BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẠM QUANG ĐĂNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN (DCS)
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
Chuyên ngành: Tự động hóa
Mã số: 62.52.60.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà nội – 2007


(Liên quan tới đề tài nghiên cứu của luận án)

1. Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Hệ thống điều khiển thời
gian thực có xét tới trễ truyền thông, Tuyển tập báo cáo khoa học, Hội
thảo toàn quốc lần thứ nhất về cơ điện tử, 2002.
2. Phạm Quang Đăng, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển hệ truyền
động nhiều trục tích hợp truyền thông kỹ thuật số, Tuyển tập các báo
cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về Tự động hóa (VICA6),
2005.
3. Phạm Quang Đăng, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển phân tán
trong hệ truyền động nhiều trục, Tuyển tập các bài báo khoa học, Hội
nghị khoa học lần thứ 20 Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 2006.
4. Phạm Quang Đăng, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển hệ truyền
động phân tán có xét tới trễ truyền thông, Tuyển tập báo cáo khoa học
hội nghị toàn quốc lần thứ ba về cơ điện tử - VCM2006, 2006.
24
Một số kiến nghị
Từ kết quả nghiên cứu của luận án ta có thể thấy một số hướng nghiên
cứu có thể cần thực hiện trong tương lai để cải thiện chất lượng của hệ
thống điều khiển.
Về mặt truyền thông, việc tìm kiếm một giao thức truyền thông với
trễ truyền thông tiền định hơn, có sự đả
m bảo truyền thông cao hơn là
cần thiết. Với giao thức truyền thông có trễ tiền định mô hình hệ thống
sẽ đơn giản hơn và giảm nhẹ gánh nặng tính toán cho các thuật toán
điều khiển.
Về mặt điều khiển, vấn đề áp dụng lý thuyết xác suất thống kê cho
nghiên cứu phát triển các bộ điều khiển cần phải được đầu tư nghiên
cứu thêm. Mộ
t số hướng nghiên cứu về vấn đề điều khiển có thể cần

ứng được yêu cầu đó. Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống truyền thông
bus chung thay thế cho phương pháp truyền thông điểm - điểm làm nảy
sinh những khó khăn mới đó là các trễ truyền thông giữa các sensor, cơ
cấu chấp hành và bộ điều khiển. Các thành phần trễ này làm giảm chất
lượng đ
iều khiển, thậm chí gây ra sự mất ổn định của hệ thống, làm
hạn chế khả năng ứng dụng của các mạng truyền thông kỹ thuật số
trong nhiều ứng dụng công nghiệp có yêu cầu cao về vấn đề đáp ứng
thời gian thực.
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của trễ truyền thông trong hệ thống
điều khiển phân tán để nâng cao chất lượ
ng điều khiển” được lựa chọn
nhằm nghiên cứu phát triển phương pháp cải thiện chất lượng điều
khiển, hạn chế các sai lệch điều khiển do ảnh hưởng của trễ truyền
thông, mở rộng khả năng ứng dụng của các hệ thống điều khiển phân
tán sử dụng mạng truyền thông số và các hệ truyền động phân tán.
Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu có sự kết hợp của các phương pháp sau:
• Nghiên cứu lý thuyết
• Nghiên cứu thống kê
• Mô phỏng và thực nghiệm
Nội dung của luận án bao gồm:
• Nghiên cứu tổng quan về điều khiển phân tán DCS (Distributed
Control System) sử dụng mạng truyền thông số và các vấn đề tồn
tại của nó từ đó xác định nhiệm vụ, m
ục tiêu nghiên cứu của đề tài.
2
• Nghiên cứu về truyền thông và trễ truyền thông, đặc điểm của trễ
truyền thông và phương pháp mô hình hóa trễ truyền thông.
• Nghiên cứu về ảnh hưởng của trễ truyền thông trong hệ thống điều

động và điều khiển chuyển động.
23
mạng không có nhiễu và không dùng để truyền thông tin sự kiện). Trên
mô hình thí nghiệm hệ thống có thể mở rộng giới hạn làm việc ổn định
từ tần số lấy mẫu 250Hz tới 400Hz và do vậy mở rộng khả năng ứng
dụng của hệ thống điều khiển.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Các kết quả nghiên cứu đưa tớ
i các kết luận sau:
1. Trễ truyền thông và tính bất định của trễ truyền thông là tồn tại
khách quan của các mạng truyền thông số và nó làm suy giảm chất
lượng điều khiển trong hệ thống điều khiển sử dụng mạng truyền thông
kỹ thuật số. Ảnh hưởng của trạng thái nghẽn mạng tạm thời là nguyên
nhân chính làm hạn chế khả năng ứng dụ
ng của hệ thống điều khiển sử
dụng mạng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nói chung, trong các hệ
điều khiển truyền động nói riêng.
2. Bộ điều khiển đa chế độ với khâu ước lượng dùng lọc Kalman cho
phép khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng nghẽn mạng tạm thời và
nâng cao chất lượng điều khiển. Các khảo sát trên mô hình mô ph
ỏng và
thí nghiệm của hệ truyền động phân tán 2 trục cho kết quả tốt. Trên mô
hình thực nghiệm đã đạt được các cải thiện như sau:
 Chất lượng điều khiển được nâng cao: Ở chu kỳ lấy mẫu 4ms, chỉ
số ITAE với trường hợp sử dụng bộ điều khiển đa chế độ mới
tương ứng là 146 so với sử d
ụng bộ điều khiển thường là 244.
 Giới hạn trên của tần số lấy mẫu được mở rộng từ 250Hz tới

thể làm việc ở những tần số lấy mẫu gần với trường hợp lý tưởng (khi
3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DÙNG MẠNG
TRUYỀN THÔNG SỐ
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống tự động hóa quá trình sản
xuất và điều khiển phân tán sử dụng mạng truyền thông kỹ thuật số,
phân tích các ưu điểm của việc ứng dụng các hệ điều khiển phân tán và
mạng truyền thông số trong sản xuất. Qua đó thấy rõ đượ
c xu hướng
phát triển nổi bật của các hệ tự động hóa quá trình sản xuất là phân cấp
và phân tán quá trình tính toán điều khiển đồng thời có sự tích hợp
mạng truyền thông số. Trong chương này cũng đã phân tích đặc điểm
và tính chất của các dạng thông tin trong hệ tự động hóa quá trình sản
xuất và hệ thống điều khiển phân tán sử dụng mạng truyền thông số.
Một hướng
ứng dụng mới của điều khiển phân tán là ứng dụng điều
khiển các hệ truyền động và chuyển động, làm ra đời các hệ điều khiển
truyền động phân tán (DDCS). Trễ truyền thông là cản trở chính cho
việc ứng dụng điều khiển phân tán cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe
về tính thời gian thực như các hệ truyền động và chuyển động.
M
ục 1.3 của luận án trình bày về trễ trong hệ điều khiển phân tán và
vấn đề nghiên cứu khắc phục ảnh hưởng của nó trong các hệ thống điều
khiển. Trễ điều khiển trong các mạch vòng điều khiển thực hiện bằng hệ
thống điều khiến phân tán bao gồm cả trễ tính toán và trễ truyền thông
trong đó trễ truyền thông là thành phần chủ yế
u trong việc tạo ra trễ
điều khiển và nó còn mang tính bất định. Sự chậm trễ nói chung, hoặc ít
hoặc nhiều đều gây ra sự suy giảm chất lượng điều khiển. Vấn đề
nghiên cứu khắc phục ảnh hưởng của trễ truyền thông đã được đề cập


