Scholar Hub/Chủ đề/#điều khiển phi tuyến/
Điều khiển phi tuyến là một phương pháp trong lĩnh vực điều khiển tự động, nơi hệ thống điều khiển được thiết kế để phản ứng và điều chỉnh theo các qui luật phi...
Điều khiển phi tuyến là một phương pháp trong lĩnh vực điều khiển tự động, nơi hệ thống điều khiển được thiết kế để phản ứng và điều chỉnh theo các qui luật phi tuyến. Các qui luật này không tuân theo sự tuyến tính hoặc ánh xạ tuyến tính giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu đầu ra, mà thay vào đó sử dụng các phép tính phi tuyến như các hàm phi tuyến, mạng nơ-ron nhân tạo, hay các mô hình toán học khác để đưa ra quyết định. Điều khiển phi tuyến thường được sử dụng trong các hệ thống phức tạp, không tuyến tính, hoặc với những yêu cầu đặc biệt mà các phương pháp tuyến tính không thể đáp ứng.
Để hiểu rõ hơn về điều khiển phi tuyến, chúng ta cùng tìm hiểu về các thành phần cơ bản và phương pháp thường được sử dụng trong điều khiển phi tuyến.
1. Hệ thống điều khiển phi tuyến: Đây là hệ thống mà phản ứng và điều chỉnh không tuân theo sự tuyến tính. Hệ thống phi tuyến có thể là một hệ động lực, hệ thống điện tử, hệ thống cơ học, hay bất kỳ hệ thống nào có cấu trúc và hoạt động phi tuyến.
2. Qui luật điều khiển phi tuyến: Để điều khiển và điều chỉnh hệ thống phi tuyến, các qui luật phi tuyến được sử dụng. Thay vì sử dụng các phép toán tuyến tính, như phép cộng và nhân tuyến tính, các qui luật này sử dụng các phép toán phi tuyến và hàm phi tuyến để xác định tương quan giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu đầu ra.
3. Các phương pháp điều khiển phi tuyến: Có nhiều phương pháp và công nghệ được sử dụng để thiết kế hệ thống điều khiển phi tuyến. Một số phương pháp phổ biến trong điều khiển phi tuyến bao gồm:
- Mạng nơ-ron nhân tạo (Artificial Neural Networks - ANN): Mạng nơ-ron nhân tạo là một phương pháp mô phỏng lại cách hoạt động của não bộ. Nó sử dụng mạng các nút nơ-ron kết nối với nhau và học từ dữ liệu để tạo ra các qui luật phi tuyến và dự đoán các đầu ra.
- Hệ thống mờ (Fuzzy Systems): Hệ thống mờ dựa trên lý thuyết mờ để biểu diễn các qui luật phi tuyến thông qua tập mờ và quy tắc mờ. Nó cho phép xử lý các biến không rõ ràng và mờ mờ. Hệ thống mờ thường được sử dụng cho việc điều khiển và quyết định trong các hệ thống không chắc chắn hay mờ mờ.
- Hệ thống điều khiển tối ưu không tuyến tính (Nonlinear Optimal Control): Phương pháp này sử dụng các phương trình phi tuyến và các kỹ thuật tối ưu để thiết kế điều khiển tổi ưu cho hệ thống phi tuyến.
- Hệ thống điều khiển giao thoa (Hybrid Control Systems): Các hệ thống điều khiển giao thoa kết hợp các yếu tố tuyến tính và phi tuyến, trong đó các yếu tố phi tuyến có thể chuyển đổi hoặc tương tác với các phần tuyến tính. Các phương pháp điều khiển giao thoa thường được sử dụng cho các hệ thống phức tạp có sự khác biệt lớn trong đặc tính hoạt động.
Ý nghĩa của điều khiển phi tuyến là mở rộng khả năng điều khiển và điều chỉnh cho các hệ thống không tuyến tính và phức tạp hơn. Nó cung cấp các công cụ và phương pháp tiếp cận để thiết kế, phát triển và tối ưu hóa các hệ thống không tuyến tính để đáp ứng các yêu cầu và mục tiêu cụ thể.
