- 8 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG VẬN HÀNH TỪ XA. - Ứng dụng của hệ thống vận hành từ xa. - Ghép nối các hệ thống thụ động. - 22 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG VẬN HÀNH TỪ XA CÓ PHẢN HỒI LỰC. - 35 CHƯƠNG 4: ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG VẬN HÀNH TỪ XA TRỄ HẰNG SỐ TRÊN CƠ SỞ BIẾN SÓNG. - Hệ thống vận hành master-slave trên miền sóng. - Sơ đồ hệ thống vận hành từ xa cơ bản. - 47 CHƯƠNG 5: ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG VẬN HÀNH TỪ XA TRỄ BIẾN THIÊN BẰNG BỘ LỌC TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG. - Mô phỏng hệ thống có phản hồi lực khi có trễ và không có trễ. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống. - Mô phỏng hệ thống vận hành song phương sử dụng biến sóng. - Mô phỏng hệ thống vận hành từ xa với trễ biến thiên có sử dụng bộ lọc tái tạo năng lượng. - 82 Danh mục hình vẽ 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống vận hành từ xa. - 14 Hình 2.1 Hệ thống có tín hiệu vào x/ ra y. - 23 Hình 2.6 Đồ thị Bode (a) và Nyquist (b) của hệ thống khi thời gian trễ τ=0.2. - 23 Hình 2.7 Đồ thị Bode (a) và Nyquist (b) của hệ thống khi thời gian trễ τ=0.5. - 24 Hình 2.8 Đồ thị Bode (a) và Nyquist (b) của hệ thống khi thời gian trễ τ=1. - 24 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống vận hành từ xa master-slave có phản hồi lực. - 44 Hình 4.4 Sơ đồ tổng quất hệ thống vận hành từ xa trong miền sóng. - 55 Hình 6.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực. - 59 Hình 6.3 Kết quả mô phỏng hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực với các giá trị thời gian trễ truyền thông khác nhau khi slave di chuyển tự do. - 62 Hình 6.4 Kết quả mô phỏng hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực với các giá trị thời gian trễ truyền thông khác nhau trường hợp slave tiếp xúc với môi trường. - 67 Hình 6.7 Kết quả mô phỏng hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực trên miền sóng70 Hình 6.8 Đáp ứng hệ thống với trở kháng sóng b thay đổi. - 73 Hình 6.11 Kết quả mô phỏng hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực với trễ biến thiên sử dụng bộ lọc tái tạo năng lượng. - 27 Lời nói đầu 8 LỜI NÓI ĐẦU Một hệ thống vận hành từ xa có thể giúp con người thao tác và điều khiển các cơ cấu ở khoảng cách xa. - Để có thể ổn định một hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực khi có trễ truyền thông, chúng ta sẽ tìm hiểu lý thuyết thụ động và biến sóng đồng thời xây dựng một hệ thống chuyển đổi giữa các thông tin điều khiển và biến sóng. - Sau khi xem xét sự phản hồi lực, phù hợp trở kháng, chúng ta sẽ xây dựng một cấu trúc mới cho hệ thống vận hành từ xa cùng với bộ lọc tái tạo năng lượng giúp cho hệ thống ổn định với thời gian trễ truyền thông biến thiên. - Tổng quan Một hệ thống vận hành từ xa bao gồm: người vận hành, robot-chủ hay ta sẽ gọi là robot-master, khối truyền thông, robot-tớ hay robot-slave và môi trường. - Trong trường hợp này hệ thống được gọi là hệ vận hành từ xa song phương. - Tuy nhiên từ những năm 60 một vấn đề được quan tâm đó là nghiên cứu về ảnh hưởng của trễ trong hệ thống vận hành từ xa. - Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 16 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT THỤ ĐỘNG VÀ HỆ LTI CÓ TRỄ 2.1. - Năng lượng cấp vào hệ thống được dự trữ hoặc tiêu tán trong hệ. - không âm đặc trưng cho năng Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 17 lượng được tích lũy và tiêu tán bên trong hệ thống. - Với hệ có phản hồi âm có: Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 18. - Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 19 Hình 2.3 Hệ nối tầng của ba phần tử Dòng năng lượng chính được quy ước có chiều truyền dương từ trái qua phải. - (2.9) Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 20 Tức là năng lượng tích lũy trong mạng hai cửa A bằng năng lượng tích lũy trong phần tử a và nếu phần tử a thụ động thì mạng hai cửa A cũng thụ động. - Vậy năng lượng tích lũy trong cả hệ thống. - Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 21 Đối với hệ MIMO (nhiều vào – nhiều ra), hệ là thụ động khi và chỉ khi ma trận hàm