Chương 2. MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ Đ
IỀU KHIỂN PHÂN TÁN
Chương 2 trình bày kiến trúc mạng trong hệ thống điều khiển phân tán
và một số giao thức mạng sử dụng phổ biến trong công nghiệp làm cơ
sở cho việc phân tích trễ truyền thông trong các chương tiếp theo.
2.1 Kiến trúc của hệ thống mạng trong điều khiển phân tán
Về mặt kiến trúc mạng, hệ thống mạng truyền thông cho điều khiển dùng
để kết nối truyền tin giữa các thiết bị như sensor, cơ cấu chấp hành và các
bộ điều khiển nhằm đạt được mục tiêu là sử dụng ít dây dẫn và dễ dàng bảo
21
Với cách mô tả trạng thái của trễ như (5.23), ở phía bộ điều khiển ta
có:

kk kk
ek ek ek
wsysCxsδ== +
(5.26)
và các hệ số lọc Kalman sẽ trở thành:

1
2
11
TT
k
kk kk
KPCCPCR
−
−−
⎡

kk kk
PP
+
= ΦΦ+ R; (5.29)

1
2
11 1 1 1 1
TT
kk kk ekkk kk k
PPsPCCPCRC
−
++ + + + +
k
P
⎡
⎤
= − +
⎢
⎥
⎣
⎦
; (5.30)
với
1
2
0
0
ek
R

;
x
;
5.3.5 Áp dụng cho điều khiển chuyển động nhiều trục sử dụng
mạng CAN
Sử dụng hệ thống truyền động nhiều trục điều khiển vị trí. Mô hình hóa
hệ thống trên MATLAB/Simulink
TM
và khảo sát hoạt động của mô hình
hệ thống điều khiển, so sánh đáp ứng điều khiển trong các trường hợp
sử dụng bộ điều khiển thông thường, bộ điều khiển hai chế độ sử dụng
mẫu cũ và bộ điều khiển hai chế độ với bộ lọc Kalman. Hình 5-8 cho ta
kết quả mô phỏng so sánh sai lệch quỹ đạo chuy
ển động trong các
trường hợp sử dụng và không sử dụng bộ ước lượng trạng thái. Kết quả
cho thấy sai lệch điều khiển do hiện tượng bão hòa tạm thời đã được
giảm thiểu một cách đáng kể. Áp dụng bộ điều khiển hai chế độ với
khâu ước lượng trạng thái sử dụng lọc Kalman cho mô hình thí nghiệm
hệ điều khi
ển truyền động hai trục XY điều khiển vị trí. Kết quả khảo
sát so sánh hai trường hợp sử dụng bộ điều khiển với khâu ước lượng
trạng thái bằng lọc Kalman và sử dụng bộ điều khiển thông thường cho
ta hình ảnh về chất lượng điều khiển với các tần số lấy mẫu trên hình 5-
12.
20 5
.com d pre wait tx post
5.3.3 Bộ điều khiển với
khâu ước lượng trạng thái
sử dụng bộ lọc Kalman
với hằng số lọc thay đổi

tr
ường hợp mẫu tới sau thời điểm khởi động tính toán. Khi đó ta hoàn
toàn không có thông tin về đầu ra của quá trình và do vậy không thể
tính được thành phần hiệu chỉnh của bộ lọc Kalman. Để mô tả sự kiện
tới của mẫu so với thời điểm bắt đầu của quá trình tính toán bộ lọc
Kalman, T
Kalman
(tính từ đầu chu kỳ điều khiển), ta định nghĩa một biến
ngẫu nhiên nhị phân s
e
để biểu diễn trạng thái trễ của mẫu so với thời
điểm bắt đầu tính toán bộ lọc Kalman tương tự như s
c
như sau:
()
⎧

Chương 3. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
Chương này trình bày các phân tích, nghiên cứu về trễ truyền thông, các
thành phần và nguyên nhân của nó. Trên cơ sở đó tiến hành khảo sát cụ
thể trễ truyền thông trong một số mạng truyền thông tiêu biểu trong
công nghiệp. Các trạng thái nghẽn mạng (bão hòa) và nghẽn mạng tạm
thời cũng được đề cập.

