Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu hệ điều khiển thích nghi mờ và ứng dụng cho hệ truyền động có khe hở



MỤC LỤC
Nội dung Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan 1
Lời Thank 2
Mục lục 5
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 3
1. Lý do chọn đề tài 3
2. Mục đích của đề tài 4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4
5. Cấu trúc của luận văn 4
Chương 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN 12
1.1.CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN 12
1.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính 12
1.1.2 Tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến 12
1.2 LOGIC MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 14
1.2.1 Khái quát về lý thuyết điều khiển mờ 14
1.2.2 Định nghĩa tập mờ 14
1.2.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ 16
1.2.4 Suy luận mờ và luật hợp thành 17
1.2.5 Bộ điều khiển mờ 18
1.2.6. Hệ điều khiển mờ lai (F-PID) 20
1.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 23
1.3.1 Giới thiệu tổng quan 23
1.3.2. Tổng hợp điều khiển thích nghi trên cơ sở lý thuyết tối ưu cục bộ (Phương pháp Gradient)26
1.3.3 Tổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi trên cơ sở ổn định tuyệt đối31
1.3.4. Tổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi dùng lý thuyết Lyapunov33
1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 36
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ38
2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 38
2.2 MÔ TẢ HỆ PHI TUYẾN 40
2.3 MÔ HÌNH HỆ PHI TUYẾN 41
2.3.1. Mô hình tĩnh 41
2.3.2 Mô hình động 43
2.4 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 44
2.4.1 Giới thiệu 44
2.4.2 Các mô hình của hệ truyền động có khe hở 47
2.4.2.1 Mô hình vật lý của khe hở 47
2.4.2.2 Mô hình Deadzone (vùng chết) 48
2.4.2.3 Mô hình với hàm mô tả 48
2.4.3 Sơ đồ cấu trúc khe hở 49
2.4.4 Khảo sát chất lượng của hệ thống truyền động có khe hở 51
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 53
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ & MỜ THÍCH
NGHI CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ54
3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP T ỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI54
3.1.1 KHÁI NIỆM 54
3.1.1.1 Định nghĩa 54
3.1.1.2 Phân loại 54
3.1.1.3 Các phương pháp điều khiển thích nghi mờ 54
3.1.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ỔN ĐỊNH 57
3.1.2.1 Cơ sở lý thuyết 57
3.1.2.2 Thuật toán tổng hợp bộ điều khiển mờ thích nghi 62
a. Chọn cấu trúc của bộ điều khiển mờ 62
b. Các bước thực hiện thuật toán 63
3.1.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI TRÊN CƠ
SỞ LÝ THUYẾT THÍCH NGHI KINH ĐIỂN 67
3.1.3.1 Đặt vấn đề 67
3.1.3.2 Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ 68
a. Chọn các hàm liên thuộc 68
b. Chọn luật điều khiển 69
c. Phân tích luật cơ sở hình thành ô suy luận 70
d. Các thao tác mờ trong ô suy luận 71
e. Xây dựng biểu thức toán học của bộ điều khiển mờ 73
3.1.4 XÂY DỰNG CƠ CẤU THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ74
3.1.4.1 Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) dùng lý thuyết thích nghi kinh điển74
3.1.4.2 Điều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu ra bộ điều khiển mờ76
3.1.4.3 Sơ đ ồ điều khiển thích nghi mờ theo mô hình mẫu (MRAFC)76
3.1.4.4 Sơ đ ồ điều khiển thích nghi mờ kiểu truyền thẳng (FMRAFC)78
3.2 ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 80
3.2.1. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 80
3.2.1.1 Sơ đồ khối mờ 80
3.2.1.2 Định nghĩa tập mờ 80
3.2.1.3 Xây dựng các luật điều khiển “Nếu Thì” 82
3.2.1.4 Chọn luật hợp thành 84
3.2.1.5 Giải mờ 84
3.2.1.6 Chương trình và kết quả mô phỏng hệ truyền động có khe hở85
3.2.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-10-26-luan_van_nghien_cuu_he_dieu_khien_thich_nghi_mo_va.PCPD9ruPQh.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-42430/
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung:

