Tự động điều chỉnh thông số bộ điều khiển trượt

Thông số lamda là một hằng số trong bộ điều khiển trượt và nó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ đáp ứng của hệ thống.. Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động bao gồm các ngõ vào là sai số, ngõ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Trần Thanh Hùng

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

2 TS Huỳnh Thái hoàng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên : HỨA MINH TÚ MSHV : 10150065

Ngày, tháng, năm sinh : 25-04-1986 Nơi sinh : Cần Thơ

Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số : 60.52.06

I TÊN ĐỀ TÀI:

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Thiết kế được giải thuật cho bộ tự động điều chỉnh thông số bộ điều khiển

trượt

- Thiết kế được giải thuật đó thông qua phần mềm matlab

- Kiểm chứng được độ chính xác của bộ điều khiển bằng việc mô phỏng bằng

matlab qua các đối tượng điều khiển khác nhau

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2011

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/12/2011

IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến sĩ TRẦN THANH HÙNG

Tp HCM, ngày …….tháng……năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS Trần Thanh Hùng TS Trương Đình Châu

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

(Họ tên và chữ ký)

TS Đỗ Hồng Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trần Thanh Hùng, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Và quan trọng hơn hết, thầy là người đã gợi mở cho tác giả một đề tài, một hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao, phù hợp với năng lực của tác giả

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cha mẹ và các anh chị trong gia đình của tác giả, những người đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất lẫn tinh thần giúp tác giả hoàn thành luận văn đúng hạn

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến những người bạn, những người đã

hỗ trợ giúp đỡ tác giả trong suốt khóa học

TP HCM, ngày tháng… năm 2011

Tác giả

HỨA MINH TÚ

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn thực hiện một bộ điều chỉnh tự động thông số lamda của bộ điều khiển trượt Thông số lamda là một hằng số trong bộ điều khiển trượt và nó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ đáp ứng của hệ thống Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động bao gồm các ngõ vào là sai số, ngõ ra của hệ thống được hồi tiếp về, đáp ứng mong muốn và ngõ ra là giá trị lamda Người dùng chỉ việc kết nối các các ngõ vào và ngõ

ra để sử dụng Bộ điều chỉnh tự động thông số lamda sẻ có tác dụng thay thế giá trị lamda và tùy theo yêu cầu sử dụng như là muốn hệ thống đáp ứng nhanh hay chậm hoặc để tìm ra giá trị lamda tốt nhất cho bộ điều khiển trượt, thì bộ điều chỉnh thông

số lamda tự động sẽ tìm ra giá trị lamda mong muốn đó tương ứng với từng đối tượng điều khiển cụ thể

ABSTRACT

Thesis deals with automatic adjustment for lamda parameter of sliding mode control Lamda parameter is a constant in sliding mode control and it greatly influence to the speed of system response Automatic lamda parameters adjustment include inputs are the error, the feedback output of system ,desired response and output is lamda Users simply connect the inputs and output to use Automatic lamda parameters adjustment will replace lamda value and depending on the requirements as to use the system to respond quickly or slowly, or to find the best value lamda of sliding mode control, Automatic lamda parameters adjustment will automatically find the desired lamda value that corresponds to each specific control objects

Mục Lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1 Đặt vấn đề 3

2 Tổng quan về các nghiên cứu 4

3 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu: 6

4 Cấu trúc của luận văn 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

1 Giới thiệu bộ điều kiển trượt ( SMC ): 7

2 Giới thiệu thông số lamda và ảnh hưởng của nó đến hệ thống 12

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG GIẢI THUẬT, MÔ PHỎNG VÀ HIỆU CHỈNH BỘ ĐIỀU KHIỂN 17

1 Phương pháp nghiên cứu: 17

2 Xây dựng giải thuật 17

3 Cách sử dụng bộ tự điều chỉnh thông số Lamda: 19

3.1 Các bước cài đặt các thông số ban dầu cho bộ tự điều chỉnh thông số lamda 19 3.2 Cách sử dụng bộ điều chỉnh lamda tự động theo độ dốc: 23

