›
›

Bài giảng Hệ thống điều khiển thông minh - Chương 5: Điều khiển thích nghi và điều khiển học - Huỳnh Thái Hoàng

Download
Moân hoïc  
HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN THOÂNG MINH  
Giaûng vieân: TS. Huyønh Thaùi Hoaøng  
Boä moân Ñieàu Khieån Töï Ñoäng  
Khoa Ñieän – Ñieän Töû  
Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.HCM  
Email: [email protected]  
Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
1
Chöông 5  
ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI  
VÀ ĐIỀU KHIỂN HỌC  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
2
Noäi dung chöông 4  
‘ Điều khiển thích nghi  
‘ Điều khiển học  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
3
ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
4
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi  
‘ Hệ thống điều khiển trong đó thông số (và cấu trúc) của bộ điều  
khiển thay đổi trong quá trình vận hành nhằm đảm bảo chất lượng  
điều khiển khi có sự hiện diện của các yếu tố bất định hoặc biến đổi  
không biết trước gọi là hệ thống điều khiển thích nghi.  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
5
Phân loại hệ thống điều khiển thích nghi  
‘ Đối tượng:  
Ž Tuyến tính hoặc phi tuyến  
Ž SISO ho
ặ
c MIMO (vuông, không vuông)  
Ž Hệ có bậc tương đối tổng quát  
Ž Có nhiễu hệ thống, nhiễu đo lường  
‘ Thông tin phản hồi:  
Ž Trạng thái  
Ž Ngõ ra  
‘ Cơ sở của thuật toán điều khiển thích nghi:  
Ž Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa  
Ž Điều khiển trượt  
‘ Thuật toán thích nghi:  
Ž Liên tục hoặc rời rạc  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
6
Đặt bài toán  
‘ Đối tượng: hệ phi tuyến SISO mô tả bởi phương trình vi phân:  
&
x = f (x) + g(x)u  
⎧
⎨
⎩
y = h(x)  
‘ Bài toán đặt ra là điều khiển tín hiệu ra y(t) bám theo tín hiệu đặt  
ym(t)  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
7
Đối tượng điều khiển  
‘ Nếu đối tượng có bậc tương đối bằng r, đối tượng có thể được mô tả  
bằng phương trình sau:  
y
(r)
=
a
(
x
)
+
b
(
x
)
u  
a(x) = Lrf h(x)  
‘ Trong đó:  
r−1  
b(x) = Lg Lf h(x) ≠ 0  
với:  
⎡
⎤
∂φ(x)  
∂x  
∂φ(x) ∂φ(x)  
,K,  
Lf φ(x) =  
Lkf φ(x) =  
. f (x) =  
[
f1(x),K fn (x) T  
]
⎢
⎣
⎥
⎦
∂x1  
∂xn  
∂L
k
f−
1
φ(x)  
∂x  
. f (x)  
∂
L
kf
φ
(
x
)  
∂x  
Lg Lkf φ(x) =  
.g(x)  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
8
Luật điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa  
‘ Luật điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa:  
1
u* (x) =  
[
− a(x) + v(t)  
]
b(x)  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
9
Các giả thiết  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
10  
Tính ổn định của luật điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa  
&
es +ηes = 0  
‘ Đặc tính động học của sai số bám:  
1
‘ Chọn hàm Lyapunov: V = es2  
2
‘ Dễ dàng thấy ràng:  
V ≥ 0  
2
&
&
V
=
e
s
e
s
=
−
η
e
s
≤
0  
⇒ Hệ thống ổn định  
t → ∞  
t → ∞  
⇒
⇒
khi  
khi  
es (t) → 0  
eo (t) → 0  
⇒ y(t) bám theo ym(t) với sai số xác lập bằng 0  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
11  
Ý tưởng điều khiển thích nghi  
‘ Điều khiển thích nghi trên cơ sở xấp xỉ luật điều khiển hồi tiếp tuyến  
tính hóa :  
1
u* (x) =  
[
− a(x) + v(t)  
]
b(x)  
‘
Lý do:  
Ž hàm a(x) và b(x) chưa biết  
Ž hoặc hàm a(x) và b(x) đã biết nhưng thay đổi trong quá trình vận  
hành  
‘
Hai ph
ươ
ng pháp
đ
i
ề
u khi
ể
n thích nghi:  
Ž Điều khiển thích nghi gián tiếp  
Ž Điều khiển thích nghi trực tiếp  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
12  
Điều khiển thích nghi gián tiếp  
ˆ
ˆ
a(x)  
‘ Nhận dạng trực tuyến a(x) và b(x) dùng mô hình  
và  
, sau  
b(x)  
đó tính tín hiệu điều khiển theo nguyên lý chắc chắn tương đương.  
1
ˆ
[
− a(x) + v(t)  
uce (x) =  
]
ˆ
b(x)  
ˆ
ˆ
a(x)  
‘ Mô hình  
và  
có thể là mô hình mờ, mạng thần kinh hoặc mô  
b(x)  
hình hộp đen phi tuyến tổng quát.  
T
ˆ
a(x) =θa ξa (x)  
T
ˆ
b
(
x
)
=
θ
b
ξ
b
(
x
)  
Các vector và là vector thông số của mô hình.  
θa  
θb  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
13  
Điều khiển thích nghi gián tiếp (tt)  
‘ Các vector thông số và được cập nhật trực tuyến để tiệm cận  
θa  
θb  
tiến tới giá trị tối ưu:  
⎧
⎫
⎬
⎭
⎫
⎬
⎭
θ * = arg min sup θ Tξ (x) −b(x)  
⎨
b
b
b
θb ∈Ωb  
x∈Sx  
⎩
⎧
θ
*
=
arg min
 
