Điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử248

Với mong muốn kế thừa và phát triển kết quả của những nghiên cứu trước đây về điều khiển dựa trên lý thuyết mờ và lý thuyết đại số gia tử đồng thời căn cứ vào, tình hình ứng dụng hực tế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ TÙNG ANH

ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG KẾT CẤU DỰA TRÊN MÔ HÌNH

SỬ DỤNG LÝ THUYẾT MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC

Hà Nội - 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ TÙNG ANH

ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG KẾT CẤU DỰA TRÊN MÔ HÌNH

SỬ DỤNG LÝ THUYẾT MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ

Ngành: Cơ học

Mã số: 9440109

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS TS BÙI HẢI LÊ

2 TS BÙI VĂN BÌNH

Hà Nội - 2021

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những n i dung trình bày trong luộ ận án này được tôi nghiên

cứu dướ ự hưới s ng d n khoa h c cẫ ọ ủa PGS.TS Bùi Hải Lê và TS Bùi Văn Bình Các s u, k t qu nghiên c u trong lu n án là trung thố liệ ế ả ứ ậ ực và chưa được ai công b ốtrong b t kấ ỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2021

PGS.TS Bùi Hải Lê TS Bùi Văn Bình Lê Tùng Anh

Tôi cũng xin được g i lử ời cám ơn đến các thành viên khác trong nhóm nghiên

cứu đã giúp đỡ trong trong su t th i gian tôi thố ờ ực hiện lu n án ậ

Tôi xin trân trọng ảm ơn Bộ môn Cơ họ c c v t li u và k t c u - ậ ệ ế ấ Viện Cơ khí, Phòng Đào tạo Trường Đạ ọ- i h c Bách khoa Hà Nội đã tạo điều ki n thu n l i, t n ệ ậ ợ ậtình giúp đỡ và đóng góp các ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình th c hi n lu n ự ệ ậ

1.4.1.1 Một số ứ ng d ng v ụ ề điều khi n ch ng kể ủ độ ết cấu 12 1.4.1.2 Điều khi n không s d ng lý thuy t m ể ử ụ ế ờ 15 1.4.1.3 Điều khi n dể ựa trên lý thuyết m ờ 16 1.4.1.4 Điều khi n d a trên mô hình ể ự 18

1.4.1.5 Điều khi n dể ựa trên lý thuyế ạt đ i số gia t ử 21

1.5 Đề xu t n i dung nghiên c u c a lu n án ấ ộ ứ ủ ậ 23

2.2 Điều khi n d a trên lý thuy t m ể ự ế ờ 27

2.3.2.2 C s ơ ở luật HA 43

2.3.3 Nh n xét v b ậ ề ộ điều khi n dể ựa trên đại số gia t ử 44

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN DAO ĐỘNG K T C U D A TRÊN Ế Ấ Ự

MÔ HÌNH S D NG LÝ THUY T M VÀ Ử Ụ Ế Ờ ĐẠI SỐ GIA T Ử 46 3.1 Thi t l p công thế ậ ức tường minh c a b ủ ộ điều khiển dựa trên đại

s gia t ố ử

46

3.1.1 Xét trường h p các tham s ợ ố độc lậ fm c ) = (h ) = 0.5 p ( 47 3.1.2 Xét trường h p các tham s ợ ố độc lậ fm c ) = 0.4 và (h ) = 0.6 p ( 51 3.1.3 Xét trường h p các tham s ợ ố độc lậ fm c ) = 0.6 và (h ) = 0.4 p ( 57 3.2 Áp d ng công thụ ức tường minh của HAC trong điều khi n tr ể ễ 64 3.3 Áp d ng công thụ ức tường minh của HAC trong điều khiển

có xét đế ản nh h ng c a thờưở ủ i gian tr ễ 79 4.2.2 Bài toán h r i rệ ờ ạc 03 bậc tự do 83

4.2.2.2 Mô phỏng điều khi n tr s d ng HAC ể ễ ử ụ 83 4.2.2.3 Mô phỏng điều khi n trể ượt sử ụ d ng HAC và so sánh với

4.2.2.4 Mô phỏng điều khi n trể ượt sử ụ d ng HAC và so sánh với

điều khi n m - tr t sFC ể ờ ượ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Ủ C A LUẬN ÁN 117

di( ) t Chuy n v cể ị ủa tầng th ứ i khi được điều khi n ể

dmax Chuy n v cể ị ực đại khi không điều khi n ể

e Tên biến ngôn ng ữ

E*, E**, F*, F** T p con c a t p nậ ủ ậ ền D

J1 Chỉ tiêu chuy n v ể ị tương đối

J2 Chỉ tiêu gia t c tuy t đ i ố ệ ố

T Chu kỳ dao động riêng nh nhỏ ất của kết cấu

{ }u Véc tơ ến điề bi u khi n ể

W Phầ ửn t trung hòa trong t p giá tr ngôn ng ậ ị ữ

X T p h p các giá tr ngôn ng cậ ợ ị ữ ủa biến ngôn ng ữ( )

{ }z Véc tơ biến tr ng thái ạ

Tổng độ đo tính mờ ủa các gia tử âm c

Tổng độ đo tính mờ ủa các gia tử ương c d

1, 2, 3 Các h s trong công thệ ố ức tường minh

Tham số giải mờ [ ] Ma trận định vị bộ điều khiển

1, 2 Các h s tích phân trong thu t toán Newmark ệ ố ậ

Ánh xạ ngữ nghĩa định lượng Hàm thuộc

Độ đo tính mờ ủ c a các gia t ửÁnh xạ ngữ nghĩa định lượng của phần tử trung hòa

Bề mặt trượt

Độ trễ đầu vào Khoảng mờ của các thuật ngữ Thế năng

Hàm hao tán

LNe Hơi âm - Little Negative

LPo Hơi dương - Little Positive

LBi Hơi lớn - Little Big

LSm Hơi nhỏ - Little Small

VBi Rất lớn - Very Big

VNe R t âm - Very Negative ấ

VPo Rất dương - Very Positive

VSm Rất nhỏ - Very Small

AFSM Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control

ATMD Active Tuned Mass Damper

CLOC Classical Optimal Active Control

CPU Central Processing Unit

deFC Điều khi n tr d a trên lý thuy t m ể ễ ự ế ờ

deHAC Điều khi n tr d a trên lý thuyể ễ ự ết đạ ối s gia t ử

de-sHAC Điều khi n tr t d a trên lý thuy t đ i s gia t có k n tr ể ượ ự ế ạ ố ử ể đế ễ

DNN Dynamic Neural Network

EFLC Evolutionary Fuzzy Logic Controller

FAM Fuzzy Associative Memory

FJM Flexible Joint Manipulator

FLC Fuzzy Logic Control

FRBCs Fuzzy Rule Based Classifiers

FSC Fuzzy Supervisory Control

FSMC Fuzzy Sliding Mode Control

GFLC Genetic Algorithm and Fuzzy Logic Control

HA Hedge Algebras

HAC Hedge Algebras Control

HACold Điều khi n d a trên lý thuy t đ i s gia t theo [102] ể ự ế ạ ố ửIRA Interstory Response Amplification

LQG Liner Quadratic Gaussian

LQR Liner Quadratic Regulator

MBBC Modified Bang-Bang Controller

MRFC Modal-Space Reference-Model-Tracking Fuzzy Control

PD Proportional Derivative

PID Proportional Integral Derivative

PVI Pneumatic Vibration Isolator

SAM Semantic Associative Memory

sFC Điều khi n tr t d a trên lý thuy t m ể ượ ự ế ờ

sHAC Điều khi n tr t d a trên lý thuy t đ i s gia t ể ượ ự ế ạ ố ử

sHACold Điều khiển trượt dựa trên lý thuyết đại số gia tử theo [102] SMC Sliding Mode Control

SMFC Sliding Mode Fuzzy Control

SQM Semantically Quantifying Mapping

SSMC Saturated Sliding Mode Controller

STFLC Self-Tuning Fuzzy Logic Controller

VSC Variable Structure Control

B ng 3.2 Bi u di n s cả ể ễ ố ủa cơ sở luật HA khi fm(c ) = (h ) = 0.5 48

B ng 3.3 Bi u di n s cả ể ễ ố ủa cơ sở luật HA khi fm(c ) = 0.4, (h ) = 0.6 51

B ng 3.4 Quan h giả ệ ữa biến điều khi n và bi n tr ng thái khi ể ế ạ fm(c ) =

0.4, (h ) = 0.6

54

B ng 3.5 Bi u di n s cả ể ễ ố ủa cơ sở luật HA khi fm(c ) = 0.6, (h ) = 0.4 57

B ng 3.6 Quan h giả ệ ữa biến điều khi n và bi n tr ng thái khi ể ế ạ fm(c ) =

0.6, (h ) = 0.4

60

B ng 4.1 Ch tiêu ả ỉ J1, J2 của các bộ điều khi n ể 77

B ng 4.2 Gả iá trị ực đại của các chỉ c tiêu khi thời gian trễ thay đổi 82

B ng 4.3 Nghiả ệm củ phương trình đặc trưnga 84

B ng 4.4 Ch tiêu ả ỉ J1 và J2 trường hợp động đất El Centro, umax =

DANH M C CÁC Ụ HÌNH Ẽ VÀ ĐỒ THỊ V

Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển dao động k t c u ế ấ 7 Hình 1.2 Phương thức đi u khi n th nh t ề ể ứ ấ 10 Hình 1.3 Phương thức đi u khi n th hai ề ể ứ 10 Hình 1.4 Phương thức đi u khi n th ba ề ể ứ 11 Hình 1.5 Tòa nhà Kyobashi Seiwa và thiết bị AMD 13 Hình 1.6 Thiết bị AMD chính và AMD ph ụ 13 Hình 1.7 Tháp Yokohama Landmark và AMD dạng con l c ắ 14

