Ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lượng hệ truyển 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


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-i-

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 q trình mô tả ngƣời ta thƣờng đƣa ra các giả thiết
nhƣ bỏ qua khâu động khó mơ hình hoặc coi tham số không đổi theo thời gian. Tuy
nhiên trong thực tế các giả thiết đó khơng đáp ứng đƣợc, vì vậy hệ điều khiển thích
nghi (ĐKTN) là khơng 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 tháo- 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 hồn thành.
Qua đây tơi 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 bảo cặn kẽ để tơi hoàn thành luận văn này
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 hồn thành tốt cơng 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 cịn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chƣa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- ii -

Chuyên ngành: Tự động hóa

nhiều, nên bản thuyết minh khơng 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- iii -

Chuyên ngành: Tự động hóa

LỜI CAM ĐOAN
Tên tơi 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.
Tơi cam đoan tồn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hƣớng của
giáo viên hƣớng dẫn, khơng 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 tơi hồn tồn chịu trách nhiệm.
Tác giả luận văn

Nguyễn Đại Triêm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- iv -

Chuyên ngành: Tự động hóa

MỤC LỤC

Nội dung

Trang

Trang bìa phụ
LỜI NĨI 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 mơ hình mẫu

7

1.1.2.3. Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh

8

1.1.3. Hệ ĐKTN theo mơ 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
1.2. Những vấn đề chung về hệ điều khiển bền vững

13
15

1.2.1. Định nghĩa

15

1.2.2. Mơ hình mơ 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-v-

Chuyên ngành: Tự động hóa

2.1.1 Tín hiệu chuẩn hố (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
3.1. Đặt vấn đề

41
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. Mơ 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 vịng tốc độ thích nghi bền vững

60

3.2.3. Tính tốn thơng 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

- vi -

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 mơ 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 mơ
hình mẫu

MIT

Massachusetts

Institute

of

Technology-

Viện

Cơng

nghệ

Massachusetts
x(t)

Véc tơ trạng thái của hệ

y(t)

Tín hiệu

u(t)

Tín hiệu điều khiển

Xm, Xs

Các véc tơ trạng thái của mơ hình mẫu và q trình

Am, Bm

Ma trận hằng của mơ hình mẫu

AS(t), BS(t)

Các ma trận biến thiên theo thời gian do tác động của nhiễu bên
ngoài hoặc bên trong hệ thống

V(.)

Hàm Lyapunov

θm , θs

Tín hiệu ra của mơ hình và đối tƣợng

ˆ
~


Véc tơ tham số xấp xỉ



Ma trận chỉnh định thích nghi

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- vii -

Chuyên ngành: Tự động hóa

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên các bảng

Trang

Bảng 3.1: Tổng hợp phƣơng trình tốn học mơ tả hệ thống tháo-quấn băng

53

vật liệu
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 mơ 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 mơ hình mẫu trực tiếp

10

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

11

Hình 1.8 Sơ đồ mơ tả sai lệch giữa mơ hình và đối tƣợng

16

Hình 1.9 Sơ đồ mơ tả sai lệch cộng

20

Hình 1.10 Sơ đồ mơ tả sai lệch nhân

21

Hình 1.11 Sơ đồ mơ 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 Mơ 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, mơmen của các động cơ

55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- viii -

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 mơ

hình và có nhiễu giới hạn

57

Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện

59

Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện thu gọn

59

Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ

60

Hình 3.14 Sơ đồ mơ phỏng SIMULINK của hệ thống

67

Hình 3.15 Mơ 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 mơ đun chuẩn hố

69

Hình 3.19 Mơ đun điều khiển Up

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 khơng đổi và Mc có dạng xung

71

Hình 3.22 Đặc tính ra của hệ khi r khơng 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-1-

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 mơ 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 khơng thể hoặc rất khó mơ hình hố.
Ngồi ra trong q trình làm việc hệ cịn 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 khơng có phần tử khơng mơ hình hố đƣợc.
- Các tham số chƣa biết không biến thiên theo thời gian.
- Trong qua trình làm việc hệ khơng chịu nhiễu tác động.
Trong thực tế các giả thiết trên là không thể thoả mãn vì trong q trình làm
việc hệ ln chịu tác động của nhiễu, mơ hình có phần khơng mơ hình hố đƣợc,
sai số trong việc xác định tín hiệu vào ra ... Vì vậy sử dụng hệ ĐKTN cho đối
tƣợng này hệ sẽ khơng bền vững.
Nhƣ vậy ngồi 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 .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-2-

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 tốn 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 thơng 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 mơ 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-3-

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 cịn 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 cơng nghệ hiện đại địi 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 khơng 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 q trình điều khiển máy bay có nhiều thơng 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 q lớn mà
chƣa có khả năng giải quyết đƣợc. Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ thơng tin, kỹ thuật điện, điện tử, máy tính... cho phép giải đƣợc những bài tốn
đó một cách thuận lợi nên hệ thống ĐKTN đƣợc ứng dụng rất rộng rãi vào thực tế.
Hệ ĐKTN có mơ 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-4-

Chuyên ngành: Tự động hóa

Trong cơng việc điều khiển các chuyến bay do cịn tồn tại nhiều hạn chế nhƣ:
thiếu phƣơng tiện tính tốn, xử lý tín hiệu và lý thuyết cũng chƣa thật hồn 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 tốn 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 cơng của thập kỷ 70 cịn 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 khơng mơ hình hố
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 khơng mơ hình hố 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 thơng số khơng biết trƣớc, biến đổi theo thời gian và
trong quá trình làm việc hệ chịu nhiễu tác động.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

-5-

Cuối thập kỷ 80 có các cơng trình nghiên cứu về hệ ĐKTN đặc biệt là MRAC
cho các các đối tƣợng có thơng 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

2

A

TT

I

U
S

R

+

Y

1

Hình 1. 1: Cấu trúc chung của hệ điều khiển thích nghi
1: Khối cơ bản.

2: Khối thích nghi

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:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-6-

Chuyên ngành: Tự động hóa

+ 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 tốn: 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 tốn.
Kết quả tính tốn đƣợc đƣa vào cơ cấu thích nghi để tính tốn 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 mơ hình mẫu).
+ Hệ điều khiển thích nghi gián tiếp (có mơ 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 mơ hình đối tƣợng.
+ Giai đoạn 2: Trên cơ sở đánh giá các thông số của đối tƣợng, ta tiến
hành tính tốn các thơng 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:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

-7-

- Hệ điều khiển thích nghi điều chỉnh hệ số khuếch đại;
- Hệ điều khiển thích nghi theo mơ 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
BƠ ĐIỀU CHỈNH
HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI
U
_

BỘ
ĐIỀU KHIỂN

Ym

ĐỐI TƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN

Ys

Hình 1.2: Hệ ĐKTN 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 thơng 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 mơ hình mẫu
BỘ
ĐIỀU KHIỂN

ĐỐI TƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN

CƠ CẤU
THICH NGHI

Ym
MƠ HÌNH MẪU

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mơ hình mẫu MRAC
Tín hiệu vào của mạch vịng thích nghi là sai lệch của tín hiệu của mơ hình
mẫu và của đối tƣợng. Mơ hình mẫu đƣợc chọn sao cho đặc tính của mơ hình mẫu
là đặc tính mong muốn.
Mơ 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) = ym- ys tiến về 0 và hệ
ổn định. Tham số điều khiển là sai số giữa tín hiệu của mơ hình mẫu và tín hiệu ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-8-

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 mơ hình của đối tƣợng và dùng để tính tốn
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, θC là véc tơ giá trị đánh giá tham
số của bộ điều khiển, P(θ) là mơ 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 tốn lại
bộ điều khiển nhƣ là tham số thật của đối tƣợng thông qua giải phƣơng trình đại số:
θC(t) = F(θ (t)) tại thời điểm t.
Do đó bộ điều khiển có luật C(θC(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 thơng qua việc giải phƣơng
trình đại số nên đƣợc gọi là ISTR.

