Tổng Hợp Hệ Thống Điều Khiển Cho Đối Tượng Phi Tuyến Dựa Trên Nhận Dạng Các Thành Phần Bất Định

Hệ thống phi tuyến bất định xuất hiện rộng rãi trong thực tế. Các yếu tố như điều kiện môi trường, chế độ vận hành, sai số cơ khí có thể làm thay đổi tham số động học của đối tượng. Việc điều khiển các đối tượng này trở nên phức tạp khi có nhiễu bên ngoài. Nghiên cứu này tập trung vào lớp đối tượng phi tuyến có tham số thay đổi và nhiễu không đo được. Cần xem xét các yếu tố này để thiết kế bộ điều khiển hiệu quả, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao.

Có nhiều phương pháp điều khiển hệ phi tuyến, bao gồm điều khiển thích nghi, điều khiển trượt, điều khiển mờ, và sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp nhận dạng các thành phần bất định và tạo cơ cấu điều khiển phù hợp để chỉnh định các yếu tố này có nhiều ưu điểm nổi trội. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào phương pháp này để phát triển một hệ thống điều khiển phi tuyến mạnh mẽ.

Xét hệ thống điều khiển có động học được mô tả bởi phương trình x  Ax  B I m  Λ  t   u  Δ  x, t . Trong đó, Λ(t) là ma trận tham số thay đổi không biết trước, và Δ(x, t) là thành phần phi tuyến. Yêu cầu là xây dựng bộ điều khiển u để hệ thống theo dõi quỹ đạo mong muốn, bất chấp sự thay đổi của Λ(t) và Δ(x, t). Cần phải thiết kế bộ điều khiển robust để chống lại những bất định này, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và có hiệu suất cao.

Cách tiếp cận trong công trình [85] cho phép dự báo sự thay đổi của tham số động học của đối tượng điều khiển và do vậy có thể đáp ứng được với những thay đổi đó. Việc dự báo sự thay đổi của tham số động học cho phép hệ thống điều khiển điều chỉnh các thông số của nó một cách thích hợp, đảm bảo hiệu suất và ổn định. Tuy nhiên, cần phải xem xét các yếu tố như độ chính xác của mô hình dự báo và khả năng thích ứng của bộ điều khiển để đảm bảo tính robust của hệ thống.

Thiết kế bề mặt trượt là bước quan trọng nhất trong điều khiển trượt. Bề mặt trượt phải được thiết kế sao cho hệ thống đạt được mục tiêu điều khiển mong muốn khi nó nằm trên bề mặt đó. Thông thường, bề mặt trượt được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống. Các phương pháp như Lyapunov stability được sử dụng để đảm bảo tính ổn định của hệ thống trên bề mặt trượt.

Hiện tượng rung lắc (chattering) là một vấn đề phổ biến trong điều khiển trượt, gây ra bởi sự chuyển đổi nhanh chóng của tín hiệu điều khiển. Có nhiều kỹ thuật để giảm thiểu rung lắc, bao gồm sử dụng hàm chuyển đổi (switching function) mịn hơn, sử dụng bộ lọc, hoặc sử dụng các phương pháp điều khiển trượt bậc cao. Việc giảm thiểu rung lắc là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.

Để sử dụng MPC, cần có một mô hình chính xác của hệ thống để dự đoán hành vi trong tương lai. Đối với các hệ thống phi tuyến, việc xây dựng mô hình có thể phức tạp. Các phương pháp như linearization hoặc sử dụng mạng nơ-ron có thể được sử dụng để xây dựng mô hình dự đoán. Độ chính xác của mô hình dự đoán là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất của MPC.

Trong thực tế, mô hình của hệ thống không bao giờ hoàn toàn chính xác, và hệ thống có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Do đó, cần phải thiết kế bộ điều khiển MPC robust để chống lại những bất định này. Các kỹ thuật như robust control và adaptive control có thể được sử dụng để cải thiện tính robust của MPC.

Để điều khiển robot hiệu quả, cần phải có một mô hình chính xác của động học robot. Mô hình động học robot mô tả mối quan hệ giữa lực và mô-men xoắn tác động lên robot và chuyển động của nó. Việc xây dựng mô hình động học robot có thể phức tạp, đặc biệt đối với các robot có nhiều khớp.

Sau khi có mô hình động học, có thể thiết kế bộ điều khiển để robot thực hiện các nhiệm vụ mong muốn. Các phương pháp điều khiển phi tuyến, chẳng hạn như feedback linearization, backstepping control, và sliding mode control, có thể được sử dụng để điều khiển robot hiệu quả. Việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu của nhiệm vụ và đặc tính của robot.

Luận án đề xuất phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển cho lớp các đối tượng phi tuyến có các tham số thay đổi bất định và tác động của nhiễu từ bên ngoài; được xây dựng và phát triển trên cơ sở điều khiển thích nghi, điều khiển trượt, mạng nơ-ron nhân tạo. Các kết quả nghiên cứu của luận án được mô phỏng kiểm chứng bằng các ví dụ cụ thể và có thể áp dụng để tổng hợp hệ thống điều khiển có chất lượng cho các đối tượng phù hợp trong thực tế.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực điều khiển phi tuyến bao gồm phát triển các phương pháp điều khiển robust hơn, phát triển các phương pháp điều khiển thích nghi hiệu quả hơn, và khám phá các ứng dụng mới của điều khiển phi tuyến. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển phi tuyến tiếp tục là một lĩnh vực quan trọng, mang lại nhiều lợi ích cho các ứng dụng thực tế.