Hình 1.9 Tháp truyền hình Nanjing, AMD dạng đai và máy kích động 15 Hình 1.10 Sơ đồ ủ c a AMD l p t i tháp truy n hình Nanjing ắ ạ ề 15 Hình 2.1 Mô hình k t c u h u h n bế ấ ữ ạ ậc tự do 25 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạ ột đ ng c a FC t l - vi phân ủ ỉ ệ 30

Hình 2.6 Các ánh x ạ ngữ nghĩa định lượng khi = 0.5; = 0.5 37 Hình 2.7 Các ánh x ạ ngữ nghĩa định lượng khi = 0.4; = 0.6 39 Hình 2.8 Các ánh x ạ ngữ nghĩa định lượng khi = 0.6; = 0.4 40 Hình 2.9 Khoảng m c a các thuậờ ủ t ng ữ 41 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động c a HAFC t l - vi phân ủ ỉ ệ 42 Hình 2.11 Đường cong ng ữ nghĩa định lượng - phép nhân 43 Hình 2.12 Đường cong ng ữ nghĩa định lượng - phép cộng 44

Tên hình Trang Hình 2.13 M t cong ng ặ ữ nghĩa định lượng 44 Hình 3.1 Phạm vi bi u di n c a các thu t ng ể ễ ủ ậ ữchính 46 Hình 3.2 Sơ đồ chuẩn hóa các biến trạng thái 47 Hình 3.3 Lưới số HA (phẳng) khi fm(c ) = (h ) = 0.5 49

Hình 3.5 Lưới số HA (không phẳng) khi fm(c ) = 0.4, (h ) = 0.6 52 Hình 3.6 Lưới số HA (không phẳng) khi fm(c ) = 0.6, (h ) = 0.4 58 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển trượt 66 Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển chủ động kết cấu 68 Hình 3.9 S ơ đồ các khối điều khiển trễ, trượt dựa trên HAC 69 Hình 4.1 Mô hình kết cấu 10 bậc tự do chịu tải gia tốc 71 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của HAC cho u3 và u6 72 Hình 4.3 So sánh chuyển vị theo thời gian của x10 73 Hình 4.4 So sánh chuyển vị cực đại của 10 bậc tự do 73 Hình 4.5 Mô hình kết cấu 1 bậc tự do chịu tải gia tốc 74 Hình 4.6 Thay đổi của các ch ỉ tiêu J1, J2 theo thời gian trễ 75 Hình 4.7 Chuyển vị, gia tốc của kết cấu và lực điều khiển khi = 15ms 76 Hình 4.8 Chuy n v ể ị tương đối, gia t c tuyố ệ ốt đ i và lực điều khi n ể 78 Hình 4.9 Chuyển vị, gia tốc của kết cấu và lực điều khiển khi = 0ms 80 Hình 4.10 Chuyển vị, gia tốc của kết cấu và lực điều khiển khi = 20

ms

81

Hình 4.11 Thay đổi của các chỉ tiêu J1, J2 theo thời gian trễ 82 Hình 4.12 Mô hình kết cấu 3 bậc tự do chịu tải gia tốc 83 Hình 4.13 Sự thay đổi (%) của J1 và J2 với thời gian trễ, động đất El

Centro

85

Tên hình Trang Hình 4.14 Sự thay đổi (%) của J1 và J2 với thời gian trễ, động đất

Hình 4.18 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và

lực điều khiển (động đất El Centro, umax = 700 N và τ là ngẫu nhiên) 90 Hình 4.19 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và

Hình 4.20 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng (động đất El Centro, umax = 700 N) 93 Hình 4.21 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và

lực điều khiển (động đất Northridge)

94

Hình 4.22 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng (động đất Northridge, umax = 700 N)

95

Hình 4.23 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng và

Hình 4.24 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng (động đất Imperial Valley, umax = 700 N)

97

Hình 4.25 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng với các tham số không chắc chắn (động đất El Centro) 98 Hình 4.26 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng với các tham số không chắc chắn (động đất Northridge) 99 Hình 4.27 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng với các tham số không chắc chắn (động đất Imperial Valley) 100 Hình 4.28 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng,

chuyển vị của tầng trên cùng và lực điều khiển (động đất El Centro) 102 Hình 4.29 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

Tên hình Trang Hình 4.30 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng,

chuyển vị của tầng trên cùng và lực điều khiển (động đất Northridge) 104 Hình 4.31 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng (động đất Northridge)

105

Hình 4.32 Chuyển vị của tầng 1, gia tốc tuyệt đối của tầng trên cùng,

chuyển vị của tầng trên cùng và lực điều khiển (động đất Livermore) 106 Hình 4.33 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng (động đất Livermore)

107

Hình 4.34 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng với các tham số m, k ngẫu nhiên (động đất El Centro)

108

Hình 4.35 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng với các tham số m k, ngẫu nhiên (động đất Northridge) 109 Hình 4.36 Chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của

các tầng với các tham số m k, ngẫu nhiên (động đất Livermore) 110 Hình 4.37 Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái đến

chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của kết cấu

trong trận động đất El Centro

111

Hình 4.38 Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái đến

chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của kết cấu

trong trận động đất Northridge

112

Hình 4.39 Ảnh hưởng của khoảng xác định của các biến trạng thái đến

chuyển vị tương đối cực đại và gia tốc tuyệt đối cực đại của kết cấu

trong trận động đất Imperial Valley

112

Vấn đề giảm dao động có hại của các kết cấu, các hệ kỹ thuật là một trong những quan tâm hàng đầu của rất nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, nhà khoa học, cơ sở nghiên cứu và ứng dụng Dao động có hại xuất hiện trong khá nhiều lĩnh vực như phương tiện giao thông chịu kích động bề mặt tiếp xúc; tàu thuyền và các công trình ngoài khơi chịu tác động của các tải trọng sóng, gió, dòng chảy và nhiệt độ; các tháp vô tuyến, các công trình cao tầng chịu tác động của tải trọng gió và động đất; các công trình cầu nhịp lớn chịu tác động của các phương tiện vận tải; các công trình cầu treo dây văng và dây võng chịu tải trọng gió, bão; các thiết bị, các tua bin hoạt động với tốc độ cao … Hiện nay, các loại dao động này ngày càng ,nguy hiểm và cần được quan tâm thích đáng vì 3 lý do sau đây0 [2]: (i) Sự tăng lên

về quy mô kết cấu, về tốc độ máy móc và cường độ kích động ngoài; (ii) Sự cấp thiết về việc giảm giá thành, chi phí sản xuất và lắp dựng các kết cấu khối lớn; (iii) Yêu cầu cao về đảm bảo an toàn cho các kết cấu quan trọng

Trước đây, phương pháp phổ biến để giảm dao động là tăng cường độ cứng cho kết cấu Tuy nhiên phương pháp này gặp phải vấn đề về chi phí và độ phức tạp

mà công nghệ không cho phép Vì thế, trong vài thập kỷ gần đây, trên thế giới đã phát triển công nghệ sử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng để giảm dao động Việc sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng có nhiều ưu điểm như tính kinh tế, hiệu quả, tăng tuổi thọ công trình, cài đặt và thay thế đơn giản Ước tính, sử dụng thiết bị tiêu tán năng lượng có thể chỉ chiếm 25% chi phí so với việc gia cố kết cấu cho các

bộ phận thép và bê tông Trong quá trình lắp đặt, hệ thống vẫn có thể đang ở trạng thái làm việc Với hiệu quả về kinh tế và kỹ thật, công nghệ sử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng trở thành một hướng triển vọng để nghiên cứu ứng dụng và phát triển

Bên cạnh việc sử dụng các thiết tiêu tán năng lượng như nói trên, một giải pháp khác có thể giảm dao động có hại đó là đặt thêm lực để giảm biên độ dao động kết cấu Đối với kết cấu công trình, điều khiển chủ động là giải pháp giảm dao động

bằng cách sử dụng các máy kích động được điều khiển bởi máy tính nhằm tạo ra các lực tác động vào kết cấu

