Ứng dụng lọc Kalman mở rộng (EKF) trong điều khiển dự báo cho một lớp đối tượng phi tuyến (Hoàng Đức Quỳnh)

NỘI DUNG:

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài luận án ..............................................................1

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án ...........................................................2

Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của luận án ...................2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..............................................3

Ý nghĩa khoa học 3

Ý nghĩa thực tiễn 4

Bố cục của luận án ..................................................................................4

Những đóng góp của luận án ................................................................ ...5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ

BÁO PHẢN HỒI ĐẦU RA 7

1.1 Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra hệ có mô hình tuy ến tính ................ 11

1.1.1 Phương pháp MAC (Model algorithmic control) .......................... 12

1.1.2 Phương pháp DMC (Dynamic matrix control) .............................. 13

1.1.3 Phương pháp GPC (Generalized predictive control) ..................... 15

1.1.4 Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra theo nguy ên lý tách cho hệ có

mô hình tuy ến tính ........................................................................ 17

Điều khiển dự báo phản hồi trạng thái 17

Quan sát trạng thái hệ tuyến tính với lọc Kalman 19

Sử dụng KF vào điều khiển dự báo phản hồi đầu ra cho hệ tuyến

tính 22

1.2 Phương pháp điều khiển dự báo phản hồi đầu ra cho hệ có mô hình

phi tuyến ................................ ............................................................... 22

1.2.1 Điều khiển dự báo phản hồi trạng thái .......................................... 23

1.2.2 Lọc Kalman mở rộng (EKF-extended Kalman filter) .................... 25

1.2.3 UKF - Unscented Kalman Filter ................................ ................... 31

1.2.4 Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra theo nguy ên lý tách với bộ lọc

Kalman phi tuyến ......................................................................... 33

1.3 Một số công trình của các tác giả trong và ngoài nước thời gian gần

đây nghiên cứu về điều khiển dự báo phản hồi đầu ra ........................... 34

1.4 Định hướng nghiên cứu của luận án ...................................................... 37

1.5 Kết luận chương 1 ................................................................................. 38

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ LỌC KALMAN ĐỂ QUAN SÁT TỪNG ĐOẠN

TRẠNG THÁI THEO NGUYÊN LÝ TỐI ƯU VÀ ỨNG

DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO PHẢN HỒI ĐẦU RA

HỆ PHI TUYẾN THEO NGUYÊN LÝ TÁCH 40

2.1 Xây dựng bộ quan sát Kalman từng đoạn cho hệ phi tuyến ................... 40

2.1.1 Quan sát Kalman từng đoạn cho hệ song tuyến ............................. 40

Xuất phát điểm của phương pháp 41

Xây dựng bộ quan sát Kalman từng đoạn cho hệ song tuyến 42

2.1.2 Thiết kế bộ quan sát Kalman từng đoạn cho hệ phi tuyến ............. 50

Quan sát trạng thái hệ phi tuyến khi đã biết trạng thái đầu 50

Xác định xấp xỉ trạng thái đầu theo tiêu chuẩn tối ưu 53

Thuật toán quan sát từng đoạn trạng thái cho hệ phi tuyến 55

2.2 Điều khiển dự báo phản hồi trạng thái hệ phi tuyến trên cơ sở sử dụng

mô hình dự báo tuyến tính ..................................................................... 56

2.2.1 Điều khiển hệ song tuyến.............................................................. 57

Điều khiển hệ hợp thức không chặt 57

Điều khiển hệ hợp thức chặt 61

2.2.2 Điều khiển hệ phi tuyến ................................ ................................ 63

Điều khiển hệ hợp thức không chặt 63

Điều khiển hệ hợp thức chặt 66

2.3 Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra hệ phi tuyến với các bộ lọc Kalman

mở rộng ................................................................ ................................ 67

2.3.1 Thuật toán điều khiển ................................................................... 67

2.3.2 Tính ổn định ISS của bộ điều khiển phản hồi đầu ra ..................... 70

2.4 Kết luận chương 2 ................................................................................. 73

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CHẤT LƯỢNG CỦA BỘ

ĐIỀU KHIỂN ĐÃ ĐỀ XUẤT 75

3.1 Điều khiển đối tượng con lắc ngược ...................................................... 75

3.1.1 Điều khiển dự báo phản hồi trạng thái .......................................... 77

Chỉ điều khiển bám ổn định góc lắc 77

Điều khiển bám ổn định góc lắc và vị trí 88

3.1.2 Quan sát trạng thái với lọc Kalman mở rộng ................................ . 89

3.1.3 Điều khiển phản hồi đầu ra theo nguy ên lý tách ............................ 92

3.2 Kiểm chứng chất lượng bộ điều khiển dự báo phản hồi đầu ra trên mô

hình thí nghiệm con lắc ngược quay ...................................................... 95

3.2.1 Mô hình toán của đối tượng con lắc ngược quay ........................... 95

3.2.2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển phản hồi đầu ra cho đối tượng con

lắc ngược quay ................................ ................................ ........... 105

3.2.3 Mô tả hệ thống và kết quả thí nghiệm ......................................... 107

3.2.3.1 Mô tả hệ thống thí nghiệm 107

3.2.3.2 Kết quả thí nghiệm 113

3.3 Kết luận chương 3 ............................................................................... 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121

Những vấn đề đã làm được.................................................................. 121

Các vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo ......................... 123

Các công trình khoa học đã công bố 124

Tài liệu tham khảo 125

PHỤ LỤC 132

P1 Điều khiển dự báo phản hồi trạng thái hệ con lắc ngược ............. 132

P2 Quan sát trạng thái hệ con lắc ngược .......................................... 143

P3 Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra hệ con lắc ngược .................. 147

P4 Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra cho hệ con lắc ngược quay ... 152

P4a Quan sát trạng thái EKF loại 3 hệ con lắc ngược quay 152

P4b Điều khiển dự báo phản hồi trạng thái hệ con lắc ngược

quay 156

P4c Điều khiển dự báo phản hồi đầu ra hệ con lắc ngược quay

161

P5 Mã nguồn chương trình của khối NonlinPreControl.................... 166

P6 Mã nguồn chương trình của khối Nonlinear Estimate và EsUpdate

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD