Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi để điều khiển hệ có tham số thay đổi

Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 57 
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ĐỂ ĐIỀU 
KHIỂN HỆ CÓ THAM SỐ THAY ĐỔI 
Đỗ Trung Hải*, Nguyễn Đức Thăng, Nguyễn Thị Thu Hường 
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bày một ứng dụng của điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu cho việc tổng hợp bộ 
điều khiển cho hệ truyền động Tiristor - Động cơ một chiều (T-Đ). Với phương pháp này, giá trị 
của các tham số của bộ điều khiển được điều chỉnh một cách tự động trong từng chế độ làm việc 
của hệ thống. 
 ĐẶT VẤN ĐỀ 
Các hệ truyền động điện T-Đ là các hệ trong 
đó động cơ được cấp nguồn bởi các bộ biến 
đổi bán dẫn công suất xoay chiều – một chiều 
có điều khiển. Với bộ nguồn này quan hệ giữa 
điện áp điều khiển và điện áp ra của bộ biến 
đổi thường là quan hệ phi tuyến theo hàm số 
cosin. Khi tổng hợp bộ điều khiển theo 
phương pháp thông thường người ta thường 
tuyến tính hoá và coi hệ số khuếch đại của bộ 
biến đổi có giá trị hằng [1] và [2]. Tuy nhiên 
tham số của bộ điều khiển sẽ không còn phù 
hợp bởi hệ số khuếch đại của bộ biến đổi thay 
đổi theo giá trị của điện áp điều khiển. Do đó, 
bài báo đề xuất hướng nghiên cứu và ứng 
dụng luật điều khiển thích nghi theo mô hình 
mẫu để điều chỉnh tham số của bộ điều khiển 
trong hệ truyền động T-Đ theo sự biến đổi 
của hệ số khuếch đại của bộ nguồn chỉnh lưu. 
CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ 
THÔNG SỐ THAY ĐỔI ẢNH HƯỞNG 
ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 
Giới thiệu chung 
Cấu trúc tổng quát hệ truyền động điện được 
trình bày trong hình 1 [1]. Trong đó: 
Bộ biến đổi năng lượng (BBĐ) cung cấp 
nguồn điện cho động cơ điện (ĐC) được nối 
với máy sản xuất (MSX). Các phần khác được 
gọi chung là phần điều khiển gồm có bộ điều 
chỉnh công nghệ RT, bộ đóng cắt phục vụ 
công nghệ KT, bộ điều chỉnh truyền động R, 
 Tel: 
các bộ đóng cắt phục vụ truyền động K, các 
bộ ghép nối GN và người vận hành VH. 
Hình 1. Cấu trúc chung của hệ truyền động điện 
Với hệ truyền động T-Đ thì BBĐ là bộ chỉnh 
lưu có điều khiển Tiristor và ĐC là động cơ 
một chiều kích từ độc lập. 
Mô tả toán học bộ chỉnh lưu và sự biến 
thiên tham số 
Do tính chất xung và tính chất bán điều khiển 
của bộ chỉnh lưu có điều khiển Tiristor, thời 
điểm thay đổi của điện áp điều khiển Uđk 
không trùng với sự thay đổi của góc điều 
khiển . Nghĩa là sau khi điện áp điều khiển 
thay đổi được một khoảng thời gian là  thì 
góc điều khiển mới thay đổi. Như vậy ta có 
thể coi bộ chỉnh lưu là một khâu chậm trễ có 
cấu trúc và hàm truyền như sau [5]: 
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc của BBĐ 
 CL
s
CL CL
W (s) K .e
  (1) 
Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 58 
Ta có thể biểu diễn hàm truyền của bộ chỉnh 
lưu một cách gần đúng bởi khai triển Mc. 
Laurin như sau: 
CLs
0 1 n
CLCL CL CL
1 1
e
1 ss s s
...
0! 1! n!
  
   
 (2) 
Khi đó hàm truyền của bộ chỉnh lưu có thể 
thay thế bằng một khâu quán tính 
CL
CL
CL
K
W (s)
1 s
 
 (3) 
Trong đó: 
- CL là thời gian trễ. Độ dài của thời gian 
này được xác định một cách ngẫu nhiên. Để 
tiện cho tính toán CL thường được chọn 
theo biểu thức: 
max min
CL
2
 
 (4) 
với 
max min
2 2 1
, 0
m m2 f fm
  
 
trong đó m là số xung áp đầu ra trong 1 chu 
kỳ điện áp nguồn cung cấp, f là tần số nguồn 
cung cấp. 
- KCL là hệ số khuyếch đại của bộ chỉnh lưu. 
Trong tính toán ta xem KCL là hằng số và xác 
định bằng cách tuyến tính hoá đặc tuyến quan 
hệ điện áp đầu ra của BBĐ và điện áp điều 
khiển d ®kU f(U ) . 
Giả sử chọn sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha 
không có điot D0, theo [2] ta có : 
d d0U U cos (5) 
với d0 2
3 6
U U
2
, U2 là trị hiệu dụng điện 
áp nguồn cung cấp. Nếu ta dùng điện áp tựa 
hình răng cưa tuyến tính (hình 3) để xác 
định thời điểm mở van thì quan hệ giữa góc 
mở và điện áp điều khiển ®kU được xác 
định như sau: 
rcmax ®k rcmax ®k
rcmax rcmax
U U U U
U U
(6) 
Thay vào phương trình (5) ta được : 
rcmax ®k
d d0
rcmax
U U
U U cos
U
 (7) 
Từ (7) ta có được quan hệ vào ra giữa Ud và 
Uđk có dạng như hình 4: 
Hình 3: Đồ thị quan hệ giữa điện áp điều khiển 
và góc điều khiển 
Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu KCL được 
xác định bằng hệ số góc của tiếp tuyến (ví dụ 
đường 2,3) với đường cong d ®kU f(U ) tại các 
giá trị 
®kU tương ứng. Nếu KCL được xác định 
bằng cách tuyến tính hoá đường cong 
 d ®kU f(U ) (đường 1) thì CLK const và việc 
tổng hợp bộ điều khiển sẽ đơn giản. Tuy 
nhiên chất lượng điều khiển chỉ được đảm 
bảo trong phạm vi hẹp của điện áp điều khiển. 
Hình 4. Đồ thị quan hệ giữa Ud và Uđk 
Để giải quyết bài toán nâng cao chất lượng 
của hệ thống trong toàn dải điều chỉnh, một 
trong những giải pháp là ứng dụng thuật toán 
điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu để tự 
động điều chỉnh tham số bộ điều khiển cho 
phù hợp với giá trị của hệ số khuếch đại của 
bộ chỉnh lưu. 
Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 59 
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 
THEO MÔ HÌNH MẪU ĐỂ ĐIỀU KHIỂN 
HỆ TRUYỀN ĐỘNG T -Đ 
Cấu trúc tổng quát hệ điều khiển thích nghi 
theo mô hình mẫu [3] 
Hình 5. Cấu trúc tổng quát của hệ điều khiển 
thích nghi theo mô hình mẫu 
Bộ điều khiển theo mô hình mẫu làm việc 
theo nguyên tắc nếu xuất hiện biến động của 
tham số của đối tượng thì tham số của bộ điều 
khiển cũng phải thay đổi theo để đầu ra của 
đối tượng y(t) bám theo đầu ra của mô hình 
mẫu ym(t). 
Luật hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển [3] 
Với mong muốn đầu ra của đối tượng luôn 
giống đầu ra của mô hình mẫu, đơn giản nhất 
là tạo ra được : 
m
t 0 t 0
lime(t) lim y t y t 0 (8) 
Hay 
de
e 0
dt
 (9) 
Gọi p là tập các tham số bộ điều khiển cần 
thay đổi, ta có : 
dpde e
dt p dt


 (10) 
Nếu tạo ra được: 
T
dp e
e
dt p
 
  
  
 (11) 
thì: 
T
dpde e e e
e e e e
dt p dt p p
     
    
T
2 e ee
p p
  
  
   
 (12) 
(12) luôn thoả mãn điều kiện (9) với γ là hệ 
số dương tuỳ chọn 0 . 
Như vậy (12) là cơ sở cho ta chỉnh định thích 
nghi các tham số của bộ điều khiển. 
Điều khiển thích nghi mạch vòng tốc độ hệ 
truyền động T-Đ 
Cấu trúc tổng quát của hệ truyền động T-Đ 
với một mạch vòng tốc độ như hình 6. 
Hình 6. Cấu trúc tổng quát của hệ T-Đ 
Trong đó BBĐ là bộ chỉnh lưu có điều khiển 
với hàm truyền CL
CL
CL
K
W (s)
1 s
 
; Không 
mất tính tổng quát với giả thiết hàm truyền 
khâu tổng hợp có giá trị bằng 1. Với sơ đồ 
chỉnh lưu hình tia 3 pha, theo (4) ta tính được 
CL
0,003(s) và hàm truyền BBĐ 
CL
CL
K
W (s)
0,003s 1
 (13) 
Động cơ có hàm truyền: 
§
§ 2
e M M
K
W (s)
T T s T s 1
KĐ, Te, TM lần lượt là hệ số khuyếch đại, 
hằng số thời gian điện từ và hằng số thời gian 
điện cơ của động cơ. Chọn động cơ 31 có 
thông số: 
  
®m ®m ®m
2 2
­ ­
U 220v, I 8,7A, n 1500v / ph,
L 0,0961H, R 2,775 , GD 0,75Kgm
Từ bộ thông số động cơ ta tìm được hàm 
truyền tương ứng là: 
Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 60 
§ 2
8,2
W (s)
0,00136s 0,038s 1
 (14) 
Khâu phản hồi có hàm truyền 
PH
W (s) 0,06 . 
Chuyển về phản hồi (-1) hàm truyền của hệ 
hở là : 
 
H PH § CL
CL
2
CL
3 2
W (s) W (s)W (s)W (s)
K8,2
0,06
0,00136s 0,038s 1 0,003s 1
0,492K
0,00000408s 0,001474s 0,041s 1
Do khâu có hằng số thời gian < 0,001 (s) ta có 
thể bỏ qua nên : 
CL
H 2
0,492K
W (s)
0,001474s 0,041s 1
 (15) 
Chỉ xét cho hệ kín với phản hồi (-1) với tín 
hiệu vào 
PH
w
u
W (s)
 . Lúc này cấu trúc của 
hệ như hình 7. 
Hình 7. Cấu trúc hệ T-Đ khi có tham số bất định 
Hình 8. Cấu trúc điều khiển thích nghi 
theo mô hình mẫu mạch vòng tốc độ 
Nếu tính hàm truyền tương đương của hệ kín 
theo cấu trúc hình 7, ta thấy rằng tham số bất 
định nằm ở cả tử số và mẫu số của hệ. Như 
vậy, không mất tính tổng quát có thể coi 
chúng như là 2 tham số bất định. Chọn mô 
hình mẫu có dạng : 
H 2
1
W (s)
0,001474s 0,041s 1
 (16) 
và tham số bộ điều khiển cần thay đổi là p1 và 
p2 lúc này cấu trúc hệ điều khiển thích nghi 
cho mạch vòng tốc độ hệ T-Đ như hình 8. 
Xác định luật chỉnh định của bộ điều khiển 
Từ sơ đồ cấu trúc hình 8 ta có : 
1 CL
2
2 CL
2
0,492up K
e
0,001474s 0,041s 1 0,492p K
u
0,001474s 0,041s 1
 (17) 
Do đó: 

 
CL
2
1 2 CL
u0,492Ke
p 0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K
 (18) 
 
 
CL
2
2 2 CL
y0,492Ke
p 0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K
 (19) 
Theo (11) cơ cấu chỉnh định có dạng: 
 
  
 
 
T
1
1
CL
2
2 CL
dp e
e
dt p
0,492ue K
0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K
 
1
2
2 CL
ue
0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K
 (20) 
 
  
 

T
2
2
CL
2
2 CL
dp e
e
dt p
0,492 yeK
0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K

1
2
2 CL
ey
0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K
 (21) 
Do γ >0 tuỳ ý nên 1 CLK  cũng chỉ cần 
chọn là số dương tuỳ ý. 
Mặt khác hàm truyền của đối tượng theo cấu 
trúc hình 8. 
1 CL
2
2 CL
0,492p K
W(s)
0,001474s 0,041s 1 0,492(p 1)K
 (22) 
Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 61 
Trong trường hợp lý tưởng để W(s) =Wm(s) 
thì p1 và p2 phải được chỉnh đến 2 giá trị lý 
tưởng : 
  
1 1 2 2
CL
1
p p ;p p 1
0,492K
 (23) 
Theo (20), (21) luật chỉnh định còn phụ thuộc 
vào KCL, [4] đã chỉ ra rằng ta có thể sử dụng 
luật thay đổi tham số của cơ cấu chỉnh định 
gần đúng bằng cách thay giá trị p1, p2 ở vế 
phải của (20) và (21) bằng giá trị lý tưởng 
1 2
p ,p  khi đó luật thay đổi tham số của cơ cấu 
chỉnh định sẽ là : 
1 1
2
dp ue
dt 0,001474s 0,041s 1
 
 (24) 
 2 1
2
dp ye
dt 0,001474s 0,041s 1

 (25) 
Cấu trúc của cơ cấu chỉnh định lúc này có 
dạng như hình 9. 
Hình 9. Cấu trúc của cơ cấu chỉnh định 
Mô phỏng 
Với cấu trúc điều khiển như hình 8 và luật 
chỉnh định tham số như hình 9, đáp ứng của 
hệ với tín hiệu đặt 1(t) dưới sự biến động của 
hệ số khuếch đại của BBĐ được chỉ ra trên 
hình 10. 
[ 
Hình 10. (1) biến thiên KCL; (2) đầu ra mô hình 
mẫu ym và (3) đầu ra đối tượng khi thay đổi KCL 
KẾT LUẬN 
Bài báo trình bày phương pháp ứng dụng lý 
thuyết điều khiển thích nghi để tổng hợp bộ 
điều khiển cho hệ truyền động T-Đ mà không 
cần tuyến tính hóa đặc tính d ®kU f(U ) . Kết 
quả mô phỏng đã cho thấy hệ thống phản ứng 
tốt với sự biến động của tham số bất định và 
do đó chất lượng điều khiển luôn được đảm 
bảo. Các kết quả lý thuyết và mô phỏng này 
có thể được ứng dụng cho các đối tượng trong 
thực tế kỹ thuật. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn 
Thị Hiền (1994), Truyền động điện, Nhà xuất bản 
Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[2]. Cyril W. Lander - Lê Văn Doanh (Dịch) 
(1993), Điện tử công suất và điều khiển động cơ 
điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[3]. Nguyễn Doãn Phước (2005), Lý thuyết điều 
khiển nâng cao, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ 
thuật, Hà Nội. 
[4]. Äström, K.J. and Wittenmark, B. (1995), 
Adaptive Control, Addision-Wesley Publishing 
Company, Inc.
SUMMARY 
STUDYING AND APPLYING ADAPTIVE CONTROL THEORY 
TO CONTROL OF PARAMETER -VARYING SYSTEMS 
Do Trung Hai , Nguyen Duc Thang, Nguyen Thi Thu Huong 
Thai Nguyen University of Technology 
This paper presents an approach of applying model reference adaptive control to control of a T- Đ drive system. The 
parameters of the controller are tuned automantically corresponding to different working conditions. 
Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 62 
Đỗ Trung Hải và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  | 63