Tài liệu Lý thuyết điều khiển hiện đại_ Content pptx

Mục lục


Chương 1: CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN MỀM ........................................5
1.1. Giới thiệu về công nghệ tính toán mềm ........................................6

1.2. ðiều khiển mờ .................................................................................6
1.2.1. Khái niệm cơ bản.....................................................................7
1.2.2. Bộ ñiều khiển mờ...................................................................15
1.2.3. Thiết kế PID mờ ....................................................................29
1.2.4. Hệ mờ lai ...............................................................................35
1.2.5. Ứng dụng ñiều khiển mờ trong thiết kế hệ thống..................38

1.3. Mạng nơron nhân tạo...................................................................60
1.3.1. Cấu trúc mạng nơron nhân tạo...............................................60
1.3.2. Phân loại mạng nơron nhân tạo .............................................64
1.3.3. Các phương pháp huấn luyện mạng nơ-ron...........................66
1.3.4. Mạng truyền thẳng một lớp ...................................................67
1.3.5. Mạng truyền thẳng nhiều lớp ................................................77
1.3.6. Nhận dạng mô hình và ñiều khiển sử dụng mạng nơron .......80
1.3.7. Thuật toán học trực tuyến cấu trúc, thông số mạng nơron
mờ ñộng .........................................................................84
1.3.8. Kết luận..................................................................................93

1.4. Thuật toán di truyền (GA)...........................................................94
1.4.1. Giới thiệu ...............................................................................94
1.4.2. Các phép toán của thuật toán di truyền..................................94
1.4.3. Cấu trúc của thuật toán di truyền tổng quát...........................99
1.4.4. Ví dụ minh họa ....................................................................100
1.4.5. Kết luận................................................................................107

1.5. Sự kết hợp các thành phần của tính toán mềm........................108
1.5.1. Kết hợp mạng nơ-ron nhân tạo và logic mờ ........................108
1.5.2. Kết hợp giải thuật di truyền và logic mờ .............................109
1.5.3. Kết hợp mạng nơ-ron và giải thuật di truyền.......................110

1.6. Hệ thống ñiều khiển tích hợp.....................................................113
1.6.1. Khái niệm.............................................................................113
1.6.2. Một số hệ thống tích hợp .....................................................113
1.6.3. Ứng dụng thuật toán GA thiết kế bộ ñiều khiển PID
tối ưu H
2
/H
∞
................................................................114

Câu hỏi ôn tập và bài tập ................................................................124


Chương 2 ðIỀU KHIỂN TỐI ƯU.........................................................125
2.1 Chất lượng tối ưu.........................................................................125
2.1.1 ðặc ñiểm của bài toán tối ưu ................................................125
2.1.2 Xây dụng bài toán tối ưu ......................................................129
2.1.3 Ví dụ .....................................................................................135

2.2 Các phương pháp ñiều khiển tối ưu...........................................154
2.2.1 Phương pháp biến phân cổ ñiển Euler_Lagrange .................154
2.2.2 Phương pháp quy hoạch ñộng Belman .................................173
2.2.3 Nguyên lý cực tiểu Pontryagin _ Hamilton ..........................181
2.2.4 Nhận xét................................................................................202

2.3 ðiều khiển tối ưu các hệ tuyến tính với phiếm hàm dạng toàn
phương ..........................................................................................203
2.3.1 Ổn ñịnh Lyapunov ñối với hệ thống tuyến tính....................203
2.3.2 ðiều khiển tối ưu hệ tuyến tính với chỉ tiêu chất lượng dạng
toàn phương _ Phương trình Riccati ñối với hệ liên tục.......204
2.3.3 Phương trình Riccati ñối với hệ rời rạc ................................206
2.3.4 Các bước giải bài toán toàn phương tuyến tính ....................209
2.3.5 Nhận xét................................................................................219

2.4 Ứng dụng Matlab giải bài toán tối ưu........................................219
2.4.1 Tối ưu hoá tĩnh......................................................................219
2.4.2 ðiều khiển tối ưu cánh tay máy hồi tiếp góc θ .....................220
2.4.3 Hệ thống tác ñộng nhanh ......................................................225
2.4.4 LQR liên tục và rời rạc .........................................................234

Câu hỏi ôn tập và bài tập ..................................................................252


Chương 3: ðIỀU KHIỂN THÍCH NGHI..............................................257
3.1 Khái niệm .....................................................................................257
3.1.1 ðịnh nghĩa ............................................................................257
3.1.2 Nhận dạng hệ thống ..............................................................257
3.1.3 Ước lượng tham số thích nghi thời gian thực.......................258
3.1.4 Phân loại ...............................................................................258
3.1.5 Ứng dụng ..............................................................................259

3.2 Hệ thích nghi mô hình tham chiếu – MRAS .............................260
3.2.1 Sơ ñồ chức năng ..................................................................260
3.2.2 Luật MIT ..............................................................................261
3.2.3 Nội dung, phương pháp thiết kế MRAS ...............................266

3.2.4 Thiết kế MRAS dùng lý thuyết ổn ñịnh của Lyapunov........308
3.2.5 Kết luận ................................................................................320

3.3 Bộ tự chỉnh ñịnh...........................................................................321
3.3.1 ðặt vấn ñề ............................................................................321
3.3.2 Bộ tự chỉnh ñịnh gián tiếp.....................................................323
3.2.3 Bộ tự chỉnh ñịnh trực tiếp .....................................................330
3.3.4 Kết nối giữa MRAS và STR.................................................338
3.3.5 ðiều khiển dự báo thích nghi................................................340
3.3.6 Kết luận.................................................................................350

3.4 Chỉnh ñịnh tự ñộng và lịch trình ñộ lợi .....................................351
3.4.1 Giới thiệu ..............................................................................351
3.4.2 Kỹ thuật chỉnh ñịnh ..............................................................352
3.4.3 Lịch trình ñộ lợi ....................................................................355
3.4.4 Xây dựng lịch trình...............................................................356
3.4.5 Ứng dụng .............................................................................359
3.4.6 Kết luận.................................................................................361

3.5. ðiều khiển mờ thích nghi...........................................................361
3.5.1. ðiều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa.......................................362
3.5.2. Thiết kế BðK mờ thích nghi gián tiếp ................................364
3.5.3. Thết kế BðK mờ thích nghi trực tiếp ..................................371
3.5.4. Một số ứng dụng..................................................................375

3.6. ðiều khiển thích nghi hệ ñộng mạng DFNN ............................394
3.6.1. ðiều khiển thích nghi dựa trên mô hình ngược DFNN .......394
3.6.2. Quy trình ñiều khiển thích nghi với mạng DFNN ...............395
3.6.3. ðiều khiển thích nghi hệ ñộng với khâu PD bù sai số.........397
3.6.4. Ví dụ minh họa ....................................................................398

Câu hỏi ôn tập và bài tập ........................................................................408

Chương 4 ðIỀU KHIỂN BỀN VỮNG..................................................411
4.1 Giới thiệu ......................................................................................411
4.1.1 Khái niệm ñiều khiển bền vững............................................411
4.1.2 Chuẩn của tín hiệu ................................................................412
4.1.3 ðại số ma trận.......................................................................414
4.1.4 Trị suy biến của ma trận – ñộ lợi chính ................................420
4.1.5 Ổn ñịnh nội ...........................................................................423
4.1.6 ðịnh lý ñộ lợi nhỏ.................................................................424
4.1.7 Ổn ñịnh bền vững .................................................................424

4.2 Phương pháp LQG ......................................................................427
4.2.1 ðặt vấn ñề.............................................................................427
4.2.2 Bộ quan sát ...........................................................................428
4.2.3 Bộ lọc Kalman ......................................................................430
4.2.4 Giải thuật thiết kế LQG ........................................................441
4.2.5 Ví dụ .....................................................................................443

4.3 ðiều khiển bền vững H
∞
∞∞
∞
..............................................................446
4.3.1 Biểu ñồ Bode ña biến............................................................446
4.3.2 Hàm nhạy và hàm bù nhạy ...................................................449
4.3.3 Thiết kế bền vững H
∞
...........................................................454

4.3.4 Nắn dạng vòng H
∞
................................................................462

4.4 Thiết kế tối ưu H
2
.........................................................................467
4.4.1 ðặt vấn ñề.............................................................................467
4.4.2 Tối ưu H
2
..............................................................................467
4.4.3 Vấn ñề H
2
và lời giải của nó.................................................469

4.5 Ứng dụng trong Matlab ..............................................................472
4.5.1 LQG hệ lò xo ñệm ................................................................472
4.5.2 Thiết kế H
∞
cánh tay mềm dẻo .............................................476
4.5.3 ðiều khiển bền vững H
∞
với bài toán bồn nước...................483
4.5.4 Ứng dụng thuật toán GA thiết kế bộ ñiều khiển PID tối ưu
H
2
/H
∞
................................................................................492

Câu hỏi ôn tập và bài tập ........................................................................499

Tài liệu tham khảo...................................................................................501