Cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID bằng kỹ thuật điều khiển dự báo

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ

1.1. Vai trò của bộ điều khiển

1.2. Bộ điều khiển PID

2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG

2.1. Hệ truyền động qua bánh răng

2.1.1. Giới thiệu chung

2.1.2. Một số yêu cầu về cơ khí đối với hệ truyền động bánh răng

2.1.3. Biện pháp cơ học làm giảm sai số khi gia công bánh răng

2.2. Xây dựng mô hình toán tổng quát

2.2.1. Cấu trúc vật lý và các định luật cân bằng

2.2.3. Mô hình toán ở chế độ khe hở (dead zone)

2.2.4. Mô hình tổng quát

2.3. Mô tả hệ ở chế độ xác lập

2.3.1. Mô hình toán ở chế độ xác lập

2.3.2. Mô phỏng trên MatLab

3. CHƯƠNG 3: CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THEO ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO

3.1. Giới thiệu chung

3.1.1. Sách lược điều khiển dự báo

3.1.2. Cấu trúc bộ điều khiển dự báo

3.2. Một số thuật toán của MPC

3.2.1. Thuật toán điều khiển theo mô hình MAC

3.2.2. Phương pháp ma trận động học điều khiển DMC

3.2.3. Phương pháp điều khiển dự báo tổng quát GPC

3.2.4. Điều khiển dự báo không gian trạng thái

3.3. Xây dựng bộ điều khiển PID dự báo

3.3.1. Từ bài toán điều khiển bám sang bài toán điều khiển ổn định

3.3.2. Nguyên tắc làm việc của bộ điều khiển PID dự báo có cửa sổ dự báo vô hạn

3.3.3. Thuật toán của bộ điều khiển PID dự báo có cửa sổ dự báo vô hạn

4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID DỰ BÁO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG

4.1. Mô hình xấp xỉ tuyến tính không liên tục của hệ truyền động bánh răng

4.2. Xác định thông số bộ điều khiển PID theo lý thuyết kinh điển

4.2.1. Xác định theo phương pháp Zigeler-Nichols

4.2.2. Xác định theo phương pháp Chien – Hrones - Reswick

4.2.3. Xác định tham số theo bộ điều khiển mờ lai theo phương pháp Zhao-Tomizuka-Isaka

4.3. Mô phỏng bộ điều khiển PID dự báo

4.3.1. Mô phỏng hệ thống khi chưa có nhiễu tác động

4.3.2. Mô phỏng hệ thống khi có nhiễu tác động ở đầu ra đưa trở lại đầu vào

4.3.3. Tham số mô phỏng và chương trình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là một trong những công cụ quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Tuy nhiên, chất lượng điều khiển của nó thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ trễ, nhiễu và biến đổi của hệ thống. Việc cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID là cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong các ứng dụng thực tiễn. Kỹ thuật điều khiển dự báo đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng điều khiển PID.

1.1. Ứng dụng của bộ điều khiển PID trong công nghiệp

Bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất, chế biến thực phẩm và tự động hóa. Nó giúp duy trì các thông số quan trọng như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng trong các quy trình sản xuất.

1.2. Tại sao cần cải thiện chất lượng điều khiển

Chất lượng điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Việc cải thiện chất lượng điều khiển giúp giảm thiểu sai số, tăng cường độ ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển PID

Mặc dù bộ điều khiển PID rất phổ biến, nhưng nó cũng gặp phải nhiều thách thức trong việc duy trì hiệu suất tối ưu. Các vấn đề như độ trễ, nhiễu và sự thay đổi của hệ thống có thể làm giảm hiệu quả của bộ điều khiển. Những thách thức này cần được giải quyết để đảm bảo rằng bộ điều khiển PID hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

2.1. Độ trễ trong hệ thống điều khiển

Độ trễ có thể gây ra sự chậm trễ trong phản ứng của bộ điều khiển, dẫn đến sai số lớn trong quá trình điều khiển. Việc xác định và giảm thiểu độ trễ là rất quan trọng để cải thiện chất lượng điều khiển.

2.2. Ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng điều khiển

Nhiễu có thể làm giảm độ chính xác của tín hiệu đầu vào, ảnh hưởng đến khả năng điều khiển của bộ PID. Cần có các phương pháp xử lý nhiễu hiệu quả để đảm bảo chất lượng điều khiển.

III. Phương pháp cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID

Kỹ thuật điều khiển dự báo là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID. Phương pháp này cho phép dự đoán hành vi của hệ thống trong tương lai và điều chỉnh tín hiệu điều khiển một cách chính xác hơn. Việc áp dụng các thuật toán điều khiển dự báo giúp tối ưu hóa các tham số của bộ điều khiển PID.

3.1. Kỹ thuật điều khiển dự báo là gì

Kỹ thuật điều khiển dự báo (MPC) sử dụng mô hình toán học để dự đoán hành vi của hệ thống trong tương lai. Điều này cho phép bộ điều khiển đưa ra các quyết định điều khiển chính xác hơn.

3.2. Lợi ích của việc kết hợp MPC với PID

Kết hợp MPC với bộ điều khiển PID giúp cải thiện độ chính xác và độ ổn định của hệ thống. Điều này dẫn đến việc giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu suất điều khiển.

IV. Ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật điều khiển dự báo

Kỹ thuật điều khiển dự báo đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp đến hệ thống tự động hóa. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng MPC có thể cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển của bộ PID, đặc biệt trong các hệ thống phức tạp.

4.1. Ứng dụng trong hệ thống truyền động bánh răng

Trong các hệ thống truyền động bánh răng, việc áp dụng kỹ thuật điều khiển dự báo giúp cải thiện độ chính xác và độ ổn định của quá trình điều khiển, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.

4.2. Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng kỹ thuật điều khiển dự báo có thể giảm thiểu sai số và cải thiện chất lượng điều khiển so với các phương pháp truyền thống.

V. Kết luận và tương lai của bộ điều khiển PID

Việc cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID thông qua kỹ thuật điều khiển dự báo không chỉ mang lại lợi ích về hiệu suất mà còn mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực điều khiển tự động. Tương lai của bộ điều khiển PID sẽ phụ thuộc vào khả năng tích hợp các công nghệ mới và cải tiến các thuật toán điều khiển.

5.1. Tương lai của kỹ thuật điều khiển dự báo

Kỹ thuật điều khiển dự báo hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, giúp nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất hệ thống.

5.2. Những thách thức cần vượt qua

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng kỹ thuật điều khiển dự báo cũng gặp phải một số thách thức như yêu cầu về mô hình chính xác và khả năng tính toán. Cần có các nghiên cứu tiếp theo để giải quyết những vấn đề này.

Luận văn thạc sĩ: Cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng