Tài liệu Thiết kế bộ điều khiển thích nghi thuật toán điều chỉnh hàm số cho đối tượng bồn nước đôi

1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Điều khiển tự động đã và đang phát triển mạnh mẽ và rộng rãi trên toàn thế giới, nhằm đáp ứng cho nhu cầu bùng nổ của các hệ thống khoa học tiên tiến, máy móc phức tạp, đòi hỏi phải điều khiển một cách tinh vi, chi tiết với độ chính xác cao. Điều khiển mực chất lỏng trong bồn chứa là quá trình rất phổ biến trong đời sống và công nghiệp như quá trình xử lý nước thải, lọc dầu hay hệ thống hóa học thực phẩm… Trong quá trình vận hành, mực chất lỏng trong các bồn chứa cần phải được điều khiển và giám sát chặt chẽ. Việc điều khiển và giám sát một cách chính xác là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hệ thống và sản phẩm đầu ra. Yêu cầu đặt ra là thiết kế được bộ điều khiển, điều khiển mực chất lỏng theo điều kiện cho trước và đảm bảo tính chính xác. Hệ bồn nước là một hệ phi tuyến, vì hệ có nhiều sự tác động và ảnh hưởng như môi trường, nhiễu bên ngoài, nhiễu của hệ thống… Do đó, bộ điều khiển cần phải có khả năng tự điều chỉnh các thông số nhằm thích nghi với những tác động bên ngoài sao cho đáp ứng ra của hệ thống đạt được một cách tốt nhất. Trong quá trình hoạt động, khi các thông số của đối tượng thay đổi thì một số bộ điều khiển không thể đáp ứng kịp với sự thay đổi đó. Với bộ điều khiển thích nghi thuật toán điều chỉnh hàm số sẽ cho ra được đáp ứng mong muốn khi các thông số của đối tượng thay đổi. 2 Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng, đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển tự động. Các lý thuyết điều khiển hiện đại như: Điều khiển tối ưu (Optimal Control), điều khiển bền vững (Robust Control), điều khiển thích nghi (Adaptive Control), điều khiển trên cơ sở logic mờ (Fuzzy Logic) đang ngày càng được hoàn thiện phù hợp với tốc độ của chíp vi xử lý. Trong đề tài này, chúng ta sẽ xây dựng bộ điều khiển thích nghi thuật toán hàm Gauss dựa trên thuyết ổn định Lyapunov điều khiển đối tượng bồn nước đôi. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Giữ ổn định mức nước đặt trước trong hai bồn của hệ bồn nước đôi nối tiếp. Nghiên cứu trạng thái ổn định của hệ thống bồn nước đôi khi thay đổi các thông số của hệ thống và nhiễu tác động. 1.3 Công việc cần thực hiện: Nghiên cứu đối tượng hệ bồn nước đôi nối tiếp. Xây dựng mô hình toán hệ bồn nước đôi nối tiếp. Nghiên cứu giải thuật điều khiển thích nghi thuật toán điều chỉnh hàm số, ứng dụng điều khiển hệ bồn nước đôi nối tiếp. Xây dựng sơ đồ Simulink và mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink. Nghiên cứu ứng dụng điều khiển trên mô hình thực hệ hai bồn nước đôi nối tiếp. 3 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được áp dụng để thực hiện luận văn này là phân tích lý thuyết, mô phỏng trên máy tính và áp dụng kết quả để điều khiển đối tượng thực. Phân tích lý thuyết: nghiên cứu các lý thuyết cơ sở liên quan đến việc thiết kế bộ điều khiển, dựa trên cơ sở lý thuyết này sẽ phân tích cho mô hình cụ thể được sử dụng trong luận văn. Mô phỏng trên máy tính: Sau khi đã xây dựng xong các thuật toán điều khiển dưới dạng lý thuyết ta sẽ tiến hành mô phỏng trên Matlab để kiểm chứng sự hoạt động của bộ điều khiển. Điều khiển thực: Tiến hành xây dựng bộ điều khiển cho đối tượng thật. 1.5 Tóm lược nội dung luận văn Luận văn gồm 6 chương với nội dung như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài. Chương 2: Giới thiệu mô hình toán học hệ bồn nước. Chương 3: Giới thiệu cơ sở lý thuyết của đề tài bao gồm lý thuyết về phương pháp điều khiển gán cực, lý thuyết điều khiển tối ưu toàn phương tuyến tính LQR và phương pháp điều khiển thích nghi dựa trên thuyết ổn định Lyapunov. Chương 4: Thiết kế và mô phỏng các thuật toán điều khiển như điều khiển gán cực, điều khiển LQR và điều khiển thích nghi áp thuật toán hàm Gauss để điều khiển đối tượng bồn nước đôi. Tiến hành so sánh kết quả đáp ứng của các phương pháp điều khiển. 4 Chương 5: Ứng dụng các bộ điều khiển: Điều khiển gán cực, điều khiển LQR, điều khiển thích nghi thuật toán hàm Gauss điều khiển mô hình thực đối tượng bồn nước đôi nối tiếp. Chương 6: Tổng kết lại kết quả đạt được, nêu lên một số hạn chế và đưa ra hướng phát triển của đề tài.