intTypePromotion=1

Điều khiển thích thích có phối hợp luật hiệu chỉnh bổ sung nhằm nâng cao chất lượng hệ thống

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
25
lượt xem
2
download

Điều khiển thích thích có phối hợp luật hiệu chỉnh bổ sung nhằm nâng cao chất lượng hệ thống

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

Các đối tượng có tham số thay đổi trong quá trình làm việc như lò điện trở, lò hồ quang… thường rất khó đạt được chất lượng mong muốn nếu chỉ sử dụng các bộ điều khiển kinh điển thông thường. Bài báo này trình bày một phương pháp sử dụng bộ điều khiển thích nghi theo luật MIT có kết hợp khâu hiệu chỉnh bổ sung để điều khiển chúng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Điều khiển thích thích có phối hợp luật hiệu chỉnh bổ sung nhằm nâng cao chất lượng hệ thống

Đặng Ngọc Trung<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 88(12): 175 - 180<br /> <br /> ĐIỀU KHIỂN THÍCH THÍCH CÓ PHỐI HỢP LUẬT HIỆU CHỈNH BỔ SUNG<br /> NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG<br /> Đặng Ngọc Trung*<br /> Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Các đối tượng có tham số thay đổi trong quá trình làm việc như lò điện trở, lò hồ quang… thường<br /> rất khó đạt được chất lượng mong muốn nếu chỉ sử dụng các bộ điều khiển kinh điển thông<br /> thường. Bài báo này trình bày một phương pháp sử dụng bộ điều khiển thích nghi theo luật MIT có<br /> kết hợp khâu hiệu chỉnh bổ sung để điều khiển chúng.<br /> Từ khóa: Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu song song.<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Các dây truyền sản xuất hiện đại như công<br /> nghệ lò điện trở, lò hồ quang.... thì trong quá<br /> trình vận hành do điều kiện môi trường thay<br /> đổi liên tục nên ít nhiều các tham số vận hành<br /> của đối tượng cũng thay đổi theo và không<br /> theo quy luật nhất định nào. Chính vì vậy các<br /> bộ điều khiển kinh điển không còn phù hợp<br /> để có thể chỉnh định một cách linh hoạt tìm ra<br /> bộ tham số điều khiển tối ưu nữa.<br /> Trong trường hợp đó các bộ điều khiển kinh<br /> điển thông thường không thể thỏa mãn yêu<br /> cầu chất lượng đề ra vì thế chúng ta cần<br /> nghiên cứu các phương pháp điều khiển hiện<br /> đại để điều khiển chúng. Một trong các<br /> phương pháp đó mà bài báo này đề xuất đến<br /> đó là ứng dụng bộ điều khiển thích nghi theo<br /> mô hình mẫu song song để điều khiển đối<br /> <br /> tượng. Tuy đã đáp ứng được khả năng linh<br /> hoạt về sự cập nhất thông tin để tìm ra bộ<br /> thông số điều khiển tối ưu cho hệ thống,<br /> nhưng điều đó là chưa đủ vì dải làm việc của<br /> bộ điều khiển thích nghi còn hạn chế trong<br /> một số trường hợp. Chính vì thế bài báo còn<br /> đưa ra thêm khâu hiệu chỉnh bổ sung cho các<br /> trường hợp không mong muốn.<br /> XÂY DỰNG CẤU TRÚC BỘ ĐIỀU KHIỂN<br /> THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU<br /> SONG SONG<br /> Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống với bộ<br /> điều khiển thích nghi<br /> Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển thích<br /> nghi được mô tả như hình 1. Trong đó các<br /> thông số của bộ điều chỉnh được hiệu chỉnh<br /> nhờ mạch vòng ngoài.<br /> Ra của mô hình ym<br /> <br /> Mô hình mẫu<br /> <br /> Sai số<br /> <br /> Mạch vòng ngoài<br /> Cơ cấu<br /> thích nghi<br /> <br /> Tín hiệu<br /> chủ đạo<br /> <br /> Đối tượng<br /> <br /> Bộ điều khiển<br /> Mạch vòng trong<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 175<br /> <br /> (+)<br /> <br /> ()<br /> <br /> Tín hiệu<br /> ra<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Đặng Ngọc Trung<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> Hình 1. Điều khiển theo mô hình mẫu<br /> <br /> 88(12): 175 - 180<br /> <br /> *<br /> <br /> Đặt bài toán.<br /> Giới thiệu hệ thống điều khiển trên phòng thí nghiệm<br /> <br /> Mô hình mẫu<br /> <br /> y<br /> <br /> U<br /> <br /> y<br /> Bộ điều chỉnh<br /> <br /> Đối tượng<br /> <br /> (+)<br /> <br /> <br /> <br /> ()<br /> <br /> Cơ cấu<br /> thích nghi<br /> <br /> Hình 2. Cấu trúc mô hình mẫu song song<br /> <br /> *<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 176<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Đặng Ngọc Trung<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 8<br /> <br /> T<br /> <br /> x<br /> <br /> 9<br /> n<br /> <br /> 7<br /> <br /> X<br /> <br /> 6<br /> <br /> Y<br /> <br /> 5<br /> 1<br /> 0<br /> 1<br /> 1<br /> <br /> 4<br /> 3<br /> <br /> 3<br /> <br /> 2<br /> 1<br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Hình 3. Hệ thống điều khiển trên phòng<br /> thí nghiệm<br /> <br /> 88(12): 175 - 180<br /> <br /> Trong đó:<br /> 1. Máy bơm li tâm.<br /> 2. Van điều chỉnh lưu lượng<br /> 3. Van từ tự động để lấy tín hiệu<br /> nhiễu.<br /> 4. Van điều chỉnh lưu lượng nhiễu.<br /> 5. Van điều khiển<br /> 7. Đồng hồ đo lưu lượng<br /> 8. Khối điều khiển<br /> 9. Máy tính<br /> 10. Điện trở nhiệt.<br /> 11. Bình đựng nước chứa 2sensor nhiêt.<br /> 12. Van tháo nước<br /> X: Tín hiệu chấp hành<br /> Y: Tín hiệu điều khiển<br /> n: Tín hiệu nhiễu<br /> Tmax: Tín hiệu điều khiển an toàn.<br /> *) Khối điều khiển 8 gồm: Bộ biến đổi<br /> xoay chiều xoay chiều 1 pha, nhằm cung<br /> cấp điện áp cho điện trở nhiệt, việc điều<br /> chỉnh góc mở của các Thyristor được thực<br /> hiện nhờ IC thuật toán TCA780 và bộ điều<br /> khiển, ngoài ra còn có các khâu đo lường,<br /> khuếch đại tín hiệu.<br /> <br /> * Đối tượng điều khiển:<br /> Theo sơ đồ cấu tạo của hệ thống ta thấy nước<br /> chứa trong bình (12) được gia nhiệt bởi một<br /> điện trở nhiệt. Nguồn cung cấp cho nó được lấy<br /> từ lưới điện xoay chiều một pha và được chỉnh<br /> lưu qua bộ biến đổi xoay chiều – 1 chiều.<br /> Vấn đề ở trong bài báo này là với các thông<br /> số của hệ thống đã có sẵn trong phòng thí<br /> nghiệm ta dùng bộ điều khiển thích nghi để<br /> thay thế cho bộ điều khiển kinh điển đã có để<br /> điều khiển và mô phỏng nhằm cải tạo và nâng<br /> cao chất lượng hệ thống.<br /> Nhận dạng đối tượng điều khiển nhiệt điện trở<br /> có hàm truyền:<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> G(s)=<br /> <br /> b<br /> 20s  12s<br /> 2<br /> <br /> Trong đó: - b là tham số thay đổi theo thời<br /> gian trong quá trình làm việc.<br /> -<br /> <br /> Y(s) đầu ra của đối tượng<br /> <br /> -<br /> <br /> U(s) đầu vào của đối tượng<br /> <br /> Nội dung bài toán<br /> Bài toán đặt ra là cần thiết kế bộ điều khiển<br /> thích nghi sao cho hàm truyền đạt của đáp<br /> ứng vòng kín của hệ thống thể hiện theo hàm<br /> truyền đạt mong muốn:<br /> <br /> 177<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Đặng Ngọc Trung<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Sai số của hệ thống vòng kín:<br /> y  ymcủa(4)<br /> Từ phương trình số (3) suy ra độnhạy<br /> sai<br /> số theo hệ số k:<br /> <br /> Y (s)<br /> 1<br /> Gm ( s )  m<br /> <br /> U c ( s) 20s 2  12s  1<br /> <br /> k<br /> <br /> Cơ cấu<br /> hiệu chỉnh<br /> <br /> u<br /> c<br /> <br /> u=k(uc - y)<br /> <br /> y<br /> <br /> u<br /> <br /> Quá trình mong muốn<br /> <br /> G(s) = b/(20s +12s)<br /> <br /> Đối tượng<br /> <br /> Với các bộ điều khiển kinh điển trước đây thì<br /> việc cập nhật hệ số khuếch đại k của bộ điều<br /> khiển mỗi khi tham số b của đối tượng thay đổi<br /> trong quá trình làm việc là không thể. Do đó với<br /> cấu trúc điều khiển thích nghi như trên có thể<br /> đáp ứng được nhiệm vụ đảm nhiệm hệ thống ổn<br /> định trong một dải thay đổi rộng của b.<br /> GIẢI THUẬT GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN<br /> Hàm truyền đạt vòng hở của quá trình:<br /> <br /> (1)<br /> <br /> Trong đó p là toán tử vi phân d/dt<br /> Bộ điều khiển với luật điều khiển:<br /> <br /> (2)<br /> <br /> Với uc là tín hiệu kích thích đầu vào dạng<br /> xung vuông lưỡng cực có biên độ thay đổi<br /> được và tần số 0.01Hz.<br /> <br />  (20 p  12 p  1) y  bk (uc  y )<br /> 2<br /> <br /> bk<br /> uc<br /> (20 p  12 p  bk )<br /> 2<br /> <br />  b(20 p 2  12 p)<br /> <br />   ' ( y  ym ) <br /> u (6)<br /> 2<br /> 2 c<br />  (20 p  12 p  bk ) <br /> Trong biểu thức (6) do hệ số b thay đổi trong<br /> quá trình điều khiển nên ta chưa thể xác định<br /> ngay được hệ số khuếch đại k được. Do đó<br /> phải sử dụng phép xấp xỉ để loại bỏ đi hệ số<br /> chưa biết này.<br /> <br /> Ym ( s )<br /> 1<br /> <br /> 2<br /> U c ( s ) 20s  12s  1<br /> <br />   20s 2  12s  1 Ym ( s )  U c ( s )<br />   20 p 2  12 p  1 ym  uc<br /> <br /> (7)<br /> <br /> Khi hàm truyền đạt của hệ thống đạt tới hàm<br /> truyền đạt mong muốn thì khi đó từ (3) và<br /> (7) ta có:<br /> <br />  20 p<br /> <br /> 2<br /> <br />  12 p  1 ym  uc<br /> <br /> tương đương với phương trình:<br /> <br />  20 p<br /> <br /> Thay (2) vào (1) ta được:<br /> <br /> y<br /> <br /> dk<br /> <br />   ' <br /> dt<br /> k<br /> <br /> Gm ( s ) <br /> <br />  (20s 2  12s)Y ( s)  bU ( s)<br /> <br /> u  k (uc  y)<br /> <br /> (5)<br /> <br /> Xuất phát từ hàm truyền mong muốn của<br /> hệ kín:<br /> <br /> Y (s)<br /> b<br /> <br /> 2<br /> U ( s) 20s  12s<br /> <br />  (20 p 2  12 p) y  bu<br /> <br /> <br /> b(20 p 2  12 p)<br /> <br /> uc<br /> k (20 p 2  12 p  bk ) 2<br /> <br /> Theo luật MIT, luật cập nhật hệ số k như sau:<br /> <br /> Gm(s)=1/(20s2+12s+1)<br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống với bộ<br /> điều khiển thích nghi<br /> <br /> G( s) <br /> <br />  b(20 p 2  12 p  bk )  b 2k<br /> <br /> uc<br /> k<br /> (20 p 2  12 p  1  bk ) 2<br /> <br /> <br /> 2<br /> <br /> Bộ điều khiển<br /> <br /> 88(12): 175 - 180<br /> <br /> 2<br /> <br />  12 p  bk  ym  bkuc<br /> <br /> Điều đó ta hiểu rằng bk = 1, thay vào (6) ta<br /> có:<br /> <br /> (3)<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 178<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Với  = ’b đặc trưng cho độ hội tụ của y về ym.<br /> Tuy nhiên qua giải thuật này ta đã 2 lần áp<br /> dụng phép xấp xỉ chính vì vậy sẽ ảnh hưởng<br /> đến chất lượng hệ thống, do vậy việc lựa chọn<br />  = ’b sẽ rất quan trọng và trong trường hợp<br /> này bộ điều khiển chỉ cho phép hệ thống làm<br /> việc ổn định khi nằm trong một giới hạn nào<br /> đó. Mặt khác từ (8) ta còn thấy độ hội tụ của<br /> k tỉ lệ với bình phương của biên độ tín hiệu<br /> đầu vào uc , đây là hiệu ứng không mong<br /> muốn sẽ gây ra sự mất ổn định khi đầu vào<br /> thay đổi. Do đó ta sẽ sử dụng luật hiệu chỉnh<br /> bổ sung:<br /> <br /> dk<br /> k<br />  <br /> (9)<br /> 2<br /> dt<br />   <br />  tùy<br /> Trong đó:  là mộ số<br />  ý nhỏ không đáng<br />  k <br /> kể đưa vào mẫu của (9) tránh làm cho mẫu số<br /> bằng 0 và:<br /> <br /> 88(12): 175 - 180<br /> <br /> Hình 5. Mô phỏng điều khiển thích nghi hệ thống<br /> trên matlab-simulink<br /> <br /> Kết quả mô phỏng hệ thống khi chưa có<br /> khâu hiệu chỉnh bổ sung<br /> + Khi cho giá trị của b thay đổi<br /> Dieu khien thich nghi theo luat MIT<br /> 1.5<br /> Y(t)<br /> Ym<br /> 1<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> Dap ung dau ra Y(t)<br /> <br />  (20 p 2  12 p)<br /> <br /> dk<br />    ( y  ym ) <br /> u (8)<br /> 2<br /> 2 c<br /> dt<br />  (20 p  12 p  1) <br /> <br /> 0<br /> <br /> -0.5<br /> <br /> Dieu khien thich nghi theo luat MIT<br /> 1.5<br /> Y(t)<br /> Ym<br /> <br /> -1<br /> <br /> 1<br /> -1.5<br /> <br /> Dap ung dau ra Y(t)<br /> <br />  b(20 p 2  12 p) <br /> dk<br />   ' ( y  ym )  2<br /> u<br /> 2 c<br /> dt<br />  ( p  5 p  1) <br /> <br /> 0<br /> <br /> 100<br /> <br /> 200<br /> <br /> 300<br /> 400<br /> 500<br /> 600<br /> 700<br /> Thoi gian mo phong (s)<br /> Ket qua mo phong ung voi b = 0.1<br /> <br /> 100<br /> <br /> 200<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> 800<br /> <br /> 900<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 0<br /> <br /> -0.5<br /> <br /> -1<br /> <br /> -1.5<br /> <br /> 0<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> Dieu khien<br /> theo luat<br /> 300<br /> 400 thich<br /> 500 nghi600<br /> 700MIT800<br /> Thoi gian mo phong (s)<br /> Ket qua mo phong ung voi b = 10<br /> <br /> 900<br /> <br /> 1000<br /> <br /> Y(t)<br /> Ym<br /> <br /> 1<br /> <br /> Dap ung dau ra Y(t)<br /> <br /> Đặng Ngọc Trung<br /> <br /> <br /> (20 p  12 p)<br /> <br /> uc<br /> k (20 p 2  12 p  1) 2<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> 0<br /> <br /> -0.5<br /> <br /> 2<br /> <br /> -1<br /> <br /> -1.5<br /> <br /> (20 p  12 p)<br /> <br /> uc<br /> (400 p 4  480 p 3  184 p 2  24 p  1)<br /> <br /> 0<br /> <br /> 100<br /> <br /> 200<br /> <br /> 2<br /> <br /> SƠ ĐỒ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ<br /> THỐNG TRÊN MATLAB-SIMULINK VÀ<br /> KHI SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH<br /> NGHI THEO LUẬT MIT<br /> Sơ đồ mô phỏng trên matlab-simulink<br /> <br /> 300<br /> 400<br /> 500<br /> 600<br /> 700<br /> Thoi gian mo phong (s)<br /> Ket qua mo phong ung voi b =200<br /> <br /> 800<br /> <br /> 900<br /> <br /> 1000<br /> <br /> Kết luận: Nhận thấy bô điều khiển thích nghi<br /> thực sự đã đáp ứng được khi giá trị b thay đổi,<br /> tuy nhiên đến một giá trị nào đó thì độ ổn<br /> định của hệ thống sẽ bị ảnh hưởng.<br /> + Khi thay đổi giá trị của tín hiệu đầu vào Uc:<br /> TH1: Khi Uc =  0.1V<br /> Dieu khien thich nghi theo luat MIT<br /> 0.15<br /> <br /> Y(t)<br /> Ym<br /> <br /> Dap ung dau ra Y(t)<br /> <br /> 0.1<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 0.05<br /> <br /> 0<br /> <br /> -0.05<br /> <br /> -0.1<br /> <br /> 179<br /> 0<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> 100<br /> <br /> 200<br /> <br /> 300<br /> <br /> 400<br /> 500<br /> 600<br /> Thoi gian mo phong (s)<br /> <br /> 700<br /> <br /> 800<br /> <br /> 900<br /> <br /> 1000<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2