(5.23)
()
|
1;
sc
kKalman

⎜
= Φ + Γ + Γ + −
⎟
⎜
⎟
⎜
⎝⎠
3.1 Trễ truyền thông và các thành phần của trễ truyền thông
Trễ truyền thông được biểu diễn theo phương trình sau:
TTTTT=+ ++
0;

(3.1)
Ta có viết phuơng trình bộ lọc Kalman mới như sau:
∧∧
Trong đó T
com.d
là trễ truyền thông, T
pre
là trễ tiền xử lý, T
wait
là thời
gian đợi truyền tin, T
tx
là thời gian truyền tin và T
post
là trễ xử lý trên nút
nhận.

(5.24)

deadline
T
s
T
τ
τ
⎧
⎪
∀≤
⎪
⎪
=
⎨
⎪
∀ >
⎪
⎪
⎩
T
pre
là thời gian cần thiết để thực hiện các tính toán, mã hóa dữ liệu
cần thiết trước khi truyền dữ liệu như thời gian tính toán kích thước dữ
liệu, phân chia dữ liệu, tính toán mã kiểm tra, mã hóa dữ liệu,

(5.17)

Khi s
c
= 0 bộ điều khiển sẽ lấy giá trị w
k-1

Hình 5-4. Bộ điều khiển hai chế độ sử dụng
mẫu cũ
Hình 3-1. Phân bố của các thành phần trễ truyền thông trong mô hình mạng OSI
Thời gian đợi ở nút truyền của thông điệp bao gồm thời gian đợi
trong hàng đợi và thời gian đợi giành quyền truyền tin. Gọi thời gian
xếp hàng là T
queue
và thời gian đợi giành quyền truyền tin là T
block
ta có:
TT T=+ (3.2)

wait queue block
frame prop
T+
Trễ trên đường mạng bao gồm độ dài của thông điệp (theo thời gian)
và thời gian truyền của tín hiệu trên phương tiện truyền thông. Trễ trên
đường mạng được tính như sau:
=

(3.3)
tx
TT
Trễ xử lý tại nút nhận, T
post
là thời gian cần thiết để tiến hành giải mã
dữ liệu nhận được thành
định dạng phù hợp để có thể
sử dụng trong các ứng dụng
điều khiển.

(
kdeadli
Dựa vào giá trị của
)
ne
ta có thể đánh giá được
τ
k
sc
và
đưa ra ước lượng chế độ của bộ điều khiển cho chu kỳ điều khiển hiện
tại. Quá trình tính toán bộ lọc Kalman được thực hiện ngay sau khi kết
thúc tính toán điều khiển và khi mẫu tới bộ điều khiển.
Ethernet là mạng kiểu băng
cơ sở (baseband) trong đó
tín hiệu mang thông tin
dạng số được đưa trực tiếp
18

Hình 5-3. Biểu đồ thời gian của hệ thống không đồng bộ thời điểm lấy mẫu 12
k
(5.9)
()
(1)
11
(1)
kk k kk k

0
block k resid
k
ET ET T
=
=+
∑
vào kênh truyền dẫn mà không qua điều biến. Ethernet sử dụng thuật
toán đợi thử lại BEB (Binary Exponential Backoff) nên ta có thể tính kỳ
vọng toán của thời gian đợi truyền
lại của lần xung đột thứ
k tương ứng
với các tình huống như sau:
0
⎧Hình 3-3. Cấu hình mạng Ethernet
truyền thống

