Tổng hợp hệ điều khiển theo chế độ trượt cho một lớp đối tượng bất định, dưới tác động của nhiễu

Bài báo trình bày về một phương pháp nâng cao chất lượng các hệ thống tự động bám trên cơ sở sử dụng điều khiển theo chế độ trượt. Trên cơ sở sử dụng mô hình song song để xây dựng thuật toán nhận dạng - đánh giá nhiễu, kể cả nhiễu có tính đột biến. Từ đó đề xuất phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển mode trượt cho một lớp đối tượng phi tuyến bất định dưới tác động của nhiễu ngoài đảm bảo chế độ trượt cho hệ thống và giảm thiểu được độ rung. Nhờ vậy, hệ thống có tính bền vững và tính kháng nhiễu tốt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp hệ điều khiển theo chế độ trượt cho một lớp đối tượng bất định, dưới tác động của nhiễu Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN THEO CHẾ ĐỘ TRƯỢT CHO MỘT LỚP ĐỐI TƯỢNG BẤT ĐỊNH, DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỄU Cao Tiến Huỳnh1, Nguyễn Vũ2, Trần Ngọc Bình1*, Nguyễn Trung Kiên1 Tóm tắt: Bài báo trình bày về một phương pháp nâng cao chất lượng các hệ thống tự động bám trên cơ sở sử dụng điều khiển theo chế độ trượt. Trên cơ sở sử dụng mô hình song song để xây dựng thuật toán nhận dạng - đánh giá nhiễu, kể cả nhiễu có tính đột biến. Từ đó đề xuất phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển mode trượt cho một lớp đối tượng phi tuyến bất định dưới tác động của nhiễu ngoài đảm bảo chế độ trượt cho hệ thống và giảm thiểu được độ rung. Nhờ vậy, hệ thống có tính bền vững và tính kháng nhiễu tốt. Từ khóa: Điều khiển bám, Chế độ trượt, Mô hình song song. 1. MỞ ĐẦU Trong các lĩnh vực kỹ thuật quân sự và trong công nghiệp thường gặp các đối tượng phi tuyến, bất định và chịu tác động của nhiễu. Điều khiển các đối tượng thuộc lớp này bằng các bộ điều khiển truyền thống PID không đạt được kết quả mong đợi, các bộ điều khiển PID chỉ mang lại kết quả chấp nhận được khi mức độ phi tuyến và bất định không lớn, mức độ thay đổi các tham số động học của đối tượng không nhiều. Trong trường hợp đối tượng điều khiển có độ bất định cao, có đặc tính phi tuyến mạnh và chịu tác động của nhiễu bên ngoài đòi hỏi phải sử dụng các bộ điều khiển thích nghi, bền vững. Bộ điều khiển thích nghi trên cơ sở kết hợp bộ điều khiển PID tối ưu với bộ nhận dạng và điều chỉnh tham số sử dụng mạng nơ ron đã được nghiên cứu đề xuất trong những năm gần đây [ 1,2,3 ]. Đây là những đóng góp có giá trị cả về mặt lý thuyết, cả về mặt ứng dụng thực tiễn. Tuy vậy, các thuật toán điều khiển đề xuất trong các công trình nêu trên áp dụng hiệu quả cho các trường hợp phi tuyến và nhiễu là các hàm trơn. Mặc dù đây là trường hợp rất phổ biến, bao gồm một lớp rất rộng các đối tượng phi tuyến bất định dưới tác của nhiễu bên ngoài, song trong thực tế còn có các trường hợp khi đặc tính phi tuyến và nhiễu không phải là những hàm trơn, hoặc là những hàm đột biến trong những khoảng thời gian nhất định. Để đảm bảo chất lượng cao cho các trường hợp này đòi hỏi các thuật toán điều khiển thích ứng. Chính vì vậy, việc xây dựng các phương pháp tổng hợp các hệ thống điều khiển chất lượng cao cho các đối tượng phi tuyến, bất định dưới tác động của nhiễu bên ngoài, đặc biệt là trường hợp khi nhiễu là những hàm không trơn, có đột biến là vấn đề bức thiết. Do đối tượng vừa là phi tuyến bất định, vừa chịu tác động của nhiễu bên ngoài, vì vậy khi tổng hợp hệ điều khiển chất lượng cao thì sự lựa chọn điều khiển mode trượt sẽ là tối ưu bởi vì điều khiển trượt có khả năng bất biến với nhiễu tác động lên hệ thống và khắc phục được các yếu tố bất định [ 4,5,6 ]. 2. ĐẶT BÀI TOÁN Giả sử động học của đối tượng điều khiển được mô tả bằng phương trình ̇ = (1) ̇ = + + + ( , )+ Trong đó: và là các biến trạng thái; là tác động điều khiển; , , là các tham số đặc trưng cho động học của đối tượng điều khiển; ( , ) là nhiễu phụ thuộc trạng thái (state dependent disturbance), là hàm bất định không biết trước; là nhiễu bên ngoài tác động lên đối tượng. Hệ phương trình (1) có thể viết lại dưới dạng ̇= + + + (1a) 0 1 0 0 0 Với = ; = ; = ; ( )= ( , ); = T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 37, 06 - 2015 53  Kỹ thuật điÒu khiÓn & Điện tử Đối tượng điều khiển (1) thuộc lớp các đối tượng phi tuyến bất định, dưới tác động của nhiễu bên ngoài ̇ = , = 1,2, … , − 1 (2) ̇ =∑ + + ( , ,…, ) + Để tiện cho việc trình bày và để tăng tính trực quan khi khảo sát chế độ trượt, trong các phần tiếp theo dưới đây chúng ta sử dụng mô hình đối tượng (1). Điều này hoàn toàn không làm giảm bớt tính chất tổng quát của vấn đề, đồng thời, mô hình đối tượng (1) cũng chính là mô hình toán của một lớp rất rộng các hệ thống cơ điện thường gặp trong các lĩnh vực kỹ thuật quân sự. Đối với các trường hợp, khi hàm phi tuyến (. ) và hàm nhiễu ( ) là các hàm trơn, các thuật toán điều khiển đối tượng (1) trên cơ sở kết hợp PID với mạng nơ-ron RBF và hiệu chỉnh tham số đã được đề xuất trong [1]. Tuy vậy các thuật toán này còn tồn tại nhược điểm là phức tạp và luật cập nhật trọng số của mạng lại phụ thuộc vào tín hiệu sai lệch của hệ thống, trong khi tín hiệu này do rất nhiều yếu tố cấu thành chứ không chỉ là nhiễu và trạng thái của hệ thống. Trong các công trình [2, 3, 4] đã thu được các thuật toán điều khiển đối tượng (1) trong đó (. ) và ( ) là các hàm trơn đảm bảo chất lượng cao cho hệ thống về tính bền vững, tính kháng nhiễu và độ tác động nhanh. Vấn đề đặt ra tiếp theo ở đây là xây dựng các thuật toán điều khiển cho đối tượng (1) khi (. ) và ( ) không phải là các hàm trơn và có thể có các đột biến. Để thuận cho việc trình bày, mô hình (1) được viết ở dạng gọn hơn: ̇ = (3) ̇ = + + + (∙) Trong đó (∙) = ( , ) + ( ) là hàm bất định có thể có các đột biến. Tương tự như với (1), hệ phương trình (3) dưới dạng phương trình véc-tơ ma trận có dạng: ̇= + + (∙) (3a) 0 Với (∙) = ...