Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Lý thuyết điều khiển tự động – Đề 5

Điều khiển feedforward hoạt động bằng cách đo lường hoặc dự đoán nhiễu và tác động bên ngoài, sau đó tạo ra tín hiệu điều khiển bù trừ để giảm thiểu ảnh hưởng của chúng lên đầu ra hệ thống. Khác với điều khiển feedback, feedforward hoạt động 'chủ động' để ngăn chặn nhiễu thay vì 'bị động' điều chỉnh sau khi nhiễu đã gây ra sai lệch.

Đồ thị biên độ trong biểu đồ Bode thể hiện sự biến thiên của biên độ (độ lớn) của hàm truyền vòng hở theo tần số, thường được biểu diễn trên thang logarit và đơn vị decibel (dB). Nó cho biết hệ thống khuếch đại hoặc suy giảm tín hiệu ở các tần số khác nhau như thế nào.

Đối với hệ thống MIMO, ma trận truyền đạt là một ma trận các hàm truyền đạt, mỗi phần tử của ma trận này mô tả mối quan hệ giữa một đầu vào cụ thể và một đầu ra cụ thể. Ma trận truyền đạt tổng thể biểu diễn đầy đủ mối liên hệ động học giữa tất cả các đầu vào và đầu ra của hệ thống.

Điều khiển trượt là một phương pháp điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, được thiết kế để đạt được tính bất biến (invariance) đối với nhiễu và sự không chắc chắn của mô hình. Nó ép hệ thống di chuyển trên một 'mặt trượt' (sliding surface) trong không gian trạng thái, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất mong muốn ngay cả khi có nhiễu và sai khác mô hình.

Bộ lọc Kalman là một bộ ước lượng trạng thái tối ưu cho hệ thống tuyến tính động có nhiễu Gaussian. Nó kết hợp thông tin từ mô hình hệ thống và các phép đo bị nhiễu để đưa ra ước tính tốt nhất về trạng thái thực tế của hệ thống. Bộ lọc Kalman được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như điều khiển, định vị, và xử lý tín hiệu.

Khâu phản hồi là yếu tố cốt lõi tạo nên hệ thống vòng kín. Nếu khâu phản hồi bị ngắt, hệ thống mất khả năng tự điều chỉnh dựa trên đầu ra thực tế và trở về hoạt động như một hệ thống vòng hở, không còn khả năng bù sai số và nhiễu một cách hiệu quả.

Hàm truyền đạt được xác định trong miền Laplace với giả định rằng tất cả các điều kiện ban đầu của hệ thống đều bằng không. Điều này giúp đơn giản hóa việc phân tích hệ thống và tập trung vào mối quan hệ đầu vào - đầu ra.

Không gian cấu hình, hay còn gọi là C-space, là một khái niệm quan trọng trong điều khiển robot, đặc biệt là trong lập kế hoạch đường đi. Nó là không gian các biến khớp của robot, mô tả tất cả các cấu hình có thể có của robot. Mỗi điểm trong không gian cấu hình tương ứng với một tư thế (pose) cụ thể của robot.

Quỹ đạo nghiệm số là một công cụ đồ họa mạnh mẽ để phân tích sự thay đổi vị trí các nghiệm của phương trình đặc trưng khi một tham số hệ thống (thường là hệ số khuếch đại) thay đổi. Từ quỹ đạo nghiệm số, có thể đánh giá tính ổn định và các đặc tính đáp ứng quá độ của hệ thống.

Băng thông là một chỉ số quan trọng trong miền tần số, nó thể hiện khả năng của hệ thống trong việc đáp ứng với các tín hiệu đầu vào có tần số khác nhau. Băng thông rộng hơn cho thấy hệ thống có thể theo dõi tín hiệu đầu vào nhanh hơn và chính xác hơn, nhưng cũng có thể nhạy cảm hơn với nhiễu tần số cao.

Sai số xác lập là một chỉ số quan trọng đánh giá khả năng của hệ thống trong việc duy trì đầu ra gần với giá trị mong muốn trong trạng thái ổn định. Sai số xác lập bằng không hoặc rất nhỏ là mục tiêu thiết kế quan trọng trong nhiều ứng dụng điều khiển.

Hệ thống điều khiển vòng hở hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển đã được lập trình sẵn mà không có sự phản hồi từ đầu ra để điều chỉnh. Do đó, nó không sử dụng bộ phản hồi để giám sát và điều chỉnh sai lệch.

Độ vọt lố là một chỉ số hiệu suất quan trọng trong miền thời gian, đo lường mức độ đáp ứng của hệ thống vượt quá giá trị cuối cùng trước khi ổn định. Độ vọt lố quá lớn có thể gây ra các vấn đề không mong muốn trong thực tế.

Thời gian xác lập đo lường tốc độ hệ thống đạt đến trạng thái ổn định. Nó thường được định nghĩa là thời gian cần thiết để đáp ứng đi vào và duy trì trong một phạm vi nhỏ (ví dụ ±2% hoặc ±5%) xung quanh giá trị xác lập cuối cùng.

Tiêu chuẩn ổn định Nyquist dựa trên nguyên lý đối số từ lý thuyết hàm phức. Nguyên lý này liên kết số vòng vây của đường cong Nyquist quanh điểm (-1, 0) với số lượng cực và zero nằm bên phải mặt phẳng phức bên phải của hàm truyền vòng hở, từ đó suy ra tính ổn định của hệ thống vòng kín.

Hệ số tỉ lệ Kp ảnh hưởng trực tiếp đến đáp ứng nhanh của hệ thống. Tăng Kp thường làm cho hệ thống phản ứng nhanh hơn, nhưng đồng thời có thể làm tăng độ vọt lố và thậm chí gây ra mất ổn định nếu Kp quá lớn. Cần cân bằng giữa tốc độ đáp ứng và tính ổn định khi điều chỉnh Kp.

Học tăng cường là một lĩnh vực của học máy, có tiềm năng lớn trong điều khiển tự động. Nó cho phép thiết kế các bộ điều khiển có khả năng tự học và tối ưu hóa hành vi điều khiển thông qua thử và sai, dựa trên phần thưởng (reward) nhận được từ môi trường. Học tăng cường đặc biệt hữu ích trong các bài toán điều khiển phức tạp hoặc khi mô hình hệ thống không được biết rõ.

Thành phần tích phân trong bộ điều khiển PID có khả năng tích lũy sai số theo thời gian và tạo ra tín hiệu điều khiển để loại bỏ sai số xác lập (steady-state error). Điều này đảm bảo đầu ra của hệ thống tiến đến giá trị mong muốn một cách chính xác trong trạng thái xác lập.

Hệ thống điều khiển sự kiện rời rạc (DES) là một lớp hệ thống mà trạng thái thay đổi khi có các sự kiện xảy ra. Các sự kiện này không diễn ra liên tục theo thời gian mà là rời rạc. Ví dụ về DES bao gồm hệ thống sản xuất, hệ thống giao thông, và hệ thống mạng máy tính.

Hệ thống điều khiển dựa trên mạng sử dụng mạng truyền thông để kết nối các thành phần của hệ thống điều khiển (cảm biến, bộ điều khiển, bộ chấp hành). Sự trễ và mất gói tin trong mạng truyền thông là những thách thức lớn, có thể gây ra mất ổn định và suy giảm hiệu suất hệ thống. Việc thiết kế bộ điều khiển cho NCS cần phải xem xét đến các yếu tố này.

Hệ thống điều khiển thích nghi được thiết kế để tự động điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển (ví dụ: các hệ số PID) theo thời gian thực để thích ứng với sự thay đổi của hệ thống hoặc môi trường. Điều này giúp duy trì hiệu suất điều khiển ổn định và tối ưu ngay cả khi hệ thống hoạt động trong điều kiện không chắc chắn hoặc biến đổi.

Tuyến tính hóa là một kỹ thuật xấp xỉ mô hình phi tuyến bằng một mô hình tuyến tính trong một vùng hoạt động nhất định. Mục đích chính là để có thể áp dụng các phương pháp phân tích và thiết kế bộ điều khiển đã được phát triển rộng rãi cho hệ thống tuyến tính, giúp giải quyết bài toán điều khiển cho hệ thống phi tuyến một cách hiệu quả hơn.

Khử ghép kênh là một kỹ thuật trong điều khiển hệ thống MIMO nhằm giảm thiểu hoặc loại bỏ sự tương tác giữa các kênh. Mục tiêu là làm cho hệ thống hoạt động như một tập hợp các hệ thống SISO độc lập, giúp đơn giản hóa việc thiết kế và điều chỉnh bộ điều khiển cho từng kênh riêng lẻ.

Tính ổn định là một thuộc tính quan trọng, đảm bảo rằng hệ thống không trở nên mất kiểm soát hoặc dao động mạnh khi có tác động hoặc nhiễu. Một hệ thống ổn định sẽ trở về trạng thái cân bằng sau khi bị xáo trộn.

Lượng tử hóa là quá trình rời rạc hóa biên độ của tín hiệu, thường xảy ra trong bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC). Thay vì biểu diễn biên độ tín hiệu bằng một giá trị liên tục, nó được gán một giá trị gần đúng từ một tập hợp hữu hạn các mức rời rạc. Quá trình này có thể gây ra sai số lượng tử hóa.

Bộ điều khiển mờ sử dụng logic mờ để xử lý thông tin không chắc chắn và luật ngôn ngữ (dạng IF-THEN) để đưa ra quyết định điều khiển, dựa trên kinh nghiệm và kiến thức chuyên gia. Trái lại, bộ điều khiển PID dựa trên mô hình toán học của hệ thống và các tham số điều chỉnh được tính toán dựa trên mô hình đó.

Hệ thống điều khiển giám sát có cấu trúc phân cấp, trong đó tầng giám sát đóng vai trò quản lý và điều phối các bộ điều khiển cấp thấp hơn. Tầng giám sát thường thực hiện các chức năng như đặt điểm làm việc, thay đổi tham số điều khiển, quản lý sự kiện bất thường, và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống ở mức cao hơn.

Hệ thống vòng kín sử dụng phản hồi để liên tục so sánh đầu ra thực tế với giá trị mong muốn và điều chỉnh tín hiệu điều khiển. Điều này giúp hệ thống ít nhạy cảm hơn với các yếu tố bên ngoài và sự thay đổi bên trong hệ thống.

Điều khiển tối ưu hướng đến việc thiết kế bộ điều khiển không chỉ đáp ứng các yêu cầu cơ bản (như ổn định, theo dõi) mà còn tối ưu hóa một tiêu chí hiệu suất cụ thể, được biểu diễn bằng hàm mục tiêu. Hàm mục tiêu này có thể liên quan đến năng lượng tiêu thụ, thời gian đáp ứng, sai số, v.v.

MPC là một phương pháp điều khiển tiên tiến, đặc biệt mạnh mẽ trong việc xử lý các hệ thống có ràng buộc về đầu vào và đầu ra (ví dụ: giới hạn biên độ, tốc độ thay đổi). MPC sử dụng mô hình hệ thống để dự đoán hành vi tương lai và tối ưu hóa chuỗi tín hiệu điều khiển trong một khoảng thời gian dự báo, đồng thời tuân thủ các ràng buộc đã cho.