(3.16)
và do đó kỳ vọng toán của thời gian đợi giành quyền truyền tin là:
16(0)
11
5.3 Khắc phục ảnh hưởng của nghẽn mạng tạm thời bằng bộ điều
khiển nhiều chế độ
5.3.1 Bộ điều khiển nhiều chế độ

ng mạng: Hình 3-4. Cấu hình mạng chuyển mạch
hoàn toàn sử dụng Switch
1.
Bộ đệm đầu ra và bộ đệm đầu vào không bao giờ đầy;
2.
Bộ đệm đầu ra đầy nhưng bộ đệm đầu vào không bao giờ đầy;
3.
Bộ đệm đầu ra không bao giờ đầy và bộ đệm đầu vào đầy;
4.
Bộ đệm đầu vào và bộ đệm đầu ra cùng đầy.
Thuật toán BEB và tính ngẫu nhiên của việc xuất hiện các thông
điệp khác nhau trên mạng làm cho
T
block
mang tính ngẫu nhiên và nó
góp phần chính vào việc tạo nên tính ngẫu nhiên của trễ truyền thông
8
trên mạng Ethernet với cấu hình truyền thống, đặc biệt khi số lượng nút
mạng lớn và khi lưu lượng truyền thông lớn.
3.3 Trễ truyền thông trong mạng CAN
Theo hoạt động của phương pháp truy nhập mạng CSMA/AMP thì thời
gian đợi giành quyền truyền tin của một nút mạng bất kỳ bao gồm việc
đợi nút mạng đang truyền tin kết thúc việc truyền tin và thời gian đợi tất
cả các nút mạng có mức ưu tiên cao hơn hoàn tất việc truyền tin.

(1)k
block j bit

nút mạng đang đợi truyền tin,
x
⎡⎤
⎥
là phép làm tròn lên, có nghĩa
⎢
x
⎡
⎤
⎢
⎥
,
1
m
n
m
a bit prop r i
i
TT
=
⎡⎤
=++× ++
⎢⎥
⎣⎦
∑
,
m
ri
t
frame ph prop

[
T
ph
, T
ph
+ T
frame
] với T
ph
là khoảng thời gian kể từ khi phát hiện ra lỗi
tới khi bắt đầu thực hiện việc truyền lại được gọi là thời gian phục hồi.
Ta có thể tính được thời gian chiếm đường truyền tối đa là:
()

(3.58)
,maxtx frame m
TTn=+
trong đó: 4
f
rame stuff
TN
data bit
NT
⎡
⎤
=++×
⎢
⎥
⎣
⎦

kk
sc ca
kk k
T
AT s
k
edsB
θ
θθ
θτ τ
+
+
+
+ −−
++
Γ =
∫
()
1
(1)
sc ca
kk k
kk
k
AT s
k
edsB
θτ τ
θθ
θ

• Đưa trễ truyền thông thành hằng số
5.2 Xây dựng mô hình hệ thống có xét tới trễ truyền thông
5.2.1 Đồng bộ thời điểm lấy mẫu
Trong cách tiếp cận đồng bộ thời điểm lấy mẫu hệ thống điều khiển
được thiết kế sao cho tất cả các sensors hoạt động đồng bộ với chu kỳ
T, cùng thực hiện lấy mẫu tại một thời điểm và giá trị đo được truyền về
nút điều khiển ngay sau khi lấy mẫu. Thực hiện gián đoạn hóa hệ th
ống
tại các thời điểm lấy mẫu ta có:
xx= Φ

1k
(5.3)
(0) (1)
1kkkkkk
kkk
vv
yCx
η
δ
+ −
+ Γ + Γ +
=+
trong đó
δ
k
và
η
k
là các vector ngẫu nhiên phân bố Gaussian với

