Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao - Chương 4: Điều khiển thích nghi - Huỳnh Thái Hoàng

hӍnh gián tiӃp theo mô hình chuҭn
ĈiӅu khiӇn tӵ chӍnh gián tiӃp – Thí dө 2
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 111
Khӕi ѭӟc lѭӧng bình phѭѫng tӕi thiӇu ÿӋ qui
ĈiӅu khiӇn tӵ chӍnh gián tiӃp – Thí dө 2
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 112
Bӝ ÿiӅu khiӇn theo mô hình chuҭn R*u = T*uc – S*y
ĈiӅu khiӇn tӵ chӍnh gián tiӃp – Thí dө 2
0
1
ym
y
0 25 50 75 100
-1
4
8
u
-4
0
0 25 50 75 100
-8
Time (sec)
Ĉáp ӭng cӫa hӋ kín bám theo mô hình chuҭn rҩt tӕt
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 113
sau vài chu kǤ cұp nhұt thông sӕ cӫa ÿӕi tѭӧng
ĈIӄU KHIӆN 
HOҤCH ĈӎNH ĈӜ LӦI
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 114
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi?
‘ Hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi là mӝt phѭѫng pháp ÿiӅu khiӇn ÿѫn giҧn áp dөng 
ÿӇ ÿiӅu khiӇn ÿӕi tѭӧng phi tuyӃn hoһc ÿӕi tѭӧng có thông sӕ thay 
ÿәi theo ÿiӅu kiӋn làm viӋc
‘ Trong mӝt sӕ trѭӡng hӧp có thӇ ÿo ÿѭӧc các biӃn có liên quan chһt 
chӁ ÿӃn sӵ thay ÿәi ÿһc tính ÿӝng cӫa ÿӕi tѭӧng.
Ӄ Ӈ Ӈ ә ӕ‘ Nhӳng bi n này có th ÿѭӧc sӱ dөng ÿ thay ÿ i thông s cӫa bӝ 
ÿiӅu khiӇn, theo công thӭc tính toán trѭӟc.
‘ Thông sӕ bӝ ÿiӅu khiӇn có thӇ ÿѭӧc tính toán trѭӟc cho các ÿiӇm 
làm viӋc khác nhau và lѭu trӳ trong bӝ nhӟ.
‘ Hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi còn có thӇ dӵa vào các biӃn ÿәi phi tuyӃn sao cho 
hӋ thӕng ÿã biӃn ÿәi không phө thuӝc vào ÿiӅu kiӋn làm viӋc.
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 115
Sѫ ÿӗ khӕi ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi
Ĉi͉u ki͏n 
là ͏m vi c
Hoҥch ÿӏnh 
ÿӝ lӧi
u(t) y(t)
Bӝ ÿiӅu khiӇne(t)uc(t) Ĉӕi tѭӧng
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 116
Nguyên tҳc thiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi
‘ Không có phѭѫng pháp tәng q át thiӃt kӃ thiӃt kӃ bӝ ÿiӅ khiӇn hoҥch u u 
ÿӏnh ÿӝ lӧi, mӛi lӟp ÿӕi tѭӧng ÿiӅu khiӇn có ÿһc thù cҫn xem xét 
riêng.
‘ Vҩn ÿӅ chính là xác ÿӏnh biӃn nào ÿѭӧc sӱ dөng làm biӃn hoҥch ÿӏnh 
ÿӝ lӧi.
‘ BiӃn hoҥch ÿӏnh phҧi phҧn ánh ÿѭӧc ÿһc tính phi tuyӃn hoһc ÿһc tính 
thay ÿәi theo ÿiӅu kiӋn làm viӋc cӫa ÿӕi tѭӧng.
‘ BiӃn hoҥch ÿӏnh phҧi biӃn ÿәi chұm
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 117
Mӝt phѭѫng pháp thiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi
Phѭѫng pháp thѭӡng sӱ dөng bao gӗm các bѭӟc: 
‘ Chӑn biӃn hoһc các biӃn hoҥch ÿӏnh. 
‘ T Ӄ tí h hó ô hì h ÿӕi t h ӝt ӕ ÿiӇ là iӋ
‘ ThiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn tuyӃn tính cho mӛi ÿiӇm làm viӋc sӱ dөng 
mô hình tuyӃn tính tѭѫng ӭng
uy n n a m n ѭӧng quan m s m m v c
 .
