1. Trang Chủ
  2. Tự động hoá
  3. Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao: Chương 5 - PGS.TS. Huỳnh Thái Hoàng

Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao: Chương 5 - PGS.TS. Huỳnh Thái Hoàng

Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao - Chương 5: Điều khiển bền vừng trình bày các nội dung: Chuẩn của tín hiệu và hệ thống, tính ổn định bền vững, chất lượng bền vững, thiết kế hệ thống bền vững dùng phương pháp chỉnh độ lợi vòng,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết. Môn học LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO Giảng viên: PGS. PGS TS. TS Huỳnh Thái Hoàng Bộ môn Điều Khiển Tự Động Khoa Điện – Điện Tử Đ i học Đại h Bách Bá h Kh Khoa TP TP.HCM HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn p g http://ww

Thể loại Tài liệu miễn phí Tự động hoá

Số trang 1

Ngày tạo 8/28/2020 7:19:01 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.25 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao: Chương 5 ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Môn học LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO Giảng viên: PGS. PGS TS. TS Huỳnh Thái Hoàng Bộ môn Điều Khiển Tự Động Khoa Điện – Điện Tử Đ i học Đại h Bách Bá h Kh Khoa TP TP.HCM HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn p g http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ Homepage: p g 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 1
  2. Chương g5 ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 2
  3. Nội dung chương 5  Giới thiệ thiệu  Chuẩn của tín hiệu và hệ thống  Tính ổn ổ định bền ề vững  Chất lượng bền vững  Thiết kế hệ thống điều khiển bền vững dùng phương pháp chỉnh độ lợi vòng (loop-shaping)  Thiết ế kếế hệ thống ố điềuề khiển ể tối ố ưu bền ề vững (SV tự đọc thêm) 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 3
  4. Tài liệu tham khảo  Feedback Control Theory Theory, J.Doyle, J Doyle B B. Francis Francis, and A. Tannenbaum, Macmillan Publishing Co. 1990.  Linear Robust Control Control, M. M Green and D D. JJ.N. N Limebeer, Prentice Hall, 1994.  Robust and Optimal Control, K. Zhou, J.C. Doyle and K. Glover, Prentice Hall. 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 4
  5. GIỚI THIỆU 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 5
  6. Định nghĩa điều khiển bền vững  Hệ thống điều khiển bền vững là hệ thống được thiết kế sao cho tính ổn định và chất lượng điều khiển được đảm bảo khi các thành p phần không g chắc chắn ((sai số mô hình hóa, nhiễu loạn,…) nằm trong một tập hợp cho trước.  u(t) y(t) u(t) y(t) G G ++ Đối tượng t ĐK ki kinh h điển điể Đối tượng t ĐK bề bền vững ữ G: mô hình danh định : thành phần không chắc chắn 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 6
  7. Các thành phần không chắc chắn  Các yếu tố không chắc chắn có thể làm giảm chất lượng điều khiển, thậm chí có thể làm hệ thống trở nên mất ổn định.  Các yếu tố không chắc chắn xuất hiện khi mô hình hóa hệ ệ thốngg vật ậ lý. ý  Các yếu tố không chắc chắc có thể phân làm hai loại:  Mô hình không chắc chắn  Nhiễu từ môi trường bên ngoài 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 7
  8. Mô hình không chắc chắn  Mô hình không chắc chắn do sự không chính xác hoặc sự xấp xỉ trong khi mô hình hóa:  Nhận dạng hệ thống chỉ thu được mô hình gần đúng: mô hình được chọn thường có bậc thấp và các thôngg số khôngg thể xác định ị chính xác  Bỏ qua tính trễ hoặc không xác định chính xác độ trễ  Bỏ qua tính phi tuyến hoặc không biết chính xác các yếu tố phi tuyến  Các thành phần biến đổi theo thời gian có thể được xấp xỉ thành không biến đổi theo thời gian hoặc sự biến ế đổi ổ theo thời gian không thểể biết ế chính xác. 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 8
  9. Nhiễu loạn từ bên ngoài  Các tín hiệu nhiễu xuất hiện từ môi trường bên ngoài ngoài, thí dụ  như nguồn điện không ổn định  nhiệt độ, độ ẩm, ma sát,… thay đổi  nhiễu đo lường 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 9
  10. Thí dụ: Hệ thống không bền vững ~ 3 thật”: G ( s )   Đối tượng “thật”: ( s  1)(0.1s  1) 2 3  Mô hình bỏ qua đặc tính tần số cao: G ( s )  ( s  1) Đối tượng “thật” Mô hình Biểu đồ Bode của “đối ttượng thật” và “mô hình” trùngg nhau ở miền tần số thấp, sai lệch ở miền tần số cao 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 10
  11. Thí dụ: Hệ thống không bền vững (tt) r(t) y(t)  K G 10( s  1)  Bộ điều khiển thiết kế dựa vào mô hình K ( s )  s  Hệ kín khi thiết kế có cực tại 30, chất lượng đáp ứng tốt. 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 11
  12. Thí dụ: Hệ thống không bền vững (tt) r(t) ~ y(t)  K G  Sử dụng bộ ĐK đã thiết kế cho đối tượng thật: đặc tính động học ở miền tần số cao đã bỏ qua khi thiết kế làm hệ thống không ổn định  Hệ thống không ổn định bền vững 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 12
  13. Thí dụ: Hệ thống có chất lượng bền vững ~ k  “thật”: G ( s )  Đối ttượng “thật” 3  k  5 T  0.5 ( 30%) Ts  1 4  Mô hình danh định: G ( s)  (0.5s  1) Bode Diagram 20 10 Mô hình hì h d danh h định đị h Magnitude (dB) 0 Đối tượng thật -10 M Biểu đồ Bode -20 -30 0 của “mô hình danh định định” và Phase (deg)) -45 “mô hình thật” khi thông số thay đổi -90 -1 0 1 2 10 10 10 10 Frequency (rad/sec) 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 13
  14. Thí dụ: Hệ thống có chất lượng bền vững (tt) u(t) y(t) G Plant response (20 samples) 5 4 3 Amplitude 2 1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time (sec)  Đáp ứng của hệ hở khi tín hiệu vào là hàm nấc: bị ảnh hưởng nhiều khi thông số của đối tượng thay đổi 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 14
  15. Thí dụ: Hệ thống có chất lượng bền vững (tt) r(t) () ~ y(t)  K G  Bộ điề điều khiể khiển: 1 K (s)  14 1.4 Closed-loop response (20 samples) 4s 1.2  Đáp ứng của hệ kín: 1 hệ thống ổn định định, 0.8 Amplitude chất lượng thay đổi không đáng kể khi 0.6 thông số đối tượng 0.4 thay đổi  chất 0.2 lượng bền vững 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Time (sec) 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 15
  16. Mô phỏng HT có thông số không chắc chắn dùng Matlab % Khâu quán tính bậc nhất với thời hằng và hệ số khuếch đại không chắc chắn >> T = ureal('T',0.5,'Percentage',30); % T = 0.5 (30%), T0=0.5 >> k = ureal( ureal('k' k ,4, 4 'range' range ,[3 [3 5]); % 3k5, 3k5 k0=4 >> G = tf(k,[T 1]) >> figure(1); bode(usample(G,20)) % Biểu đồ Bode hệ không chắc chắn >> figure(2); bode(tf(G.nominal)) bode(tf(G nominal)) % Biểu đồ Bode đối tượng danh định % Bộ điều khiển >> KI = 1/(2*T.Nominal*k.Nominal); 1/(2*T N i l*k N i l) >> Gc = tf(KI,[1 0]); % Bộ điều khiển Gc(s)=KI/s >> Gk = feedback(G*Gc,1) % Hàm truyền hệ kín % Mô phỏng hệ hở và hệ kín >> figure(3); step(usample(G,20)), title('Plant response (20 samples)') >> figure(4); fi ( ) step(usample(Gk,20)), ( l ( k )) title('Closed-loop il ( l dl response (20 ( samples)') l )) 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 16
  17. Các phương pháp thiết kế HTĐK bền vững  Các phương pháp phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững:  Phương pháp trong miền tần số  Phương pháp trong không gian trạng thái 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 17
  18. Sơ lược lịch sử phát triển LTĐK bền vững  (1980-): (1980 ): Điều khiển bền vững hiện đại  Đầu thập niên 1980: Phân tích  ( analysis)  Giữa thập niên 1980: Điều khiển H và các phiên bản  Giữa thập niên 1980: Định lý Kharitonov  Cuối 1980 đến 1990: Tối ưu lồi nâng cao, đặc biệt là tối ưu LMI (Linear Matrix Inequality)  Thập niên 1990: Các phương pháp LMI trong điều khiển 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 18
  19. CHUẨN CỦA TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 26
  20. Định nghĩa chuẩn của vector  Cho X là không gian vector vector. Một hàm giá trị thực ||.|| || || xác định trên X được gọi là chuẩn (norm) trên X nếu hàm đó thỏa mãn các tín chất sau: x 0 x 0 x0 ax  a x , a a   x y  x  y  Ý nghĩa: chuẩn của vector là đại lượng đo “độ dài” của vector 15 January 2014 © H. T. Hoàng - www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 27
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học