ττ ττ
⎡⎤
Γ = ΓΓ
⎢⎥
⎣⎦
.
;
A
T
eΦ = ;
1
(, )
sc
cai
k
k
sc T
i
cai As
k
k
T
eds
ττ
ττ
−−
Γ =
∫
9
.com d pre queue block tx post

thông sẽ tăng lên trong trường hợp hệ thống chịu tác động của nhiễu.
3.4 Trễ truyền thông trong mạng sử dụng giao thức chuyển thẻ bài
Trong mạng ControlNet và PROFIBUS, một nút mạng muốn truyền
thông điệp lên mạng nó phải đợi cho tới khi nhận được thẻ bài. Do vậy,
thời gian đợi giành quyền truyền tin bằng thời gian truyền và quay vòng
thẻ bài của các nút mạng trước:
(3.61)
ở đây T
resid
là thời gian đợi nút mạng đang truyền tin kết thúc truyền
tin. N
queue
là tập các nút mạng có thông điệp trong hàng đợi và N
noqueue
là
tập các nút mạng không có thông điệp trong hàng đợi, T
guardband
là thời
gian của guardband trong phương pháp truy nhập mạng bằng thẻ bài.
T
node
là thời gian tối đa có thể một nút nắm giữ thẻ bài để truy nhập bus
và thực hiện truyền tin, T
token
là thời gian chuyển thẻ bài nó phụ thuộc
vào thời gian cần thiết để truyền thẻ bài và thời gian lan truyền tín hiệu
từ nút j tới nút j+1, một cách đơn giản có thể tính T
token
như sau:
(0)

thời gian thực trong các nút mạng. Có nhiều phương pháp đồng bộ hóa
10
đồng hồ thời gian thực giữa các nút mạng. Mục 3.5.1 của luận án trình
bày một phương pháp đồng bộ hóa đồng hồ thời gian thực giữa các nút
mạng bằng phần mềm trên cơ sở phân tích thời gian truyền các thông
điệp mang nhãn thời gian giữa các nút mạng. Từ đó xây dựng phương
pháp đo trễ truyền thông bằng cách gắn thêm vào các thông điệp một
nhãn thời gian chỉ thị thời điể
m phát hành của thông điệp đó trong mục
3.5.2.
3.6 Kết luận
Kết quả nghiên cứu trễ truyền thông nói chung và khảo sát cụ thể trễ
truyền thông trong một số mạng truyền thông tiêu biểu trong công
nghiệp cho thấy tính bất định của trễ truyền thông là đặc điểm tự nhiên
của các hệ thống mạng truyền thông nói chung, truyền thông công
nghiệp nói riêng. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy trễ truyền thông
không chỉ phụ thuộc vào tốc độ của hệ thố
ng mạng, số lượng nút mạng,
giao thức mạng và bản thân dữ liệu cần truyền mà còn phụ thuộc vào
lưu lượng truyền thông và trạng thái của hệ thống mạng khi thực hiện
truyền tin. Khi lưu lượng truyền tin tăng nó sẽ làm tăng giá trị và độ bất
định của trễ truyền thông.

Chương 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
Chương 4 trình bày kết quả nghiên cứu, phân tích của quá trình xử lý
thông tin trong hệ điều khiển phân tán. Việc phân tích quá trình xử lý
thông tin được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình nhiều lớp và qua
đó thấy được sự đóng góp của trễ truyền thông vào trễ chung của toàn
hệ thống. Đặc điểm biến đổi của trễ qua các chu kỳ lấy mẫu được xác
định để từ đó xây dựng mô hình củ


H 4-16. Ảnh hưởng của hiện tượng bão
hòa tạm thời tới quỹ đạo chuyển động
14 11
4.2 Các phương pháp mô hình hóa trễ trong hệ thống điều khiển
4.2.1 Phương pháp xấp xỉ Padé
Phương pháp xấp xỉ Padé gần đúng thành phần trễ e
-
τ
s
trong hàm truyền
đối tượng có trễ bằng đa thức
()
)
()
Ps
Gs = . Về bản chất thì đây là
một dạng của khai triển chuỗi Taylo. Bậc của P(s) và Q(s) là như nhau
và P(s)=Q(-s) để đảm bảo đặc tính truyền đạt của hệ thống, có nghĩa là
G(w)=1.
(Qs
4.2.2 Mô hình hóa trễ truyền thông dùng xích Markov
Gọi trạng thái của trễ truyền thông tại thời điểm k là s
k
và nhận ngẫu nhiên
các giá trị trong tập S = {1, 2, 3, s}.