U

TT Thông số
c(t)=F[(t)]

Đánh giá on-line
tham số (t)]

Bộ điều khiển

Đối tƣợng

Ys

Hình 1. 4: Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gián tiếp: ISTR

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

-9-

* Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp DSTR
Trong hệ DSTR (Hình 1.5) các tham số của mơ hình P(θC) đƣợc biểu diễn theo
tham số của đối tƣợng sao cho thoả mãn các u cầu chất lƣợng.
Khi đó mơ hình đƣợc tham số hố dạng Pc(θC) và bộ đánh giá online đánh giá
các giá trị của véc tơ tham số θC là θC(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 tốn trực tiếp khơng phải qua
giải phƣơng trình. Vì vậy mà DSTR là kiểu đánh giá mơ hình đối tƣợng khơng
tƣờng minh.
Đánh giá on-line
tham số θ(t)
U

Bộ điều khiển

Đối tƣợng

Ys

Hình 1. 5: Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp: DSTR
* 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 mơ hình mẫu MRAC (Model Reference Adaptive
Control)
MRAC xuất phát từ phƣơng pháp điều khiển theo mơ hình mẫu (MRC), trong
phƣơng pháp điều khiển theo mơ hình mẫu véc tơ tham số của bộ điều khiển θC*
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 khơng thể tính đƣợc véc tơ tham số của bộ điều khiển θC*.
Do đó phƣơng pháp điều khiển theo mơ hình mẫu chỉ áp dụng đƣợc với đối tƣợng
có thơng số và cấu trúc biết trƣớc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

- 10 -

Để giải bài tốn điều khiển theo mơ hình mẫu mà đối tƣợng có thơng số thay
đổi và cấu trúc khơng biết trƣớc thì phƣơng pháp điều khiển theo mơ hình mẫu cần
kết hợp với phƣơng pháp điều khiển thích nghi để thay thế θC* trong luật điều khiển
bằng véc tơ thơng số đánh giá θC , từ đó phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mơ
hình mẫu ra đời.

Tuỳ theo cách thu đƣợc véctơ θ(t), MRAC có hai phƣơng pháp:
+ Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu trực tiếp.
+ Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu gián tiếp.
1.1.3.1. Phương pháp MRAC trực tiếp
Với phƣơng pháp MRAC trực tiếp, thông số của bộ điều khiển θC(t) đƣợc xác
định theo yêu cầu về chất lƣợng của đối tƣợng điều khiển và biểu diễn dƣới dạng
tham số trong mơ hình đối tƣợng điều khiển:
Gp(s, θ*)  Gp(s, θC*)
Tại mỗi thời điểm bộ đánh giá sẽ tính trực tiếp θC*(t) từ tín hiệu vào uS(t) và tín
hiệu ra yS(t) của đối tƣợng điều khiển. Thơng số θC*(t) sẽ đƣợc sử dụng để tính tốn
các thơng số của bộ điều khiển θC(t).
Sơ đồ hệ MRAC trực tiếp đƣợc chỉ ra trên hình 1.6
ym

MƠ HÌNH MẪU
Wm(s)

BỘ ĐIỀU KHIỂN

u

+

ĐỐI TƢỢNG

Gp(s, θ*)  Gp(s, θC*)

