PDF Điều khiên hệ phi tuyến theo thời gian thực sử dụng bộ điều khiển thông minh

Điều khiên hệ phi tuyến theo thời gian thực sử dụng bộ điều khiển thông minh, (Tạ Văn Phương)

 

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................... 3
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU HỆ PHI TUYẾN MIMO VÀ HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐƢỢC ĐỀ XUẤT ................. 13
1.1 Giới thiệu hệ phi tuyến MIMO và hệ thống điều khiển
được đề xuất ................................................................................... 13
1.2 Các thành phần không chắc chắn trong hệ phi tuyến ..................... 18
1.3 Hệ thống điều khiển được đề xuất .................................................. 18
Chƣơng 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN CÓ CẤU TRÚC MÔ HÌNH
TIỂU NÃO ...................................................................... 22
2.1 Giới thiệu về bộ điều khiển có cấu trúc mô hình tiểu não .............. 22
2.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển được đề xuất
và cấu trúc của CMAC ....................................................... 22
2.1.2 Hàm mục tiêu và luật học của bộ điều khiển
CMAC ................................................................................ 27
2.2 Bộ điều khiển bù ước lượng biên độ sai số ................................... 29
2.3 Kết quả thực nghiệm ...................................................................... 31
2.3.1 Mô hình điều khiển áp suất ................................................ 31
2.3.2 Mô hình điều khiển mức nước............................................ 34
2.4 Kết luận .......................................................................................... 37
Chƣơng 3: CẢI TIẾN BỘ ĐIỀU KHIỂN CÓ CẤU TRÚC
MÔ HÌNH TIỂU NÃO .................................................. 38
3.1 Những hạn chế của bộ điều khiển có cấu trúc mô hình tiểu
não cổ điển và những cải tiến được đề xuất ................................... 38
3.2 Bộ điều khiển có cấu trúc mô hình tiểu não sử dụng hàm
Wavelet (Wavelet Cerebellar Model Articulation
Controller: WCMAC) .................................................................... 39
8
3.3 Bộ điều khiển có cấu trúc mô hình tiểu não hồi tiếp
(Recurrent Cerebellar Model Articulation Controller:
RWCMAC) .................................................................................... 40
3.4 Luật học theo thời gian thực ........................................................... 42
3.5 Thực nghiệm .................................................................................. 43
3.5.1 Kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển WCMAC
cho bàn trượt được điều khiển bởi động cơ tuyến
tính áp điện ............................................................................ 43
3.5.2 Kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển RCMAC
cho mô hình bàn trượt được điều khiển bởi động cơ
áp điện ................................................................................... 48
3.5.3 Hệ thống điều khiển có cấu trúc mô hình tiểu não
hồi tiếp dự phòng cho các ứng dụng công nghiệp ................ 50
3.5.3.1 Cấu trúc và vận hành của hệ thống dự
phòng ...................................................................... 50
3.5.3.2 Quá trình chuyển quyền điều khiển và lưu
đồ của quá trình chuyển .......................................... 52
3.5.3.3 Mô hình điều khiển ổn định tốc độ động cơ
trong hệ thống dự phòng ......................................... 54
3.5.3.4 Mô hình điều khiển ổn định áp suất trong
bể ............................................................................ 57
3.6 Kết luận .......................................................................................... 59
Chƣơng 4: BỘ ĐIỀU KHIỂN CÓ CẤU TRÚC MÔ HÌNH
TIỂU NÃO BỀN VỮNG ................................................ 60
4.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số bền vững của bộ điều
khiển ............................................................................................... 60
4.2 Thiết kế bộ điều khiển bền vững sử dụng phương pháp
tổng hợp μ (μ-Synthesis) ................................................................ 61
4.3 Bộ điều khiển có cấu trúc mô hình tiểu não bền vững ................... 64
4.4 Kết quả thực nghiệm và mô phỏng ................................................ 70
4.4.1 Bộ điều khiển bền vững cho hệ thống máy bay trực
thăng (Twin Rotor MIMO System: TRMS) dùng
phương pháp tổng hợp .......................................................... 70
9
4.4.1.1 Mô tả hệ thống ........................................................ 70
4.4.1.2 Thiết kế bộ điều khiển bền vững cho hệ
thống TRMS dùng phương pháp tổng hợp ............. 73
4.4.1.3 Kết quả thực nghiệm ............................................... 76
4.4.1.4 Kết luận ................................................................... 77
4.4.2 Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển có cấu trúc mô
hình tiểu não bền vững cho mô hình bàn trượt .................... 78
4.4.2.1 Phương trình động học của bàn trượt có xét
đến các thành phần không chắc chắn ...................... 78
4.4.2.2 Tham số và kết quả mô phỏng ................................ 78
4.4.2.3 Kết luận ................................................................... 83
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT ................................... 84
