Nghiên cứu xây dựng bộ vi phân tích cực trên cơ sở hệ thống bám làm việc trong chế độ trượt

Trong bài viết này, các tác giả trình bày một phương pháp tổng hợp bộ vi phân tín hiệu trên cơ sở hệ bám làm việc trong chế độ trượt. Thuật toán tổng hợp có ý nghĩa là nhằm đánh giá được chất lượng làm việc hệ thống truyền động điện bám trong công nghiệp và quân sự, kết quả được kiểm chứng mô phỏng trong môi trường Matlab-Simulink.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng bộ vi phân tích cực trên cơ sở hệ thống bám làm việc trong chế độ trượt Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ VI PHÂN TÍCH CỰC TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG BÁM LÀM VIỆC TRONG CHẾ ĐỘ TRƯỢT Nguyễn Thanh Tiên1, Trần Đức Chuyển2, Nguyễn Thị Thu Hương1* Tóm tắt: Trong bài báo này, các tác giả trình bày một phương pháp tổng hợp bộ vi phân tín hiệu trên cơ sở hệ bám làm việc trong chế độ trượt. Thuật toán tổng hợp có ý nghĩa là nhằm đánh giá được chất lượng làm việc hệ thống truyền động điện bám trong công nghiệp và quân sự, kết quả được kiểm chứng mô phỏng trong môi trường Matlab-Simulink. Từ khóa: Điều khiển phi tuyến; Điều khiển trong chế độ trượt. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, cùng với sự phát triển ngày càng cao của kỹ thuật vi xử lý; vi điều khiển; DSP; hay các onchip mới, .v.v... các thuật toán thông minh và máy tính số, việc sử dụng các thiết bị xử lý, tạo luật điều khiển của các thiết bị điều khiển trong công nghiệp, các hệ thống điều khiển vũ khí thường có các bộ vi phân để thực hiện lấy vi phân tín hiệu đầu vào phuc vụ cho việc tạo luật điều khiển. Để thực hiện phép tính vi phân có nhiều phương pháp: sử dụng phần tử thụ động điện trở và điện dung, hoặc sử dụng mạch khuếch đại thuật toán với ưu điểm là đơn giản, ta chỉ quan tâm đến tốc độ biến thiên của tín hiệu đó. Khi tín hiệu biến thiên nhanh hoặc tồn tại các điểm đột biến thì bộ vi phân sử dụng các phương pháp trên làm việc không ổn định. Ví dụ đối với bộ vi phân sử dụng khuếch đại thuật toán có dạng: Hình 1. Bộ vi phân sử dụng khuếch đại thuật toán với các phần tử R,C. Khi đó phương trình tín hiệu đầu ra có dạng: dVin Vout   RC (1) dt Khi tần số tín hiệu đầu vào lớn, tín hiệu vi phân sẽ lớn làm cho các bộ khuếch đại bị bão hòa. Bài báo đi theo hướng tổng hợp bộ vi phân trên cơ sở hệ bám làm việc trong chế độ trượt. Phương pháp tổng hợp điều khiển trên cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống có cấu trúc thay đổi, đặc biệt là điều khiển trong chế độ trượt được nhiều tác giả quan tâm và có nhiều ưu điểm trong tổng hợp hệ thống điều khiển [3, 4, 5], đó là: Tính bất biến với nhiễu loạn nội tại bên trong các phần tử tác động lên hệ thống và các thành phần không xác định của các phần tử R, C. Trong bài báo này việc nghiên cứu sử dụng bộ vi phân tích cực làm việc trong chế độ trượt, nhằm đưa ra thuật toán để áp dụng cho một số hệ thống điều khiển truyền động điện điện bám trong công nghiệp và quân sự hiện nay như: hệ thống điều khiển rô bốt, hệ thống điều khiển máy cắt gọt CNC, hệ thống bám vũ khí, .v.v... Kết quả được tính toán xây dựng; tổng hợp; để minh chứng về hiệu quả của thuật toán, nâng cao chất lượng làm việc cho hệ thống bám. Các tác giả sử dụng phần mềm Matlab - Simulink để tiến hành mô phỏng đánh giá kết quả nhằm kiểm chứng, đánh giá chất lượng của bộ thuật toán, [1, 4, 7]. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 59  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 2. TỔNG HỢP THUẬT TOÁN HỆ THỐNG BÁM TRONG CHẾ ĐỘ TRƯỢT Xét hệ thống được mô tả bởi phương trình trạng thái có dạng: x  f ( x )  bu (2) yx (3) Trong đó x là biến trạng thái, f (x ) là hàm phi tuyến mô tả các mối quan hệ của đối tượng, hàm này bị giới hạn f ( x)  F0 , b là hệ số điều khiển có khoảng biến thiên 0  bmin  b  bmax , u là tín hiệu điều khiển, y tín hiệu đầu ra có thể đo được. Bài toán bám được đặt ra như sau: Việc tổng hợp điều khiển u để giá trị x bám theo giá trị xd (t ) cho trước, với xd  X d . Tương đương với việc đảm bảo sai số bám: e  x(t )  xd (t )  0 (4) Để tổng hợp điều khiển u ta xét vi phân của tín hiệu sai số (4): e  x  xd  f ( x)  bu  xd (5) Nếu lựa chọn điều khiển u có dạng: bminu   Msign(e) (6) Trong đó, M là hằng số dương được lựa chọn phù hợp [1, 2, 4]. Khi đó hệ (2) với tín hiệu điều khiển (6) sẽ có dạng: b e  f ( x )  xd  Msign (e) (7) bmin b Đây là dạng phương trình vi phân có vế phải gián đoạn. Giá trị biên độ của M bmin được lựa chọn sao cho thỏa mãn điều kiện xuất hiện chế độ trượt trên mặt trượt, nghĩa là: e  x(t )  xd (t )  0 . Khi xuất hiện chế độ trượt thì bài toán ở (4) thỏa mãn. Lựa chọn 1 2 hàm Lyapunov cho (5) có dạng V  e . Xét vi phân của nó khi tính đến (5) ta có: 2 b V  ee  e[ f ( x)  xd  Msign(e)] (8) bmin b Tìm điều kiện thỏa mãn của M để V  0 . bmin b V  ee  e[ f ( x )  xd  Msign(e)]  0 (9) bmin ...