thích nghi, mờ -
noron… vẫn còn đang bỏ ngỏ, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu.
.
.
.
Hệ thống
LuËn v¨n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-38-
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG CỦA
HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Hệ truyền động đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Đối tượng
điều khiển thường là một hệ phi tuyến với các tham số không được biết trước. Các
tham số này có thể là xác định hay bất định và chịu ảnh hưởng của nhiễu tác động.
Xét một hệ truyền động SISO có phương trình động lực học phi tuyến được
mô tả bởi hệ phương trình trạng thái (2.1).
1
dx
F(x) G(x)u
dt
y x
 = +

 =
(2.1)
Trong đó:
1 2 nx (x ,x ,..., x )= là một vector các biến trạng thái của hệ;
F(x) và G(x) là hai hàm phi tuyến phụ thuộc vào các biến trạng thái x của
hệ;
u là tín hiệu điều khiển tác động vào hệ;
y là tín hiệu ra của hệ.
Một số tính chất của hệ truyền động phi tuyến đã được nêu ở [36] mà các
tính chất thường được xét đến đối với một hệ là:
Tính ổn định của truyền động (một cách định tính): một hệ thống ổn định là
khi nó bắt đầu ở một vị trí nào đó, nó sẽ tiếp tục làm việc ở lân cận vị trí này trong
suốt thời gian sau đó. Đây là tính chất đầu tiên cần đạt được của hệ thống.
Tính chính xác và tốc độ đáp ứng: sai số quỹ đạo truyền động thực của hệ
thống so với quỹ đạo truyền động mong muốn phải nằm trong sai lệch cho phép và
thời gian để đạt được sai lệch này phải nằm trong một khoảng thời gian cho phép.
Độ bền vững: là độ nhạy cảm của hệ thống đối với những thay đổi không
biết trước, chẳng hạn như tham số của nhiễu hay của các phần tử phi tuyến không
thể hay khó có mô hình toán.
dx
F(x) G(x)u
dt
= + u y
Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động
LuËn v¨n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-39-
Chi phí của hệ: chi phí của hệ được xác định từ số lượng và chủng loại các
thiết bị truyền động, thiết bị cảm biến và hệ thống thiết bị điều khiển và máy tính hỗ
trợ.
Về mặt điều khiển các đặc điểm của hệ truyền động là:
Là hệ phi tuyến, có chứa các tham số khó xác định chính xác và phạm vi tốc
độ biến thiên của tham số cũng khó xác định.
Có các phần tử và khối thiết bị không thể viết được mô hình toán.
Không biết được chính xác và đầy đủ tín hiệu vào.
Với các hệ thống điều khiển truyền động yêu cầu chất lượng không cao thì
trong quá trình tính toán, thiết kế ta có thể thay thế mô hình phi tuyến của đối tượng
bằng mô hình tuyến tính và tiến hành khảo sát, tính toán. Tuy nhiên với những hệ
yêu cầu chất lượng cao thì việc tuyến tính đó nhiều khi gây sai số lớn và hệ không
đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng đề ra.
Với những hệ điều khiển phức tạp, chứa các đối tượng điều khiển có độ phi
tuyến mạnh, đặc biệt với những đối tượng mà sự hiểu biết về chúng là chưa đầy đủ
thì việc mô tả toán học bằng các phương pháp giải tích quen thuộc không thể thực
hiện được. Khi đó việc xác định (2.1) và điều khiển nó thường được tiến hành theo
hai bước.
Bước 1: Nhận dạng hệ thống
tuỳ từng trường hợp vào đặc điểm của mỗi hệ thống mà có thể.
Thực nghiệm lấy đặc tính vào - ra. Khi chỉ lấy được một số cặp giá trị vào ra
thì dựa vào đó ta nội suy ra đặc tính của hệ.
Xác định mô hình toán của hệ.
Bước 2: Điều khiển hệ thống
Xây dựng các luật điều khiển sau khi đã nhận dạng được hệ thống. Trong
thực tế điều khiển hệ thống, bài toán nhận dạng và bài toán điều khiển có thể thực
hiện độc lập theo hai giai đoạn đó là nhận dạng là offline sau đó điều khiển hay ở
các điều kiện nhất định ta có thể thực hiện quá trình nhận dạng và điều khiển đồng
thời đó là bài toán nhận dạng online và điều khiển hệ.
Với hệ phương trình cơ bản mô tả truyền động (2.1) cho đến nay đã có nhiều
công trình ở trong và ngoài nước nghiên cứu, đề xuất các phương pháp nhận dạng
và điều khiển hệ đã được công bố.
LuËn v¨n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-40-
2.2 MÔ TẢ HỆ PHI TUYẾN
Khi khảo sát đặc tính động học của một đối tượng điều khiển hay một hệ
thống, để đơn giản các đối tượng khảo sát thường được coi là tuyến tính. Khi đó hệ
thống được mô tả bằng một hệ phương trình vi phân tuyến tính và sử dụng nguyên
lý xếp chồng để khảo sát hệ. Khi sử dụng mô hình tuyến tính để khảo sát hệ thống
có một số ưu điểm sau:
- Mô hình làm việc đơn giản, các tham số mô hình tuyến tính dễ dàng xác
định bằng các phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển đơn giản.
- Cấu trúc đơn giản của mô hình cũng như bộ điều khiển cho phép dễ dàng
theo dõi được kết quả điều khiển trên cơ sở đó cho phép chỉnh định lại thông số
cũng như cấu trúc của bộ điều khiển cho phù hợp với yêu cầu đề ra.
Do những ưu điểm trên mà lý thuyết điều khiển tuyến tính đã tìm được miền
ứng dụng rộng lớn. Ngay cả trong các trường hợp đối tượng hay hệ thống là phi
tuyến, người ta cũng tìm cách thay thế gần đúng bằng một mô hình tuyến tính để dễ
thực hiện bài toán tổng hợp và phân tích hệ.
Hầu hết các đối tượng điều khiển trong công nghiệp lại có đặc tính động học
phi tuyến, hay trong hệ thống điều khiển có một hay nhiều khâu có đặc tính động
học phi tuyến với hệ này không thể dùng nguyên lý xếp chồng để khảo sát hệ. Tuy
nhiên không phải trong mọi tr ường hợp những giả thiết cho phép xấp xỉ hệ thống
bằng mô hình tuyến tính được thoả mãn lúc này bắt buộc phải khảo sát hệ là phi
tuyến.
Xét một hệ thống MIMO có n tín hiệu vào u1(t), u2(t), …, un(t) và m tín hiệu
ra y1(t), y2(t), …, ym(t).
Biểu diễn tín hiệu vào ra dưới dạng vector ta có:
1
n
u (t)
u(t) ....
u (t)
 
 =  
  
và
1
m
y (t)
y(t) ....
y (t)
 
 =  
  
(2.2)
Mô hình này là mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa vector tín hiệu
vào u(t) và vector tín hiệu ra y(t) . Tức là mô tả ánh xạ : T : u(t) y(t) ánh xạ này
được viết dưới dạng:
( )y(t) T u(t)= (2.3)
LuËn v¨n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
-41-
Nhờ (2.3) mà ta luôn xác định được vector tín hiệu ra y(t) khi biết vector tín
hiệu vào u(t) và vector các trạng thái tức thời
1
p
x (t)
x(t) ....
x (t)
 
 
=  
 
 
(2.4)
Khi đó hệ có sơ đồ khối như sau:
Với hệ phi tuyến do không thoả mãn
nguyên lý xếp chồng nên:
( )
n n
i i i i
i 1 i 1
T a u (t) a T u (t)
= =
 
≠ 
 
∑ ∑ (2.5)
2.3 MÔ HÌNH HỆ PHI TUYẾN
2.3.1. Mô hình tĩnh
Xây dựng mô hình cho hệ thống là thiết lập mô hình toán học mô tả ánh xạ
T : u(t) y(t)
Mô hình tĩnh của hệ phi tuyến là mô hình có quan hệ vào ra thoả mãn: Tại
thời đi...

---