5.1 Kết luận .......................................................................................... 84
5.2 Những đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo ................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 88
10
KÝ HIỆU VIẾT TẮT
MIMO Multi Input Multi Output
PSO Particle Swarm Optimization
FLC Fuzzy Logic Controller
NN Neural Network
CMAC Cerebellar Model Articulation Controller
WCMAC Wavelet Cerebellar Model Articulation Controller
RCMAC Recurrent Cerebellar Model Articulation Controller
RRCMAC Robust Recurrent Cerebellar Model Articulation
Controller
LPM Linear Piezoelectric Motor
WLCM Water Level Model Controller
PCM Pressure Control Model
11
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Bố cục của cuốn sách ......................................................... 17
Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển được đề xuất
cho hệ phi tuyến ................................................................. 20
Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển sử dụng
CMAC ................................................................................ 23
Hình 2.2: Cấu trúc của bộ điều khiển CMAC ................................... 23
Hình 2.3: Đáp ứng của những hàm kích hoạt ngõ vào ....................... 25
Hình 2.4: Lưu trữ dữ liệu trong không gian liên kết của
CMAC ................................................................................ 27
Hình 2.5: Cấu trúc của mô hình điều khiển áp suất ............................ 32
Hình 2.6: Kết quả thực nghiệm của CMAC PCM do tín hiệu
đặt là hàm bước theo chu kỳ .............................................. 34
Hình 2.7: Cấu trúc của mô hình điều khiển mức nước ....................... 35
Hình 2.8: Kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển CMAC cho
mô hình điều khiển mức nước do với tín hiệu đặt là
hàm bước ........................................................................... 37
Hình 3.1: Cấu trúc của bộ điều khiển RCMAC .................................. 41
Hình 3.2: Hình ảnh những thiết bị thí nghiệm của mô hình
bàn trượt ............................................................................. 45
Hình 3.3: Kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển PID và
WCMAC cho mô hình bàn trượt với tín hiệu đặt là
dạng hàm sine .................................................................... 46
Hình 3.4: Kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển PID và
WCMAC cho mô hình bàn trượt với tín hiệu đặt là
dạng hàm bước ................................................................... 47
Hình 3.5: Kết quả thực nghiệm của bộ điều khiển CMAC và
RCMAC cho mô hình bàn trượt với tín hiệu đặt
dạng hàm bước ................................................................... 49
Hình 3.6: Cấu trúc của hệ thống dự phòng ......................................... 51
Hình 3.7: Hình ảnh thực nghiệm của hệ thống dự phòng ................... 52
Hình 3.8: Chuyển quyền điều khiển giữa trạm PS và SS ................... 53
12
Hình 3.9: Lưu đồ chuyển quyền điều khiển giữa trạm PP
và SS ................................................................................... 54
Hình 3.10: Mô hình điều khiển tốc độ động cơ .................................... 55
Hình 3.11: Đáp ứng của tốc độ động cơ với tín hiệu đặt dạng
hàm bước trong hệ thống RCMAC có chức năng
dự phòng ............................................................................. 56
Hình 3.12: Mô hình điều khiển áp suất ................................................ 57
Hình 3.13. Đáp ứng của áp suất trong bể với tín hiệu đặt dạng
hàm bước trong hệ thống RCMAC dự phòng .................... 58
Hình 4.1: Mô hình không chắc chắn của hệ thống ............................. 60
Hình 4.2: Mô tả các tham số không chắc chắn bằng mô hình
ULFT .................................................................................. 61
Hình 4.3: Mô hình động học tổng quát dạng ULFT .......................... 62
Hình 4.4: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển vòng kín với
những yêu cầu về chỉ số bền vững .................................... 62
Hình 4.5: Xây dựng bộ điều khiển bền vững dựa vào công cụ
của Matlab. ......................................................................... 64
Hình 4.6: Cấu trúc của hệ thống TRMS ............................................. 71
Hình 4.7: Sơ đồ khối hoàn chỉnh mô tả TRMS .................................. 72
Hình 4.8: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển vòng kín có xét
đến các yếu tố bền vững ..................................................... 74
Hình 4.9: Xây dựng bộ điều khiển bền vững dùng Matlab ................ 75
Hình 4.10: Mô hình thực nghiệm hệ thống TRMS .............................. 76
Hình 4.11: Đáp ứng bền vững của TRMS theo trục Pitch và
trục Yaw ............................................................................. 77
Hình 4.12: Đáp ứng của bàn trượt với tín hiệu đặt dạng hàm
bước theo trục X ................................................................ 79
Hình 4.13: Đáp ứng của bàn trượt với tín hiệu đặt dạng hàm
bước theo trục Y ................................................................ 80
Hình 4.14: Đáp ứng của bàn trượt với tín hiệu đặt dạng hàm
sine theo trục X .................................................................. 81
Hình 4.15: Đáp ứng của bàn trượt với tín hiệu đặt dạng hàm
sine theo trục Y .................................................................. 82