sup
θ
T
ξ
(
x
)
−
a
(
x
)  
⎨
a
a
a
θa ∈Ωa  
x∈Sx  
⎩
δ (x)  
δ (x)  
‘ Gọi  
và  
là sai số giữa mô hình tối ưu và đặc tính động học  
b
a
chính xác của đối tượng. Mô hình đúng của đối tượng có thể biểu diễn  
như sau:  
a(x) =θa*Tξa (x) +δa (x)  
b(x) =θb*Tξb (x) +δb (x)  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
14  
Điều khiển thích nghi gián tiếp (tt)  
‘ Sai lệch giữa mô hình nhận dạng được và mô hình đúng của hệ thống:  
~
T
ˆ
a(x) − a(x) =θa (t)ξa (x) −δa (x)  
~
T
ˆ
b(x) − b(x) =θb (t)ξb (x) −δb (x)  
~
θa (t) =θa (t) −θa*  
trong đó:  
~
θb (t) =θb (t) −θb*  
‘ Sai số mô hình luôn tồn tại trong các ứng dụng thực tế. Để đảm bảo  
hệ thống ổn định sử dụng thêm thành phần điều khiển trượt usi.  
‘ Tín hiệu điều khiển là tổng gồm 2 thành phần:  
Ž uce điều khiển hệ thống bám quỹ đạo chuẩn  
Ž usi đảm bảo hệ thống ổn định  
u = uce + usi  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
15  
Các giả thiết cần để thiết kế bộ điều khiển thích nghi gián tiếp  
b(x)  
‘
bị chặn:  
0 < b(x) ≤ b(x) ≤ b(x) < ∞  
y (t)  
‘ Quỹ đạo chuẩn mong muốn  
khả vi liên tục bị chặn đến bậc r  
có thể đo được.  
m
y(r) (t)  
,...,  
&
y (t)  
và các đạo hàm  
m
m
‘ Sai số cấu trúc giữa mô hình và đặc tính chính xác của đối tượng bị  
chặn bởi các cận biết trước:  
δa (x) ≤ δa (x)∈L∞  
δ
b
(x) ≤ δ
b
(x)∈L
∞  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
16  
Trình tự thiết kế bộ điều khiển thích nghi:  
‘ Viết biểu thức mô tả động học sai số bám.  
‘ Chọn hàm Lyapunov V (là hàm toàn phương theo sai số bám và  
sai s
ố
thông s
ố
).  
‘ Luật thích nghi thông số được chọn sao sai số thông số bị triệt tiêu  
&
khỏi đạo hàm theo thời gian của hàm Lyapunov ( V không phụ  
thuộc vào sai số thông số của mô hình)  
‘ Thành phần điều khiển chế độ trượt được chọn sao cho đảm bảo  
&
đạ
o hàm theo th
ờ
i gian c
ủ
a hàm Lyapunov âm (
 
V
<
0
) khi sai s
ố  
cấu trúc nằm trong giới hạn định trước.  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
17  
Thiết kế bộ điều khiển thích nghi gián tiếp  
‘
Bi
ể
u th
ứ
c mô t
ả độ
ng h
ọ
c sai s
ố
bám  
ˆ
&
ˆ
es +ηes = (a(x) − a(x)) + (b(x) − b(x))uce − b(x)usi  
1
1 ~
 
~ 1
 
~ ~  
V = es2 + θa
T
Qaθa + θb
T
Qbθb  
‘ Hàm Lyapunov:  
2
2
2
~
~
T
2
T
&
&
&
⇒
V = −ηes − busies + es (−δa −δbuce) +θa (Qaθa +ξaes ) +θ
b
(Qbθ
b
+ξbesuce)  
−1  
&
‘ Luật thích nghi thông số: θa = −Qa ξaes  
−1  
&
θ
b
= −
Qb
ξ
bucees  
1
(
)
usi = δa +δb uce sgn(es )  
‘ Thành phần điều khiển chế độ trượt:  
b
b
⎛
⎞
2
s
&
⇒
V ≤ −ηe − −1 e  
[
δa +δb uce ≤ 0  
]
⎜
⎟
s
b
⎝
⎠
⇒ Hệ thống ổn định  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
18  
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi gián tiếp  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
19  
Thí dụ: Điều khiển thích nghi gián tiếp hệ bồn kép dùng mô hình mờ  
‘ Đặc tính động học của hệ thống mô tả bởi các phương trình sau:  
1
&
(
)
h (t) =  
ku(t) − sgn(h (t) − h2(t))CDa1 2g | h (t) − h2(t) |  
1
1
1
A (h )  
1 1  
1
&
(
)
h2(t) =  
sgn(h (t) − h2(t))CDa1 2g | h (t) − h2(t) | − CDa2 2gh2(t)  
1
1
A2(h2)  
Amax − Amin  
A
(
h
)
=  
h
+
A
min  
i i  
i
hmax  
10 June 2010  
© H. T. Hoàng - ÐHBK TPHCM  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 61 trang myanh 20140 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống điều khiển thông minh - Chương 5: Điều khiển thích nghi và điều khiển học - Huỳnh Thái Hoàng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_dieu_khien_thong_minh_chuong_5_dieu_khien.pdf