Một phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển phi tuyến có tham số biến đổi trong vùng gần bề mặt trượt

Trong các hệ thống điều khiển trượt thực tế, tốc độ chuyển mạch nhanh của hàm chuyển mạch sigmoid là nguyên nhân gây ra “chattering”, để giảm bớt “chattering”, người ta sử dụng các hàm chuyển mạch khác như hàm bão hòa, hàm hyperbolic... Trong bài báo này, tác giả xây dựng một bộ điều khiển trượt – biến đổi cấu trúc nhằm giảm “chattering” và sai số bám vị trí của hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển phi tuyến có tham số biến đổi trong vùng gần bề mặt trượtNghiên cứu khoa học công nghệ MỘT PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CÓ THAM SỐ BIẾN ĐỔI TRONG VÙNG GẦN BỀ MẶT TRƯỢT Trần Văn Nhân1*, Lê Trần Thắng2, Nguyễn Thượng San3 Tóm tắt: Điều khiển trượt chứa đựng một cấu trúc điều khiển chuyển mạch. Theo lý thuyết tốc độ chuyển mạch là vô hạn, tuy nhiên, trong thực tế, tốc độ chuyển mạch là bị giới hạn bởi những giới hạn cấu trúc vật lý của chuyển mạch. Trong các hệ thống điều khiển trượt thực tế, tốc độ chuyển mạch nhanh của hàm chuyển mạch sigmoid là nguyên nhân gây ra “chattering”, để giảm bớt “chattering”, người ta sử dụng các hàm chuyển mạch khác như hàm bão hòa, hàm hyperbolic... Trong bài báo này, tác giả xây dựng một bộ điều khiển trượt – biến đổi cấu trúc nhằm giảm “chattering” và sai số bám vị trí của hệ thống.Từ khóa: Điều khiển chế độ trượt, Giảm “chattering”, Hàm chuyển mạch. 1. MỞ ĐẦU Các hệ thống truyền động bám được sử dụng rộng rãi trong quân sự và côngnghiệp, chúng có đặc điểm phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt, chịu tácđộng mạnh của nhiễu và các tham số thường bị thay đổi theo thời gian. Trước đây,do hạn chế về kỹ thuật và đặc biệt là hạn chế về côngnghệ nên người ta thường sửdụng bộ điều khiển PID, nó có ưu điểm đơn giản, dễ thực thi và cho chất lượngđiều khiển khá tốt khi các tham số thay đổi ít, độ phi tuyến và bất định nhỏ. Ngàynay, công nghệ có sự phát triển vượt bậc, cùng với đó là các phương pháp điềukhiển hiện đại [4]đã giải quyết tốt các hạn chế mà các bộ điều khiển truyền thốngkhông thể khắc phục được. Trong đó, điều khiển trượt là một phương pháp điềukhiển có những ưu điểm nổi bật, cho chất lượng điều khiển tốt đối với các hệ thốngđiều khiển phi tuyến tham số biến đổi, có khả năng bất biến với nhiễu loạn. Tuynhiên hạn chế cơ bản của điều khiển trượt là hiện tượng “chattering” đã được phântích kỹ trong nhiều tài liệu [6]. Vì vậy, việc nghiên cứu làm giảm và loại bỏ “chattering” và tăng độ chính xácbám của các hệ thống điều khiển nói chung và hệ thống tự động bám nói riêng luônlà một vấn đề được quan tâm nghiên cứu. Trong bài báo này, sẽ xây dựng bộ điềukhiển trượt - biến đổi cấu trúc bằng việc sử hàm chuyển mạch thay thế trong vùnggần bề mặt trượt nhằm loại bỏ dao động tần số cao khi sử dụng các hàm chuyểnmạch kinh điển và giảm sai số bám vị trí của hệ thống. 2. MÔ TẢ VÀ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG2.1. Mô tả hệ thống Phương trình động học dạng rút gọn của hệ thống truyền động bám góc có thamsố biến đổi sử dụng động cơ điện một chiều được mô tả trong[1, 3, 5] như sau: J  B  d(t)  f ( )  u(t) (1) Ru Trong phương trình (1): J - mô men quán tính( J  J eq 0 với Ru - điện trở Kphần ứng, K - hằng số mô men phụ thuộc vào kết cấu động cơ, J eq 0 - mô men quánTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 77 Cơ học & Điều khiển thiết bị baytính tương đương qui đổi về đầu trục quay của cơ cấu công tác); B - hệ số sức điệnđộng phần ứng; d (t ) - thành phần nhiễu bên ngoài và phụ thuộc vào thời gian; f ( ) - nhiễu phụ thuộc trạng thái ( f ( )  M 0 sign( )  M 1 , trong đó: M0 - hệ sốma sát tĩnh, M1 - hệ số ma sát nhớt); u (t ) - tín hiệu điều khiển đầu vào;  - giá trịgóc quay đầu ra, J > 0 và B >0. Do J biến đổi theo thời gian và hệ thống có các yếu tố nhiễu loạn, không chắcchắn nên chúng ta dùng mô hình danh định làm mô hình tham chiếu cho hệ thống (1): J   B   m (t ) n n n n (2) Trong đó, J n - mô men quán tính danh định; Bn - hệ số sức điện động danh định;m (t ) - tín hiệu điều khiển danh định;  n - góc quay danh định, J n > 0 và Bn > 0 .Mục tiêu đặt ra trong (1) là giá trị góc  tiến tới giá trị góc quay danh định  n cònmục tiêu đặt ra trong (2) là  n tiến tới  d và  tiến tới  d . Ở đây  d là góc quaymong muốn,  n là giá trị góc quay danh định và  là góc quay đầu ra. Để tổng hợp hệ thống (2) sử dụng bộ điều khiển [2]: .. B . . 2 Bn m  J n ( d  n  d  h1e  h2 e ) với các hệ số h1  k và h2  2k  , k > 0 . Jn Jn2.2. Thiết kế bộ điều khiển Với mô hình (1) trong [2] Liu và Wang đã thiết kế một bộ điều khiển trượt đảmbảo cho hệ thống ổn định tiệm cận.Tuy nhiênnếu biên độ của nhiễu lớn hay cáctham số biến thiên trong dải rộng thì biên ...