‘ Khi vұn hành, nӝi suy thông sӕ bӝ ÿiӅu khiӇn dӵa trên giá trӏ cӫa 
biӃn hoҥch ÿӏnh .
‘ CNJng có thӇ nӝi suy tín hiӋu ÿiӅu khiӇn, thay vì nӝi suy thông sӕ bӝ 
ÿiӅu khiӇn 
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 118
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
‘ Ch hӋ thӕ lò h hì ho ng xe – xo n ѭ n 
vӁ. Quan hӋ vào ra cӫa hӋ thӕng 
mô tҧ bӣi phѭѫng trình vi phân:
)()()( tutkyybtym  
/1
)(
m
pG 
trong ÿó u(t) là tín hiӋu vào (lӵc ÿiӅu khiӇn); y(t) là tín hiӋu ra (vӏ trí 
) 0 5 5k là khӕi l (khӕi l th ÿәi t á
)/5()/2(2 mpmp 
xe ; m = . - g ѭӧng xe ѭӧng xe ay rong qu 
trình vұn hành), b = 2N.s/m k = 5 N/m là ÿӝ cӭng lò xo.
‘ Yêu c̯u: Giҧ sӱ có thӇ ÿo ÿѭӧc khӕi lѭӧng vұt nһng thiӃt kӃ bӝ ÿiӅu , 
khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi sao cho hӋ thӕng bám theo mô hình chuҭn:
1
)( pG
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 119
122  ppm
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
‘ Gi̫i: ThiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn theo mô hình chuҭn thông sӕ bӝ ÿiӅu
¾ Phân tích B dѭӟi dҥng:  BBB ®­ 
B 1Ÿ
 , 
khiӇn phө thuӝc biӃn hoҥch ÿӏnh là khӕi lѭӧng cӫa vұt nһng
¾ KiӇm tra các ÿiӅu kiӋn tӗn tҥi bӝ ÿiӅu khiӇn theo mô hình chuҭn:
¯  mB /1
mm BBB c 
)()()()( BABA baäcbaäcbaäcbaäc t
Ÿ mBm c
0202
mm
¾ Chӑn bұc A0:
11
0
)(
2
)(
2
)(2)( 0 t 
	 BAAA m baäcbaäcbaäcbaäc
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 120
Ÿ Chӑn bұc A0 bҵng 0 Ÿ A0 = p+5
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
¾ Chӑn bұc R1 và S: 
)()()()( 01 AAAR m baäcbaäcbaäcbaäc  1221  ^ `)]()()([)],()(min)( 01   BAABRS m baäcbaäcbaäcbaäc[baäcbaäc
®­  101 rprR
^ ` 1]021[],01min  [
Ÿ
¾ Tính S và R1 bҵng cách giҧi phѭѫng trình Diophantine:
¯  10 spsS
mAASBAR 01  
Ÿ
)12)(5()(
1
)(
52 2
1010
2  ¹¸
·
©¨
§  pppsps
m
rpr
m
p
m
p
Ÿ 151252 1101021030 ¹¸
·
©¨
§ ¹¸
·
©¨
§ ¹¸
·
©¨
§  s
m
r
m
ps
m
r
m
r
m
prr
m
pr
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 121
5117 23  ppp 
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
­ 1
°°
°° ¹¸
·
©¨
§ 
7
2
10
0
rr
m
r
°°
°­  
2
7
1
1
0
m
r
r
Ÿ
°°
®
·§
 ¹¸
·
©¨
§  11125 010 s
m
r
m
r
m °°
®  
10
12
2
110
m
ms
°°¯ ¹¸©¨  5
15
11 s
m
r
m
°¯  3551
m
ms
¾ Tính R và T:  BRR 1 Ÿ )( 1rpR  
mBAT c 0 Ÿ mpT )5(  
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 122
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
Ho̩ch ÿ͓nh 
ÿ͡ lͫi
10101 ,,,, ssttr
u(t) y(t)uc(t)
52
1
2  pmpR
T
R
S
Sѫ ÿӗ khӕi hӋ thӕng ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh 
ҭ Ӄ Ӄ
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 123
ÿӝ lӧi theo mô hình chu n sau khi thi t k
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
Sѫ ÿӗ Si li k ô hӓ hӋ thӕ ÿiӅ khiӇ
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 124
 mu n m p ng ng u n 
hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi theo mô hình chuҭn
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
1
-1
0
ym
y
0 50 100 150 200
0
4
8
u
0 50 100 150 200
-8
-4
5
0 50 100 150 200
1
3
m
KӃt quҧ ÿiӅu khiӇn khi chѭa hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi vӟi bӝ ÿiӅu khiӇn STR
ÿѭӧc thiӃt kӃ dӵa vào giá trӏ m = 1kg Chҩt lѭӧng ÿiӅu khiӇn càng
Time (sec)
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 125
0 .
