I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP -o0o LUN VN THC S K THUT NGNH: T NG HểA NGHIấN CU, CI T B IU KHIN TI U PHN HI TN HIU RA PHM TH TM HUYN THI NGUYấN 2011 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP LUN VN THC S K THUT NGNH: T NG HểA NGHIấN CU, CI T B IU KHIN TI U PHN HI TN HIU RA Hc viờn : Phm Th Tõm Huyn Ngi HD Khoa Hc: PGS.TS Nguyn Doón Phc S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn THI NGUYấN 2011 I HC THI NGUYấN CNG HO X HI CH NGHA VIT NAM TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP c Lp - T Do - Hnh Phỳc *** o0o THUYT MINH LUN VN THC S K THUT TI: NGHIấN CU, CI T B IU KHIN TI U PHN HI TN HIU RA Hc viờn : Phm Th Tõm Huyn Lp : CH-K12 Chuyờn ngnh : T ng hoỏ Ngi hng dn : PGS.TS Nguyn Doón Phc Ngy giao ti : 2/2011 Ngy hon thnh ti : 8/2011 KHOA T SAU I HC NGI HNG DN PGS.TS Nguyn Doón Phc BAN GIM HIU S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn HC VIấN http://www.lrc-tnu.edu.vn Phm Th Tõm Huyn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn LI CAM OAN Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi Cỏc s liu, kt qu lun l hon ton trung thc theo ti liu tham kho v cha tng c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc Thỏi Nguyờn, ngy 30 thỏng nm 2011 Tỏc gi lun Phm Th Tõm Huyn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn MC LC Li núi u Chng 1.PHN TCH H THNG TRONG MIN KHễNG GIAN TRNG THI 1.1 Nhng nhim v c bn ca cụng vic phõn tớch 1.2 Phõn tớch tớnh n nh 1.2.1 nh lý Gerchgorin 1.2.2 Tiờu chun n nh Lyapunov - Hm Lyapunov 1.3 Phõn tớch tớnh iu khin c 12 1.3.1 Khỏi nim iu khin c v iu khin c hon ton 12 1.3.2 Cỏc tiờu chun xột tớnh iu khin c cho h tham s hng 14 Tiờu chun Hautus 14 Tiờu chun Kalman 16 1.4 Phõn tớch tớnh quan sỏt c 19 1.4.1 Khỏi nim quan sỏt c v quan sỏt c hon ton 19 1.4.2 Mt s kt lun chung v tớnh quan sỏt c ca h tuyn tớnh 20 1.4.3 Tớnh i ngu v cỏc tiờu chun xột tớnh quan sỏt c ca h tham s hng 24 Chng 2.THIT K B IU KHIN PHN HI TRNG THI TI U 27 2.1 Phng phỏp bin phõn 27 2.1.1 Ni dung phng phỏp 27 2.1.2 ng dng phng phỏp bin phõn thit k b iu khin phn hi trng thỏi ti u 30 Thit k b iu khin LQR phn hi dng 30 Thit k b iu khin LQR phn hi õm 34 Cỏc phng phỏp tỡm nghim ca phng trỡnh Riccati trc tip 36 2.2 Nguyờn lý cc i 40 2.2.1 iu kin cn 41 2.2.2 iu kin honh (iu kin trc giao) 42 2.3 Phng phỏp quy hoch ng 43 2.3.1 Ni dung phng phỏp 44 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.2 M rng cho h liờn tc v phng trỡnh Hamilton - Jacobi - Bellman 46 Chng 3.THIT K B IU KHIN TI U NGU NHIấN NG 48 3.1 B lc Wiener 48 3.1.1.Mc ớch ca b lc 48 3.1.2 Thut toỏn xỏc nh nghim ti u ca bi toỏn (3.3) 51 3.2 B quan sỏt trng thỏi Kalman (lc Kalman) 53 3.2.1 Mc ớch ca b quan sỏt 53 3.2.2 Thut toỏn xỏc nh b quan sỏt trng thỏi Kalman 57 Chng 4.XY DNG THUT TON THIT K B IU KHIN PHN HI TN HIU RA 59 4.1 Ni dung b iu khin 59 4.2 Nguyờn lý tỏch c 60 4.3 Thut toỏn thit k b iu khin phn hi tớn hiu 62 Chng Mễ PHNG V KT LUN 65 5.1 Ni dung bi toỏn 65 5.2 Cỏc bc thit k 65 5.2.1 Gii bi toỏn tỡm nghim RLQR l nghim ca: 65 5.2.2 Thit k b quan sỏt trng thỏi Kalman 67 5.2.3 Kt qu mụ phng b iu khin LQG 70 5.2.4 So sỏnh cht lng b iu khin LQR v b iu khin LQG 72 5.2.5 Mụ phng b iờu khin LQG cú nhiu n trng tỏc ng So sỏnh vi b iu khin LQR 74 KT LUN CHUNG V HNG PHT TRIN CA TI 78 PH LC 79 TI LIU THAM KHO 80 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MC CC Kí HIU V CH VIT TT x0 im trng thỏi u xT im trng thỏi cui A Ma trn nxn B Ma trn nxm I Ma trn n v u Tớn hiu iu khin x Bin trng thỏi LQR Linear Quadratic Regulator nx,ny Nhiu n trng LQG Linear Quadratic Gaussian - B iu khin bn vng vi nhiu RLQR B iu chnh ton phng tuyn tớnh t Thi gian SISO H tuyn tớnh mt u vo, mt u (Single Input Single Output) MIMO H tuyn tớnh nhiu u vo, nhiu u (Multi Input Multi Output) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MC CC HèNH V V TH Hỡnh Cu trỳc iu khin h Hỡnh iu khin phn hi trng thỏi Hỡnh iu khin phn hi u Hỡnh 1.1 Minh nh lý 1.1 Hỡnh 1.2 nh v giỏ tr riờngca ma trn Hỡnh 1.3 Nhng tớn hiu thớch hp 13 Hỡnh 1.6 Gii thớch tiờu chun kalman bng khụng gian bt bin 17 Hỡnh 2.1 B iu khin LQR phn hi dng 30 Hỡnh 2.2 B iu khin LQR phn hi õm 34 Hỡnh 3.1 B lc Winner 48 Hỡnh 3.2 Mc ớch quan sỏt trng thỏi 54 Hỡnh 4.1 Nguyờn tc thit k b iu khin LQG 59 Hỡnh 4.2 Gii thớch nguyờn lý tỏch 60 Hỡnh 5.1 S mụ phng b iu khin LQR 66 Hỡnh 5.2 Kt qu mụ phng b iu khin LQR 67 Hỡnh 5.3 S mụ phng b quan sỏt trng thỏi Kalman 68 Hỡnh 5.4 Kt qu mụ phng b quan sỏt trng thỏi Kalman 69 Hỡnh 5.5 S mụ phng b iu khin LQG 70 Hỡnh 5.6 Kt qu mụ phng b iu khin LQG 71 Hỡnh 5.7 S mụ phng b iu khin LQR v b iu khin LQG 72 Hỡnh 5.8 Kt qu mụ phng so sỏnh b iu khin LQR v LQG 73 Hỡnh 5.9 B iu khin LQG cú nhiu tỏc ng 74 Hỡnh 5.10 Kt qu mụ phng b iu khin LQG cú nhiu tỏc ng 75 Hỡnh 5.11 S mụ phng so sỏnh hai b iu khin LQR v LQG 76 cú nhiu tỏc ng Hỡnh 5.12 Kt qu mụ phng b iu khin LQR v LQG cú 77 nhiu tỏc ng S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Li núi u Mt nhng mc tiờu hng u tng hp h thng iu khin l tớnh hiu qu cao H thng cng phc tp, quy mụ cng ln, thỡ vic a cỏc quyt nh iu khin h thng cho hiu qu cng khú khn, c i vi nhng chuyờn gia nhiu kinh nghim Bi vy cn phi cú nhng phng phỏp tng quỏt, cht ch v mt lý thuyt, lm nn tng tr giỳp cho cụng vic trờn v ú chớnh l mc ớch ca iu khin ti u iu khin ti u l mt chuyờn ngnh iu khin t ng cú vai trũ xỏc lp v to lp nhng lut iu khin cho h thng h thng t c ch tiờu v tớnh hiu qu ó c nh trc di dng (phim) hm mc tiờu Q Min nghiờn cu ca iu khin ti u khụng ch riờng cỏc h thng k thut m cú th tỡm thy hu ht cỏc h thng khụng phi l k thut khỏc nh h sinh hc, h kinh t Bi toỏn iu khin cú ba cu trỳc c bn ú l: * iu khin h V bn cht, hỡnh thc iu khin ny cng ging nh bi toỏn tỡm tớn hiu iu khin thớch hp t u vo ca i tng, nhng c b sung thờm b iu khin to c tớn hiu iu khin ú (t ) B iu khin u(t) i tng iu khin y(t) Hỡnh Cu trỳc iu khin h Vớ d iu khin tu thu i c theo mt qu o y(t) mong mun (tớn hiờu u ra), ngi ta phi tỏc ng bng lc (t ) vo tay lỏi to c v trớ u(t) ca bỏnh lỏi mt cỏch thớch hp Trong vớ d ny h thng tay lỏi bỏnh lỏi cú vai trũ ca mt b iu khin Hỡnh thc iu khin h ny l iu khin mt chiu v cht lng iu khin ph thuc vo chớnh xỏc ca mụ hỡnh toỏn hc mụ t i tng cng HV: Phạm Thị Tâm Huyền-TĐH -1- hdkh: pgS.TS Nguyễn Doãn Ph-ớc data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... Ma trn nxm I Ma trn n v u Tớn hiu iu khin x Bin trng thỏi LQR Linear Quadratic Regulator nx,ny Nhiu n trng LQG Linear Quadratic Gaussian - B iu khin bn vng vi nhiu RLQR B iu chnh ton phng tuyn... o0o THUYT MINH LUN VN THC S K THUT TI: NGHIấN CU, CI T B IU KHIN TI U PHN HI TN HIU RA Hc viờn : Phm Th Tõm Huyn Lp : CH-K12 Chuyờn ngnh : T ng hoỏ Ngi hng dn : PGS.TS Nguyn Doón Phc... xỏc nh b quan sỏt trng thỏi Kalman 57 Chng 4.XY DNG THUT TON THIT K B IU KHIN PHN HI TN HIU RA 59 4.1 Ni dung b iu khin 59 4.2 Nguyờn lý tỏch c 60 4.3 Thut