I. Giới thiệu tổng quan
Luận văn nghiên cứu điều khiển hệ phi tuyến bằng phương pháp tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi. Các hệ thống phi tuyến trong thực tế thường phức tạp và khó điều khiển trực tiếp. Phương pháp tuyến tính hóa vào-ra giúp biến đổi hệ phi tuyến thành hệ tuyến tính, từ đó áp dụng các kỹ thuật điều khiển tuyến tính. Mờ thích nghi được sử dụng để xử lý các yếu tố không chắc chắn trong mô hình hệ thống. Luận văn tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ SISO và MIMO, áp dụng vào đối tượng thực là hệ bồn nước kép.
1.1. Mục đích nghiên cứu
Mục đích chính của luận văn là nghiên cứu và ứng dụng phương pháp tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi để điều khiển hệ phi tuyến. Các vấn đề cơ bản bao gồm: nghiên cứu lý thuyết tuyến tính hóa vào-ra, thiết kế bộ điều khiển cho hệ SISO và MIMO, mô phỏng trên Matlab, và kiểm chứng kết quả trên đối tượng thực.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích lý thuyết, mô phỏng trên máy tính, và thực nghiệm. Phân tích lý thuyết tập trung vào các lý thuyết cơ sở liên quan đến tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi. Mô phỏng trên Matlab giúp kiểm chứng thuật toán điều khiển. Thực nghiệm được thực hiện trên hệ bồn nước kép để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển.
II. Lý thuyết tuyến tính hóa vào ra và thích nghi
Chương này trình bày lý thuyết cơ bản về tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi. Tuyến tính hóa vào-ra là phương pháp biến đổi hệ phi tuyến thành hệ tuyến tính bằng cách hồi tiếp các biến trạng thái. Mờ thích nghi được sử dụng để xử lý các yếu tố không chắc chắn trong mô hình hệ thống. Các lý thuyết này là nền tảng để thiết kế bộ điều khiển cho hệ SISO và MIMO.
2.1. Tuyến tính hóa vào ra cho hệ SISO
Phương pháp tuyến tính hóa vào-ra cho hệ SISO được thực hiện bằng cách hồi tiếp các biến trạng thái và biến đổi hệ trục tọa độ. Luật điều khiển được xây dựng dựa trên mô hình toán học của hệ thống. Trong trường hợp mô hình không chính xác, phương pháp mờ thích nghi được áp dụng để nhận dạng gần đúng mô hình hệ thống.
2.2. Tuyến tính hóa vào ra cho hệ MIMO
Đối với hệ MIMO, phương pháp tuyến tính hóa vào-ra được mở rộng bằng cách sử dụng ma trận phân tách (Decoupling Matrix). Luật điều khiển được thiết kế để đảm bảo các ngõ ra của hệ thống bám theo tín hiệu mong muốn. Tính ổn định của hệ thống được đánh giá thông qua phương pháp động học không.
III. Thiết kế bộ điều khiển tuyến tính hóa vào ra
Chương này trình bày chi tiết quá trình thiết kế bộ điều khiển tuyến tính hóa vào-ra cho hệ SISO và MIMO. Các bộ điều khiển được thiết kế dựa trên lý thuyết tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi, sau đó được mô phỏng trên Matlab để kiểm chứng hiệu quả. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển đạt được độ chính xác cao trong việc điều khiển hệ thống.
3.1. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ SISO
Bộ điều khiển cho hệ SISO được thiết kế bằng phương pháp tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi. Các bước thiết kế bao gồm xác định mô hình toán học, thiết kế luật điều khiển, và mô phỏng trên Matlab. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển đạt được độ chính xác cao trong việc điều khiển hệ thống.
3.2. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ MIMO
Bộ điều khiển cho hệ MIMO được thiết kế bằng cách mở rộng phương pháp tuyến tính hóa vào-ra cho hệ đa biến. Ma trận phân tách được sử dụng để đảm bảo các ngõ ra của hệ thống bám theo tín hiệu mong muốn. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển đạt được hiệu quả cao trong việc điều khiển hệ thống MIMO.
IV. Kết quả kiểm nghiệm thực tế
Chương này trình bày kết quả kiểm nghiệm thực tế của các bộ điều khiển tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi trên hệ bồn nước kép. Các bộ điều khiển được nhúng vào vi xử lý và thực hiện điều khiển đối tượng thực. Kết quả thực tế cho thấy bộ điều khiển đạt được độ chính xác cao và ổn định trong việc điều khiển hệ thống.
4.1. Kết quả kiểm nghiệm cho hệ SISO
Các bộ điều khiển cho hệ SISO được kiểm nghiệm trên hệ bồn nước kép. Kết quả thực tế cho thấy bộ điều khiển đạt được độ chính xác cao trong việc điều khiển mực nước trong bồn. Các thông số điều khiển được điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
4.2. Kết quả kiểm nghiệm cho hệ MIMO
Các bộ điều khiển cho hệ MIMO được kiểm nghiệm trên hệ bồn nước kép với nhiều ngõ vào và ngõ ra. Kết quả thực tế cho thấy bộ điều khiển đạt được hiệu quả cao trong việc điều khiển đồng thời nhiều biến trạng thái. Hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng nhanh với các thay đổi của tín hiệu đầu vào.
V. Kết luận và kiến nghị
Luận văn đã nghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp tuyến tính hóa vào-ra và mờ thích nghi để điều khiển hệ phi tuyến. Các bộ điều khiển được thiết kế cho hệ SISO và MIMO đạt được độ chính xác cao và ổn định trong việc điều khiển hệ thống. Kết quả thực tế trên hệ bồn nước kép cho thấy hiệu quả của phương pháp. Hướng phát triển trong tương lai là ứng dụng phương pháp này vào các hệ thống điều khiển phức tạp hơn.
