Cơ sở lý thuyết điều khiển tuyến tính

Tài liệu Lý thuyết điều khiển tuyến tính gồm 4 chương. Trong đó, nội dung chương 1 được dành cho phần nhập môn lý thuyết điều khiển tuyến tính, chương 2, 3 trình bày các bước thực hiện bài toán điều khiển, chương 4 là nội dung từng bước thực hiện bài toán điều khiển khi đối tượng có mô hình không liên tục. Mời bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ sở lý thuyết điều khiển tuyến tính NguyÔn Do∙n Ph−íc lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh (In lÇn thø t−, cã söa ®æi vμ bæ sung) Nhμ xuÊt b¶n Khoa häc vμ Kü thuËt Hµ Néi 2009 Author: Nguyen Doan Phuoc Assoc. Prof. of Department of Automatic Control, Hanoi University of Technology. Title: Theory of Linear Control This book aims to provide basic knowledges of linear control. It presents the conceptual steps to carry out a linear control problem such as modelling, analysis and controller design. Many examples are given in the book to illustrate the theory. This book is the product of several courses given by the author at the Hanoi University of Technology (HUT). It is written for control engineering students and master students in Universities as a course− and self study textbook. ChÞu tr¸ch nhiÖm xuÊt b¶n: Biªn tËp: Tr×nh bμy vμ chÕ b¶n: VÏ b×a: PGS. TS. T« §¨ng H¶i NguyÔn §¨ng T¸c gi¶ TrÇn Th¾ng In 1000 cuèn khæ 16×24 cm t¹i x−ëng in NXB V¨n hãa d©n téc. GiÊy phÐp xuÊt b¶n sè 150−60−4/2/2005. In xong vµ nép l−u chiÓu th¸ng 7/2005. 2 Lêi nãi ®Çu Sau lÇn xuÊt b¶n ®Çu tiªn n¨m 2002, t¸c gi¶ ®· nhËn ®−îc rÊt nhiÒu ®ãng gãp tõ phÝa b¹n ®äc ®Ó cã ®−îc néi dung víi chÊt l−îng tèt h¬n cho nh÷ng lÇn xuÊt b¶n sau nμy nμy. T¸c gi¶ hy väng víi sù söa ®æi ®ã, c¸c b¹n sinh viªn ®ang theo häc c¸c ngμnh §iÒu khiÓn tù ®éng, §o l−êng vμ Tin häc c«ng nghiÖp, Tù ®éng hãa, häc viªn cao häc, nghiªn cøu sinh thuéc c¸c ngμnh liªn quan, sÏ cã ®−îc mét tμi liÖu víi chÊt l−îng tèt h¬n hç trî cho viÖc tù häc, còng nh− cho viÖc hiÓu kü, hiÓu s©u bμi gi¶ng. Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh lμ phÇn nÒn t¶ng c¬ b¶n vμ quan träng nhÊt cña Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn nãi chung. RÊt nhiÒu c¸c ph¸t triÓn míi vÒ kh¸i niÖm còng nh− ph−¬ng ph¸p cña §iÒu khiÓn n©ng cao nh− æn ®Þnh ®Òu, æn ®Þnh theo hμm mò, æn ®Þnh ISS, §iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh hãa chÝnh x¸c, §iÒu khiÓn thÝch nghi kh¸ng nhiÔu ... ®Òu cã ®−îc sù gîi ý vÒ t− t−ëng tõ Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh. N¾m v÷ng vμ lμm chñ Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh sÏ gióp ta cã ®−îc mét kiÕn thøc c¬ b¶n ch¾c ch¾n ®Ó tù tin tiÕn s©u h¬n vμo c¸c lÜnh vùc kh¸c cña §iÒu khiÓn. So víi lÇn xuÊt b¶n thø nhÊt, ë lÇn xuÊt b¶n thø t− nμy, quyÓn s¸ch ®−îc bè côc l¹i hoμn toμn b»ng viÖc ph©n chia c¸c ch−¬ng theo chñ ®Ò tõng d¹ng m« h×nh m« t¶ hÖ thèng ®−îc sö dông. Cô thÓ lμ: − − − − Ch−¬ng 1 ®−îc dμnh cho phÇn nhËp m«n Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh, c¸c b−íc c¬ b¶n cÇn ph¶i thùc hiÖn khi ph¶i gi¶i quyÕt mét bμi to¸n ®iÒu khiÓn. Ch−¬ng 2 tr×nh bμy c¸c b−íc thùc hiÖn bμi to¸n ®iÒu khiÓn khi m« h×nh to¸n häc cña ®èi t−îng lμ m« h×nh trong miÒn phøc (miÒn tÇn sè). Ch−¬ng 3 lμ néi dung c¸c b−íc thùc hiÖn bμi to¸n ®iÒu khiÓn øng víi m« h×nh tr¹ng th¸i cña ®èi t−îng (®iÒu khiÓn trong kh«ng gian tr¹ng th¸i). Ch−¬ng 4 lμ néi dung tõng b−íc thùc hiÖn bμi to¸n ®iÒu khiÓn khi ®èi t−îng cã m« h×nh kh«ng liªn tôc, ®−îc xem nh− phÇn nhËp m«n cña ®iÒu khiÓn sè. trong ®ã, tõng ch−¬ng 2, 3 vμ 4 l¹i ®−îc tr×nh bμy theo ®óng thø tù thùc hiÖn c¸c b−íc mét bμi to¸n ®iÒu khiÓn, nh−: 1. C«ng cô to¸n häc cÇn thiÕt, 2. X©y dùng m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng, 3. Ph©n tÝch ®èi t−îng vμ 4. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn. Còng so víi lÇn xuÊt b¶n thø nhÊt, ë c¸c lÇn t¸i b¶n sau nμy, t¸c gi¶ ®· ®−a thªm mét sè néi dung ®−îc cho lμ cÇn thiÕt cña ®iÒu khiÓn n©ng cao, nh−ng cã liªn quan ®Õn m« h×nh tuyÕn tÝnh cña ®èi t−îng. C¸c phÇn ®−îc bæ sung thªm bao gåm: − Ph©n tÝnh tÝnh bÒn v÷ng cña hÖ tuyÕn tÝnh cã m« h×nh to¸n häc cña ®èi t−îng lμ hμm truyÒn. 3 − − ThuËt to¸n thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn theo m« h×nh mÉu. Ph−¬ng ph¸p tham sè hãa Youla, ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn æn ®Þnh m¹nh vμ æn ®Þnh song hμnh ®Ó ®iÒu khiÓn æn ®Þnh bÒn v÷ng ®èi t−îng tuyÕn tÝnh (nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®a m« h×nh). ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh theo nguyªn lý b¸m tÝn hiÖu mÉu (tracking control). ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn bï bÊt ®Þnh cho ®èi t−îng tuyÕn tÝnh. ThiÕt kÕ bé läc Kalman. − − − Cuèi cïng, quyÓn s¸ch ®· ®−îc viÕt víi sù gióp ®ì, chia sÎ rÊt to lín cña nh÷ng thμnh viªn trong gia ®×nh t¸c gi¶ lμ vî Ng« Kim Th−, con g¸i NguyÔn Ph−íc My vμ hai ch¸u ngo¹i B«ng, Bo. Kh«ng cã hä ch¾c ch¾n quyÓn s¸ch kh«ng thÓ hoμn thμnh ®−îc. QuyÓn s¸ch cßn ®−îc hoμn thμnh nhê sù cæ vò, khuyÕn khÝch vμ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cña c¸c ®ång nghiÖp trong Bé m«n §iÒu khiÓn Tù ®éng, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa, n¬i t¸c gi¶ ®ang c«ng t¸c. T¸c gi¶ xin ®−îc göi tíi gia ®×nh vμ c¸c b¹n lêi c¸m ¬n ch©n thμnh. MÆc dï ®· rÊt nç lùc, song ch¾c kh«ng thÓ kh«ng cã thiÕu sãt. Do ®ã t¸c gi¶ rÊt mong nhËn ®−îc nh÷ng gãp ý söa ®æi, bæ sung thªm cña b¹n ®äc ®Ó hoμn thiÖn. Th− gãp ý xin göi vÒ: Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi Khoa §iÖn, Bé m«n §iÒu khiÓn Tù ®éng phuocnd-ac@mail.hut.edu.vn Hμ Néi, ngμy 29 th¸ng 10 n¨m 2009 4 Môc lôc 1 NhËp m«n 11 11 1.1 Néi dung bµi to¸n ®iÒu khiÓn 1.1.1 Bµi to¸n cã tÝn hiÖu tiÒn ®Þnh (§iÒu khiÓn tiÒn ®Þnh)........................................................ 14 Kh¸i niÖm tÝn hiÖu ......................................................................................................... 14 Ph©n lo¹i tÝn hiÖu tiÒn ®Þnh ........................................................................................... 15 Mét sè tÝn hiÖu tiÒn ®Þnh ®iÓn h×nh ................................................................................ 17 ChuÈn cña tÝn hiÖu (hay hµm sè).................................................................................. 19 1.1.2 Bµi to¸n cã tÝn hiÖu ngÉu nhiªn (§iÒu khiÓn ngÉu nhiªn) ............................................... 21 Kh¸i niÖm qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn.................................................................................... 21 Qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn dõng vµ ngÉu nhiªn egodic........................................................ 22 1.2 Nh÷ng cÊu tróc c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn 23 1.2.1 Ph©n lo¹i hÖ thèng .......................................................................................................... 23 1.2 ...