C(θC)
uc

e(t)

y

BỘ XÁC ĐỊNH
THAM SỐ LÀM VIỆC θC*

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

- 11 -

Trong phƣơng pháp MRAC trực tiếp véctơ θC(t) đƣợc điều chỉnh trực tiếp mà
khơng phải qua q 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(θC(t))
và thuật toán của bộ đánh giá θC(t) sao cho thoả mãn yêu cầu chất lƣợng của hệ
thống điều khiển.
1.1.3.2. Phương pháp MRAC gián tiếp
Trong MRAC gián tiếp các thơng số của đối tƣợng đƣợc nhận biết trong q
trình làm việc và đƣợc sử dụng để tính tốn 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 yS(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 tốn các
thơng số bộ điều khiển θC(t) nhờ giải phƣơng trình: θC(t) = F[θ (t)].
Luật điều khiển C[θC(t)] đƣợc xây dựng ở mỗi thời điểm phải thoả mãn các chỉ
tiêu của hệ ứng với mơ hình đánh giá của đối tƣợng GS[p,θ *(t)]. Nhƣ vậy vấn đề
chính của MRAC gián tiếp là chọn luật điều khiển C[θC(t)] và bộ đánh giá các tham
số θ(t), sao cho C[θC(t)] đáp ứng đƣợc các yêu cầu của mơ hình đối tƣợng GS(θ*)
với θ* chƣa xác định.
ym

MƠ HÌNH MẪU
Wm(s)

BỘ ĐIỀU KHIỂN

u

+

ĐỐI TƢỢNG

Gp(s, θ*)  Gp(s, θC*)

C(θC)
uc

BỘ TÍNH TỐN

θC(t) = F[θ (t)]

e(t)

y

BỘ XÁC ĐỊNH
THAM SỐ LÀM VIỆC θC*

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- 12 -

Chuyên ngành: Tự động hóa

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 mơ hình mẫu. Mơ hình mẫu là một mơ hình tốn 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 mơ hình mẫu với tín hiệu ra
của q trình.
Mơ hình mẫu đƣợc mơ tả bởi phƣơng trình:
 A X B U
X
m

m
m
m
m
Ym  CX m
Hệ thống đƣợc mô tả bởi phƣơng trình

(1.1.1)

  A ( t )X  B ( t ) U
X
s
s
s
s
s
Ys  CX s

(1.1.2)

Trong đó:
 ,X
 : Là các véctơ trạng thái của mơ hình mẫu và q trình
X
m
s
A m , Bm : Là các ma trận hằng của mơ hình mẫu
A s ( t ) , Bs ( t ) : Là các ma trận của quá trình (biến thiên theo thời gian do tác

động của nhiễu bên ngoài hoặc bên trong hệ thống).

Ym , Ys : Là các véctơ tín hiệu ra của mơ hình và của hệ thống

Sai lệch tín hiệu ra là:
 = Ym - Ys = C.e

(1.1.3)

Trong đó:
C : là ma trận hàng C = [ 1 0 . . . 0 ]
e = Xm - Xs: là sai số tổng quát

(1.1.4)

Tiêu chuẩn tối ƣu ở đây có thể xem nhƣ một hàm:
IP = F(, C, t, aim, ais)

(1.1.5)

Trong đó: aim, ais là các thơng số của mơ hình và của q trình.
Mục tiêu cơ cấu thích nghi ở đây là điều chỉnh thơng số nào đó sao cho hệ
thống mơ hình có sai lệch nhỏ nhất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- 13 -

Chuyên ngành: Tự động hóa

lime(t)  0

(1.1.6)

t

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 khơng bền vững đối với nhiễu và khi đối
tƣợng có các phần tử phi tuyến khơng thể mơ hình hố đƣợc. Ngồi 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 khơng có nhiễu tác động và các động học đều có thể mơ hình hố đƣợc. Song
trong thực tế các sơ đồ thực hiện trên các thiết bị thực thƣờng khác với các mơ 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 mơ hình thay thế và mơ hình
thực sẽ ảnh hƣởng đến tính ổn định của hệ .Vì vậy mà đặc tính của mơ hình lý
tƣởng khơng thể áp dụng cho mơ hình thực.
Khi thiết kế hệ ĐKTN cho hệ thực phải chấp nhận các giả thiết sau:
- Khơng có phần tử khơng mơ hình hố đƣợc và biết đặc tính phi tuyến.
- Các thơng số khơng biết không thay đổi theo thời gian.
- Đối tƣợng trong q trình làm việc khơng 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 mơ hình và sai số trong việc xác định tín hiệu vào ra của đối
tƣợng thì hệ ĐKTN khơng 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).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- 14 -

Chuyên ngành: Tự động hóa

Mơ tả tốn 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* = ε1γu ; ε1 = y-θu
Trong đó θ là đánh giá trực tuyến của θ*, chứng minh đƣợc rằng θ bị chặn và
lúc này ε1→ 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
y

1 - μs

u
(s  a)(1  μs)

(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:
~y 

1
u
(s  a)

~
y là giá trị đầu khi µ = 0.

Từ (1.1.7) ta có: y = G0[1+∆m(s)]u
Trong đó :
G 0 (s) 

1
s-a

và

Δ m (s)  

2μs
1  μs

Biểu thức này có thể biểu diễn bằng phƣơng trình trạng thái
  ax  z u
X

µz = -z+2u

(1.1.8)

y = x
Trong hệ phƣơng trình trên nếu ta cho µ = 0 thì hệ phƣơng trình cịn lại là:
  ax  b
X
~
yx

(1.1.9)

x biểu thị trạng thái khi µ = 0

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- 15 -

Chuyên ngành: Tự động hóa

Sau khi có mơ 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 khơng 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 khơng mơ 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 G0(p) mà cho
một lớp các mơ hình đối tƣợng G(p) trong đó có đối tƣợng G0(p). Hoặc cho cả một
lớp các mơ hình các sai lệch D so với G0(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 mơ hình đối tƣợng G. Hoặc
cho một lớp các mơ hình có sai lệch D so với đối tƣợng.
1.2.2. Mơ hình mơ tả hệ phi tuyến
Khi thiết kế hệ thống điều khiển, nhiệm vụ đầu tiên là tìm mơ hình tốn học
của đối tƣợng. Xây dựng đƣợc mơ hình tốn học mơ tả đầy đủ, chính xác đối tƣợng
là một nhiệm vụ khó khăn, thậm chí tìm đƣợc mơ hình mơ tả chính xác đối tƣợng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Tự động hóa

- 16 -

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 khơng xác định của đối tƣợng từ đó tìm cách mơ tả
chúng. Khi các sai lệch của mơ hình đối tƣợng đƣợc mơ tả bằng một vài dạng tốn
học nào đó thì có thể sử dụng chúng để phân tích tính bền vững của bộ điều khiển
khi thiết kế cho mơ 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 khơng bền vững. Do đó giữa mơ hình thay thế và đối tƣợng thực
sẽ tồn tại một sai lệch nào đó.
Sai lệch về cấu trúc của mơ hình đƣợc chia thành hai dạng sau:
+ Sai lệch có cấu trúc
+ Sai lệch khơng 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 mơ hình và đối
tƣợng nhƣ hình vẽ 1.8.

u(t)

e(t)

n1(t)

n2(t)
R(p)

x(t)

S0(p)

n3(t)
y(t)

S
Hình 1.8: Sơ đồ mơ tả sai lệch giữa mơ hình và đối tượng
S: Đối tƣợng cần điều khiển
S0(p): Mơ hình đối tƣợng chuẩn
R(p): Bộ điều khiển xây dựng trên cơ sở hiểu biết về đối tƣợng
∆S: Sai lệch giữa mơ hình và đối tƣợng (các thành phần khơng mơ hình đƣợc)
e(t), x(t), y(t) : Các tín hiệu nội.
u(t), n1(t), n2(t), n3(t): Tín hiệu bên ngồi tác động.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN