Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra theo nguyên lý tách cho hệ phi tuyến

Phạm vi của luận án là nghiên cứu và đưa ra các kết quả cho điều khiển dự báo hệ phi tuyến nói chung và hệ song tuyến (lớp hệ phi tuyến đặc biệt và phổ biến trong công nghiệp) nói riêng. Các bài toán rất phổ biến hiện nay trong điều khiển dự báo, chẳng hạn như bài toán ước lượng trạng thái hay bài toán ổn định hóa và bán ổn định quỹ đạo đặt cũng sẽ được giải quyết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra theo nguyên lý tách cho hệ phi tuyếnMỞ ĐẦUTính cấp thiết của đề tài luận án Các ứng dụng hiện nay của điều khiển dự báo thường yêu cầu các quá trình vận hành trongmột dải làm việc lớn và gần với các điều kiện biên, đồng thời phải thỏa mãn các ràng buộc cũngnhư phải đạt được chất lượng gần tối ưu. Đây là những lí do mà điều khiển dự báo phi tuyến đượcquan tâm đặc biệt trong những năm gần đây với rất nhiều bước tiến ở cả lĩnh vực lý thuyết và ứngdụng. Ngoài ra, năng lực ngày càng tăng của các máy tính hiện có cũng như sự phát triển khôngngừng của các phương pháp giải số dành riêng cho điều khiển dự báo phi tuyến đã mang đến khảnăng ứng dụng của nó cả cho các hệ động học biến đổi nhanh. Điều này dẫn đến một loạt các sựphát triển mới đầy hấp dẫn, bên cạnh các thách thức mới trong lĩnh vực điều khiển dự báo hệ phituyến trong đó phải tính tới cả việc đưa ra được lời chứng minh tính thỏa mãn nguyên lý tách củahệ kín phản hồi đầu ra khi ghép chung bộ điều khiển dự báo phản hồi trạng thái phi tuyến với bộquan sát trạng thái, cũng như phải xây dựng được thuật toán để giải bài toán tối ưu khi có ràngbuộc về tín hiệu điều khiển, …. Các thách thức này cũng chính là động cơ thúc đẩy đề tài nghiêncứu của luận án.Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án Mục tiêu của luận án là giải quyết bài toán Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra theo nguyênlý tách cho hệ phi tuyến, với hai nhiệm vụ chính, bao gồm: − Sử dụng hàm mục tiêu có cấu trúc biến đổi trong việc xây dựng bộ điều khiển dự báo phản hồi trạng thái nhằm mở rộng tính linh hoạt của bộ điều khiển và hơn nữa là có thể chuyển được bài toán điều khiển có điều kiện ràng buộc cho tín hiệu điều khiển cũng như trạng thái về thành bài toán không ràng buộc. − Xây dựng bộ điều khiển dự báo phản hồi đầu ra cho hệ phi tuyến trên cơ sở sử dụng bộ quan sát trạng thái và khảo sát tính ổn định của hệ thu được.Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của luận án Phạm vi của luận án là nghiên cứu và đưa ra các kết quả cho điều khiển dự báo hệ phi tuyếnnói chung và hệ song tuyến (lớp hệ phi tuyến đặc biệt và phổ biến trong công nghiệp) nói riêng.Các bài toán rất phổ biến hiện nay trong điều khiển dự báo, chẳng hạn như bài toán ước lượngtrạng thái hay bài toán ổn định hóa và bám ổn định quỹ đạo đặt cũng sẽ được giải quyết. Tính ổnđịnh của hệ điều khiển dự báo phản hồi trạng thái và phản hồi đầu ra được luận án chứng minhdựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov và ổn định ISS (Input-to-State Stability). Đặc biệt, với hệsong tuyến, khi được coi là vô số các hệ tuyến tính tham số hằng, thì lời giải của bài toán tối ưutrong điều khiển dự báo có xét đến điều kiện ràng buộc của tín hiệu điều khiển lại có thể đượcphát triển từ các kết quả quen thuộc của bài toán LQR (Linear Quadratic Regulator) hay phươngpháp quy hoạch động của Bellman nhờ việc sử dụng hàm mục tiêu có tham số biến đổi.Cấu trúc và những đóng góp của luận án Luận án được bố cục với 4 chương chính: phần mở đầu, 4 chương trình bày các nội dung vàkết quả nghiên cứu, phần cuối là kết luận và kiến nghị. Luận án đã có các đóng góp cụ thể nhưsau: − Phát biểu được một tiêu chuẩn ổn định cho hệ điều khiển dự báo phản hồi trạng thái hệ phi tuyến mà ở đó hàm mục tiêu có cấu trúc biến đổi trong cửa sổ dự báo cũng như theo sự dịch chuyển của cửa sổ dự báo trên trục thời gian. − Xây dựng được bộ điều khiển dự báo phản hồi trạng thái cho hệ song tuyến và chứng minh được tính ổn định tiệm cận của hệ kín thu được. − Xây dựng được thuật toán quan sát trạng thái tối ưu cho hệ phi tuyến và điều kiện đủ để bộ quan sát đó trở thành bộ quan sát có khoảng thời gian quan sát hữu hạn FTO (Finite Time Observer). 1 − Phát biểu được điều kiện cần và đủ để hệ song tuyến là quan sát đều và xây dựng thuật toán quan sát trạng thái tối ưu cho hệ song tuyến. − Đưa ra điều kiện đủ để bộ điều khiển dự báo phản hồi đầu ra, xây dựng trên nền nguyên lý tách, làm hệ phi tuyến nói chung và hệ song tuyến nói riêng là ổn định tiệm cận (với bộ quan sát FTO) và ổn định ISS (khi luôn tồn tại sai lệch quan sát).CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG1.1 Động cơ thúc đẩy đề tài1.1.1 Hệ điều khiển dự báo Điều khiển dự báo dựa theo mô hình (Model Predictive Control - MPC), hay gọi tắt là điềukhiển dự báo, đề cập đến một họ các phương pháp điều khiển sử dụng một mô hình toán học đểdự báo tín hiệu ra của đối tượng (quá trình) trong tương lai. Tại mỗi thời điểm trích mẫu, thuậttoán điều khiển dự báo sẽ tối ưu đáp ứng của hệ bằng cách tính toán ra dãy tín hiệu điều khiểntương lai. Chỉ có thành phần đầu tiên của dãy tín hiệu điều khiển tối ưu này được đưa tới đốitượng và toàn bộ chu trình tính toán sẽ được lặp lại tại các thời điểm trích mẫu tiếp theo[12,33,48]. Như vậy bộ điều khiển dự báo gồm có ...