intTypePromotion=1

Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao: Chương 6 - PGS.TS. Huỳnh Thái Hoàng

Chia sẻ: Minh Nhật | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
52
lượt xem
4
download

Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao: Chương 6 - PGS.TS. Huỳnh Thái Hoàng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Lý thuyết điều khiển nâng cao - Chương 6: Một số ví dụ thiết kế hệ thống điều khiển nâng cao" trình bày các đối tượng điều khiển - hệ tay máy và hệ nâng bi trong từ trường, thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao: Chương 6 - PGS.TS. Huỳnh Thái Hoàng

  1. Môn học LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO Giảng viên: Giả iê PGS PGS. TS. TS Huỳnh H ỳ h Thái Hoàng H à Bộ môn Điều Khiển Tự Động Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TP TP.HCM HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 19 January 2015 © H. T. Hoàng - HCMUT 1
  2. Chươngg 6 MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO 19 January 2015 © H. T. Hoàng - HCMUT 2
  3. Nội dung chương 6  Đối tượng điều khiển: hệ tay máy và hệ nâng bi trong từ trường  Thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa  Hệ tay máy  Hệ nâng bi trong từ trường  Thiết kế bộ điều khiển trượt  Hệ tay máy  Hệ nâng bi trong từ trường  Thiết kế bộ điều điề khiển khiể LQR - LQG  Hệ nâng bi trong từ trường  Thiết kế bộ điều khiển thích nghi  Hệ tay máy  Thiết kế bộộ điều khiển bền vữngg  Hệ tay máy 19 January 2015 © H. T. Hoàng - HCMUT 3
  4. CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 19 January 2015 © H. T. Hoàng - HCMUT 4
  5. Hệ tay máy một bậc tự do u(t) làà mô-men ô e đđiềuều khiểnể [N. [N.m]] (t (tín hiệu ệu vào) (t) là góc quay của tay máy [rad] (tín hiệu ra) l i(t) là dòng điện qua cuộn dây [A] M = 1 kg là khối lượng của tay máy (phần quay) M m J = 0.05 kg.m2 là mô-men quán tính của tay máy u lC = 0.15 [m] là khoảng cách từ trục quay đến  trọng tâm khớp quay l = 0.4 [m] là chiều dài tay máy m = 0.1 [kg] là khối lượng vật nặng cần gắp 9 8 m/s2 là gia tốc trọng trường g = 9.8  Phương trình vi phân mô tả đặc tính động học hệ tay máy: B (ml  MlC ) 1 (t )     (t )  g sin   u (t ) ( J  ml ) 2 ( J  ml ) 2 ( J  ml ) 2  Yêu cầu: Điều khiển góc quay của tay máy bám theo tín hiệu đặt 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 5
  6. Hệ tay máy một bậc tự do  x1 (t )   (t )  Ñaët bieán traïng thaùi:   l m  x2 (t )   (t ) u   x (t )  f ( x (t ), u (t ))  PTTT:   y (t )  h( x (t ), u (t )) trong ño: ñoù:  x2 (t )  f ( x , u )   ( ml  MlC ) g B 1   sin x1 (t )  x2 (t )  u (t )  ( J  ml ) ( J  ml ) ( J  ml ) 2 2 2  h( x (t ), u (t ))  x1 (t ) 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 6
  7. Hệ nâng bi trong từ trường Hệ nâng bi trong từ trường u(t) ( ) là điện điệ áp á cấpấ cho h cuộnộ dây dâ [V] R, L (tín hiệu vào) u(t) y(t) là vị trí viên bi [m] (tín hiệu ra) i(t) i(t) ( ) là dòng dò điệnđiệ qua cuộn ộ dây dâ [A] y(t) d=0.03m M = 0.01 kg là khối lượng viên bi 0.4m M g = 9.8 m/s2 là gia tốc trọng trường R = 30  là điện trở cuộn dây L = 0.1 H là điện cảm cuộn dây  PT vi phân mô tả đặc tính động học hệ nâng bi trong từ trường:  d 2 y (t ) i 2 (t ) M 2  Mg  dt y (t )   L di (t )  Ri (t )  u (t )  dt  Yêu cầu: Điều khiển vị trí viên bi treo lơ lửng trong từ trường bám theo tín hiệu đặt 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 7
  8. Hệ nâng bi trong từ trường  Đặt biến trạng thái: R, L u(t) x1 (t )  y (t ), x2 (t )  y (t ), x3 (t )  i (t ) i(t) y(t) 0.4m d=0.03m  Ph Phương trình ì h trạng thái hái M  x (t )  f ( x (t ), u (t ))   y (t )  h( x (t ), ) u (t )) trong ño: ñoù:  x2 ((tt )   x32  g   f ( x, u )   Mx1   R 1   L x3  L u (t ) h( x (t ), u (t ))  x1 (t ) 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 8
  9. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỒI TIẾP TUYẾN TÍNH HÓA 19 January 2015 © H. T. Hoàng - HCMUT 9
  10. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy l m u   Đặt ặt các biến b ế trạng t á làà x1   ; x2   , tín t ạ g thái ệu raa làà y    x1 t hiệu Đạo hàm của tín hiệu ra y  x1  y  x1  x2 (ml  MlC ) B 1  y  x2   g sin( x1 )  x 2  u ( J  ml ) 2 ( J  ml ) 2 ( J  ml ) 2 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 10
  11. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy  y  a ( x )  b( x ). )u (1) (ml  MlC ) B 1 với a( x )   g sin( x1 )  x2 b( x )  ( J  ml ) 2 ( J  ml ) 2 J  ml 2  Biểu thức bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa 1 u (a( x )  v) (2) b( x ) Thay (2) vào (1), (1) ta được hệ tuyến tính: y  v (3)  Biể thức Biểu hứ bộ điều điề khiển khiể bám bá tuyến ế tính í h v  yd  (k1e  k 2 e) (4) g B 1 với e  yd  y y   sin( x1 )  2 x2  2 u l ml ml 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 11
  12. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy  Tính thông số bộ điều khiển bám Thay (4) vào (3), ta được đặc tính động học sai số: y  yd  (k1e  k 2 e)  e  k1e  k 2 e  0 Ph Phương ttrình ì h đặ đặc ttrưng độ động hhọc saii số: ố s 2  k1s  k 2  0 (5) Phương trình đặc trưng động học sai số mong muốn: s 2  60s  900  0 (6) Cân bằng (5) và (6), (6) ta được: k1  60 k 2  900 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 12
  13. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy Mô phỏng hệ thống điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy 1 bậc tự do 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 13
  14. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy Mô phỏng khối ố hồi ồ tiếp ế tuyến ế tính hóa hệ tay máy 1 bậc tự do 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 14
  15. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy Mô phỏng khối ố điều ề khiển ể bám 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 15
  16. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy 2.5 y d(t) 2 y(t) y(t) 1.5 1 0.5 0 0 2 4 6 8 10 12 20 10 u(t) 0 -10 -20 20 0 2 4 6 8 10 12 Kết quả mô phỏng cho thấy tay máy bám tốt theo tín hiệu đặt trong miền làm việc iệc rộng khi robot gắp vậtật nặng đúng giá trị thiết kế (0.1kg). Bộ điều khiển PID không thể đạt được chất lượng này 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 16
  17. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ tay máy 2.5 y d(t) 2 y(t) y(t) 1.5 1 0.5 0 0 2 4 6 8 10 12 20 10 u(t) 0 -10 -20 20 0 2 4 6 8 10 12 Khi robot gắp vật nặng có giá trị lớn gấp 5 lần giá trị thiết kế (0 5kg) cánh tay robot không còn bám tốt theo tín hiệu đặt. (0.5kg), đặt  Bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa nhạy với sai số mô hình 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 17
  18. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ nâng bi trong từ trường  Đặt biến trạng thái: R, L u(t) x1 (t )  y (t ), x2 (t )  y (t ), x3 (t )  i (t ) i(t) y(t)) y(  Phương g trình trạng g thái: 0.4m d=0.03m x1  x2 M x32 x2  g  Mx1 R 1 x3   x3  u (t ) L L  Lấy đạo hàm tín hiệu ra, ra ta được y (t )  x1 (t )  x2 (t ) x32 y(t )  x2 (t )  g   d 2 y (t ) i 2 (t ) Mx1 M  Mg   R 1   2  2 x3   x3  u (t )  x1  x3dt 2 x2 y (t )  2 x3 x3 x1  x3 x1 2  L L   di(t ) y(t )    L  Ri R (t )  v(t ) Mx1 2 Mx12  dt 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 18
  19. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ nâng bi trong từ trường  y  a( x )  b( x ). )u (1) x32 (2 Rx1  Lx2 ) 2 x3 với a( x )  b( x )   ML 12 MLx MLx1  Viết biểu thức bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa 1 u (a( x )  v) (2) b( x ) Thay (2) vào (1), (1) ta được hệ tuyến tính: y  v (3)  Viế biểu Viết biể thức hứ bộ điề điều khiể khiển bá bám tuyến ế tính í h v  yd  (k1e  k 2 e  k3e)  R 1   2 x3   x3  u (t )  x1  x(4) 2 3 x2 y   L L  với e  yd  y Mx12 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 19
  20. Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa hệ nâng bi trong từ trường  Tính thông số bộ điều khiển bám Thay (4) vào (3), ta được đặc tính động học sai số: y  yd  (k1e  k 2 e  k3e)  e  k1e  k2e  k3e  0 Phương g trình đặc trưng g độngg học sai số: s 3  k1s 2  k 2 s  k3  0 (5) Chọn các thông số của bộ điều khiển bám sao cho cả 3 nghiệm của phương trình đặc trưng của hệ kín là 20: ( s  20)3  0  s 3  60s 2  1200s  8000  0 (6) Cân bằng (5) và (6), ta được: y  v (3) k1  60, k 2  1200, k3  8000 v  yd  (k1e  k 2 e  k3e) (4) 19 January 2015 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2