kém khi khӕi lѭӧng vұt nһng càng sai lӋch so vӟi giá trӏ m0
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 1
-1
0
1 ym
y
0 50 100 150 200
0
4
8
u
0 50 100 150 200
-8
-4
5
0 50 100 150 200
1
3
m
KӃt quҧ ÿiӅu khiӇn khi hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi bӝ ÿiӅu khiӇn STR theo khӕi
lѭӧng vұt nһng Chҩt lѭӧng ÿiӅu khiӇn bám theo mô hình chuҭn rҩt
Time (sec)
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 126
.
tӕt dù bҩt chҩp sӵ thay ÿәi khӕi lѭӧng cӫa vұt nһng.
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
u(t): lѭu lѭӧng vào (tín hiӋu ÿiӅu khiӇn)
y(t): ÿӝ cao mӵc chҩt lӓng (tín hiӋu ÿiӅu khiӇn)
r0: bán kính ÿáy bӗn chӭa (r0 = 10cm)
r : bán kính ÿӍnh bӗn chӭa (r = 50cm)1 1
ao: tiӃt diӋn van xҧ (ao = 1cm2)
H: chiӅu cao bӗn chӭa (H = 100cm)
C : hӋ sӕ xҧ (C = 1)
‘ Phѭѫng trình vi phân mô tҧ ÿһc tính ÿӝng hӑc hӋ bӗn chӭa:
D D
g: gia tӕc trӑng trѭӡng (g = 981cm/s2)
 )(2)(
)(
1
)( tgyaCtu
yS
ty oD 
2
01
0)( ¹¸
·
©¨
§  y
H
rr
ryS S
‘ ThiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn PI hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi sao cho phѭѫng trình ÿһc
vӟi (tiӃt diӋn ngang cӫa bӗn tҥi ÿӝ cao y)
18 April 2011 © H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM 127
trѭng cӫa hӋ kín có cһp cӵc vӟi và0.1 [ 1.0 nZ
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
‘ Gi̫i:
‘ Ĉһt biӃn trҥng thái , PTTT cӫa hӋ bӗn chӭa:)()( tytx
 ­ 1
°¯
°®
 
)())(),(()(
)(2)(
))((
))(),(()(
txtutxhty
tgxaCtku
txS
tutxftx oD
‘ ĈiӇm làm viӋc tƭnh là nghiӋm phѭѫng trình:),( ux
 1 02
)(
  xgaCu
xS
oD
xgaCu oD 2 œ
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 128
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
‘ Phѭѫng trình trҥng thái cӫa hӋ thӕng quanh ÿiӇm tƭnh )( yu ,
®¯­ 
 
)(~)(~
)(~)(~)(~
txCty
tuBtxAtx
trong ÿó
x
g
xS
aC
x
f
A oD
ux 2)()(
 w
w 
,
)(
1
)( xSu
f
B w
w 1
)(
 w
w 
x
h
C
,ux ,ux
‘ Hàm truyӅn cӫa hӋ thӕng quanh ÿiӇm tƭnh 
sY )(
~
K
BAsIC
sU
sG 1)(
)(
~)(
 
ÿó gaC oD1K
as
sG  )(Ÿ
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 129
trong 
xxS
a
2)(
)(xS
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
‘ Sӱ dөng bӝ ÿiӅu khiӇn PI, phѭѫng trình ÿһc trѭng cӫa hӋ kín quanh 
ÿiӇm tƭnh :
01 ¹¸
·
©¨
§
¹¸
·
©¨
§  KKK IP 0)(2  IP KKsKKasŸ (1)
),( ux
 ass
‘ Phѭѫng trình ÿһc trѭng mong muӕn:
02 22  ss Z[Z (2)nn
‘ Cân bҵng (1) và (2):
­  2KKa [Z ­  KaKP /)2( [Z®¯ 2nI
nP
KK Z Ÿ ®¯ KK nI
n
/2Z
­ ·§  2 grr
°
°°® ·¸§¨ 
¹¸©¨  
2
012
01
0 2
2
rr
K
y
aCy
H
rK oDnP S[Z
Ÿ
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 130
°¯ ¹©  0 yHrnI SZ
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
Mô phӓng hӋ thӕng ÿiӅu khiӇn PI hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi. 
Thông sӕ bӝ ÿiӅu khiӇn PI có thӇ chӑn cӕ ÿӏnh ӭng vӟi ÿӝ mӵc chҩt
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 131
lӓng trong bӗn bҵng 25cm hoһc thay ÿәi tùy theo ÿiӇm làm viӋc 
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
 Khӕi hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi 
Bӝ ÿiӅ khiӇ PI u n 
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 132
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
50
75
100
0 200 400 600 800
0
25 r
y
4000
6000
u
0
2000
0 200 400 600 800
-2000
Time (sec)
KӃt quҧ ÿiӅu khiӇn PI vӟi ÿӝ lӧi cӕ ÿӏnh ӭng mӵc chҩt lӓng 25cm
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 133
 , 
chҩt lѭӧng ÿiӅu khiӇn càng kém khi ÿiӇm làm viӋc càng xe 25cm.
ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi – Thí dө 2
50
75
100
0 200 400 600 800
0
25 r
y
4000
6000
u
0
2000
0 200 400 600 800
-2000
Time (sec)
KӃt quҧ ÿiӅu khiӇn PI hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 134
 , 
chҩt lѭӧng ÿiӅu khiӇn tӕt trong miӅn làm viӋc rӝng
Ѭu khuyӃt ÿiӇm cӫa ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi
‘ Ѭu ÿiӇm: 
¾ ĈiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi cho phép áp dөng các phѭѫng pháp 
thiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn tuyӃn tính vào hӋ phi tuyӃn có ÿһc tính ÿӝng 
thay ÿәi theo ÿiӅu kiӋn làm viӋc.
¾ Thông sӕ cӫa bӝ ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi thay ÿәi nhanh theo 
sӵ thay ÿәi ÿһc tính ÿӝng cӫa ÿӕi tѭӧng 
¾ Hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi ÿһc biӋt thuұn lӧi nӃu ÿһc tính ÿӝng cӫa ÿӕi 
tѭӧng phө thuӝc vào mӝt vài biӃn có thӇ ÿo ÿѭӧc.
‘ KhuyӃt ÿiӇm:
¾ KhuyӃt ÿiӇm chính cӫa ÿiӅu khiӇn hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi là ÿây là sѫ 
ÿӗ ÿiӅu khiӇn thích nghi vòng hӣ, không có cѫ chӃ “thích nghi” 
ÿúng nghƭa.
¾ Mӝt hҥn chӃ khác là trong nhiӅu trѭӡng hӧp khó chӑn ÿѭӧc biӃn
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 135
hoҥch ÿӏnh tӕt.
Chuҭn ÿҫu ra
Sau khi hӑc xong chѭѫng 4 sinh viên phҧi có khҧ năng: , 
‘ ThiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn theo mô hình chuҭn
‘ ThiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn thích nghi theo mô hình chuҭn
‘ ThiӃt kӃ bӝ ÿiӅu khiӇn tӵ chӍnh gián tiӃp trên cѫ sӣ ѭӟc lѭӧng trӵc 
tuyӃn thông sӕ mô hình cӫa ÿӕi tѭӧng.
Ӄ Ӄ Ӆ Ӈ‘ Thi t k bӝ ÿi u khi n hoҥch ÿӏnh ÿӝ lӧi
18 April 2011 © H. T. Hoàng - HCMUT 136