Hình 4-12. Sai lệch quỹ đạo chuyển động
13 là sai lệch quỹ đạo chuyển động tương ứng với hai trường hợ
p chu
kỳ lấy mẫu bằng 2,5ms và 4ms.
trong đó: ;
01
q≤ và
4.3 Mô tả toán học hệ thống
điều khiển với trễ
Cũng giống như kết quả mô phỏng, ở đây có sự khác biệt so với các
hệ thống điều khiển không có trễ là khi chu kỳ lấy mẫu nhỏ tới giới hạn
thì chất lượng điều khiển có sự suy giảm.
Chúng ta hãy xem xét sơ đồ
khối của mạch vòng điều
khiển như hình 4-8. Mạch
12
vòng điều khiển khép mạch qua mạng và ta có
τ
sc
là trễ truyền thông
giữa sensor và bộ điều khiển,
τ
ca
là trễ truyền thông giữa bộ điều khiển
và cơ cấu chấp hành.
Bỏ qua ảnh hưởng của các thành phần nhiễu ta có phương trình
trạng thái của đối tượng điều khiển như sau:

()
()
. () . ()

k
là giá trị đầu vào
của bộ điều khiển, nó là y(t) được lấy mẫu và truyền về bộ điều khiển.
4.3.1 Quan hệ giữa v
k
và u(t)
Chúng ta giả thiết rằng giữa hai thời điểm nhận được lệnh điều khiển
thì giá trị đầu ra của cơ cấu chấp hành là hằng số như trên hình 4-9.
Do sự tồn tại của trễ truyền thông nên nói chung
()ut v≠
k
tkT
=
,
1 ()
sc cam
kk
kk
T
ut v t v t
ττ ττ
−
++
=+
()
r
t ykT
t y kT
<+
>+

yC=
v
(4.17)

k
x
(4.18)
Trễ truyền thông giữa các
chu kỳ lấy mẫu là khác nhau
nên các hệ số
Γ
(0)
và Γ
(1)
là
các tham số thay đổi theo thời
gian.
. Có
thể mô tả quan hệ giữa giá trị đầu ra u
m
(t) và đầu vào v
m
k
của cơ cấu
chấp hành m trong khoảng ( 1)kT t k T≤ <+ như sau:
m

(4.12)
1
0,

k
.
4.3.2 Mô hình đối tượng điều khiển trong miền rời rạc
sc ca
Ký hiệu:
ds
;
ds
ta có:
[]
.
(0)
sc
kk
T
k
4.5 Khảo sát ảnh hưởng của
trễ truyền thông
Khảo sát trên mô hình mô
phỏng hệ thống truyền động
nhiều trục điều khiển vị trí với
các tần số lấy mẫu khác nhau. Khi tần số lấy mẫu tăng tới một giới hạn
thì diễn ra hiện tượng suy giảm chất lượng điều khiển đột ngột. Nguyên
nhân chính là do khi tăng tần số lẫy mẫu sẽ làm tăng lưu lượng truyền
thông và khi t
ới ngưỡng bão hòa của hệ thống mạng làm tăng trễ truyền
thông dẫn tới sự suy giảm chất lượng điều khiển.

Hình 4-9. Quan hệ giữa u(t) và v
k

0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Tan so lay mau (Hz)
ITAE
Mang khong co t hong diep su kien
P(thong diep su kien)=0.01
P(thong diep su kien)=0.03
P(thong diep su kien)=0.05
Hình 4-10. Kết quả mô phỏng khảo sát
ITAE với các tần số lấy mẫu khác nhau