Mô tả:
NGUYỄN MẠNH ĐẠT
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU BỀN VỮNG
CHO HỆ CÓ THÔNG SỐ BẤT ĐỊNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
- 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
NGUYỄN MẠNH ĐẠT
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU BỀN VỮNG
CHO HỆ CÓ THÔNG SỐ BẤT ĐỊNH
Chuyên ngành: Tự động hóa
Mã số: 60520216
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS NGUYỄN HỮU CÔNG
- 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
i
LỜI CAM ĐOAN
.
Thái nguyên, tháng 5 năm 2014
n văn
Nguyễn Mạnh Đạt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ii
.
.
,
Khoa Sau Đại học
.
Thái nguyên, tháng 5 năm 2014
Nguyễn Mạnh Đạt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iii
MỤC LỤC
.......................................................................................................... i
............................................................................................................. ii
Mục lục ................................................................................................................. iii
.............................................................................................. vi
, đồ thị ............................................................................... vi
MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...........................................................2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƢỢNG VẬT LÝ BẤT ĐỊNH ............3
1.1 Giới thiệu ..........................................................................................................3
1.2 Chuẩn của tín hiệu và hệ thống ........................................................................4
1.2.1 Chuẩn tín hiệu ...............................................................................................4
1.2.2 Chuẩn hệ thống..............................................................................................5
1.3 Mô hình không chắc chắn có cấu trúc ..............................................................5
1.4 Mô hình không chắc chắn không cấu trúc .......................................................6
1.4.1 Mô hình nhiễu nhân ......................................................................................6
1.4.2 Mô hình nhiễu cộng ......................................................................................7
1.4.3 Mô hình nhiễu cộng ngược ...........................................................................8
1.4.4 Mô hình nhiễu nhân ngược ...........................................................................8
1.4.5 Xây dựng mô hình không chắc chắn .............................................................9
1.4.5.1 Phương pháp thứ nhất ................................................................................9
1.4.5.2 Phương pháp thứ hai ................................................................................10
1.4.5.3 Các ví dụ xây dựng mô hình không chắc chắn ........................................11
1.5 Kết luận chương 1 ..........................................................................................17
CHƢƠNG 2. ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU BỀN VỮNG CHO HỆ CÓ THÔNG
SỐ BẤT ĐỊNH ....................................................................................................18
2.1 Tổng quan về điều khiển tối ưu bền vững......................................................18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iv
2.1.1 Nghiên cứu về điều khiển H ......................................................................18
2.1.2. Nghiên cứu về điều khiển tối ưu bền vững H2/H .....................................22
2.2. Các khái niệm cơ bản ....................................................................................27
2.2.1 Điều khiển bền vững ...................................................................................27
2.2.2 Khái niệm về ổn định nội ............................................................................28
2.2.3 Định lý độ lợi nhỏ (Small Gain Theorem) ..................................................28
2.2.4. Ổn định bền vững .......................................................................................29
2.2.4.1 Định lý ổn định bền vững.........................................................................29
2.2.4.2 Điều kiện ổn định bền vững đối với sai số cộng ......................................30
2.2.4.3 Điều kiện ổn định bền vững với sai số nhân ở đầu ra ..............................30
2.3. Điều khiển bền vững H ...............................................................................31
2.3.1 Biểu Đồ Bode Đa Biến (Multivariable Bode Plot) ....................................31
2.3.2 Hàm nhạy và hàm bù nhạy ..........................................................................31
2.4. Thiết kế bền vững H∞ ....................................................................................37
2.4.1 Mô tả không gian H và RH ......................................................................37
2.4.2 Sai số mô hình phân tích coprime ...............................................................38
2.4.3 Bài toán ổn định bền vững H∞.....................................................................40
2.4.4 Nắn dạng vòng H∞ .......................................................................................45
2.4.4.1 Thủ tục thiết kế nắn dạng vòng H (LSDP – Loop Shaping Design
Procedure) ............................................................................................................45
2.4.4.2 Sơ đồ điều khiển .......................................................................................48
2.4.4.3 Lựa chọn các hàm nắn dạng W1,W2 .........................................................50
2.5 Điều khiển tối ưu bền vững H2/H .................................................................50
2.6 Kết luận chương 2 ..........................................................................................52
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO XE HAI
BÁNH TỰ CÂN BẰNG .....................................................................................53
3.1 Giới thiệu mô hình xe hai bánh tự cân bằng ..................................................53
3.1.1 Mô hình cơ khí ............................................................................................53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
v
3.1.2 Mô hình toán học.........................................................................................54
3.2 Thiết kế bộ điều khiển định dạng vòng H∞ đủ bậc ........................................58
3.2.1 Lựa chọn hàm định dạng .............................................................................58
3.2.2 Tính
min
......................................................................................................59
3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển định dạng vòng H∞ bậc đầy đủ...............................61
3.3 Thiết kế điều khiển tối ưu bền vững cho xe hai bánh tự cân bằng ................62
3.4 Kết quả thực nghiệm điều khiển trên mô hình robot hai bánh tự cân bằng ...........67
3.5 Kết luận chương 3 ..........................................................................................68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................71
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1 Các thông số của robot.............................................................................................. 57
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Mô hình nhiễu nhân................................................................................. 7
Hình 1.2 Mô hình nhiễu cộng................................................................................. 7
Hình 1.3 Mô hình nhiễu cộng ngược ..................................................................... 8
Hình 1.4 Mô hình nhiễu nhân ngược ..................................................................... 8
Hình 1.5 Biểu đồ bode của Wm ( j ) .................................................................... 12
Hình 1.6 Biểu đồ bode của đối tượng thực có hằng số không chắc chắn ............ 13
Hình 1.7 Biểu đồ bode của mô hình nhiễu nhân của đối tượng thực ................... 13
Hình 1.8 Biểu đồ bode của Wm ( j ) ................................................................... 14
Hình 1.9 Biểu đồ bode của hệ có cực không chắc chắn ....................................... 15
Hình 1.10 Biểu đồ bode của mô hình nhiễu cộng ngược ..................................... 15
Hình 1.11 Cấu trúc M -
của đối tượng bất định ................................................ 16
Hình 1.12 Cấu trúc của đối tượng ........................................................................ 16
Hình 1.13 Biến đổi cấu trúc đối tượng ................................................................. 17
Hình 2.1: Mô hình điều khiển bền vững .............................................................. 27
Hình 2.2 : Sơ đồ hệ thống dùng để phân tích ổn định nội .................................... 28
Hình 2.3 : Hệ thống hồi tiếp vòng kín .................................................................. 29
Hình 2.4 : Sơ đồ cấu trúc phân tích ổn định bền vững ......................................... 29
Hình 2.5 : Sai số cộng .......................................................................................... 30
Hình 2.6 : Sai số nhân ở đầu ra ............................................................................ 30
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vii
Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống hồi tiếp âm .................................................................. 32
Hình 2.8: Độ lợi vòng và các ràng buộc tần số thấp và tần số cao. ..................... 36
Hình 2.9: Biểu diễn sai số mô hình phân tích coprime bên trái ........................... 40
Hình 2.10: Sơ đồ phân tích ổn định bền vững với mô hình có sai số LCF .......... 40
Hình 2.11: Thủ tục thiết kế nắn dạng vòng H ................................................. 47
Hình 2.12: Sơ đồ điều khiển hồi tiếp đơn vị ........................................................ 48
Hình 2.13: Sơ đồ điều khiển hồi tiếp đơn vị với bộ điều khiển đạt được từ LDSP..... 49
Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển cải tiến với bộ điều khiển đạt được từ LDSP ......... 49
Hình 2.15. Hệ thống với nhiễu loạn mô hình đối tượng và nhiễu ngoài ............. 50
Hình 3.1 Kích thước robot hai bánh tự cân bằng ................................................. 53
Hình 3.2 Sơ đồ đơn giản của robot ...................................................................... 54
Hình 3.3 Đáp ứng xung của mô hình hệ thống cân bằng robot ........................... 58
Hình 3.4 Cấu trúc hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh.............................. 58
Hình 3.5. Cấu trúc bộ điều khiển bền vững H .................................................... 59
Hình 3.6. Đồ thị hàm bode của G(s) và Gs(s) ...................................................... 60
Hình 3.7. Đồ thị hàm bode của G1(s), G2(s), W1(s) ........................................ 63
Hình 3.8. Đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh dùng bộ điều
khiển bền vững H2/H bậc một ........................................................... 65
Hình 3.9 Đáp ứng của hệ thống cân bằng robot sử dụng bộ điều khiển bền
vững và bộ điều khiển tối ưu bền vững ............................................... 66
Hình 3.10 Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh từ cân bằng sử dụng bộ điều
khiển tối ưu bền vững bậc 2 ................................................................ 67
Hình 3.11 Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh từ cân bằng sử dụng bộ điều
khiển tối ưu bền vững bậc 2 khi có nhiễu ............................................ 67
Hình 3.12 Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh từ cân bằng sử dụng bộ điều
khiển tối ưu bền vững bậc 2 khi thay đổi tải lệch tâm ....................... 68
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thực tế có thể khẳng định rằng gần như tất cả các đối tượng vật
lý đều là các đối tượng bất định, với hai nguyên nhân gây ra sự bất định là sự
nhiễu loạn bên trong của đối tượng vật lý (dẫn tới mô hình không chắc chắn)
và tín hiệu nhiễu từ môi trường bên ngoài đối tượng vật lý. Mô hình hóa đối
tượng bất định là mô hình hóa đối tượng thuộc về một tập mô hình M, trong
đó hai dạng mô hình không chắc chắn cơ bản là: Mô hình không chắc chắn có
cấu trúc và mô hình không chắc chắn không có cấu trúc.
Để điều khiển cho đối tượng bất định thì trong lý thuyết hệ thống chia
ra làm điều khiển truyền thống và điều khiển hiện đại.
- Điều khiển truyền thống sử dụng thông tin về tín hiệu đầu ra của đối
tượng cấu thành tín hiệu đầu vào để đưa ra tín hiệu điều khiển. Bộ điều khiển
truyền thống được xây dựng dựa trên hàm hoặc ma trận truyền đạt của đối
tượng để xác định các khâu phản hồi chuẩn (tỷ lệ, tích phân, vi phân). Do vậy
nếu mô hình đối tượng không ổn định thì khả năng bền vững của thuật toán
điều khiển là không đảm bảo.
- Điều khiển hiện đại hay còn gọi là điều khiển động học lại sử dụng
thông tin về biến trạng thái của đối tượng để đưa ra tín hiệu điều khiển đối
tượng theo chiến lược điều khiển tuyến tính. Bộ điều khiển hiện đại được xây
dựng trên cơ sở của hệ các phương trình Riccati là kết quả thu được từ quá
trình tối ưu hóa hàm tiêu chỉ sai số tín hiệu điều khiển và biến trạng thái có kể
đến cả sự không chắc chắn của mô hình đối tượng.
Từ đặc điểm của các đối tượng vật lý thực thì hệ thống điều khiển đối
tượng cần phải đảm bảo yêu cầu ổn định với tất cả các sự không chắc chắn
của đối tượng, do đó phương pháp điều khiển bền vững H hoặc tối ưu bền
vững H2/H là phù hợp nhất để điều khiển cho các đối tượng vật lý thực, đặc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
http://www.lrc-tnu.edu.vn/
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
VUI LÒNG TẢI VỀ
ĐỂ XEM BẢN FULL
ĐẦY ĐỦ !
- Xem thêm -