truyền của hệ là những hàm thực – dương. - Sự dịch pha được giới hạn trong ±90o Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 22 - Bậc tương đối là -1, 0 hoặc -1. - Xét hệ thống có trễ: Hình 2.4 Hệ LTI phản hồi có trễ Giả thiết hệ hở ban đầu. - Với τ=0 ta có đồ thị Bode và Nyquist của hệ hở : Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 23 (a) (b) Hình 2.5 Đồ thị Bode(a) và Nyquist(b) của hệ khi không có thời gian trễ Nhận xét: Đường đồ thị Nyquist của hệ hở. - Điều này thực sự phù hợp cho việc phân tích cấu trúc hệ thống vận hành từ xa thực hiện trong chương 3 với những mô hình môi trường, người vận hành không biết trước. - Chính điều này đã gây khó khăn trong việc ổn định hệ thống vận hành từ xa có thời gian trễ bởi vì ngay cả khi có mô hình master, slave và môi trường là những hệ thụ động thì với việc xuất hiện thời gian trễ của khối truyền thông vẫn có thể làm hệ mất ổn định. - Trong chương ba ta sẽ phân tích để đưa ra cấu trúc của một hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực. - Khi có thời gian trễ ta sẽ chỉ ra khối truyền thông không còn thụ động nữa qua đó làm mất tính ổn định của hệ thống. - Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống vận hành từ xa master-slave có phản hồi lực Chú ý người vận hành và cơ cấu master luôn được miêu tả phía cuối chuỗi bên trái. - Hệ vận hành song phương không có trễ Chúng ta xem xét lại cấu trúc hệ thống vận hành từ xa: Một hệ điều khiển từ xa có thể được biểu diễn bởi sơ đồ khối như trong hình 3.2 và bao gồm 5 khối: người vận hành (human operator), master, khối truyền thông (comunication), slave, và môi trường (environment). - Như vậy sẽ không có bất kỳ hạn chế nào đối với một Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 28 môi trường không biết trước. - Và một cách tự nhiên chỉ còn yêu cầu tính thụ động của hệ thống chuẩn. - Đối với mô hình của slave ta chọn bộ điều khiển tốc độ PI iPI pKGKs (3.6) Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 29 Hình 3.3 Cấu trúc bộ điều khiển slave mô phỏng trên Simulink Hình 3.4 Đáp ứng đầu ra vận tốc slave 3.1.2. - Nyquist DiagramReal AxisImaginary Axis Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 32 Giả sử môi trường có trở kháng Ze thì e e sF Z v Từ đó suy ra sss f efeMBFFZ. - Như vậy nếu khối truyền thông là thụ động thì toàn bộ hệ thống sẽ là thụ động. - Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 35 Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc hệ vận hành từ xa master-slave có trễ Khi đó ()sd mx x t T và ()msF F t T Suy ra lực đặt lên slave. - Trong hệ thống vận hành từ xa phản hồi lực, các trễ như vậy xảy ra trong truyền thông giữa phía địa phương và ở xa. - Thậm chí những trễ nhỏ có thể gây ra mất ổn định hệ thống. - Nó Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 36 cũng là cần thiết nếu các hệ thống con vẫn không xác định ( ngay cả khi thụ động) như là trường hợp khi thao tác với môi trường tùy ý. - Chương 3:Hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực 37. - Để cung cấp hệ thống vận hành từ xa bền vững và đảm bảo tính ổn định cho bất kỳ bộ điều khiển và môi trường thụ động, khối truyền thông nên được lựa chọn để bản thân nó là hệ thống con thụ động. - Cuối cùng là đưa ra cấu trúc hệ thống vận hành từ xa của chúng ta trong miền sóng và thảo luận về chất lượng hệ thống trong việc lựa chọn các tham số hệ thống. - Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng 40 4.1. - Từ mục 2.1 chúng ta biết rằng một hệ thống là thụ động nếu nó không thể cung cấp năng lượng. - Ví dụ, xem xét một trễ đơn Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng 43. - Hơn nữa, trong trường hợp hệ thống vận hành từ xa, chúng ta biết trễ thời gian bị cô lập với khối truyền thông giữa master và slave. - Hình 4.3 trình bày một cấu trúc như vậy Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng TT Hình 4.3 Cấu trúc truyền dẫn có trễ của biến sóng 4.3.1. - Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng 45 4.3.2. - Hệ thống vận hành master-slave trên miền sóng Bây giờ chúng ta đến việc kết hợp khối truyền thông trong miền sóng vào hệ thống vận hành từ xa. - Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng 46 Hình 4.4 Sơ đồ tổng quất hệ thống vận hành từ xa trong miền sóng 4.4.1. - Sơ đồ hệ thống vận hành từ xa cơ bản Như đã phân tích trong mục 3.2, cấu trúc hệ vận hành từ xa phản hồi lực trực tiếp thường được dùng. - chúng ta sẽ sử dụng sơ đồ cơ bản như trong hình 4.5 để phân tích hệ thống. - Vận tốc mong muốn được giải mã từ biến đổi sóng là : Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng 47. - Các Chương 4: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ hằng số trên cơ sở biến sóng 48 phản xạ như vậy mang một ít thông tin hữu ích và có thể dễ dàng đánh lạc hướng người vận hành. - Kết luận: Trong chương này chúng ta đã đi xây dựng một cấu trúc cơ bản của hệ thống vận hành từ xa master-slave trong miền sóng với khối truyền thông thụ động. - Với thời gian trễ biến thiên hệ thống lại trở nên mất ổn định và ta cần đến một chiến lược điều khiển mới. - Chương 5: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ biến thiên bằng bộ lọc tái tạo năng lượng 50 Trong đó. - Chương 5: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ biến thiên bằng bộ lọc tái tạo năng lượng 51 b) Chứng minh theo công thức Các phương trình truyền sóng với trễ biến thiên. - Chúng ta chú ý rằng hai tích phân cuối là âm với thời gian Chương 5: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ biến thiên bằng bộ lọc tái tạo năng lượng 52 trễ tăng. - Do đó thông thường, hệ thống là không thụ động do sự biến thiên của thời gian trễ. - Một điều thú vị là hệ thống thụ động khi trễ giảm liên tục. - Cả hai đại lượng này lại có ý nghĩa quan trọng đến tính ổn định và hiệu suất của hệ thống vận hành dựa trên biến sóng. - Chúng ta có thể xây dựng một hệ thống vận hành thụ động và ổn định ngay trên khối truyền thông. - Thật vậy: Chương 5: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ biến thiên bằng bộ lọc tái tạo năng lượng 55. - Chương 5: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ biến thiên bằng bộ lọc tái tạo năng lượng 56 Chú ý rằng tốc độ của đáp ứng phụ thuộc vào lượng năng lượng E có sẵn cho một khoảng cách U cho trước. - Chương 5: Ổn định hệ thống vận hành từ xa trễ biến thiên bằng bộ lọc tái tạo năng lượng 57 Kết luận: Trong chương này chúng ta đã phân tích ảnh hưởng của thời gian trễ biến thiến đến hệ thống. - mô phỏng hệ thống vận hành từ xa dựa trên các biến sóng với trễ là hằng số. - mô phỏng hệ thống với trễ biến thiên sử dụng bộ lọc tái tạo năng lượng. - Mô phỏng hệ thống có phản hồi lực khi có trễ và không có trễ 6.1.1. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống Hình 6.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực Người vận hành sẽ tác dụng một lực có dạng tín hiệu bước nhảy đối với master, bộ điều khiển PI được thiết kế dựa trên sai lệch vận tốc giữa master và slave. - Khi không có trễ truyền thông hệ thống là ổn định. - Như vậy phương pháp biến sóng giúp hệ thống ổn định với thời gian trễ là hằng số. - Mô phỏng hệ thống vận hành từ xa với trễ biến thiên có sử dụng bộ lọc tái tạo năng lượng 6.3.1. - Khi trễ biến thiên hệ thống lại trở nên mất ổn định do khối truyền thông không còn thụ động (xem mục 5.1). - Kết quả cơ bản đạt được - Dựa trên các công cụ lý thuyết thụ động đã đưa ra được cấu trúc chuẩn của hệ thống vận hành từ xa, phân tích động học của hệ thống. - Chỉ ra sự mất ổn định của hệ thống gây ra bởi khối truyền thông là không thụ động. - Một cấu trúc mới của hệ thống vận hành được xây dựng dựa trên cơ sở biến sóng và sự tán xạ sóng giúp cho hệ thống ổn định với thời gian trễ không đổi. - Tiến hành thực nghiệm: Xây dựng được một hệ thống vận hành từ xa master-slave để kiểm chứng lý thuyết cũng như phục vụ cho những nghiên cứu, phát triển mới. - Các sơ đồ matlab/Simulink mô phỏng hệ thống Hình A.1. - Sơ đồ mô phỏng hệ thống vận hành từ xa phản hồi lực khi có trễ Hình A.2. - Sơ đồ mô phỏng hệ thống vận hành phản hồi lực trên cơ sở biến sóng Phụ lục 79 Hình A.3. - Sơ đồ simulink của hệ thống vận hành từ xa có phản hồi lực với thời gian trễ biến thiên có sử dụng bộ lọc tái tạo năng lượng Phụ lục 80 Hình A.6. - Các tham số mfile 2.1 Các tham số hệ thống Mm=5
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt