Luận Án Tiến Sĩ Về Điều Khiển Thích Nghi Bền Vững Cho Hệ Twin Rotor MIMO Trong Không Gian Biến Khớp

• Tác giả: Đinh Văn Nghiệp
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Như Hiển
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Điều Khiển Thích Nghi Bền Vững Hệ Twin Rotor MIMO Trong Không Gian Biến Khớp
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TWIN ROTOR MIMO SYSTEM (TRMS)
• 1.1. Khái quát chung về Twin Rotor MIMO System (TRMS)
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về TRMS
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước về TRMS
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHO TRMS
• 2.1. Xây dựng mô hình toán động lực học cho TRMS
• 2.2. Mô phỏng và đánh giá chất lượng của mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BÁM VỊ TRÍ ĐẶT CHO TRMS
• 3.1. Các bộ điều khiển hiện nay
• 3.2. Đề xuất phương pháp điều khiển thích nghi hệ phi tuyến RHC với LQR
• 3.3. Kết quả mô phỏng ứng dụng với TRMS
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. Cấu trúc điều khiển RHC với LQR cho TRMS trong thực nghiệm
• 4.2. Yêu cầu thiết bị, phần mềm thí nghiệm
• 4.3. Hệ thống thí nghiệm thuật toán điều khiển vị trí
• 4.4. Kết quả thực nghiệm và nhận xét
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 1. Chương trình lập trình

I. Luận án tiến sĩ

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển thích nghi cho hệ thống Twin Rotor MIMO (TRMS) trong không gian biến khớp. Đây là một hệ thống phức tạp với nhiều thách thức về kỹ thuật điều khiển, đặc biệt là trong việc xử lý các yếu tố phi tuyến và tác động xen kênh. Luận án đã đưa ra các giải pháp tối ưu hóa điều khiển nhằm nâng cao hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

1.1. Mục tiêu và đóng góp

Mục tiêu chính của luận án là thiết kế các bộ điều khiển thích nghi cho TRMS, đặc biệt là trong môi trường không gian biến khớp. Luận án đã đóng góp vào việc mô hình hóa hệ thống chính xác hơn, đồng thời đề xuất các kỹ thuật điều khiển hiện đại như RHC (Receding Horizon Control) kết hợp với LQR (Linear Quadratic Regulator). Những đóng góp này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao, có thể áp dụng trong các hệ thống điều khiển tự động khác.

II. Hệ thống Twin Rotor MIMO

Hệ thống Twin Rotor MIMO (TRMS) là một mô hình thí nghiệm phức tạp, được sử dụng để nghiên cứu các kỹ thuật điều khiển hiện đại. Hệ thống này bao gồm hai cánh quạt chính và đuôi, được điều khiển độc lập bởi các động cơ một chiều. TRMS được xem là một đối tượng điển hình trong hệ thống điều khiển MIMO, với các đặc điểm như phi tuyến, bất định tham số, và tác động xen kênh.

2.1. Mô hình hóa hệ thống

Luận án đã xây dựng một mô hình toán học chính xác cho TRMS, sử dụng phương pháp Lagrange để mô tả động lực học của hệ thống. Mô hình này đã xét đến các yếu tố như ma sát, chiều dài chốt quay, và hiệu ứng bề mặt, giúp cải thiện độ chính xác so với các mô hình trước đây. Đây là cơ sở quan trọng để thiết kế các bộ điều khiển phi tuyến hiệu quả.

III. Kỹ thuật điều khiển thích nghi

Luận án đã đề xuất và áp dụng các kỹ thuật điều khiển thích nghi để giải quyết các thách thức trong việc điều khiển TRMS. Cụ thể, phương pháp RHC kết hợp với LQR đã được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển, giúp hệ thống bám quỹ đạo với độ chính xác cao và khả năng kháng nhiễu tốt. Phương pháp này cũng được cài đặt và kiểm chứng trên Card DS1103, cho thấy hiệu quả trong thực tế.

3.1. Ứng dụng thực tế

Kết quả nghiên cứu của luận án không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn được áp dụng thực tế. Các thuật toán điều khiển đề xuất đã được cài đặt và chạy thời gian thực trên TRMS, cho thấy khả năng tối ưu hóa điều khiển và nâng cao hiệu suất hệ thống. Những kết quả này có thể được mở rộng áp dụng cho các hệ thống khí động học phi tuyến khác.

IV. Phân tích ổn định và hiệu suất

Luận án đã tiến hành phân tích ổn định và tính toán hiệu suất của các phương pháp điều khiển đề xuất. Thông qua các mô phỏng hệ thống và thí nghiệm thực tế, các bộ điều khiển đã chứng minh được khả năng duy trì ổn định hệ thống trong các điều kiện khác nhau, đồng thời đạt được hiệu suất điều khiển cao. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp được đề xuất.

4.1. Kết quả thí nghiệm

Các kết quả thí nghiệm đã cho thấy rõ ràng hiệu quả của các thuật toán điều khiển đề xuất. Hệ thống TRMS đã đạt được độ bám quỹ đạo chính xác, ngay cả trong điều kiện có nhiễu và sai lệch mô hình. Điều này chứng tỏ rằng các phương pháp điều khiển thích nghi và tối ưu hóa điều khiển đã được áp dụng thành công.

V. Kết luận và kiến nghị

Luận án đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển thích nghi cho hệ thống Twin Rotor MIMO. Các đóng góp mới về mô hình hóa hệ thống, thiết kế điều khiển, và ứng dụng thực tế đã được khẳng định thông qua các mô phỏng và thí nghiệm. Luận án cũng đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo, nhằm tiếp tục cải thiện hiệu suất và độ ổn định của các hệ thống điều khiển tự động.

5.1. Hướng nghiên cứu tương lai

Trong tương lai, các nghiên cứu có thể tập trung vào việc tích hợp các kỹ thuật điều khiển thông minh như học máy và trí tuệ nhân tạo vào các hệ thống điều khiển tự động. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng tự thích nghi và tối ưu hóa của hệ thống trong các môi trường phức tạp và biến đổi.