Điều khiển phân cặp

Các hệ nhiều ngõ vào/ nhiều ngõ ra ( MIMO_ Multi Input Multi Output) rất khó có thể điều khiển chính xác vì chỉ cần một ngõ vào thay đổi sẽ tác động đến nhiều, nếu không muốn nói là tất cả các ngõ ra. Bài báo này giới thiệu về kỹ thuật điều khiển phân cặp. một phương pháp điều khiển giúp hệ ban đầu hoạt động theo cách dễ điều khiển hơn, trong đó tác động của các ngõ vào được phân cặp dẫn đến mỗi ngõ ra chỉ chịu ảnh hưởng duy nhất của một ngõ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển phân cặp §IÒU KHIÓN PH¢N cÆP TS. NguyÔn V¨n Gi¸p KS. Ph¹m ThÞ Thóy Ngäc Bé m«n C¬ §iÖn tö, Khoa C¬ khÝ §¹i häc B¸ch khoa Tp Hå ChÝ Minh Email: nvgiap@dme.hcmut.edu.vnTãm t¾tC¸c hÖ nhiÒu ngâ vµo/nhiÒu ngâ ra (MIMO- Multi Input Multi Output) rÊt khã cã thÓ ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c v×chØ cÇn mét ngâ vµo thay ®æi sÏ t¸c ®éng ®Õn nhiÒu, nÕu kh«ng muèn nãi lµ tÊt c¶ c¸c ngâ ra. Bµi b¸o nµygiíi thiÖu vÒ kü thuËt ®iÒu khiÓn ph©n cÆp, mét ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn gióp hÖ ban ®Çu ho¹t ®éng theo c¸chdÔ ®iÒu khiÓn h¬n, trong ®ã t¸c ®éng cña c¸c ngâ vµo ®−îc ph©n cÆp dÉn ®Õn mçi ngâ ra chØ chÞu ¶nh h−ëngduy nhÊt cña mét ngâ vµo.AbstractMulti-input/multi-output system are usually difficult for human operator to control directly, since changingany one input generally affects many, if not all, outputs of the system. Decoupling is a control method thatmake the original system behave in the way easier to control manually where the input actions aredecoupled, each output is therefore affected by only one input signal.1. giíi thiÖuTrong lÜnh vùc ®iÒu khiÓn, viÖc thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cho c¸c hÖ MIMO ®ßi hái tèn nhiÒuthêi gian vµ c«ng søc. Thªm vµo ®ã, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c hÖ nµy rÊt khã mang l¹i sù chÝnhx¸c do c¸c ngâ vµo vµ ngâ ra cã mèi liªn hÖ phøc t¹p, chØ cÇn mét ngâ vµo thay ®æi còng cãthÓ dÉn ®Õn sù thay ®æi cña nhiÒu ngâ ra. §Ó ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc ®iÒu khiÓn c¸c hÖMIMO, ng−êi ta thiÕt kÕ c¸c bé bï nh»m lµm cho hÖ sau khi bï sÏ cã khuynh h−íng ë d¹ng®−êng chÐo. NÕu hÖ sau khi bï cã d¹ng chÐo th× cã thÓ xem hÖ lµ mét tËp hîp cña c¸c hÖmét ngâ vµo/ mét ngâ ra (SISO), nh− vËy viÖc ®iÒu khiÓn sÏ trë nªn ®¬n gi¶n h¬n. Métph−¬ng ph¸p kh¸c lµm viÖc ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n lµ ph©n cÆp. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−a ma trËnhµm truyÒn cña hÖ vÒ chÝnh x¸c d¹ng ®−êng chÐo. Nh− vËy, mét ngâ ra sÏ chØ chÞu t¸c®éng cña mét ngâ vµo, mçi cÆp ngâ vµo/ ngâ ra sÏ ®−îc ®iÒu khiÓn bëi mét bé ®iÒu khiÓnSISO vèn ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc thiÕt kÕ.Bµi b¸o nµy ®Ò cËp ®Õn vÊn ®Ò sö dông ®iÒu khiÓn håi tiÕp (luËt ®iÒu khiÓn håi tiÕp ngâ rah»ng sè, håi tiÕp tr¹ng th¸i, håi tiÕp tr¹ng th¸i kÕt hîp víi bï tr−íc) ®Ó ®−a ma trËn hµmtruyÒn vÒ d¹ng chÐo. §iÒu kiÖn ®Ó ph©n cÆp æn ®Þnh, thuËt to¸n ®Ó x©y dùng luËt ®iÒu khiÓnnµy còng sÏ ®−îc m« t¶. Trong tr−êng hîp kh«ng thÓ thùc hiÖn chÐo hãa ®Çy ®ñ b»ng c¸cluËt ®iÒu khiÓn trªn, ph−¬ng ph¸p ph©n cÆp chÐo hãa khèi vµ tam gi¸c sÏ ®−îc sö dông. C¸cph−¬ng ph¸p nµy còng ®−îc ®Ò cËp ®Õn trong bµi b¸o nµy.2. §IÒU KIÖN ph©n cÆp d¹ng ®−êng chÐoD¹ng ®¬n gi¶n nhÊt cña ph©n cÆp ®−êng chÐo lµ ph©n cÆp hÖ cã sè ngâ vµo vµ ngâ ra b»ngnhau. §Ó tiÕn hµnh ph©n cÆp, øng dông mét sè luËt ®iÒu khiÓn vµo hÖ thèng nh»m lµm chongâ ra thø i cña hÖ kÝn chØ phô thuéc vµo tÝn hiÖu ngâ vµo thø i cña hÖ. Nh− vËy mçi ngâ racã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn riªng biÖt bëi mét bé ®iÒu khiÓn SISO ®¬n gi¶n. Th«ng th−êng, cãba lo¹i bé ®iÒu khiÓn ®−îc sö dông:- Håi tiÕp ngâ ra h»ng: u =Hy+Gr- Håi tiÕp tr¹ng th¸i tuyÕn tÝnh: u =Fx + Gr- Håi tiÕp tr¹ng th¸i tuyÕn tÝnh kÕt hîp víi bï tr−íc: mét hÖ ®iÒu khiÓn ®éng feedforward ®−îc thªm vµo bé ®iÒu khiÓn håi tiÕp tr¹ng th¸i. Trong tr−êng hîp nµy, bé bï t−¬ng øng víi håi tiÕp ngâ ra ®éng, tøc lµ c¸c vect¬ ngâ vµo r vµ ngâ ra y ®−îc nh©n víi c¸c ma trËn ®é lîi cña hµm truyÒn ®éngë ®©y u lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn; y lµ ngâ ra; H, G, F lµ c¸c ma trËn ®é lîi h»ng; x lµ vect¬biÕn tr¹ng th¸i néi. r u x & x y G B ∫ C a) A r H r u x & x y G B ∫ C b) A r F H×nh 2.1: a) Håi tiÕp ngâ ra h»ng b)Håi tiÕp tr¹ng th¸i tuyÕn tÝnh§Çu tiªn, nghiªn cøu viÖc ph©n cÆp ®−êng chÐo mét hÖ vu«ng b»ng c¸ch sö dông håi tiÕptr¹ng th¸i. CÇn t×m mét ma trËn truyÒn sao cho tÝch cña nã víi ma trËn hµm truyÒn hë cñahÖ lµ mét ma trËn truyÒn vßng kÝn cã d¹ng ®−êng chÐo. BÊt kú mét hÖ vu«ng nµo cã matrËn hµm truyÒn h¹ng ®Çy ®ñ ®Òu cã thÓ ®−îc ph©n cÆp ®−êng chÐo. HÖ kh«ng tháa m·n®iÒu kiÖn nµy, tøc lµ kh«ng cã c¸c ngâ ra ®éc lËp tuyÕn tÝnh, th× kh«ng thÓ ph©n cÆp b»ngbÊt kú d¹ng ®iÒu khiÓn nµo.§iÒu kiÖn cÇn vµ ®ñ ®Ó mét hÖ cã thÓ ph©n cÆp ...