Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng
Môn học
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO
Giảng viên: PGS. TS. Huỳnh Thái Hoàng
Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Đin – in Tử
Đại học Bách Khoa TP.HCM
Email: [email protected]n
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
1
Nội dung môn học
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Điều khiển phi tuyến
Chương 3: Điều khiển tối ưu
Chương 5: Điều khiển bền vững
Chương 6: Một số ví dụ thiết kế hệ thống ĐK
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
2
Tài liệu tham khảo
Giáo trình: Lý thuyết điều khiển hiện đại – Nguyễn Thị
Phương Hà, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM
Bài giảng: Lý thuyết điều khiển nâng cao – Huỳnh Thái
Bài tập: BKel
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
3
Tài liệu tham khảo
Tham khảo:
[1] Applied nonliear control, Jean-Jacques E. Slotine
& Weiping Li, Prentice-Hall International Editions, Inc.
1991.
[2] Optimal Control, Frank L. Lewis, Vassilis L.
Symos, A Wiley-Interscience Publication , 1995
Wittnmark , Addison-Wesley Publishing Company,
second edition 2000.
[4] Robust and optimal cotrol, Kemin Zhou with John
C. Doyle and Keith Glover , Prentic Hall, Upper Saddle
River , 1996.
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
4
Đánh giá môn học
Bài tập: 30% (bài tập trên lớp + bài tập về nhà)
Kiểm tra giữa kỳ: 20% (thi viết)
Thi cuối kỳ: 50% (thi viết)
Chú ý: Sinh viên không được sử dụng tài liệu in và
photocopy trong phòng thi.
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
5
GIỚI THIỆU
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
6
Điều khiển sơ khai
dựa vào trực giác, không có cơ sở toán học.
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
7
Điều khiển kinh điển (trước 1960)
Từ giữa thế kỷ 19 đến những năm 1930: nền móng
toán học lý thuyết điều khiển ra đời
Lyapunov (1892)
Routh-Hurwitz (1895)
Từ thập niên 1930 đến 1940: lý thuyết điều khiển
kinh điển phát triển mạnh:
Đặc tính tần số, biểu đồ Bode
Biểu đồ Nyquist, Nichols,
Quỹ đạo nghiệm số
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
8
Đặc điểm của điều khiển kinh điển
Hệ thống SISO
Đối tượng tuyến tính (hoặc đối tượng phi tuyến làm
việc quanh điểm tĩnh)
Thiết kế trong miền tần số
Sử dụng biểu đồ
Thiết kế nhằm đạt được sự cân bằng:
Chất lượng và độ bền vững
Ảnh hưởng của các yếu tố không chắc chắn
Bộ điều khiển PID
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
9
Hạn chế của lý thuyết điều khiển tuyến tính kinh điển
Không tối ưu
Chất lượng điều khiển giảm nếu đối tượng phi tuyến
làm việc trong phạm vi rộng
Chất lượng điều khiển không đảm bảo khi tham số
của đối tượng thay đổi
Không đảm bảo đạt được chất lượng thiết kế nếu mô
hình của đối tượng có yếu tố không chắc chắn.
Lý thuyết điều khiển kinh điển rất khó áp dụng trong
trường hợp:
Hệ MIMO
Hệ phi tuyến
Chất lượng trong miền thời gian
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
10
Một số đối tượng phức tạp khó áp dụng LTĐK kinh điển
Cần trục, tay máy
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
11
Một số đối tượng phức tạp khó áp dụng LTĐK kinh điển
Lái tàu
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
12
Một số đối tượng phức tạp khó áp dụng LTĐK kinh điển
Điều khiển máy bay
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
13
Một số đối tượng phức tạp khó áp dụng LTĐK kinh điển
Điều khiển quá trình
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
14
Điều khiển hiện đại (1960 – nay)
Điều khiển phi tuyến
Điều khiển tối ưu
Điều khiển thích nghi
Điều khiển bền vững
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
15
Điều khiển phi tuyến
19, từ sau 1960 điều khiển phi tuyến phát triển mạnh.
Các phương pháp phân tích hệ thống điều khiển phi
tuyến
Phương pháp hàm mô tả
Phương pháp mặt phẳng pha
Phân tích ổn định Lyapunov
Tiêu chuẩn Popov
Định lý độ lợi bé
Phân tích thụ động
Các phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển phi tuyến
Hồi tiếp tuyến tính hóa
Điều khiển trượt
Phương pháp cuốn chiếu,…
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
16
Điều khiển tối ưu
thiết kế sao cho tối thiểu một hàm chỉ tiêu chất lượng
Những năm đầu tiên:
Wiener (1930’s – 1950’s): lọc, dự báo
Kolmogorov (1940’s): quá trình ngẫu nhiên
Qui hoạch tuyến tính và phi tuyến (1940’s)
Điều khiển tối ưu:
Qui hoạch động Bellman (1950’s)
Nguyên lý cực đại Pontryagin (1950’s)
Điều khiển tối ưu tuyến tính (cuối 1950’s – 1960’s)
. Lọc Kalman
. Bài toán điều chỉnh toàn phương tuyến tính (LQR)
. Điều khiển tối ưu ngẫu nhiên (LQG)
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
17
Điều khiển thích nghi
bộ điều khiển được điều chỉnh tự động khi điều kiện làm
việc thay đổi nhằm đạt được chất lượng tối ưu.
Những năm 1950: HTĐK theo mô hình tham chiếu
Cuối thập niên 1960: tiến bộ của lý thuyết điều khiển
đóng góp vào sự phát triển của lý thuyết điều khiển thích
nghi (mô tả không gian trạng thái, lý thuyết ổn định
Lyapunov, qui hoạch động,…)
Thập niên 1970 và những năm đầu 1980: chứng minh
tính ổn định của hệ thống thích nghi.
Cuối thập niên 1980 đến đầu những năm 1990: tính bền
vững của bộ điều khiển thích nghi
Gần đây: phát triển các giải thuật điều khiển học
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
18
Sơ đồ khối tổng quát hệ thống ĐK thích nghi
Nhận dạng/
Ước lượng
Điều kiện
làm việc
Chỉnh định
y(t)
Đối tượng
Bộ điều khiển
r(t)
u(t)
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
19
Điều khiển bền vững
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.
1950’s: Điều khiển tối ưu H2 (hay LQG)
1981(Zames): bài toán điều khiển H, phương pháp
chỉnh độ lợi vòng
1984 (Doyle), 1987 (Francis): điều khiển tối ưu H
15 January 2014
© H. T. Hoàng - HCMUT
20
Tải về để xem bản đầy đủ
30 trang
24800
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết điều khiển nâng cao - Chương 1: Giới thiệu - Huỳnh Thái Hoàng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ly_thuyet_dieu_khien_nang_cao_chuong_1_gioi_thieu.pdf
