Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH
BẰNG PHẢN HỒI ĐẦU RA THEO NGUYÊN LÝ TÁCH
Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số:23.04.3898
Học Viên: HOÀNG ĐỨC QUỲNH
Người HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN DOÃN PHƯỚC
THÁI NGUYÊN - 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
HOÀNG ĐỨC QUỲNH
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
TỰ ĐỘNG HOÁ
NGÀNH : TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH
BẰNG PHẢN HỒI ĐẦU RA THEO
NGUYÊN LÝ TÁCH
HOÀNG ĐỨC QUỲNH
2007 – 2009
Thái
nguyên
2009
THÁI NGUYÊN 2009
§iÒu khiÓn t¸ch kªnh hÖ tuyÕn tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu ra theo nguyªn lý t¸ch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Mục lục
Lời mở đầu
Mục lục..................................................................................................................
1
Chương 1. Tổng quan về bộ điều khiển tách kênh
1.1
Nội dung bài toán điều khiển tách kênh.......................................................
3
1.2
Hai phương pháp tách kênh cơ
bản...............................................................
4
Chương 2. Điều khiển tách kênh trong miền tần số và nhược điểm của nó
2.1
Mô hình ma trận hàm truyền........................................................................
6
2.2
Đánh giá sự tương tác các kênh....................................................................
11
Chương 3. Điều khiển tách kênh bằng phản hồi trạng thái
3.1
Điều khiển phản hồi trạng thái.....................................................................
12
3.2
Thuật toán tìm các bộ điều khiển của bài toán tách kênh.............................
14
Chương 4. Quan sát trạng thái
4.1
Bộ quan sát Luenberger................................................................
25
Phân tích tính quan sát được.............................................................
25
4.1.1.1. Khái niệm quan sát được và quan sát được hoàn toàn.........
25
4.1.1.2. Một số kết luận chung về tính quan sát được của hệ tuyến
tính.....................................................................................................
26
4.1.1.3. Tính đối ngẫu và các tiêu chuẩn xét tính quan sát được của
hệ tham số hằng.................................................................................
32
Bộ quan sát Luenberger.....................................................................
35
4.1.2.1. Phương pháp thiết kế............................................................
35
4.1.2.2. Các phương pháp khác nhau phục vụ bài toán thiết kế bộ
điều khiển phản hồi trạng thái gán điểm cực....................................
38
a. Phương pháp Ackermann..............................................................
38
b. Phương pháp Roppenecker............................................................
40
c. Phương pháp Modal phản hồi trạng thái.......................................
42
§iÒu khiÓn t¸ch kªnh hÖ tuyÕn tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu ra theo nguyªn lý t¸ch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
d. Bài toán điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu
Thiết kế bộ điều khiển LQR phản hồi dương....................................
50
4.2
Các bộ quan sát trạng thái tuyến tính khác...................
58
Bộ quan sát Kalman..........................................................................
58
Bộ điều khiển tối ưu phản hồi đầu ra LQG.......................................
61
4.3
Kết luận về chất lượng hệ kín: NGUYÊN LÝ TÁCH.........
63
Chương 5. Nghiên cứu khả năng ghép chung bộ điều khiển phản hồi trạng thái
tách kênh với bộ quan sát trạng thái
5.1
Mô phỏng hệ MIMO tuyến tính 2 đầu vào 2 đầu ra.....................................
65
Đối tượng thứ nhất............................................................................
65
Đối tượng thứ hai..............................................................................
70
5.2
Mô phỏng bộ điều khiển tách kênh cho đối tượng MIMO tuyến tính..........
75
Đối tượng thứ nhất............................................................................
75
Đối tượng thứ hai..............................................................................
83
5.3
Mô phỏng bộ quan sát Luenberger cho đối tượng MIMO tuyến
tính...........
91
Đối tượng thứ nhất............................................................................
91
Đối tượng thứ hai..............................................................................
99
5.4
Nghiên cứu mô phỏng khả năng ghép chung bộ điều khiển phản hồi trạng
thái tách kênh với bộ quan sát trạng thái......................................................
105
Đối tượng thứ nhất............................................................................
105
Đối tượng thứ hai..............................................................................
112
Kết luận .................................................................................................................
119
Danh mục tài liệu tham khảo
Danh mục các hình vẽ, đồ thị sử dụng trong luận văn
Tóm tắt luận văn
§iÒu khiÓn t¸ch kªnh hÖ tuyÕn tÝnh b»ng ph¶n håi ®Çu ra theo nguyªn lý t¸ch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
LỜI MỞ ĐẦU
Điều khiển hệ thống là bài toán can thiệp vào đối tượng điều khiển để
hiệu chỉnh, để biến đổi sao cho nó có chất lượng mong muốn. Kết quả của bài
toán điều khiển có thể là một tín hiệu điều khiển thích hợp hoặc một bộ điều
khiển tạo tín hiệu điều khiển thích hợp cho đối tượng. Các bộ điều khiển bao
gồm các cấu trúc: Điều khiển hở, điều khiển phản hồi trạng thái, điều khiển
phản hồi tín hiệu ra.
Có rất nhiều bộ điều khiển được ứng dụng thành công lại chỉ dùng được cho
hệ SISO (ví dụ: bộ điều khiển PID). Để sử dụng các bộ điều khiển đó cho hệ
MIMO, ta phải can thiệp sơ bộ trước vào hệ MIMO, biến một hệ thống
MIMO thành nhiều hệ SISO với mỗi đầu ra chỉ phụ thuộc vào một tín hiệu
đầu vào.
Bộ điều khiển phản hồi trạng thái có khả năng giữ được ổn định chất lượng
mong muốn cho đối tượng dù trong qúa trình điều khiển luôn có những tác
động nhiễu. Để ứng dụng tốt bộ điều khiển trạng thái trong việc điều khiển hệ
thống MIMO, cần sử dụng kết hợp với bộ Quan sát trạng thái để có thể lấy
chính xác và đầy đủ nhất các thông tin về chất lượng động học của đối tượng.
Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết phải nghiên cứu trên, tác giả muốn đóng
góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu khả năng kết hợp giữa bộ quan sát
trạng thái với bộ điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh hệ MIMO tuyến
tính để có được bộ điều khiển tách kênh phản hồi đầu ra.
Được sự hướng dẫn chỉ bảo của thầy PGS.TS Nguyễn Doãn Phước –
Trưởng bộ môn Điều khiển tự động Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài:
ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH HỆ TUYẾN TÍNH BẰNG PHẢN HỒI
ĐẦU RA THEO NGUYÊN LÝ TÁCH