng đọc tín hiệu từ encoder...................................................................... 70
Hình 3.22. Cổng tín hiệu vào ra PWM tƣơng tự .......................................................... 71
Hình 3.23. Cổng tín hiệu vào ra số ............................................................................... 71
Hình 3.24. Điều khiển tốc độ và chiều quay ................................................................ 71
Hình 3.25. Đáp ứng hệ thống với bộ HAC 2 đầu vào .................................................. 72
Hình 3.26. Sai lệch e(t) ................................................................................................. 72

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

1

MỞ ĐẦU
1. Tính khoa học và cấp thiết của luận văn
Bộ điều khiển kinh điển PID đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi để
điều khiển các đối tƣợng SISO bởi vì tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn
nguyên lý làm việc. Tuy nhiên bộ điều khiển PID vẫn còn một số hạn chế nhƣ
trong xử lý nhiễu, tính ổn định của hệ thống khi thông số của đối tƣợng thay
đổi…
Những năm đầu thập kỷ 90 đến nay đã xuất hiện một xu hƣớng nghiên
cứu mới đó là các phƣơng pháp điều khiển thông minh sử dụng logic mờ do
L. Zadeh đƣa ra với nhiều ƣu điểm mà logic kinh điển không làm đƣợc. Điều
khiển mờ chính là bắt chƣớc cách xử lý thông tin và điều khiển của con ngƣời
đối với các đối tƣợng.
Vấn đề nâng cao chất lƣợng cho các hệ thống công nghiệp, đặc biệt trong
các quá trình sản xuất đang là vấn đề dành đƣợc nhiều sự quan tâm nghiên cứu.
Vì vậy luận văn nghiên cứu phát triển phƣơng pháp điều khiển mờ và áp dụng
trên thiết bị thực là hệ thống điều khiển truyền động bám chính xác.

2. Phạm vi nghiên cứu, đối tƣợng và phƣơng pháp luận
Luận văn nghiên cứu về logic mờ và phát triển phƣơng pháp thiết kế bộ
điều khiển sử dụng logic mờ cho một số lớp đối tƣợng trong công nghiệp.
Phƣơng pháp luận của việc nghiên cứu là xuất phát từ lý thuyết về logic
mờ, thiết kế bộ điều khiển, mô phỏng để kiểm chứng kết quả của việc nghiên
cứu lý thuyết; cuối cùng là tiến hành thí nghiệm thực để đánh giá cả mô phỏng
lẫn lý thuyết.
Việc kiểm nghiệm chất lƣợng bộ điều khiển mờ trên mô hình vật lý cụ thể
là hệ thống truyền động bám chính xác cho thấy có thể giải quyết thành công các
vấn đề điều khiển phức tạp khác trong các hệ thống công nghiệp, ví dụ nhƣ điều
khiển máy vẽ có khả năng vẽ liên tục các đƣờng nét của một hình cho trƣớc.


2

3. Mục tiêu của luận văn
- Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bộ điều khiển mờ áp dụng cho một số
lớp đối tƣợng trong công nghiệp.
- Kiểm chứng bằng mô phỏng và thực nghiệm trên mô hình vật lý cụ thể.
4. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn
4.1. Ý nghĩa lí luận:
- Nghiên cứu ứng dụng một công cụ tính toán mềm trong lĩnh vực điều
khiển và tự động hoá.
- Nâng cao chất lƣợng cho bộ điều khiển mờ giúp đơn giản hóa đƣợc quá
trình thiết kế, loại bỏ thông tin thừa.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Mở ra khả năng ứng dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển các đối tƣợng
công nghiệp, đặc biệt vào các đối tƣợng phi tuyến, tham số bất định, thông tin
không rõ ràng nhƣ: máy điều hoà nhiệt độ, máy giặt; điều khiển mức trong các
balong hơi của các nhà máy giấy, nhà máy nhiệt điện,....