Điều khiển chủ động kết cấu sử dụng lý thuyết mờ đã được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong điều khiển dao động kết cấu và thu được những thành tựu đáng

kể Thêm vào đó, các kết quả nghiên cứu gần đây và được công bố của nhiều tác giả

về điều khiển chủ động kết cấu dựa trên lý thuyết đại số gia tử đã chỉ ra những ưu điểm của bộ điều khiển này so với bộ điều khiển dựa trên lý thuyết mờ Ngoài ra, hướng nghiên cứu điều khiển dao động k t cế ấu dựa trên mô hình hiện nay cũng ấr t được quan tâm với các thuật toán như điều khiển thích nghi, điều khiển theo dữ liệu mẫu, điều khiển on/off, điều khiển trễ, để nâng cao tính ổn định, bền vững và hiệu

qu ả của hệ thống điều khi n Chính vì vể ậy, hướng nghiên cứu điều khiển chủ động kết cấu sử dụng lý thuyết đại số gia tử dựa trên mô hình là hết sức khả thi và mở rộng thêm phạm vi ứng dụng của lý thuyết đại số gia tử

Với mong muốn kế thừa và phát triển kết quả của những nghiên cứu trước đây

về điều khiển dựa trên lý thuyết mờ và lý thuyết đại số gia tử đồng thời căn cứ vào, tình hình ứng dụng hực tế các giải pháp giảm dao động có hại t cho kết cấu ở trong nước và trên thế giới, góp phần tiếp cận thực tiễn nên tác giả lựa chọn vấn đề “Điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử” làm đề tài nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Mục đích trọng tâm của luận án là thiết kế được bộ điều khiển chủ động dao động của kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ và lý thuyết đại số gia tử Trong đó, nhiệm vụ chính là thiết lập được công thức tường minh thể hiện mối quan

hệ giữa các biến trạng thái (chuyển vị và vận tốc) với biến điều khiển (lực điều khiển) của bộ điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử và ứng dụng được công thức tường minh này vào điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình gồm khảosát ổn định hệ khi có trễ, điều khiển trễ và điều khiển ở chế độ trượt

3 Nội dung nghiên cứu của luận án

* Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về điều khiển dựa trên lý thuyết mờ và điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử để hiết lập công thức tường minh của bộ điều tkhiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử

* Kiểm nghiệm tính đúng đắn và hiệu quả của việc áp dụng công thức tường minh trong điều khiển chủ động kết cấu dựa trên mô hình trượt và mô h nh trễ chịu ìtải gia tốc tại liên kết

4 Đối tượng nghiên cứu của luận án

Đối tượng nghiên cứu của luận án là mô hình kết cấu hữu hạn bậc tự do chịu tải gia tốc tại liên kết

5 Phạm vi nghiên cứu của luận án

Các bài toán được nghiên cứu trong luận án đều là những bài toán tuyến tính Tải trọng động đất trong luận án được lấy từ các nguồn dữ liệu đã xử lý, gồm số liệu gia tốc rời rạc theo thời gian Với nội dung chính của luận án là khảo sát ổn định hệ khi có trễ, điều khiển trễ và điều khiển trượt dao động kết cấu sử dụng lý thuyết đại số gia tử và so sánh hiệu quả điều khiển với một số bộ điều khiển khác cũng như trường hợp không được điều khiển nên một số tiêu chuẩn và vấn đề sau chưa được đề cập trong khuôn khổ luận án như huyển vị cho phép, ứng suất cho cphép và tính bền vững, thích nghi,… của bộ điều khiển trong điều khiển chủ động kết cấu

6 Phương pháp nghiên cứu của luận án

* Phương pháp phân tích, tổng hợp Được sử dụng để nghiên cứu các kết quả :

đã có trước đây của các tác giả trong và ngoài nước

* Biến đổi giải tích: Tìm quy luật, thiết lập công thức tường minh của bộ điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử

* Thuật toán số: ây dựng thuật toán và chương trình tính toán bằng ngôn ngữ Xlập trình Matlab để điều khiển chủ động dao động của kết cấu

* Phương pháp so sánh, đánh giá Được sử dụng để nhận xét kết quả, hiệu quả : thu được của phương pháp đề xuất với các nghiên cứu đã công bố trước đây

7 C ấu trúc của luận án

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Trình bày nghiên cứu tổng quan về các phương pháp giảm dao động có hại của kết cấu Trong đó, các phân tích tập trung vào các nội dung về điều khiển sử dụng lý thuyết mờ, điều khiển dựa trên mô hình và điều khiển sử dụng lý thuyết đại

số gia tử Qua đó, xác định nội dung nghiên cứu của luận án

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày mô hình nghiên cứu tổng quát của bài toán điều khiển chủ động kết cấu; về lý thuyết mờ và lý thuyết đại số gia tử về các bộ điều khiển chủ động kết ; cấu dựa trên lý thuyết mờ và lý thuyết đại số gia tử

Trình bày những kết quả chính và những đóng góp mới của luận án

Danh mục các công trình đã công bố của luận án

Tài liệu tham khảo

1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong chương này, tác giả sẽ trình bày tổng quát các vấn đề về dao động kết

cấu, điều khiển chủ động dao động kết cấu, tình hình nghiên cứu và ứng dụng Trong đó, tập trung vào việc phân tích, nhận xét các công trình đã công bố liên quan đến điều khiển dao động kết cấu sử dụng lý thuyết mờ (tiểu mục 1.4.1.3) và điều khiển dao động kết cấu dựa trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ (tiểu mục 1.4.1.4) cho đối tượng nhà cao tầng chịu tải trọng động đất, điều khiển dao động kết cấu sử dụng lý thuyết đại số gia tử (tiểu mục 1.4.1.5) Từ đó, đề xuất nội dung nghiên cứu của luận án.

1.1 Tóm lược về dao động kết cấu

Dao động, một hiện tượng thường gặp trong tự nhiên và kỹ thuật, là một quá trình trong đó một đại lượng vật lý thay đổi theo thời gian có một đặc điểm nào đó lặp lại ít nhất một lần Dao động kỹ thuật là dao động của các hệ kỹ thuật (các kết cấu, các máy, các phương tiện giao thông vận tải, các công trình,…) [1, 2] Các quá trình dao động thường là các quá trình thay đổi đa dạng theo thời gian Trong tính toán hoặc trong đo đạc các quá trình dao động người ta thường phân thành dao động tuần hoàn và không tuần hoàn, trong đó, một dạng đặc biệt của các dao động tuần hoàn là dao động điều hòa [1 ] Các quá trình dao động được phân loại tùy theo các quan điểm, các căn cứ khác nhau [1 ]:

* Căn cứ vào cơ cấu gây nên dao động: Dao động tự do ao động cưỡng bức; d ;

dao động tham số ự dao động ao động hỗn độn ao động ngẫu nhiên ; t ; d ; d

* Căn cứ vào số bậc tự do: Dao động của hệ một bậc tự do; dao động của hệ nhiều bậc tự do ao động của hệ vô hạn bậc tự do ; d

* Căn cứ vào phương trình chuyển động: Dao động tuyến tính; dao động phi tuyến

* Căn cứ vào dạng chuyển động: Dao động dọc; dao động xoắn; dao động uốn

Nhiều bài toán của dao động kết cấu đã được đặt ra và nghiên cứu như: Những bài toán cơ bản [1]; dao động của các kết cấu công trình và giảm chấn bằng các thiết

bị tiêu tán năng lượng [2]; dao động trong bảo hộ lao động [3]; dao động máy [4 ]

1.2 Các giải pháp giảm dao động có hại của kết cấu

Các phương pháp giảm dao động có hại của kết cấu thường dựa trên cơ sở giảm hoặc cách ly lực kích động, thay đổi tần số riêng để tránh cộng hưởng, tăng cản cho cơ hệ, điều khiển chủ động/bán chủ động kết cấu [2 ] Theo đó, các giải pháp giảm dao động chính bao gồm [2 ]:

* Giảm hệ số khí động: hiết kế kết cấu theo kiểu khí động để chắn dòng chảy T

ít nhất Giải pháp này áp dụng cho kết cấu chịu tải do dòng chảy (sóng hoặc gió)

* Tăng khối lượng kết cấu: ổ sung khối lượng vào các vị trí dạng riêng daoBđộng mạnh Giải pháp này ít có tác dụng trong trường hợp tải động đất, làm tăng chi phí vật liệu, tăng chi phí gia cố móng

* Tăng độ cứng kết cấu: ổ sung các thanh giằng, các bức tường, các trụ đỡ… BGiải pháp này ít có tác dụng giảm gia tốc trong dao động tự do

* Giảm độ cứng kết cấu: sử dụng các thiết bị cách ly nền Giải pháp này chỉ áp dụng với các trường hợp tải gia tốc nền như động đất và không giảm được đáp ứng tĩnh

* Thay đổi (phân bố lại) đồng thời độ cứng và khối lượng dẫn đến thay đổi tần

số riêng của kết cấu để tránh vùng cộng hưởng

* Tăng độ cản kết cấu: ử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng Giải pháp này S

có hiệu quả giảm cả chuyển dịch lẫn gia tốc và có tác dụng làm tăng độ tin cậy của thiết kế Tuy nhiên, giải pháp này không có hiệu quả với đáp ứng tĩnh và nếu cản quá lớn sẽ gây hiện tượng cản quá tới hạn, không giảm được dao động tự do