PHÂN TÍCH SỰ TĂNG CƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ SỐ PHI TUYẾN KERR CỦA MÔI TRƯỜNG NGUYÊN TỬ BA MỨC CHỮ V MỞ RỘNG KHÔNG ĐỒNG NHẤTBiểu thức giải tích của hệ số phi tuyến Kerr trong môi trường nguyên tử ba mức chữ V đã được dẫn ra trong sự có mặt của hiệu ứng Doppler. Dựa vào các kết quả giải tích, chúng tôi đã phân tích được sự tăng cường và điều khiển hệ số phi tuyến Kerr dưới điều kiện trong suốt cảm ứng điện từ. Nó cho thấy rằng, hệ số phi tuyến Kerr được tăng cường đáng kể xung quanh tần số cộng hưởng của cả chùm dò và chùm liên kết. Đồng thời, biên độ và dấu của hệ số phi tuyến Kerr cũng được điều khiển theo cường độ và tần số của laser liên kết. Biên độ của hệ số phi tuyến Kerr bị giảm đáng kể khi nhiệt độ của môi trường nguyên tử tăng lên (hay độ rộng Doppler tăng). Mô hình giải tích này có thể tìm được các ứng dụng hữu ích trong các thiết bị photonic hoặc để giải thích các kết quả quan sát thực nghiệm hệ số phi tuyến Kerr dưới các nhiệt độ khác nhau.
#Các hiệu ứng giao thoa lượng tử #Hiệu ứng phi tuyến Kerr #Hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ #Nguyên tủ V bậc ba #Mô hình phân tích #Sự giao thoa và kết hợp lượng tử.
Điều khiển trượt hệ nâng vật trong từ trường dùng mạng nơ-ron hàm cơ sở xuyên tâmNghiên cứu này nhằm mục tiêu áp dụng bộ điều khiển trượt dùng mạng nơ-ron hàm cơ sở xuyên tâm, gọi tắt là mạng nơ-ron RBF (Radial Basis Function Neural Networks) cho hệ nâng vật trong từ trường. Giải thuật điều khiển trượt đảm bảo tính ổn định của hệ thống điều khiển ngay cả khi có sự tác động của nhiễu cũng như khi không có mô hình toán của đối tượng. Nghiên cứu đề xuất sử dụng mạng nơ-ron RBF để xấp xỉ các hàm phi tuyến mô tả trạng thái trong luật điều khiển trượt thay vì sử dụng mô hình toán. Tính ổn định của giải thuật điều khiển được chứng minh thỏa điều kiện ổn định Lyapunov. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển bền vững dưới tác động của nhiễu và sự biến thiên của thông số mô hình đối tượng, đáp ứng của hệ thống có thời gian xác lập là 0.15±0.03s, không xuất hiện vọt lố, không dao động và sai số xác lập bị triệt tiêu.
#Mạng hàm cơ sở xuyên tâm #điều khiển trượt #hệ nâng vật trong từ trường #mô hình toán hệ thống #hàm phi tuyến
Ứng dụng bộ quan sát phi tuyến vi phân cục bộ trong điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp không cảm biến tốc độBài báo giới thiệu kết quả ứng dụng bộ quan sát cục bộ dựa trên khả năng quan sát vi phân trong điều khiển tốc độ quay của động cơ điện một chiều (ĐCMC) kích từ nối tiếp không sử dụng cảm biến tốc độ. Mô hình của ĐCMC và bộ điều khiển trước hết được lựa chọn phân tích và viết dưới dạng hệ phi tuyến có điều khiển phù hợp. Sau đó bộ quan sát phi tuyến vi phân được thiết kế dựa trên phép đo dòng điện phần ứng của ĐCMC để ước lượng tốc độ quay khi các thông số đầu là mô men cơ thay đổi. Cuối cùng, mô phỏng được thực hiện trên máy tính cho hệ thống điều khiển tốc độ động cơ với phản hồi là tốc độ ước lượng. Kết quả cho thấy hệ thống làm việc tốt, cho phép xác nhận tính hợp lệ của bộ quan sát và tính phù hợp trong ứng dụng điều khiển không cảm biến của ĐCMC kích từ nối tiếp.
#điều khiển không cảm biến #điều khiển tốc độ #động cơ điện một chiều #khả năng quan sát vi phân #kích từ nối tiếp #quan sát phi tuyến
Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa thích nghi cải tiến dựa trên logic mờ cho hệ thống phi tuyếnDựa trên nền tảng logic mờ, chúng tôi phát triển bộ điều khiển thích nghi hồi tiếp tuyến tính hóa cho đối tượng phi tuyến có động học không xác định. Có hai kết quả chính trong bài báo này. Kết quả thứ nhất là chiến lược trong thiết kế bộ điều khiển nhằm tránh qua vấn đề suy biến thường xuất hiện trong các giải pháp điều khiển gián tiếp dựa trên xấp xỉ nơron hoặc xấp xỉ mờ. Kết quả thứ hai là tính năng tăng cường của bộ điều khiển cho phép hệ thống điều khiển hoạt động trơn tru dưới tác động của tín hiệu điều khiển phi tuyến. Tính ổn định của hệ thống điều khiển với tín hiệu điều khiển phi tuyến trong giải pháp điều khiển thích nghi hồi tiếp tuyến tính hóa dựa trên logic mờ được chúng tôi chứng mình dùng lý thuyết ổn định Lyapunov. Ví dụ minh họa được sử dụng để minh chứng cho các tính năng vượt trội của gải pháp điều khiển đề ra.
#Điều khiển thích nghi #điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa #logic mờ #tín hiệu vào phi tuyến #điều khiển phi tuyến #mạng nơron
Xây dựng mô hình thử nghiệm thiết bị phản ứng liên tục thủy phân acetic anhydride phục vụ nghiên cứu điều khiểnMột trong các phương pháp tạo ra axetic acid đó là thủy phân hóa Acetic Anhydride trong bình phản ứng khuấy trộn liên tục (CSTR– Continuous Stirred Tank Reactor). Chính vì điều đó, trong bài báo này tác giả đi xây dựng mô hình thiết bị phản ứng CSTR, với mục đích nghiên cứu động học và điều khiển thiết bị phản ứng. Xuất phát từ động học quá trình phản ứng, các thông số công nghệ của phản ứng thủy phân hóa Acetic Anhydride, nội dung bài báo đi thiết kế mô hình, tính toán thông số vận hành. Mô hình thiết kế được kiểm tra qua mô phỏng hai giai đoạn: giai đoạn khởi động và giai đoạn vận hành, đánh giá đặc tính của thiết bị. Mô hình điều khiển thiết bị phản ứng là hệ đa biến, có đặc tính phi tuyến và tác động xen kênh. Với thiết kế điều khiển tuyến tinh phản hồi đầu ra dùng bộ điều khiển PID, cho thấy chất lượng sản phẩm bị ảnh hưởng rất lớn bởi nhiễu đầu vào, vì vậy cần phải thiết kế bù nhiễu hoặc dùng điều khiển phi tuyến.
#thiết bị phản ứng liên tục #điều khiển phi tuyến #điều khiển quá trình #cân bằng #phản ứng hydro hóa
Điều khiển hỗn loạn trong mối nối josephson dùng kỹ thuật hồi tiếp tuyến tính hóaTrong bài báo này, mô hình phân dòng phi tuyến trở-dung-cảm của mối nối Josephson được nghiên cứu do tiềm năng ứng dụng ở dãy tần số cao. Mối nối này sinh ra dao động hỗn loạn khi tham số của nó rơi vào một số điều kiện. Do dao động hỗn loạn có tác động tiêu cực nên điều khiển hỗn trong mối nối Josephson là bài toán cần giải quyết trong nghiên cứu này. Để loại trừ những hoạt động hỗn loạn, một bộ điều khiển phi tuyến được xây dựng dựa trên phương pháp hồi tiếp tuyến tính hóa. Với khả năng bù chính xác thành phần phi tuyến của hệ thống, bộ điều khiển không chỉ có thể khử các dao động phi tuyến một cách hiệu quả mà còn làm cho mối nối Josephson sinh ra điện áp ổn định bất chấp tham số của mối nối rơi vào vùng hỗn loạn. Mô phỏng số được thực hiện để xác minh tính đúng đắn của giải pháp điều khiển đề xuất và kết quả mô phỏng cho thấy khả năng vận hành tốt của bộ điều khiển đã được phát triển.
#Điều khiển hỗn loạn #hồi tiếp tuyến tính hóa #mối nối Josephson #điều khiển phi tuyến #hệ thống phi tuyến
ĐIỀU KHIỂN BÁM THÍCH NGHI BỀN VỮNG HỆ PHI TUYẾN CÓ THÀNH PHẦN BẤT ĐỊNH HÀM KHÔNG BỊ CHẶNVới lớp bài toán điều khiển bám đối tượng phi tuyến có thành phần bất định hàm số bị chặn trong mô hình, người ta thường nghĩ ngay tới phương pháp điều khiển trượt. Đây là một trong các phương pháp điều khiển mang tính bền vững rất cao với nhiễu và sai lệch mô hình. Tuy nhiên một trong những hạn chế cơ bản của phương pháp điều khiển này là hiệu ứng chattering của nó. Đã có nhiều phương pháp bổ sung thêm để hạn chế hiệu ứng này được giới thiệu trong thời gian qua. Chúng đều tập trung vào việc nhận dạng để bù bớt đi thành phần bất định trong hệ. Bài báo này trình bày một phương pháp thích nghi làm giảm hiệu ứng chattering đó mà không cần nhận dạng và điều khiển bù. Hơn thế nữa phương pháp đề xuất của bài báo còn áp dụng được cho cả trường hợp hệ phi tuyến có hàm bất định không thỏa mãn điều kiện bị chặn.
Điều khiển bám quỹ đạo thích nghi với sai lệch nhỏ tùy ý cho hệ phi tuyến Euler-Lagrange đồng thời có tham số bất định và nhiễu đầu vàoHệ phi tuyến Euler-Lagrange có đồng thời tham số bất định và nhiễu đầu vào(ENUI) là mô hình của rất nhiều các thiết bị công nghiệp trong thực tế như tay máy robot, hệ cơ khí Tora, hệ cơ điện tử Lavitat v.v. Các công trình nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung cho các bài toán điều khiển ổn định hệ với giả thiết chỉ xét đến tham số bất định hoặc chỉ xét đến nhiễu đầu vào. Trong các tài liệu [1], [2] và [3] chúng tôi đã giới thiệu một phương pháp điều khiển bám quỹ đạo thích nghi mới, phương pháp điều khiển này vừa có khả năng bù được sự ảnh hưởng của tham số bất định và có khả năng giảm thiểu được sự ảnh hưởng của nhiễu đầu vào lên hệ. Mặt khác với phương pháp điều khiển đó, sai lệch bám quỹ đạo sẽ được điều khiển hội tụ về một miền hấp dẫn sai lệch bám nhỏ tùy ý quanh gốc tọa độ. Trong bài báo này chúng tôi tiếp tục cải tiến cách lựa chọn tham số để có thể thay đổi được thời gian quá độ của sai lệch bám quỹ đạo, qua đó chúng ta có thể điều chỉnh được một cách độc lập miền hấp dẫn của sai lệch bám và thời gian quá độ trong bài toán điều khiển ổn định theo sai lệch bám quỹ đạo cho hệ ENUI.
#Nonlinear systems #adaptive control #trajectory tracking control #ISS stability.
Điều khiển quá trình hóa học phi tuyến miso sử dụng thuật toán điều khiển dự báo theo mô hình MPCBài báo này trình bày kết quả nghiên cứu việc sử dụng thuật toán điều khiển dự báo mô hình MPC (Model Predictive Control) điều khiển thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục (CSTR - Continuous Stirred-Tank Reactor) với cấu hình 2 ngõ vào - 1 ngõ ra, đây là hệ phi tuyến MISO (Muilti Inputs Single Output). Trong đó, 2 đầu vào là nồng độ chất hóa chất CA0 đầu vào và nhiệt độ cung cấp cho jacket Tj, còn 1 đầu ra là nồng độ hóa chất sau phản ứng CA. Bài báo đã đề xuất thuật toán điều khiển dự báo mô hình MPC phù hợp với đối tượng CSTR 2 vào – 1 ra được nghiên cứu, sau đó tiến hành viết mfile thể hiện thuật toán. Kết quả mô phỏng trên Matlab – Simulink đã chứng minh được tính ưu việt của bộ điều khiển dự báo mô hình MPC trong trường hợp này.
#Điều khiển dự báo mô hình #thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục #hệ nhiều vào – một ra MISO