5. Nội dung và bố cục của luận văn
Luận văn được bố cục thành 3 chương với nội dung như sau:
Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống điều khiển tự động
Chƣơng 2: Logic mờ và phƣơng pháp thiết kế bộ điều khiển
Chƣơng 3: Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bộ điều khiển mờ
6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Do trình độ và thời gian hạn chế, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến
góp ý của các thầy, cô giáo và các ý kiến đóng góp của đồng nghiệp.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tình của
PGS.TS.Nguyễn Hữu Công và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Điện
tử, khoa Điện - trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

3

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
1.1. Các hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống tự động từ đơn giản đến phức tạp có mặt rất nhiều trong đời sống và
đã đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hệ thống điều khiển là một
liên kết của nhiều thành phần, tạo nên một cấu hình hệ thống có khả năng đáp ứng chất
lƣợng của các quá trình công nghệ. Ổn định mới chỉ là điều kiện cần đối với một hệ
thống ĐKTĐ. Chất lƣợng một hệ thống điều khiển đƣợc đánh giá qua chỉ tiêu tính ổn
định và chỉ tiêu chất lƣợng ở trạng thái xác lập, quá trình quá độ. Do sự phức tạp của
các hệ thống cần điều khiển ngày càng lớn, bài toán cải thiện và nâng cao chất lƣợng
hệ thống đạt đƣợc hiệu suất tối ƣu luôn đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc
quan tâm nghiên cứu và không ngừng phát triển.

Hệ thống điều khiển kiểu vòng hở (open-loop)
). Trái với các hệ thống điều khiển vòng hở, một hệ thống điều khiển kiểu vòng
kín(closed-loop) sử dụng thêm một giá trị đo của tín hiệu
). Giá
trị đo này đƣợc gọi là tín hiệu phản hồi (feedback signal). Thƣờng thì sự sai khác giữa
tín hiệu ra của quá trình và tín hiệu vào đối sánh đƣợc khuyếch đại và sử dụng để điều
khiển quá trình sao cho sự sai khác liên tục giảm. Khái niệm phản hồi đƣợc coi là nền
tảng cho việc phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển.
1.1.1. Điều khiển truyền thẳng
1.1.1.1. Cấu trúc cơ bản của điều khiển truyền thẳng
1.1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

4
Nhiễu
quá trình
Biến điều
khiển

Biến chủ đạo
(giá trị đặt)

Bộ điều khiển

Đối tƣợng
điều khiển

Biến cần
điều khiển

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản điều khiển truyền thẳng

,
.
1.1.1.2. Các tính chất của điều khiển truyền thẳng
Điều khiển truyền thẳng tuy đơn giản và ƣu điểm quan trọng nhất của điều khiển
truyền thẳng là khả năng loại bỏ nhiễu trƣớc khi nó kịp ảnh hƣởng xấu tới quá trình,
quá trình thiết kế . Song nhƣợc điểm lớn nhất của điều khiển truyền thẳng là cần phải
biết rõ thông tin về quá trình và ảnh hƣởng của nhiễu. Tuy nhiên, mô hình đối tƣợng
và mô hình nhiễu không bao giờ chính xác, không phải nhiễu nào cũng đo đƣợc, nên
sai lệch tĩnh bao giờ cũng tồn tại. Thực tế, bộ điều khiển lý tƣởng không bao giờ có
tính khả thi. Quan trọng hơn nữa, bộ điều khiển trong điều khiển truyền thẳng không
có khả năng ổn định một quá trình không ổn định.
- Ƣu điểm : đơn giản; tác động nhanh (bù nhiễu kịp thời trƣớc khi ảnh hƣởng
tới đầu ra).
- Hạn chế : phải đặt thiết bị đo nhiễu; Không loại trừ đƣợc ảnh hƣởng của nhiễu
không đo đƣợc; Nhạy cảm với sai lệch mô hình; Bộ điều khiển lý tƣởng có thể không
ổn định hoặc không thực hiện đƣợc; Không có khả năng ổn định một quá trình không
ổn định.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