* Điều khiển chủ động/bán chủ động: ử dụng các thiết bị sinh ra các lực được Sđiều khiển, tác động vào kết cấu để giảm dao động Giải pháp này có thể đạt được mục tiêu giảm dao động tối ưu Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các yếu tố cần thiết cho điều khiển chủ động/bán chủ động kết cấu như: các đầu đo trực tuyến, bộ điều khiển tốc độ cao, máy tạo lực lớn và các thuật toán điều khiển ổn định đã đáp ứng được yêu cầu thực tế Vì vậy, giải pháp này ngày càng được quan tâm và phổ biến

1.3 Điều khiển chủ động kết cấu

1.3.1 Khái niệm

Điều khiển dao động kết cấu ngày càng được quan tâm trong nghiên cứu và trong thực tế giảm dao động có hại của kết cấu, có thể được chia làm 4 dạng dựa

hệ số cản của phần nối; A là máy kích động, S là cảm biến đo, C0 là bộ điều khiển

Điều khiển bị động Điều khiển bán chủ động Điều khiển chủ động Điều khiển lai

Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển dao động kết cấu Điều khiển bị động là phương pháp sử dụng kết cấu phụ có tác dụng tiêu tán năng lượng dẫn đến giảm dao động cho kết cấu Điều khiển bán chủ động và điều khiển chủ động là các phương pháp điều khiển các hệ động lực được mô tả bởi các phương trình chuyển động Đầu ra là các đại lượng cơ học như chuyển vị, vận tốc, gia tốc ; đầu ra được đo bằng các bộ cảm biến Đầu vào nhiễu được sinh ra bởi các tác động của môi trường như gió, động đất, sóng, va chạm, phương tiện vận tải hay bất kỳ các nguồn gây dao động nào khác đầu vào là các đại lượng cơ học như lực, ; mômen, gia tốc, được tạo ra bởi các máy kích động thích hợp Lực điều khiển tác động vào kết cấu trực tiếp (điều khiển chủ động) hay gián tiếp thông qua thiết bị tiêu tán năng lượng (điều khiển bán chủ động)

Như vậy, một hệ điều khiển chủ động bao gồm 3 phần chính: ác cảm biến đểC

đo đáp ứng hoặc kích động ngoài hoặc cả hai, bộ điều khiển là các máy tính được tích hợp các thuật toán điều khiển thích hợp và các máy kích động sinh lực tác động vào kết cấu cần được điều khiển Bộ điều khiển được coi như một bộ xử lý thông tin

để khép kín vòng lặp điều khiển Vai trò của bộ điều khiển là cung cấp tín hiệu điều khiển như một hàm của các tín hiệu đo Vì vậy, khi thiết kế, bộ điều khiển được coi

ta gọi hệ là được điều khiển chu trình đóng (closed loop control) hay điều khiển hồi tiếp hoặc phản hồi (feedback control) Trường hợp cả đầu vào và đầu ra của hệ được giám sát và điều khiển thì sẽ dẫn tới khái niệm điều khiển điều khiển hồi tiếp dẫn - tiếp (feedback feedforward control) Về mặt vật lý, hiệu quả của điều khiển hồi tiếp -

-là -làm thay đổi các tham số của kết cấu (độ cứng và độ cản) để kết cấu có thể phản ứng tốt hơn với kích động ngoài còn hiệu quả của điều khiển dẫn tiếp là làm giảm hoặc triệt tiêu kích động ngoài

Một vòng lặp của điều khiển chủ động trải qua 3 bước bao gồm đo đạc, xử lý tín hiệu và sinh lực điều khiển Hiệu quả của điều khiển phụ thuộc vào khả năng thực hiện chính xác 3 bước này Các yếu tố quyết định bao gồm công nghệ cảm biến, khả năng xử lý của máy tính, thuật toán điều khiển thích hợp, khả năng, độ chính xác và tốc độ của máy kích động cũng như hiệu quả của cơ cấu tác động lực, công nghệ vật liệu mới và cơ khí chính xác,

1.3.2 Thuật toán điều khiển chủ động

Điều khiển chủ động kết cấu là lĩnh vực được nhiều nhà khoa học trong nước

và quốc tế quan tâm từ lâu với nhiều công trình nghiên cứu sử dụng các thuật toán điều khiển khác nhau Các thuật toán này có thể hệ thống như sau [6, 7]:

* Điều khiển phi tuyến: Bắt đầu phát triển mạnh từ thập niên 1960 cả về phân tích và thiết kế Các phương pháp phân tích hệ thống điều khiển phi tuyến có thể kể đến như phương pháp hàm mô tả, ph ng pháp mặt phẳng pha, phân tích ổn địnươ h Lyapunov, tiêu chuẩn Popov,… Các phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển phi tuyến gồm có phương pháp hồi tiếp tuyến tính hóa, phương pháp điều khiển trượt,

ph ng ươ pháp cuốn chiếu,

* Điều khiển tối ưu: Bộ điều khiển được thiết kế sao cho tối thiểu một hàm chỉ tiêu chất lượng như quy hoạch động Bellman nguyên lý cực đại Pontryagin, điều , khiển tối ưu tuyến tính (bộ quan sát và bộ lọc tối ưu Kalman Bucy, điều khiển tối

ưu LQR (Liner Quadratic Regulator - bộ điều chỉnh cho hệ tuyến tính với chỉ tiêu dạng toàn phương) và LQG (Liner Quadratic Gaussian - bộ điều chỉnh cho hệ tuyến tính với chỉ tiêu dạng toàn ph ng và ngẫu nhiên Gauss) trên miền thời gian ươ

* Điều khiển thích nghi: Các thông số của bộ điều khiển được điều chỉnh tự động khi điều kiện làm việc thay đổi nhằm đạt được chất lượng tối ưu Các nghiên cứu về điều khiển thích nghi có thể kể đến như hệ thống điều khiển theo mô hình tham chiếu tính ổn định, , tính bền vững của hệ thống thích nghi các giải thuật điều , khiển học

* Điều khiển bền vững: Bộ điều khiển được thiết kế sao cho tính ổn định và chất lượng của hệ thống vẫn đảm bảo khi các yếu tố không chắc chắn và/hoặc nhiễu loạn nằm trong giới hạn định trước như điều khiển tối ưu chuẩn H2 trên miền tần số, điều khiển bền vững mô tả sự bất định dựa trên chuẩn H∞và lý thuyết µ-synthesis 1.3.3 Máy kích động và các phương thức điều khiển chủ động

1.3.3.1 Các loại máy kích động

Tất cả các thiết bị khi được điều khiển có khả năng sinh lực đều được coi là máy kích động Máy kích động có nhiều loại với nguyên lý hoạt động và khả năng sinh lực khác nhau, phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Có những loại cỡ rất nhỏ ứng dụng trong các lĩnh vực của cơ điện tử, lại có những loại cỡ rất lớn ứng dụng trong điều khiển kết cấu công trình Có thể kể đến một số loại máy kích động trong thực

tế như sau [6, 7 ]:

* Máy kích động dạng thủy lực sinh ra lực bằng cách tạo ra áp suất trên bề mặt của đầu pittông trong xi lanh nhờ vào dòng chất lỏng được bơm vào hoặc ra xy lanh Loại này có khả năng lớn nhất khoảng vài trăm meganewton

* Máy kích động dạng môtơ điện sinh lực nhờ vào chuyển động quay của các

mô tơ điện Nếu cần thiết, máy kích động loại này có thêm hệ thống truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Loại này có khả năng lớn nhất khoảng vài trăm kilonewton

* Máy kích động dạng điện từ là loại máy kích động không sử dụng sự tương tác giữa các thiết bị cơ khí mà sử dụng lực từ giữa 2 dòng điện Loại này có khả năng lớn nhất khoảng vài kilonewton

Ba loại máy kích động kể trên được phát triển trong nhiều lĩnh vực điều khiển chuyển động và đã được nghiên cứu khá nhiều về mặt công nghệ để có thể trở thành sản phẩm thương mại Hiện nay, người ta cũng đang phát triển các loại máy kích động mới dựa trên các bộ giảm chấn có van đóng mở, hoặc dựa trên các vật liệu

thông minh Các vật liệu thông minh có thể kể đến bao gồm chất lỏng từ biến (magnetorheological fluids) có khả năng thay đổi tính chất khi thay đổi từ trường, vật liệu áp điện (piezzoelectric material) có khả năng biến dạng khi chịu dòng điện, vật liệu nhớ hình dạng (shape memory alloy) có khả năng thay đổi hình dạng khi đốt nóng hoặc làm lạnh

1.3.3.2 Các phương thức điều khiển

Về nguyên lý cơ học, khi hệ cần được điều khiển dao động thì một cơ cấu bất

kỳ có khả năng sinh công cơ học đều có thể tạo ra lực điều khiển Cơ cấu nào có khả năng sinh công càng cao thì hiệu quả điều khiển càng tốt Có 3 phương thức chính để tạo ra lực điều khiển [6, 7 ]:

* Phương thức tác động lực thứ nhất tạo ra lực điều khiển là ngoại lực từ bên ngoài tác động vào hệ cần được điều khiển Chẳng hạn, trên Hình 1.2, máy kích

động có một đầu tì vào mố cầu, một đầu gắn vào dầm cầu Trong quá trình dao động, điểm đặt của lực điều khiển tại dầm cầu dao động còn điểm đặt tại mố cầu đứng yên Vì vậy cơ cấu này sinh công và có thể dùng để điều khiển dao động

là khác 0 và cơ cấu có thể dùng để điều khiển dao động Hiệu quả điều khiển của phương thức này phụ thuộc vào chuyển động tương đối giữa 2 điểm đặt

u

Hình 1.3 Phương thức điều khiển thứ hai

* Phương thức tác động lực thứ ba là tạo ra lực điều khiển giữa hệ cần được điều khiển và một khối lượng phụ gắn thêm Chẳng hạn, trên Hình 4 là cơ cấu tạo 1

ra lực điều khiển để giảm dao động của kết cấu Khi kết cấu và khối lượng phụ có dao động tương đối với nhau, lực điều khiển (tỷ lệ thuận với khối lượng và gia tốc

hệ phụ) sẽ sinh công

u

Hình 1.4 Phương thức điều khiển thứ ba

1.3.4 Phương trình trạng thái kết cấu được điều khiển chủ động

Phương trình trạng thái kết cấu tuyến tính gồm DOF được điều khiển chủ n động có dạng tổng quát như sau [6, 7 ]:

trong đó, { }n1 là véc tơ đơn vị; x0 là gia tốc tại liên kết

Lực điều khiển phụ thuộc vào véc tơ lực điều khiển { } u n 1 và được chia làm 3 trường hợp ứng với 3 phương thức điều khiển như sau:

* Phương thức điều khiển thứ nhất:

u

Giả sử, lực điều khiển tác động vào DOF thứ i, ta có: ui 0

* Phương thức điều khiển thứ hai:

Ma trận vị trí điều khiển nxncó dạng như sau:

1.4.1.1 Một số ứng dụng về điều khiển chủ động kết cấu

Điều khiển chủ động là phương pháp đã được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực giao thông vận tải, rô bốt, máy móc thiết bị, hàng không vũ trụ Đối với kết cấu công trình, điều khiển chủ động là giải pháp giảm dao động bằng cách sử dụng các máy kích động (được điều khiển bởi máy tính) tạo ra các lực tác động vào kết cấu hoặc sử dụng các thiết bị tiêu tán năng lượng có thể điều khiển được [ ] Trong thực 2

tế, đã có rất nhiều ứng dụng của điều khiển chủ động để giảm dao động của kết cấu Các ví dụ điển hình có thể kể đến như sau:

* Tòa nhà Kyobashi Seiwa - Nhật Bản (Hình 1.5, Hình 1.6) sử dụng hệ thống điều khiển chủ động AMD (Active Mass Damper) với mục đích giảm đáp ứng của kết cấu khi chịu tải trọng động đất (gia tốc 10cm/s2) và tải trọng gió (vận tốc 20m/s) xuống còn khoảng bằng 1/3 giá trị khi chưa được điều khiển [6, 8 ]

Hình 1.5 Tòa nhà Kyobashi Seiwa và thiết bị AMD

Hình 1.6 Thiết bị AMD chính và AMD phụ

Hình 1.7 Tháp Yokohama Landmark và AMD dạng con lắc

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của AMD

* Tháp truyền hình Nanjing Trung Quốc (Hình 1.- 9, Hình 1.10) cao 340m lúc đầu được thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển bị động thông thường Tuy nhiên sự hạn chế về không gian đã khiến cho giải pháp này không thực hiện được Thay vào

đó, do có kích cỡ nhỏ hơn nên hệ thống điều khiển chủ động dạng AMD đã được sử dụng [6, 10, 11]

Hình 1.9 Tháp truyền hình Nanjing, AMD dạng đai và máy kích động

Hình 1.10 Sơ đồ của AMD lắp tại tháp truyền hình Nanjing

1.4.1.2 Điều khiển không sử dụng lý thuyết mờ

Điều khiển không sử dụng lý thuyết mờ đã được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật với các thuật toán, phương thức và đối tượng điều khiển khác nhau Một số kết quả nghiên cứu đáng chú ý trên thế giới có thể kể đến: Ahn [12] giới thiệu hệ thống cách ly chủ động rung động khí nén sử dụng các cấu trúc giảm độ cứng cho ghế ngồi của xe Pan vcs [13] điều khiển phi tuyến dựa trên quan sát trạng thái mở rộng đối với hệ thống treo chủ động của xe với các ng buộc về hiệu suất Gan vcs [ ] trình bày điều khiển thích nghi dao rà 14động của ghế ngồi để giảm mức độ rung truyền đến ghế và cơ thể người dưới sự kích thích chu kỳ tần số thấp Teng vcs [ ] phân tích ảnh hưởng của độ trễ thời 15gian đến hệ thống điều khiển giảm xóc chủ động sử dụng khối lượng bằng phương pháp gán cực Pakos và Wójcicki [16] trình bày điều khiển dao động của cầu bộ hành dây văng bằng cách sử dụng thay đổi lực căng của cáp Crusells-Girona và Aparicio [17] thực hiện điều khiển chủ động dao động cầu dây văng cho các trường hợp bán tĩnh tải Abdeljaber vcs [ ] trình bày điều khiển chủ động dao động của 18các tấm đúc hẫng sử dụng vật liệu áp điện và mạng thần kinh nhân tạo Schaper vcs [19] trình bày điều khiển góc xiên 2 bậc tự do của cần cẩu bao gồm ước tính trạng

thái và tạo quỹ đạo tham chiếu Li vcs [ ] trình bày một chiến lược điều khiển cho 20khớp FJM để triệt tiêu rung động do nhiễu bên ngoài và chuyển động đầu vào.

Cheng vcs [21] giới thiệu các kết cấu thông minh, các hệ thống mới để giảm

dao động của kết cấu do địa chấn gây ra Spencer vcs [22] giới thiệu về một hệ thống c ch chấn nền sử dụng c c bộ giảm chấn thá á ông minh, ví dụ như bộ giảm chấn chất lỏng từ tính, có thể thích nghi và bảo vệ kết cấu chống lại các kích thích địa chấn với các đặc tính khác nhau Bộ giảm chấn thông minh được chứng minh là một giải pháp thay thế, cải tiến hiệu quả so với hệ thống giảm chấn tuyến tính bị động Thenozhi và Yu [23] phân tích độ ổn định của điều khiển dao động chủ động của các kết cấu tòa nhà tuyến tính và phi tuyến bằng bộ điều khiển PD/PID Đóng góp

lý thuyết của nghiên cứu này là sự ổn định của điều khiển AMD PD/PID cho các

kế cấu tt òa nhà đã được chứng minh Các tác giả sử dụng điều kiện ổn định theo lý thuyết Lyapunov đ điều chỉnh ể các độ lợi của PD/PID Kết quả l thuyết lý à áp dụng

thành công cho một v dụ số í là một nguy n mẫu tê òa nhà hai tầng Kết quả cho thấy rằng mặc dù các độ lợi đã chọn không tối ưu, bộ điều khiển vẫn đảm bảo hiệu quả điều khiển ổn định Yanik vcs [24] trình bày thuật toán điều khiển dao động của các kết cấu 3 chiều Để mô phỏng ứng xử của các kết cấu thực chính xác hơ n, các tác giả sử dụng các mô hình thực tế và phức tạp hơn trong việc đánh giá hiệu quả, thiết

kế bộ điều khiển và các thuật toán điều khiển Chuyển vị xoay và tịnh tiến của tòa nhà theo hai hướng được phân tích cho ba trường hợp gồm không được điều khiển,

bộ điều khiển đề xuất theo chỉ số hiệu quả điều khiển và bộ điều khiển theo luật điều khiển tối ưu tuyến tính cổ điển CLOC (Classical optimal active control) So sánh giữa các kết quả tính toán cho thấy rằng thuật toán được đề xuất cho hiệu quả tốt hơn thuật toán điều khiển tối ưu tuyến tính cổ điển

Bên cạnh đó, các tác giả trong nước cũng đã công bố một số công trình nghiên cứu như sau: Nguyen Dong Anh và La Duc Viet [25] trình bày điều khiển tối ưu trong điều khiển chủ động kết cấu Nguyen Dong Anh và La Duc Viet [26] trình bày một phiên bản của thuật toán điều khiển nhận dạng cho các hệ thống phi tuyến được điều khiển phản hồi Tiếp đó, trong [27] các tác giả đã giới thiệu ột cách tiếp mcận để mở rộng thuật toán nhận dạng cho điều khiển phản hồi đầu ra La Duc Viet

và Nguyen Dong Anh [28] trình bày thuật toán điều khiển nhận dạng hồi tiếp – dẫn tiếp cho các kết cấu được điều khiển phản hồi Trong [29], các tác giả mở rộng thuật toán nhận dạng để điều khiển phản hồi chủ động của hệ thống trong điều kiện đo hạn chế đáp ứng

1.4.1.3 Điều khiển dựa trên lý thuyết mờ

Điều khiển mờ dựa trên lý thuyết tập mờ được giới thiệu bởi Zadeh vào năm

1965 [30 ] Từ đó đến nay, lý thuyết này được phát triển mạnh mẽ [31-34] Do có nhiều ưu điểm như tính linh hoạt và tính đơn giản trong thiết kế, hiệu quả cao trong việc thực hiện, cũng như sự ổn định và tính thích nghi trong việc điều khiển các hệ thống phức tạp có các tham số không chắc chắn, phi tuyến và thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển quá trình Các ứng dụng thực tế có thể kể đến như điều khiển dao động một số bộ phận của xe ô tô như hệ thống treo, ghế ngồi [35-

37], điều khiển mờ thích nghi của một cơ cấu tự động trong máy gia công bằng tia - lửa điện [38], điều khiển mờ kết hợp mạng thần kinh nhân tạo và thuật toán di truyền cho kết cấu tấm nhôm mỏng ngàm 4 cạnh [39], dao động dầm công xon sử dụng vật liệu composite graphite/epoxy hoặc được gắn những cặp áp điện kích thích/cảm biến [40-43], điều khiển lai gồm điều khiển giám sát mờ (FSC) kết hợp các bộ điều khiển phụ cho cầu dây văng [44] và điều khiển logic mờ tự điều chỉnh (STFLC) cho cần trục [ ] chịu kích thích động đất45 ,triệt tiêu dao động của cấu trúc giàn xoay áp điện thông minh bằng điều khiển mờ mạng thần kinh nhân tạo kết - hợp với thuật toán di truyền [46],… Trong lĩnh vực điều khiển dao động của các kết cấu/công trình dạng nhà cao tầng chịu tác động của tải trọng động đất, điều khiển

mờ kết hợp lý thuyết điều khiển tối ưu, thuật toán tiến hóa thuật toán di truyền sử , , dụng thiết bị điều khiển chủ động khối lượng AMD/ATMD hoặc thiết bị giảm chấn dạng chất lỏng, như sau:

Park vcs [47] nghiên cứu một kỹ thuật giám sát mờ sử dụng lý thuyết điều khiển tối ưu và logic mờ để điều khiển chủ động kết cấu tòa nhà 3 tầng chịu kích thích động đất Bộ điều khiển được phát triển bao gồm bộ giám sát mờ và các bộ điều khiển phụ sử dụng phương pháp LQR Bộ giám sát mờ liên tục điều chỉnh các

bộ điều khiển phụ bằng cách đánh giá đáp ứng hiện tại của kết cấu thông qua cơ chế suy luận mờ Sự kết hợp giữa điều khiển tối ưu và logic mờ trở thành một cách tiếp cận khả thi để bảo toàn những ưu điểm của hai cách tiếp cận Tiếp theo trong [48], Park vcs trình bày phương pháp điều khiển lai được kết hợp gồm điều khiển mờ và điều khiển tối ưu trong không gian trạng thái để điều khiển dao động của tòa nhà 6 tầng chịu kích thích động đất Các kết quả cho thấy rằng ph ng pháp điều khiển ươđược đề xuất cho vận tốc và chuyển vị các tầng giảm đáng kể đồng thời yêu cầu lực , điều khiển nhỏ ơ h n -Dawod vcs [49Al ] đã trình bày các kết quả lý thuyết và thực nghiệm trên bàn rung điều khiển mờ chủ động mô hình nhà 5 tầng sử dụng thiết bị điều khiển chủ động khối lượng AMD Các tác giả đã chỉ ra các ưu điểm của bộ điều khiển logic mờ là tính thích nghi, áp dụng được với hệ phi tuyến và có các tham số không chắc chắn Kết quả thực nghiệm đã cho thấy tiềm năng của việc sử dụng bộ điều khiển mờ trong điều khiển chủ động kết cấu Reigles và Symans [50]

đã trình bày các kết quả số để minh chứng hiệu quả của một bộ điều khiển giám sát

mờ cho kết cấu chịu tải động đất sử dụng thiết bị giảm chấn chất lỏng Dounis vcs [51] đã trình bày quy trình thiết kế một bộ điều khiển logic mờ kết hợp thuật toán tiến hóa (EFLC) cho kết cấu 6 bậc tự do chịu tải trọng động đất sử dụng bộ giảm chấn MR với mục tiêu giảm chuyển vị tuyệt đối của kết cấu Kết cấu được điều khiển thông qua một lực điều khiển duy nhất đặt ở tầng đầu tiên của kết cấu sử , dụng bộ điều khiển logic mờ tiến hóa để tính toán trong thời gian thực Bên cạnh

đó, các tham số ng được cũ tối ưu bằng cách sử dụng thuật toán di truyền (GA).Pourzeynali vcs [52] giới thiệu việc ứng dụng kết hợp các thuật toán di truyền và logic mờ (GFLC) để thiết kế và tối ưu hóa các tham số khác nhau của bộ điều khiển chủ động dạng ATMD để có được kết quả tốt nhất trong việc giảm dao động của tòa nhà 11 tầng dưới tác dụng của động đất Để so sánh, các thông số của bộ điều khiển hoạt động được tính bằng phương pháp FLC và GFLC Bộ điều khiển được thiết kế dựa trên biến đầu vào (chuyển vị và vận tốc của tầng trên cùng), mỗi biến có 2 5 hàm thuộc dạng hình thang và 1 biến đầu ra (lực điều khiển) với 7 hàm thuộc dạngtam giác Từ kết quả nghiên cứu, cho thấy rằng GFLC hiệu quả hơn FLC, ối ưu hóa t

GA là một công cụ hữu ích để tối ưu hóa đa mục tiêu FLC dựa trên nhiều biến thiết

kế khác nhau Guclu và Yazici [53] đã thiết kế các bộ điều khiển mờ và tỉ lệ - vi phân (PD) để điều khiển chủ động một tòa nhà 15 tầng trong thực tế sử dụng thiết bị điều khiển chủ động khối lượng ATMD Kết quả mô phỏng cho thấy việc sử dụng

bộ điều khiển logic mờ đáp ứng tốt khi hấp thụ dao động do ảnh hưởng của động đất Bộ điều khiển đạt được các yêu cầu về sự an toàn của kết cấu và mức độ thoải mái cho con người Bộ điều khiển logic mờ được thiết kế cũng có hiệu quả điều khiển tốt hơn bộ điều khiển PD Li vcs [54] trình bày một thuật toán điều khiển dựa trên logic mờ để điều khiển dao động của tòa nhà 20 tầng có gắn thiết bị AMD chịu kích thích động đất được mô hình hóa dạng kết cấu phi tuyến.Một sơ đồ điều khiển

sử dụng cả AMD và bộ giảm chấn giữa các tầng được đề xuất để điều khiển dao động phi tuyến của kết cấu nhà cao tầng Mô phỏng số cho thấy rằng sự kết hợp của

AMD và bộ giảm chấn giữa các tầng có thể loại bỏ hiện tượng IRA (Interstory response amplification) và giảm dao động tốt hơn khi chỉ sử dụng độc lập AMD hoặc chỉ ử dụng các bộ giảm chấn giữa các tầng, không chỉ chuyển vị so với mặt sđất mà cả chuyển vị tương đối giữa các tầng Uz và Hadi [55] thiết kế tối ư bộ điều u khiển bán chủ động cho hai tòa nhà liền kề 10 và 20 tầng được kết nối bởi bộ giảm chấn MR dựa trên việc tích hợp logic mờ và thuật toán di truyền đa mục tiêu Một

bộ điều khiển mờ tích hợp được sử dụng để cung cấp mối quan hệ t ng tác giữa ươlực điều khiển và điện áp đầu vào cho bộ giảm chấn MR Ngoài ra, bộ điều khiển LQR và bộ điều khiển H2/LQG cũng được sử dụng để so sánh với kết quả thu được bằng bộ điều khiển mờ Các tác giả đánh giá mục tiêu chính của thiết kế tối ưu không chỉ là giảm phản ứng địa chấn mà còn bao gồm cả giảm thiểu chi phí của hệ thống giảm chấn thông qua tập Pareto Kết quả cho thấy, việc giảm số lượng bộ giảm chấn cho phép tăng hiệu quả của hệ thống Park và Ok [56] điều khiển mờ theo mô hình MRFC (Modal-space reference-model-tracking fuzzy control) của các kết cấu chịu kích thích động đấ MRFC được đề xuất bao gồm một bộ điều khiển t

cơ bản một mô hình tham chiếu và một bộ điều chỉnh mờ ộ điều khiển cơ bản , Bđược chọn trong số các bộ điều khiển thông thường như LQR hoặc LQG, sau đó được thiết kế tối ưu cho việc điều khiển dao động của kết cấu Mô hình tham chiếu cho phép gán hiệu quả mục tiêu trong không gian trạng thái và logic mờ được áp dụng để giảm thiểu sự khác biệt về hiệu quả giữa kết cấu và mô hình tham chiếu Bất chấp sự hỏng hóc của cơ cấu chấp hành hoặc sự không chắc chắn trong mô hình kết cấu, kết cấu có thể tuân theo đáp ứng mong muốn Do đó, bộ điều khiển được đề xuất có thể đạt được hiệu quả mong muốn bằng cách phân phối lại lực điều khiển cần thiết cho các cơ cấu chấp hành không bị hư hại còn lại Điều này cũng đồng nghĩa với việc hệ thống điều khiển chịu được sự cố mà không cần sử dụng đến các

hệ thống dự phòng

1.4.1.4 Điều khiển dựa trên mô hình

Điều khiển dựa trên mô hình là phương pháp điều khiển trong đó có sử dụng

mô hình/tham số của đối tượng để tính toán tín hiệu của từng vòng lặp điều khiển Cần phân biệt với phương pháp điều khiển thông thường như các bộ điều khiển sớm

