I. Giới thiệu
Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho hệ thống MIMO phi tuyến trong miền rời rạc là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật điều khiển. Hệ thống MIMO, với nhiều đầu vào và đầu ra, thường gặp khó khăn trong việc xác định mô hình toán học chính xác. Do đó, việc áp dụng các phương pháp điều khiển thích nghi, đặc biệt là sử dụng mạng thần kinh và hệ logic mờ, trở nên cần thiết. Điều khiển thích nghi cho phép hệ thống tự động điều chỉnh để đáp ứng với các thay đổi trong môi trường và thông số hệ thống. Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một thuật toán điều khiển thích nghi cho hệ bồn nước đôi, một ứng dụng thực tiễn phổ biến trong công nghiệp. Hệ thống này có thể gặp phải các vấn đề như sai số trong đo đạc và thay đổi thông số theo thời gian. Việc áp dụng lý thuyết Lyapunov để chứng minh tính ổn định của hệ thống là một phần quan trọng trong nghiên cứu này.
II. Mô hình toán học hệ MIMO phi tuyến rời rạc
Mô hình toán học cho hệ thống MIMO phi tuyến trong miền rời rạc được xây dựng dựa trên các phương trình trạng thái. Các phương trình này mô tả mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống. Việc xấp xỉ hàm phi tuyến là một bước quan trọng trong việc phát triển thuật toán điều khiển. Xấp xỉ hàm phi tuyến có thể thực hiện thông qua mạng thần kinh với hàm kích hoạt là hàm cơ sở xuyên tâm hoặc thông qua hệ logic mờ với hàm liên thuộc là hàm Gauss. Các phương pháp này cho phép hệ thống điều khiển thích nghi với các thay đổi trong thông số và cấu trúc của hệ thống. Kết quả từ mô hình toán học sẽ được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển thích nghi, đảm bảo rằng sai số ngõ ra hội tụ trong miền lân cận của tín hiệu đặt.
III. Ứng dụng điều khiển thích nghi bồn nước đôi
Hệ bồn nước đôi là một ứng dụng điển hình cho việc áp dụng điều khiển thích nghi. Mục tiêu chính là duy trì mức chất lỏng ổn định trong bồn nước, bất chấp các thay đổi trong thông số như kích thước bồn và hệ số xả van. Thuật toán điều khiển được phát triển sẽ được mô phỏng bằng phần mềm Matlab, cho phép kiểm tra hiệu quả của phương pháp. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống có khả năng thích nghi nhanh chóng với các thay đổi, đồng thời giảm thiểu sai số và dao động trong tín hiệu điều khiển. Việc sử dụng mạng thần kinh và hệ logic mờ trong điều khiển bồn nước đôi không chỉ cải thiện tính ổn định mà còn nâng cao hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện thực tế.
IV. Thiết kế thi công và điều khiển thực nghiệm hệ bồn nước đôi
Quá trình thiết kế và thi công hệ bồn nước đôi bao gồm việc lựa chọn các thành phần cơ khí và điện tử phù hợp. Chip vi xử lý TMS320F28069 được sử dụng để điều khiển bơm nước và cảm biến đo mức nước. Các kết quả thực nghiệm cho thấy thuật toán điều khiển thích nghi hoạt động hiệu quả trong việc duy trì mức nước ổn định. Kết quả thực nghiệm cũng chỉ ra rằng hệ thống có khả năng tự điều chỉnh khi gặp phải nhiễu từ cảm biến. Việc so sánh giữa kết quả lý thuyết và thực tiễn cho thấy sự phù hợp và tính khả thi của phương pháp điều khiển được đề xuất.
V. Kết luận và hướng phát triển
Nghiên cứu này đã chứng minh rằng việc áp dụng điều khiển thích nghi cho hệ thống MIMO phi tuyến trong miền rời rạc là khả thi và hiệu quả. Các kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống có thể thích nghi nhanh chóng với các thay đổi trong thông số và môi trường. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc mở rộng thuật toán để áp dụng cho các hệ thống phức tạp hơn và cải thiện khả năng xử lý nhiễu. Việc nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp điều khiển thông minh cũng sẽ là một lĩnh vực tiềm năng trong tương lai.
