`
MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của đề tài.
Đề tài tập trung nghiên cứu - thiết kế các bộ điều khiển cho các hệ phi tuyến,
thoả mãn tính thích nghi đối với các tham số không biết trước thay đổi theo thời gian
và bền vững đối với nhiễu ảnh hưởng từ môi trường. Trong đó, các phần tử phi
tuyến không thể hoặc khó mô hình hoá. Bộ điều khiển được thiết kế sao cho tận
dụng được các ưu điểm của Điều khiển thích nghi và Điều khiển bền vững. Ứng
dụng bộ điều khiển đã thiết kế vào điều khiển hệ phi tuyến trong thực tế.
2. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay các bộ điều khiển trong thực tế chủ yếu sử dụng bộ điều khiển PID.
Bộ điều khiển PID với các tham số được lựa chọn phù hợp nói chung đáp ứng
được các yêu cầu của đối tượng điều khiển là tuyến tính. Tuy nhiên các hệ thống
cần được điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến, có chứa các tham số
không biết trước hoặc chứa các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất khó mô hình
hóa trong việc xây dựng hệ thống phương trình vi phân mô tả hệ.
Vì vậy việc nghiên cứu để nâng cao tính bền vững của hệ điều khiển thích
nghi là rất cần thiết và cần tập trung nghiên cứu. Do đó tôi chọn hướng nghiên cứu
là :
“Nâng cao tính bền vững cho bộ điều khiển thích nghi phi tuyến khi tham số
đối tượng thay đổi”
3. Nội dung của luận văn
Nội dung của luận văn bao gồm những phần sau :
• Chương 1 : Tổng quan về lý thuyết điều khiển thích nghi .
Nội dung của phần này là tìm hiểu những vấn đề chung về điều khiển thích
nghi và xét tính bền vững trong điều khiển thích nghi
• Chương 2 :Thiết kế bộ điều khiển thích nghi và thích nghi bên vững
Nội dung chương 2 đưa ra các phương pháp tổng hợp hệ điều khiển thích nghi
bên vững và tập trung vào phương pháp tổng hợp hệ điều khiển thích nghi bền
vững theo mô hình mẫu
• Chương 3: Nâng cao chất lượng của hệ truyền động bánh răng

MRAC cho các đối tượng có thông số biến thiên theo thời gian tuyến tính.
1.2. Đặc điểm chung của hệ thống Điều khiển thích nghi.
1.2.1. Định nghĩa.
Hệ Điều khiển thích nghi là hệ điều khiển tự động mà cấu trúc của bộ điều khiển
có thể thay đổi theo sự biến thiên thông số của hệ sao cho chất lượng ra của hệ đảm
bảo các chỉ tiêu đã định trước.
1.2.2. Cấu trúc hệ điều khiển thích nghi.
Cấu trúc tổng quát của hệ ĐKTN được mô tả trên hình 1.1
Hình 1.1. Cấu trúc chung của hệ thống Điều khiển thích nghi.
Hệ gồm hai khối sau:
*Khối 1: Phần cơ bản của hệ điều khiển bao gồm:
+ Đối tượng: S
+ Thiết bị điều khiển: R
+ Mạch phản hồi cơ bản:
2
s
c
r
y
u
Bé ®iÒu khiÓn
C(
0*
)
§èi t¦îng ®iÒu
khiÓn G (S)
`
- Tín hiệu vào của hệ: u
- Tín hiệu ra của hệ: y
* Khối 2: Phần điều khiển thích nghi bao gồm:

vững của các bộ điều khiển thiết kế cho mô hình đơn giản hoá của đối tượng thực tế.
1.6. Kết luận chương 1.
Hệ điều khiển thích nghi đang được tiếp tục nghiên cứu và sử dụng ngày càng
nhiều trong thực tế bởi tính ưu việt của nó. Ngoài những ưu điểm mà ĐKTN đạt được
thì nhược điểm cơ bản của phương pháp ĐKTN là hệ ít bền vững khi điều khiển các
3
`
đối tượng có phần tử động học không thể mô hình hoá được hoặc khi làm việc có
nhiễu tác động.
Hệ Điều khiển thích điển hình gồm hai phần chính : bộ đánh giá thông số và
luật điều khiển vì vậy khi thiết kế hệ điều khiển thích nghi bền vững cũng đi theo hai
hướng sau đây:
• Nghiên cứu các bộ đánh giá đặc biệt để đạt được tính bền vững của hệ.
• Tìm các luật điều khiển bền vững để ứng dụng vào sơ đồ ĐKTN.
CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VÀ THÍCH NGHI BỀN VỮNG
2.1. Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu tổng quát cho
hệ SISO
Hinh 2.1. Mô hình điều khiển sử dụng luật thích nghi
4
`
2.2. Hệ điều khiển thích nghi cho mô hình có sai lệch
Hinh 2.2. Mô hình điều khiển sử dụng luật thích nghi cho đối tượng có tham số bất
định
2.3. Xây dựng luật điều khiển thích nghi bền vững
Mục tiêu của bài toán đặt ra là vẫn sử dụng luật điều khiển thông thường là
điều khiển theo mô hình mẫu, nhưng cải tiến luật thích nghi kinh điển thành luật thích
nghi bền vững để tạo nên hệ Điều khiển thích nghi bền vững cho đối tượng là đối
tượng phi tuyến có sai lệch mô hình theo kiểu sai lệch nhân và chịu nhiễu tác động.
Mục đích của bài toán ở đây là tổng hợp được bộ điều khiển thích nghi R(p) sao cho

sD
phải thỏa mãn các điều kiện
được nêu ra sau đây:
S1.
( )
m
sD
là là một hàm giải tích trong
0
Re
2
s
d
-
éù
³
êú
ëû
cho mọi
0
0
d
>
S2. Tồn tại một hàm truyền chặt giải tích
( )
G s
trong
0
Re
2

Các hệ phi tuyến được quan tâm đặc biệt vì nó phản ánh sát với các hệ thực.
Điều khiển thích nghi hệ phi tuyến là phương pháp chiếm ưu thế để điều chỉnh các hệ
tổng quát trong thực tế.
Khi áp dụng phương pháp điều khiển cho các hệ phi tuyến thì nhược điểm cơ
bản của phương pháp này là không bền vững. Hệ điều khiển thích nghi điển hình bao
gồm hai phần chính: bộ đánh giá tham số và luật điều khiển. Vì vậy bài nâng cao tính
bền vững của hệ điều khiển thích nghi cũng đi theo hai hướng sau đây:
- Tìm các bộ đánh giá tham số đặc biệt (Luật thích nghi bền vững) để đạt được
tính bền vững của hệ điều khiển thích nghi.
- Tìm các luật điều khiển bền vững để tổng hợp các sơ đồ điều khiển thích nghi
Hệ điều khiển thích nghi bền vững dùng các bộ đánh giá tham số đặc biệt (luật
thích nghi bền vững) để đạt được tính bền vững theo mong muốn, trong lúc
đó luật điều khiển của hệ vẫn dùng luật điều khiển thông thường như: điều
khiển thích nghi theo mô hình mẫu.
6
`
CHƯƠNG 3:
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG
3.1 Lựa chọn đối tượng điều khiển
Mục tiêu của bài toán đặt ra là ứng dụng hệ điều khiển thích ngi bền vững để
điều khiển đối tượng cụ thể trong thực tế là đối tượng phi tuyến có sai lệch. Đối
tượng cụ thể ở đây được lựa chọn là cơ cấu truyền động bánh răng, được ứng dụng
trong các dây truyền sản xuất và truyền tải.
Hình 3.1. Mô hình hệ truyền động bánh răng
3.2 Đánh giá ảnh hưởng của bánh răng đến hệ truyền động.
3.2.1 Sơ đồ tổng quát của hệ truyền động
Hệ thống truyền động điện qua bánh răng được mô tả bằng sơ đồ khối như
hình 3.2. Trong đó động cơ điện được cấp điện từ lưới qua bộ điều khiển, trục động
cơ nối với bánh răng chủ động và truyền chuyển động đến máy sản xuất
thông qua bánh răng bị động (hoặc một vài bánh răng trung gian).

Thông số của động cơ được cho như sau:
Bảng 3.1. Tham số của động cơ
3.3.2 Mô hình toán học của bộ chỉnh lưu
Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng của động cơ điện một chiều (qua đó
điều chỉnh tốc độ động cơ) chúng ta cần có bộ biến đổi. Ở đây, ta sử dụng bộ biến đổi
chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng.
10
`
3.3.3 Máy phát tốc
Máy phát tốc là một khâu quán tính bậc nhất bao gồm các tham số sau:
-
( )
0.001
f f
T s=
:Hằng số thời gian của máy phát tốc
-
110
15
dm
ff
w
k = =
:Hệ số khuếch đại của máy phát tốc
3.3.4 Biến dòng điện
Tính chất của biến dòng điện tương tự như bộ chỉnh lưu, ta có tham số của bộ biến
dòng như sau:
-
0.51
15

Hình 3.11a. Tốc độ của trục bị động
Hình 3.11b. Tốc độ của trục chủ động
12
`
3.4 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp thích
nghi bền vững
Các bước tiền hành thiết kế bộ điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình
mẫu được tiến hành như sau:
Bước 1: Mô hình đối tượng điều khiển
Hình 3.12. Mô hình đối tượng điều khiển
Bước 2: Xác định bộ lọc đầu vào:

Hình 3.13. Mô hình bộ lọc đầu vào
Bước 3: Xác định mô hình mẫu
Hình 3.14. Mô hình mẫu
13
`
Bước 4: Chuẩn hóa tín hiệu
Hình 3.15. Mô hình chuẩn hóa tín hiệu
Bước 5: Chuẩn hóa mô hình sai lệch
Chuẩn hóa mô hình được thực hiện mô phỏng và kiểm tra đánh giá trong phần
mền Matlap – Simulinh và được đóng thành một khối. Khối này được đặt tên là khối
chuẩn hóa mô hình sai lệch.
14
`
Hình3.16. Mô hình chuẩn hóa tín hiệu
Bước 6: Thiết kế luật thích nghi bền vững
Luật thích nghi bền vững này chính là cơ sở để ta cập nhật các tham số thích nghi
một cách on-line Được xây dựng trong phần mềm Matlap – Simulink như sau:
15

thì biên độ dao động, rung, độ va đập của tốc độ phía trục bị động tăng lên; khi đưa
bộ điều khiển thích nghi bền vững vào thay thế, thì bộ điều khiển thích nghi
bền vững đã khắc phục được các tồn tại trên, chất lượng động tăng lên rõ rệt, thời
gian quá độ giảm, quá trình làm việc của hệ thống ổn định.
3.5 Kết quả thí nghiệm
3.5.1 Kết quả thí nghiệm với bộ điều khiển PID
Kết quả thí nghiệm
- Trường hợp sử dụng hệ điều khiển động cơ là hệ chấp hành T – Đ. Tốc độ
động cơ tăng từ 0 lên 400 vòng/phút sau đó tiếp tục tăng lên 600 vòng/phút.
19
Hình 3.27: Kết quả thí nghiệm với bộ điều khiển PID
`
Hình 3.26: Kết quả mô thí nghiệm với bộ điều khiển PID
- Trường hợp thay đổi tốc độ đặt của động cơ theo chu kỳ
Hình 3.28: Tốc độ đầu ra thay đổi có tính chu kỳ
sử dụng bộ điều khiển PID
20
`
Hình 3.29: Tốc độ đầu ra thay đổi có tính chu kỳ
sử dụng bộ điều khiển thích nghi bền vững
3.5.2 Nhận xét kết quả thí nghiệm
- Từ kết quả thí nghiệm trên hình 3.26 và 3.28 cho thấy chất lượng làm việc
của hệ thống với bộ điều khiển PID chưa bám tốt giá trị đặt, hệ thống còn dao động
mạnh chạy chưa êm.
- Kết quả thí nghiệm hệ thống với bộ điều khiển thích nghi bền vững chỉnh
định tham số bộ điều khiển thích nghi bền vững thể hiện trên các hình 3.27 và hình
3.29 cho thấy chất lượng của hệ thống đã được cải thiện đáng kể so với bộ điều khiển
PID (hình 3.26 và hình 3.28). Nó được thể hiện ở mức độ dao động của hệ truyền
động đã được giảm đáng kể, hệ thống chạy êm hơn. Điều này đã kiểm chứng được
tính đúng đắn của thuật toán điều khiển thích nghi kinh điển PID.

điều khiển đã được thiết kế để điều khiển hệ thống.
- Đã thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng kết quả lý thuyết bằng hệ thống thí
nghiệm điều khiển tốc độ động cơ tại Trung tâm Thí nghiệm Trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp Thái Nguyên với kết quả tốt.
2. Kiến nghị:
Với thời gian nghiên cứu chưa nhiều, kiến thức và kinh nghiệm về thực tế có
hạn, cho nên nội dung luận văn của tôi còn một số hạn chế. Tác giả sẽ tiếp tục nghiên
cứu hoàn thiện hơn để có thể áp dụng tốt kết quả nghiên cứu vào công tác chuyên
môn sau này, nhất là áp dụng các bộ điều khiển hiện đại vào các đối tượng trong thực
tế sản xuất.
22
`
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Petros A. Ioannou, Jing Sun, Robust Adaptive Control, Prentice-Hall PTR 1996
[2] Nguyễn Doãn Phước, Phân tích và điều khiển hệ phi tuyến, NXB KHKT,2012
[3]. Lê Thị Thu Hà, Nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh răng . Luận án
Tiến sĩ , 2013.
[4]. Lại Khắc Lãi…, Nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh răng bằng bộ
điều khiển mờ thích nghi, Tạp chí KH&CN ĐH Thái Nguyên,2011.
[5] Nguyễn Doãn Phước & Phan Xuân Minh & Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết
điều khiển phi tuyến, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[6] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab & Simulink”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà
Nội, 2006.
23