- trễ pha hay PID kinh điển chỉ sử dụng mô hình của đối tượng khi thiết kế bộ điều khiển chứ không sử dụng mô hình khi hệ thống điều khiển đang vận hành [57 Các ]

phương pháp điều khiển dựa vào mô hình được đưa ra từ đầu thập niên 1980 với các công trình mở đường nghiên cứu các thuật toán điều khiển dựa vào mô hình tuyến tính Đến thập niên 1990, khi các phương pháp nhận dạng mô hình phi tuyến dựa vào mạng thần kinh hoặc mô hình mờ đã phát triển mạnh cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm thì các phương pháp điều khiển dựa trên mô hình được mở rộng để áp dụng vào hệ phi tuyến Do đó, hướng nghiên cứu điều khiển dao động k t cế ấu dựa

trên mô hình sử dụng lý thuyết mờ FMB (Fuzzy model-based control) rất được quan tâm với các thuật toán như điều khiển thích nghi, điều khiển theo dữ liệu mẫu, điều khiển on/off, điều khiển trễ, để nâng cao tính ổn định, bền vững và hiệu qu ảđiều khi n [58 ể ]

* iĐ ều khiển trễ với ác vấn đề về thời gian trễ đầu vào là một trong những cnghiên cứu phổ biến nhất Do quá trình điều khiển bao gồm toàn bộ việc đo dữ liệu phản hồi từ các cảm biến tại các điểm khác nhau của kết cấu, lọc tín hiệu, xử lý dữ liệu, tính toán lực điều khiển cũng như truyền dữ liệu và các tín hiệu lực điều khiển tới các bộ truyền động nên việc xem xét sự chậm trễ đầu vào trong việc áp dụng các lực điều khiển với kết cấu là không thể bỏ qua Trong [59 Agrawal và Yang ], trình bày bù trễ thời gian đầu vào trong điều khiển các kết cấu dân dụng Du và Zhang [60] phân tích hiệu quả điều khiển và sự ổn định của một kết cấu xây dựng chịu kích thích địa chấn với độ trễ đầu vào sử dụng bộ điều khiển energy- -peak toHong và Hughes [61] nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trễ đối với sự ổn định củadao động kết cấu một bậc tự do dùng điều khiển phản hồi tốc độ Zhang vcs [62] báo cáo vấn đề xác định và ước lượng thời gian trễ cho một hệ tuyến tính nhiều bậc

tự do với phép đo không đầy đủ Du vcs [63] giới thiệu điều khiển bão hòa của các kết cấu không chắc chắn với độ trễ thời gian đầu vào Nia và Sipahi [64] đã thiết kế

bộ điều khiển cho sự ổn định trễ của các hệ thống dao động bất biến tuyến tính theo thời gian với nhiều độ trễ An vcs [65] nghiên cứu ứng xử động học và hiệu quả điều khiển của bộ điều khiển phản hồi gia tăng thời gian trễ để điều khiển dao động chủ động của dầm công xon Zhang vcs [66] trình bày mô hình trễ thích nghi để triệt tiêu dao động cho một dầm công xon gắn một bộ truyền động áp điện với thời gian trễ thông qua thí nghiệm Sabatini vcs [67, 68] trình bày vấn đề phân tích và thí nghiệm để bù trễ trong điều khiển trạng thái của một tàu vũ trụ Yoon vcs [69] đề xuất một ph ng pháp bù sự mất cân bằng trong điều khiển hoạt động của một hệ ươthống mang từ tính với độ trễ Zhang vcs [70] đã phân tích một thuật toán bù trễ theo thời gian cho việc giảm chấn động bộ truyền động của xe điện trang bị một động cơ trong quá trình hồi phục phanh

* Điều khiển trượt (SMC), hay còn gọi là điều khi n trong ch ể ế độ trượt là một phương pháp điều khi n b n v ng cho h phi tuy n B ể ề ữ ệ ế ộ điều khiển trượt kinh điển được biết đến v i nhi u nh ng ng dớ ề ữ ứ ụng trong điều khiển tác động nhanh c a các ủ

h ệ thống c h c [71-75] Tín hiơ ọ ệu điều khi n c a b ể ủ ộ điều khi n s ể ẽ nhận giá trị umax

hoặc u- max Chính vì v y mà x y ra hiậ ả ện tượng trượt (sliding) và kèm theo s rung ự(chattering), là hiện tượng mà qu o trỹ đạ ạng thái “trượt” zic-zac theo mặt trượ ềt v

g c to Hiố ạ độ ện tượng này có th gây hể ại cho các cơ cấu cơ khí của đối tượng Để

h n ch ạ ế điều này, vi c m hoá tín hiệ ờ ệu điều khiển và các thông tin đầu vào c a b ủ ộđiều khi n giúp cho có th giể ể ảm được hiện tượng “chattering” Nhiều nhà nghiên

cứu đã sử ụng phương pháp điề d u khiển trượt kế ợt h p với điều khi n mể ờ, khi đó, bộ

điều khi n ể được g i là b đi u khi n m - trư t (FSMC) V ng d ng th c t , ọ ộ ề ể ờ ợ ề ứ ụ ự ếtương tự như điều khi n mể ờ, điều khi n m - trưể ờ ợt cũng đượ ức ng d ng r ng rãi v i ụ ộ ớcác đối tượng như ệ ốh th ng treo c a xe ô tô [76-78 hủ ], thệ ống cách ly rung động khí nén ki u màng (PVI) [79], ể điều khi n robot [80], h ể ệ thống truyền động thủy tĩnh điều khi n th c p [81], b gi m ch n s d ng ch t l ng t tính [82], tể ứ ấ ộ ả ấ ử ụ ấ ỏ ừ ấm đúc hẫng [83], cần c u container ẩ [84],

Trong áp dụng điều khiển mờ trượt thích

nhà cách chấn Việc kết hợp điều khiển mờ và điều khiển chế độ trượt cho thấy có thể giảm mức độ phức tạp của cơ sở luật mờ đồng thời đảm bảo sự ổn định và bền , vững Lý thuyết ổn định Lyapunov được sử dụng để phát triển luật thích nghi Sự không chắc chắn về độ cứng và độ trễ thời gian được nghiên cứu để khẳng định tính bền vững của thuật toán này Kim Yun [86 trình bày và ] thuật toán điều khiển mờ - trượt (SMFC) để giảm dao động trên kết cấu tiêu chuẩn (benchmark) Các điều kiện thực tế khác nhau cũng được xem xét nh ư cấu trúc bộ truyền động, độ nhạy của cảm biến, độ trễ thời gian của bộ truyền động, độ lớn của lực điều khiển và thứ tự của

mô hình điều khiển Hiệu suất của SMFC được kiểm tra so với các thuật toán điều khiển khác như điều khiển đa thức tối ưu, điều khiển mạng nơ-ron và SMC Các kết quả chỉ ra rằng SMFC rất thích hợp và hiệu quả để làm giảm đáng kể dao động của kết cấu cũng như quy trình thiết kế rất đơn giản và thuận tiện Trong [87], các tác giả thiết kế bộ điều khiển chế độ mờ - trượt (FSMC cho ) kết cấu tòa nhà nh ư một bài toán tối ưu hóa và áp dụng các thuật toán tìm kiếm tối ưu và thuật toán di truyền (GA để xác định các quy tắc và ) các hàm chức năng của FSMC Kết cấu tòa nhà theo ph ng pháp ươ điều khiển được đề xuất có thể duy trì an toàn và ổn định khi hệ thống chịu các tác động bên ngoài Ngoài ra, FSMC dựa trên GA có cùng tác dụng với SMC thông thường và FSMC, nhưng có lực điều khiển nhỏ nhất Do đó, hiệu quả điều khiển của FSMC dựa trên GA tốt hơn SMC và FSMC Alli và Yakut [88]

đã áp dụng phương pháp FSMC để điều khiển chủ động các kết cấu chịu kích thích động đất iệu ứng “chattering” H là nhược điểm lớn của bộ điều khiển trượt SMC thông thường, đã được loại bỏ bằng cách áp dụng phương pháp FSMC mà không

làm mất đi tính bền vững chống lại các tham số không chắc chắn, mô hình hóa không chính xác và lực tác động thay đổi Trong [89 Wang và Lin ], phát triển hai loại bộ điều khiển gồm bộ điều khiển VSC (Variable structure control) và bộ điều khiển chế độ mờ - trượt (FSMC) cho tòa nhà cao tầng sử dụng ATMD chịu kích thích động đất Bộ điều khiển VSC có thể được điều chỉnh cho các hệ thống tuyến tính, ổn định và không ổn định Tuy nhiên, lý thuyết VSC không thể được áp dụng trực tiếp cho hệ thống điều khiển ATMD vì ph ng trình chuyển động của hệ thốươ ng điều khiển không có dạng chính tắc Vì vậy, trước tiên hệ thống điều khiển được chuyển thành dạng chuẩn để có thể thiết kế siêu mặt phẳng trượt và sau đó VSC được sử dụng để điều khiển hệ thống ATMD Các kết quả nghiên cứu cho thấy bộ điều khiển FSMC hiệu quả hơn so với VSC trong việc giảm vận tốc của tòa nhà và đòi hỏi lực điều khiển nhỏ hơn Ngoài ra, hiệu quả của FSMC cũng tốt h n SMC Li ơvcs [90] trình bày thuật toán điều khiển trượt mờ thích nghi (AFSM) để điều khiển - chủ động dao động của tòa nhà phi tuyến 20 tầng có gắn bộ giảm chấn MR Vì thuật toán điều khiển AFSM cần phản hồi đầy đủ trạng thái của kết cấu, một bộ quan sát mạng nơ ron động DNN (Dynamic neural network) được đề xuất, xem xét tính phi tuyến của kết cấu Lý thuyết ổn định Lyapunov được sử dụng để đảm bảo giới hạn

cuối cùng đồng nhất của sai số quan sát đư Thuật toán điều khiển bán chủ động ợc

sử dụng cho bộ giảm chấn MR để theo dõi lực điều khiển được tính toán bởi thuật toán điều khiển AFSM dựa trên bộ quan sát DNN Kết quả mô phỏng số chứngminh hiệu quả của bộ điều khiển AFSM được đề xuất Thenozhi và Yu [91] đã sử

dụng logic mờ để xấp xỉ bề mặt trượt tiêu chuẩn và thiết kế một luật thích nghi dead-zone để điều chỉnh bộ điều khiển trượt Tính ổn định của bộ điều khiển đề xuất được thiết lập bằng lý thuyết ổn định Lyapunov Phân tích lý thuyết cho thấy

bộ điều khiển được đề xuất đảm bảo một quỹ đạo hệ thống bị giới hạn và các trạng thái có thể được điều khiển đến một vùng lân cận nhỏ tùy ý của mặt trượt Một nguyên mẫu tòa nhà 06 tầng được trang bị bộ giảm chấn khối lượng chủ động đã được sử dụng để chứng minh tính hiệu quả của bộ điều khiển được đề xuất đối với các dao động do tải trọng gió gây ra

1.4.1.5 Điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử

Lý thuyết đại số gia tử (HA) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1990 [92] Các tác giả của HA đã phát hiện ra rằng các giá trị ngôn ngữ của biến ngôn ngữ có thể tạo thành một cấu trúc đại số và thậm chí đây là một cấu trúc đại số gia tử đầy

đủ Một trong những đặc điểm chính của cấu trúc HA là các mối quan hệ tự nhiên vốn có về thứ tự ngữ nghĩa giữa các giá trị ngôn ngữ của mỗi biến ngôn ngữ luôn được đảm bảo iá trị ngữ nghĩa định lượng của các giá trị ngôn ngữ này có thể G

được xác định bằng ánh xạ đẳng cấu được gọi là ánh xạ ngữ nghĩa định lượng (Semantically quantifying mapping - SQM) dựa trên một vài tham số mờ của mỗi biến ngôn ngữ thay vì sử dụng các tập mờ [93-97 Nguyen vcs [98] ] giới thiệu và đề xuất một ph ng pháp thiết kế FRBCs (Fuzzy ươ rule based classifiers) có thể kết hợp với các từ ngôn ngữ để đảm bảo sự hiện diện của các ngôn ngữ không chỉ được hỗ trợ bởi dữ liệu mà còn bởi ngữ nghĩa tự nhiên của chúng Nguyen và Pedrycz [99]

đề xuất một cách giải thích các ngữ nghĩa dựa trên thứ tự vốn có của các từ ngônngữ thông qua ngữ nghĩa định tính của chúng được mô hình hóa bằng các cấu trúc đại số gia tử Nguyen vcs [100] đưa ra phương pháp ô hình hóa ngữ nghĩa của các m

từ ngôn ngữ dựa trên sự mở rộng của ngữ nghĩa đại số gia tử và ứng dụng của nó

Một cơ sở luật mờ có thể được biểu diễn theo [101] hoặc một lưới số như trong[102] Trong [102], Bui vcs chỉ ra rằng cấu trúc điều khiển của một bộ điều khiển dựa trên đại số gia tử (HAC) về cơ bản tương tự như của một FC truyền thống, thêm vào đó, HAC đơn giản hơn và thuận tiện hơn trong việc thiết kế, có cấu trúc và gắn kết chặt chẽ hơn so với FC Do đó, HAC có thể dễ dàng được áp dụng trong lĩnh vực điều khiển nói chung và trong điều khiển dao động của kết cấu cơ học nói riêng như điều khiển mờ tối ưu của con lắc ngược [103], điều khiển dao động chủ động của các kết cấu xây dựng chịu các kích thích địa chấn [104-106] hoặc điều khiển điện áp của bộ tạo cảm ứng tự kích thích [107 Trong [7], ] nguyên lý chung về điều

khiển mờ sử dụng lý thuyết đại số gia tử đã được áp dụng để giải bài toán điều khiển chủ động dao động kết cấu với các nội dung chính bao gồm: Đề xuất sơ đồ nguyên lý hoạt động của HAC tr n cơ sở nguy ê ên lý hoạt động của FC; xây dựng luật hợp th nh của HAC dưới dạng mặt cong ngữ nghĩ định lượà a ng; chứng minh việc áp dụng lý thuyết đại số gia tử v o thiết kế bộ điều khiển mờ chủ động dao à

động kết cấu đã làm giảm đáng kể thời gian tính toán so với phương pháp điều

khiển mờ truyền thống; kết hợp thuật to n di truyền v o thiết kế bộ điều khiển mờ á àchủ động kết cấu tối ưu dựa trên lý thuyết đại số gia tử.

và khó có lời giải tường minh; không phụ thuộc hoàn toàn vào các tham số của hệ nên có thể sử dụng lại khi hệ thay đổi [7]; thông ường chỉ cần 2 biến trạng thái tỉ th 0

lệ - vi phân là đủ nên thuận lợi khi đo tín hiệu vào cho bộ điều khiển.Điều này khác biệt với các ph ng pháp điều khiển không sử dụng lý thuyết mờ như đòi hỏi nhiều ươphép biến đổi và phép tính toán học để thu được giá trị của biến điều khiển đầu ra từ những giá trị của biến trạng thái đầu vào; khó thiết lập khi hệ phức tạp, phi tuyến; chưa tận dụng hết kinh nghiệm, suy luận định tính của con người khi thiết lập cơ sở luật điều khiển; khó sử dụng lại bộ điều khiển khi các tham số của hệ thay đổi (độ cứng, khối lượng hay cản) vì luật điều khiển phụ thuộc vào những tham số này [7];

có thể yêu cầu nhiều biến trạng thái đầu vào dẫn đến những bất lợi khi đo tín hiệu đầu vào cho bộ điều khiển

Tuy nhiên, điều khiển sử dụng lý thuyết mờ có những hạn chế sau đây [7]: Khi

mờ hóa, cần phải thận trọng để thứ tự ngữ nghĩa vốn có của các giá trị ngôn ngữ được đảm bảo chặt chẽ; ác phương pháp mờ hóa, suy luận mờ, khử mờ khá rắc rối c

về mặt thao tác; hó khăn khi tối ưu, vì cần nhiều tham số độc lập để thiết kế bộ kđiều khiển Những hạn chế này có thể dẫn đến những khó khăn trong việc xác định mối quan hệ toán học giữa các biến điều khiển và các biến trạng thái trong việc nghiên cứu các vấn đề trong lĩnh vực điều khiển như độ ổn định, điều khiển trượt, tính bền vững, thích nghi,

* Với các phương pháp điều khiển dựa trên mô hình : Các nghiên cứu trên đãchỉ ra rằng các phương pháp tiếp cận trong điều khiển trễ chủ yếu tập trung vào ước tính ảnh hưởng của thời gian trễ đối với độ ổn định và hiệu quả điều khiển cũng như

bù trễ cho các hệ thống được điều khiển Còn đối với ộ điều khiển trư , ưu điểm b ợt

là đặc tính thích nghi và bền vững Tuy nhiên, hi n t ng "chattering", v i qu ệ ượ ớ ánhiều thay đổi d ng xung c a biạ ủ ến điều khi n, th ng xể ườ ảy ra đối v i c c b ớ á ộ điều khi n ể trượt truy n th ng, v nh v y, lề ố à ư ậ ực điều khi n theo th i gian kh c ể ờ ó ó thể thực

hi n trong th c t B ệ ự ế ộ điều khi n m - ể ờ trượ ựt d a trên s k t h p cự ế ợ ủa điều khi n m ể ờ

v à điều khi n tr t s c ể ượ ẽ ó được nh ng ữ ưu điểm k t h p c a c c b ế ợ ủ á ộ điều khi n n y v ể à à

c ó thể à l m gi m m t c ch hi u qu hi n t ng "chattering" Tuy nhiên, nó ả ộ á ệ ả ệ ượ cũng sẽ bao gồm các hạ chế của bộ điều khiển mờ như đã mô tả ở trên.n