5

1.1.1.3. Ứng dụng của điều khiển truyền thẳng

Mặc dù có những vấn đề nhƣ phân tích trên song sách lƣợc điều khiển truyền
thẳng vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi vì hai lý do:
Thứ nhất, điều khiển truyền thẳng tác động nhanh, cho phép loại bỏ đáng kể
ảnh hƣởng của nhiễu, trƣớc khi nhiễu kịp tác động xấu vào hệ thống, cũng nhƣ giúp hệ
thống đáp ứng nhanh với giá trị đặt thay đổi. Ứng dụng chủ yếu với các bài toán đơn
giản, quá trình pha cực tiểu, yêu cầu chất lƣợng không cao.
Thứ hai điều khiển truyền thẳng tuy không có khả năng ổn định một quá trình
không ổn định. Nếu kết hợp một cách khéo léo với điều khiển phản hồi, điều khiển
truyền thẳng có thể cải thiện đặc tính quá độ của hệ thống một cách đáng kể nhƣ bù
nhiễu đo đƣợc (chủ yếu là bù tĩnh), lọc trƣớc (tiền xử lý) tín hiệu chủ đạo.
- Bài toán điều khiển đơn giản: một số bài toán điều khiển đơn giản, chủ yếu
cho những quá trình ổn định, yêu cầu chất lƣợng vừa phải có thể sử dụng sách lƣợc
điều khiển truyền thẳng thuần tuý.
-

: điều khiển phản hồi có thể kết hợp sử dụng điều

khiển truyền thẳng dƣới nhiều hình thức, ví dụ kết hợp cùng mức hoặc trong cấu trúc
điều khiển tầng.
-

thống điều khiển cấp nguyên liệu (đá vôi, đất sét, thạch cao và phụ gia) và nhiên liệu
(than, dầu, không khí) sử dụng sách lƣợc điều khiển tỉ lệ.
1.1.2. Điều khiển phản hồi
1.1.2.1. Cấu trúc cơ bản của điều khiển phản hồi
Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điều khiển phản hồi đƣợc minh hoạ trên
hình 1.2. Có thể nói, hầu hết cấu hình điều khiển
.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

6

f(t)
x(t)

y(t)

u(t)

e(t)
BĐK
(-)

Đối tƣợng
ĐK

TB đo lƣờng và chuyển
đổi tín hiệu

Hình 1.2. Cấu trúc điều khiển phản hồi
Trong đó:
x(t) : Biến chủ đạo (giá trị đặt)
y(t) : Biến cần điều khiển
u(t) : Biến điều khiển
e(t) : Sai lệch điều khiển
f(t) : Nhiễu quá trình
Hệ thống điều khiển phản hồi là một hệ thống điều khiển có khuynh hƣớng duy

trì một mối quan hệ đƣợc định trƣớc giữa các giá trị biến thiên của hệ thống bằng các
phép so sánh giữa các giá trị này, sử dụng sự sai khác nhƣ một phƣơng thức điều
khiển. Hệ thống điều khiển phản hồi thƣờng sử dụng hàm mô tả một mối quan hệ xác
định trƣớc giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào đối sánh để điều khiển quá trình. Bộ điều
khiển có chức năng nhận tín hiệu đo, so sánh với tín hiệu đặt, thực hiện thuật toán điều
khiển và đƣa ra tín hiệu điều khiển để can thiệp vào biến điều khiển thông qua thiết bị
chấp hành. Trong một hệ thống điều khiển phản hồi, các bộ điều khiển có thể đƣợc
thực hiện dƣới dạng một thiết bị điều khiển vòng đơn, hoặc một khối phần mềm cài
đặt trong thiết bị điều khiển chia sẻ nhƣ DCS, PLC hoặc máy tính cá nhân công
nghiệp. Một bộ điều khiển đa biến bao giờ cũng đƣợc cài đặt trên một thiết bị điều
khiển chia sẻ. Bên cạnh những chức năng điều khiển cơ sở, các thiết bị điều khiển chia
sẻ còn có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhƣ tính toán, ghi chép, cảnh giới và
điều khiển cao cấp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full