3.3 Các bước ước lượng giá trị lamda tối ưu cho bộ điều khiển trượt thông qua bộ điều chỉnh thông số lamda tự động: 30

CHƯƠNG 4: KIỂM TRA LẠI BỘ TỰ ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ LAMDA QUA ĐỐI TƯỢNG KHÁC NHAU 36

1 Kiểm tra lại với đối tượng là hàm bậc 2 có dạng 3 2 1 2 s s 36

1.1 Ước lượng giá trị lamda tốt nhất 38

1.2 Kiểm tra với các giá trị độ dốc khác nhau 42

2 Kiểm tra lại bộ điều chỉnh thông số lamda thông qua hàm bậc hai có dạng 2 3 1 2   s s và kết hợp với bộ điều chỉnh PID 49

2.1 Ước lượng giá trị lamda tối ưu : 52

2.2 Kiểm tra bộ điều chỉnh với các độ dốc khác nhau 56

3 Kiểm tra lại bộ điều chỉnh thông số lamda qua bộ điều khiển thắng [7]: 62

3.1 Tìm giá trị lamda tối ưu: 64

3.2 Kiểm tra bộ điều chỉnh thông qua các giá trị độ dốc khác nhau 68

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75

1 Kết quả đạt được 75

2 Những hạn chế của đề tài: 75

3 Hướng phát triển : 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 78

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1 Đặt vấn đề

Điều khiển trượt được nghiên cứu đầu tiên bởi Emelyanov et al (1970) và sau

đó được Itkis (1976) và Utkin (1977) phát triển lên Phương pháp điều khiển trượt dùng trực tiếp mô hình động lực học phi tuyến cao của đối tượng điều khiển

Điều khiển trượt có nhiều ưu điểm như phù hợp với các mô hình phi tuyến cao [4] Tuy nhiên, điều khiển trượt vẫn con những khuyết điểm như là phải biết trước được đối tượng, hiện tượng dao động quanh mặt trượt ( hiện tượng chattering )[4], còn nhiều hệ số cần phải thực nghiệm nhiều lần để tìm được giá trị mong muốn Tuy nhiên hiện nay việc tối ưu bộ điều khiển trượt đã được sử dụng bằng nhiều cách, như điều chỉnh bằng thuật toán Gen, điều chỉnh bằng bộ điều khiển mờ [1], cũng có thể kết hợp với các bộ điều khác giúp loại bỏ các khuyết điểm của bộ điều khiển trượt như là kết hợp mạng hopfile [3]

Nhưng việc điều chỉnh tự động thông số lamda của bộ điều khiển trượt vẫn còn

là một đề tài mới chưa được thực hiện trước đây Thông số lamda trong là một trong những thông số quan trọng của bộ điều khiển trượt nó ảnh hưởng lớn đối với đáp ứng của hệ thống Hiện nay thông số lamda của bộ điều khiển trượt điều chỉnh một cách rất thủ công do phải thực nghiệm nhiều lần qua mô phỏng hay thực tế mới tìm được thông số lamda thích hợp cho bộ điều khiển trượt Chính vì vậy, tôi đã chọn

đề tài này để tìm được thông số lamda một cách tự động và nhanh chóng

2 Tổng quan về các nghiên cứu

Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về về sự kết hợp điều khiển trượt với các phương pháp điều khiển khác để tận dụng những ưu điểm của bộ điều khiển trượt và khắc phục những khuyết điểm của bộ điều khiển trượt để có thể giải quyết những vấn đề đặt ra một cách tối ưu hơn Tuy nhiên có rất ít nghiên cứu về việc điều chỉnh tự động thông số của bộ điều khiển trượt

- Trong bài báo [1], dựa trên SMC, bộ điều khiển mờ được tổng hợp bởi tập luật điều khiển mờ Mục tiêu điều khiển của bộ điều khiển được đưa ra đặc trưng hóa bởi luật ngôn ngữ trong luật điều khiển mờ Hàm thành viên trong luật điều khiển mờ được điều chỉnh theo một vài luật thích nghi cho mục tiêu bám theo của nhiệm vụ điều khiển Hàm thành viên của phần trước thì được định nghĩa để đảm bảo yêu cầu ổn định của hệ thống điều khiển Trong bài báo này, đáp ứng của SMC được dựa trên hệ thống điều khiển mờ thì được tổng hợp qua những giai đoạn sau: đầu tiên, phát triển một luật thích nghi để xấp xỉ hóa điều khiển tương đương của SMC; thứ hai, thêm vào giới hạn điều khiển để đạt một hệ thống ổn định và dịch trạng thái tự do hướng vào mặt trượt mong muốn; thứ ba, dựa tren nguyên lý của SMC, luật điều khiển mờ được mô phỏng; cuối cùng, áp dụng thuật toán gen học những hàm thành viên để đạt được điều khiển mờ tối ưu

- Trong bài báo [2], kỹ thuật thích nghi mờ được đề cập trong bộ điều khiển trượt và được phát triển để đạt được độ bám theo bền vững của hệ thống phi tuyến,

bộ điều khiển trượt chịu nhiều vấn đề như chattering và khuếch đại điều khiển cao

Vì vậy, thích nghi mờ cho một bộ điều khiển trượt ( SMC ) thì được đưa ra để giải quyết vấn đề Có hai bộ ước lượng mờ được sử dụng, cách thứ nhất là độ dốc của bề mặt tuyến tính thì được cập nhật bởi bộ ước lượng mờ đầu tiên Trong khi đó bộ ước lượng mờ thứ 2 điều chỉnh đáp ứng trạng thái của pha đến Vì thế, bộ điều khiển trượt thích nghi mờ được đề cập trong bài báo này đưa hệ thống trạng thái để đạt được độ bền vững cao nhất

- Trong bào báo [3], tác giả giới thiệu một chế độ trượt được dựa trên điều khiển tuyến tính ngõ vào – ra thích nghi cho động cơ điện cảm ứng mà trong trường hợp này nhiều vấn đề chưa biết như là moment tải, điện trở rotor Một sự phối hợp đồng nhất như hệ thống phi tuyến được dựa trên mạng Hopfield thì được đưa ra để giải quyết vấn đề, mà nó sẻ mô hình hóa những sai lệch thông số chưa biết giữa moment tải và điện trở rotor và những giá trị khác Một trong những thông số đó thì được xác định, biên độ dòng điện và tốc độ motor thì được thì được điều khiển riêng biệt bởi SMC với bộ khuếch đại chuyển mạch biến đổi

- Vọt lố là vấn đề nghiêm trọng trong điều khiển quá trình công nghiệp Bài báo này [7] giới thiệu một phương pháp mới cho việc loại bỏ độ vọt lố của của đáp ứng nất trong một hệ thống điều khiển PID thông thường bằng việc nối tiếp bộ điều khiển trượt ở bên ngoài vòng lập.Ý tưởng chung là sử dụng nguyên tắc điều khiển nối tiếp để mô hình hóa hệ thống với bộ điều khiển PID với hệ thống bậc 2 và kế đó

sử dụng đặc tính của bộ điều khiển trượt để đạt được độ bền vững, đáp ứng bậc cao được giảm xuống, và vì thế hạn chế độ vọt lố của điều khiển.Căn cứ vững chắc của phương pháp trên thì được kiểm chứng qua mô phỏng một hệ thống phanh xe chịu

sự bất ổn định phi tuyến cao

Từ những nghiên cứu trên cho thấy rằng việc tối ưu bộ điều khiển trượt được thực hiện bằng nhiều cách, như kết hợp với logic mờ để loại bỏ hiện tượng chattering của bộ điều khiển trượt, hay kết hợp với mạng hopfile để giải quyết khuyết điểm của bộ điều khiển trượt là phải biết trước đối tượng Nhưng chưa có đề tài nào đưa ra phương pháp để điều chỉnh tự động thông số lamda của bộ điều khiển trượt

3 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu:

Từ tổng quan đề tài nghiên cứu cho ta thấy có nhiều phương pháp để tối ưu bộ điều khiển trượt Đối với đề tài này, trước tiên ta phải tìm hiểu:

- Tìm hiểu bộ điều khiển trượt

- Tìm các thông số liên quan của bộ điều khiển trượt ảnh hưởng đến đáp ứng của

hệ thống

- Tìm hiểu chi tiết ảnh hưởng của thông số lamda đối với đáp ứng của hệ thống

Từ đó, sử dụng các giải thuật kết hợp với phần mềm matlab để lập trình tạo ra một

bộ điều khiển có thể tự động điều chỉnh thông số lamda của bộ điều khiển trượt một cách chính xác và nhanh chóng thay vì phải điều chỉnh bằng tay nhiều lần

4 Cấu trúc của luận văn

Chương 1 trình bày tổng quan

Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết

Chương 3 thiết kế, xây dựng giải thuật, mô phỏng và hiệu chỉnh bộ điều khiển

Chương 4 kiểm tra lại bộ tự điều chỉnh thông số lamda qua các ví dụ

Chương 5 kết quả đạt được, những hạn chế và hướng phát triển

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Giới thiệu bộ điều kiển trượt ( SMC ):

Ta xem xét hệ thống biểu diễn đưới dạng phương trình sau:

u x b x f

Trong đó đại lượng vô hướng x là tín hiệu cần điều khiển (vị trí, góc quay…), đại lượng vô hướng u là tín hiệu điều khiển đầu vào (điện áp, moment quay, lực tác dụng…) và x  [ x  x( n 1)]Tlà vectơ trạng thái Trong phương trình (2.1), hàm f(x) (thông thường làphi tuyến) không biết chính xác, nhưng phạm vi sai lệch của f(x) xác định dựa vào x Tương tự,độ lợi điều khiển b(x) cũng không được biết chính xác, nhưng biết dấu và biết giới hạn suy từ x

Bài toán đặt ra là điều khiển trạng thái của x bám theo biến đặt trước xd  [ xdx d xd n1]T

Việc bám theo có thể thực hiện bằng cách điều khiển tín hiệu , trạng thái ban đầu xd( 0 )phải là:

Với x ( 0 ) là trạng thái bắt đầu của thiết bị

Cho ~ x  x  xd là sai lệch chuyển động của biến x và gọi

T n

x

dt

d t x

Với điều kiện ban đầu (2.2) x  xd tương đương với trạng thái giữ nguyên trên )

(t

S với mọi t > 0 Thật vậy, s ≡ 0 mô tả một phương trình vi phân tuyến tính với nghiệm duy nhất là ~  x 0 Như vậy, bài toán chuyển về vector n chiều, xdthành bài toán giữ lượng vô hướng s bằng 0

Bài toán chuyển động vector n chiều trên xd (tức bài toán chuyển động n bậc đối với x) có thể thay thế bởi bài toán ổn định bậc 1 đối với s Từ (2.3) ta thấy biểu thức của s chứa x ~nên chỉ cần lấy vi phân của s một khi đầu vào u xuất hiện

Ngoài ra, giới hạn trên s có thể chuyển trực tiếp sang giới hạn trên vectơ sai lệch chuyển động ~ x và do đó đại lượng vô hướng s mô tả một sự đo lường tính năng chuyển động của hệ điều khiển Cụ thể, giả sử rằng ~ x ( 0 )  0 (ảnh hưởng của điều kiện đầu khác 0 có thể được thêm vào ~ x một cách tách biệt), chúng ta có:

t x t

t s

 Thật vậy, theo(2.3), sai lệch chuyển động đạt được từ s thông qua

một dãy các bộ lọc băng thông thấp bậc một, trong đó

) ( )

(

0

) (

0

) (

(2.4)

Chúng ta có thể lý luận tương tự như vậy cho bộ lọc thứ hai và cho đến đầu ra thứ

z là tín hiệu ra của bộ lọc thứ (n-i-1)

Hình 2.2 Tính giới hạn trên của

Ngoài ra, lưu ý rằng:

n i

Giới hạncủa (2.4) Cuối cùng, trong trường hợp~ x ( 0 )  0, có thể đạt đến

giới hạn (2.4) một cách tiệm cận, tức là trong khoảng hằng số thời gian ngắn

(2.5)

Trong đó  là hằng số dương Một cách cơ bản, (2.5) cho thấy rằng khoảng cách đến bề mặt S, được tính bằng 2

s giảm xuống theo quỹ đạo hệ thống Vì thế nó buộc các quỹ đạo hệ thống hướng tới bề mặt S(t) như minh họa trong hình 2.1.3 dưới đây Một khi đã nằm trên bề mặt, các quỹ đạo hệ thống sẽ duy trì trên bề mặt đó.Nói cách khác, khi điều kiện (2.5) hay còn gọi là điều kiện trượt được thỏa mãn, (2.5) sẽ tạo cho bề mặt một tập hợp bất biến.Hơn thế nữa, (2.5) nói lên nhiễu hoặc các yếu tố động học không xác định, có thể giảm bớt chừng nào còn giữ được bề mặt là một tập hợp bất biến Trên hình 2.1, điều này tương ứng với việc các quỹ đạo ngoài bề mặt di chuyển hướng về bề mặt S S(t) nghiệm đúng (2.5) được gọi là mặt trượt, còn sự di chuyển của hệ thống một khi hệ thống nằm trên bề mặt này được gọi là chế độ trượt

Hình 2.3 Điều khiển trượt

Một khía cạnh khác của tập bất biến S(t) là một khi các quỹ đạo hệ thống nằm trên đó, chúng được xác định bằng phương trình sau:

0

1 1

x dt

(2.6)

nhỏ hơn



)0( t

Với s (t = 0) < 0, chúng ta có kết quả tương tự Do vậy: treach ≤



)0( t s

Ngoài ra, định nghĩa (2.3) cho thấy khi đã ở trên bề mặt, mỗi chuyển động có

xu hướng tiến về 0 theo tốc độ hàm mũ với hằng số thời gian (n-1)/λ (từ dãy (n-1)

bộ lọc có hằng số thời gian 1/λ)

Một hệ thống thỏa mãn điều kiện trượt (2.5) có hànhvi được minh họa trong hình 2.2, với n = 2 Trên mặt trượt có hệ số góc -λ và chứa điểm (biến đổi theo thời gian) xd  [ xdx d]T Bắt đầu từ bất kỳ điểm xuất phát ban đầu nào đó, quỹ đạo

trạng thái chạm đến mặt trượt trong khoảng thời gian nhỏ hơn



)0( t s

, sau đó sẽ trượt dọc theo mặt trượt và hướng đến với tốc độ hàm mũ, với hằng số thời gian 1/λ

Hình 2.4 Diễn giải bằng đồ thị

Tóm lại, ý tưởng phía sau phương trình (2.3) và (2.5) là chọn lấy một hàm sai số chuyển động s tùy thuộc vào (2.3), sau đó chọn luật điều khiển u trong (2.1) sao cho s2 duy trì một hàm Lyapunov của hệ thống vòng kín

2 Giới thiệu thông số lamda và ảnh hưởng của nó đến hệ thống

- Thông số lamda trong công thức của SMC [4]:

x dt

d t

=x-xd là sai số quỹ đạo trong biến x

S(t): Bề mặt thay đổi theo thời gian trong không gian trạng thái

- Ảnh hưởng của thông số lamda đối với đáp ứng của hệ thống:

Hình 2.5 Mô hình hệ thống bậc 2

Bộ điều khiển trượt có dạng:

Hình 2.6 Bộ điều khiển trượt

Đầu tiên ta đặt hệ số lamda bằng 3000

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Time (s)

Setpoint SMC

Hình 2.7 Đáp ứng ngõ ra của hệ thống với lamda bằng 3000

Ta thấy đáp ứng của hệ thống khá chậm

Sau đó ta đặt lamda bằng 300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Time (s)

Setpoint SMC

Hình 2.8 Đáp ứng ngõ ra của hệ thống với lamda bằng 300

Ta thấy đáp ứng của hệ thống tốt hơn trước nhưnng vẫn còn chậm

Và kế đó ta đặt lamda bằng 100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Time (s)

Setpoint SMC

Hình 2.9 Đáp ứng ngõ ra của hệ thống với lamda bằng 100

Ta thấy đáp ứng của hệ thống khá nhanh

Kế tiếp ta đặt lamda bằng 30

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Time (s)

Setpoint SMC

Hình 2.10 Đáp ứng ngõ ra của hệ thống với lamda bằng 30

Đáp ứng rất nhanh và tốt hơn trước

Và cuối cùng ta đặt lamda bằng 3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Time (s)

Setpoint SMC

Hình 2.11 Đáp ứng ngõ ra của hệ thống với lamda bằng 3

Đáp ứng của hệ thống bắt đầu chậm lại

Tóm lại, ta thấy được rằng với các hệ số lamda càng nhỏ thì đáp ứng càng nhanh nhưng nhỏ đến một mức nào đó thì đáp ứng sẽ chậm lại

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG GIẢI THUẬT, MÔ PHỎNG VÀ HIỆU

CHỈNH BỘ ĐIỀU KHIỂN

1 Phương pháp nghiên cứu:

Từ mục tiêu nghiên cứu, ta xây dựng được sơ đồ khối :

Hình 3.1 Sơ đồ khối của bộ điều chỉnh

Phương pháp khi thiết kế bộ tự điều chỉnh thông số lamda:

- Dựa vào sai số xác lập trước (e_delay) và sai số số xác lập sau (e) của hệ thống

- Dựa vào độ dốc đặt trước

Từ những yếu tố trên xác định xem lamda được chọn có phù hợp hay không để tiếp tục điều chỉnh lamda

2 Xây dựng giải thuật

Đặc tính của tham số lamda rút ra được từ những thực nghiệm ở trên là:

 Khi lamda càng lớn thì làm cho đáp ứng của hệ thống càng chậm

SMC Đối tượng

Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động

Ngõ ra Giá trị đặt

 Khi lamda càng nhỏ đáp ứng càng nhanh nhưng khi lamda giảm dần tới một

số nào đó mà làm cho hệ thống đáp ứng nhanh nhất và khi lamda nhỏ hơn con số đó thì khi lamda càng nhỏ thì đáp ứng càng chậm lại

Từ những đặc tính đó ta xây dựng được lưu đồ sau:

Lưu đồ giải thuật lập trình

Cách thức lập trình :

Cho lamda giảm dần từ một số cố định ( cụ thể là 100.000 ) Khi lamda giảm nếu sai số trước (e_delay) lớn hơn sai số sau (e) thì đúng và khi đó độ dốc sẻ tăng lên đến khi nào giá trị độ dốc bằng với độ dốc đặt trước thì tiến hành giữ giá trị lamda

đó lại

Kết thúc

đúng

e > e_delay ? &

Ta Sử dụng hàm để tìm e_delay Ta đặt giá trị cho nó là 10-12s

3 Cách sử dụng bộ tự điều chỉnh thông số Lamda:

Từ phương pháp nghiên cứu, lưu đồ và các thực nghiệm trên ta thiết kết được bộ điều chỉnh lamda tự động sau đây là các bước sử dụng bộ điều chỉnh đó

3.1 Các bước cài đặt các thông số ban dầu cho bộ tự điều chỉnh thông số

lamda

Đặt giá trị lamda ban đầu

Bộ điều chỉnh được đặt trong một folder bao gồm : m file, simulink

Mở file simulink và cấu hình theo cac bước sau

bước 1: ta vào file model properties

Bước 2 : chọn callbacks

Bước 3 : vào startFcn

Bước 4: viết vào như trong hình

Chọn chương trình cho sfunction

Bước 1: nhấn đúp vào bộ tự điều chỉnh

Bước 2: nhấp đúp vào sfunction

Bước 3 : chọn adjust_lamda_parameter vào mục S-function name

Sau khi đặt những giá trị ban đầu ta tiến hành mô phỏng

3.2 Cách sử dụng bộ điều chỉnh lamda tự động theo độ dốc:

Bộ điều chỉnh thông số lamda tự động gồm những thành phần sau:

Hình 3.2 Bộ điều chỉnh thông số lamda có chú thích

 Ngõ ra của hệ thống : là ngõ ra được hồi tiếp về của hệ thống

 Sai số của hệ thống : là sai số giữa giá trị đặt và giá trị được hồi tiếp về

 Độ dốc mong muốn : là độ dốc mong muốn của ngõ ra của hệ thống hay nói cách khác là là thời gian đáp ứng nhanh hay chậm của hệ thống.Độ dốc được tính là phần trăm trên giây (%/s)

 Biểu đồ độ dốc : từ đó ta có thể xác định giá trị tối đa của độ dốc mà hệ thống có thể đạt được

 Hệ số lamda cần tìm : là hệ số mà ta mong muốn của hệ thống khi ta đặt giá trị của độ dốc

 Ngõ ra mong muốn: là già trị mà ta mong muốn hệ thống đạt được ( hay nói cách khác đó là giá trị đặt trước)

 Giá trị lamda đặt trực tiếp: là giá trị lamda mà ta đặt vào để kiểm tra lại đáp ứng của hệ thống sau khi chúng ta tìm được qua bộ điều chỉnh lamda tự động

Để sử dụng bộ điều chỉnh ta chỉ việc kết nối kết nối ngõ ra của hệ thống (y), sai

số của hệ thống (e), ngõ ra mong muốn ( y_ref) và đặt độ dốc mong muốn để chọn tốc độ đáp ứng và cuối cùng là kết nối lamda vào trong bộ điều khiển trượt sau đây

là hướng dẫn chi tiết thông ví dụ cụ thể

ộ dốc mong muốn

 Sử dụng bộ điều chỉnh vị trí motor có sử dụng SMC-PID [7] để làm ví dụ:

Hình 3.3 Mô hình bộ điều chỉnh vị trí motor

Bộ SMC

Hình 3.4 Bộ điều khiển trượt

Với SMC có kết hợp với bộ điều chỉnh lamda tự động:

Hình 3.5 Bộ điều khiển trượt có kết hợp của bộ điều chỉnh lamda tự động

Bộ tự điều chỉnh lamda:

Bên trong của bộ điều chỉnh :

Hình 3.6 Bộ điều chỉnh lamda tự động

Đầu tiên ta đặt độ dốc = 10

Hình 3.7 Đáp ứng của hệ thống khi độ dốc bằng 10

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0

giá trị lamda tìm được là: 2426

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10x 104

Hình 3.8 Biểu đồ giá trị lamda khi đặt độ dốc bằng 10

Ta thấy với độ dốc này và lamda vừa tìm được thì đáp ứng khá chậm

Với độ dốc = 20

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

Time (s)

Setpoint SMC-PID PID

Hình 3.9 Đáp ứng của hệ thống khi độ dốc bằng 20

Với độ dốc này thì đáp ứng nhanh hơn và giá trị lamda tìm được là: 1086

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10x 104

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

Time (s)

Setpoint SMC-PID PID

Hình 3.11 Đáp ứng của hệ thống khi độ dốc bằng 50

Với độ dốc này thì đáp ứng nhanh hơn độ dốc bằng 20 và giá trị lamda tìm được là

1086

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10x 104

Hình 3.12 Biểu đồ giá trị lamda khi đặt độ dốc bằng 50

3.3 Các bước ước lượng giá trị lamda tối ưu cho bộ điều khiển trượt thông

qua bộ điều chỉnh thông số lamda tự động:

Ta sử dụng bộ điều chỉnh vị trí motor có sử dụng SMC-PID [7] để làm ví dụ:

Hinh 3.13 Mô hình điều chỉnh vị trí motor

10 20 30 40 50 60 70 80

Ta thấy độ dốc tối đa đạt được là 78

Bước 2:

Ta lấy 20% giá trị độ dốc tối đa để kiểm tra tỉ lệ giữa giá trị đặt và đáp ứng thực tế Đặt độ dốc bằng 15.6 ( bằng 20% trị độ dốc tối đa ) và tiến hành chạy mô phỏng lại

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -5

0 5 10

Hình 3.17 Bộ điều chỉnh lamda tự động khi đặt độ dốc bằng 64

Ta tìm được giá trị lamda

0 2000

Giá trị lamda tìm được là 360

Thế giá trị lamda bằng 360 để kiểm tra lại đáp ứng của hệ thống

Thế giá ltrị độ dốc bằng 64 vào

Hình 3.19 Bộ điều chỉnh lamda tự động khi đặt giá trị lamda bằng 360

Đáp ứng của hệ thống

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0

Hình 3.20 Đáp ứng của hệ thống khi đặt giá trị lamda là 360

Thế giá lamda bằng 360 vào