Điều khiển trượt (SMC) là một bộ điều khiển phi tuyến thuộc nhóm các bộ điều khiển không liên tục VSC (Variable Structure Controller). Lý thuyết điều khiển trượt cơ bản cho hệ thống phi tuyến đã được trình bày trong nhiều tài liệu điển hình như [1]–[3]. Một nghiên cứu tổng hợp về ứng dụng kỹ thuật điều khiển trượt vào lĩnh vực tay máy robot đã được giới thiệu trong bài báo [4]. Từ đó đến nay, cách tiếp cận điều khiển trượt cho hệ thống phi tuyến (trong đó bao gồm cả robot) ngày càng được phát triển và mở rộng kết hợp với các kỹ thuật khác như: điều khiển mờ [5], [6], mạng nơron [7], [8], thích nghi [9], [10], mờ-thích nghi [11], nơron-thích nghi [12]. Trong điều khiển trượt thì việc chọn mặt trượt và điều kiện trượt để đưa hệ thống tiến tới mặt trượt và ổn định ở đó là rất quan trọng. Cách chọn mặt trượt, điều kiện trượt truyền thống đã được trình bày ở [1], [13] cũng như nhiều tài liệu khác. Dựa vào đó, đã có những nghiên cứu tìm cách đề xuất đơn giản hóa mặt trượt như [14], hay sử dụng mặt trượt có dạng mũ phân thức [15]. Hiện tượng rung trong hệ thống điều khiển trượt được mô tả là hiện tượng xuất hiện các dao động có tần số và biên độ hữu hạn trong hệ thống điều khiển. Nguyên nhân chính là do tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển trượt biến đổi đột ngột một cách không liên tục với tần số cao vì có chứa hàm xác định dấu. Nhằm hạn chế hiện tượng rung xuất hiện trong hệ thống điều khiển trượt, cách thường dùng là thay thế hàm xác định dấu bằng hàm tỉ lệ bão hòa sat hoặc hàm atan cho biến mặt trượt. Tuy nhiên, việc sử dụng các hàm này có nhược điểm là chỉ đảm bảo biến trượt tiến về một vùng lân cận mặt trượt chứ không hội tụ trên mặt trượt trong khoảng thời gian hữu hạn [1]–[3]. Bên cạnh đó, cũng có một số đề xuất khác như: Dùng cấu trúc điều khiển trượt bậc cao nhằm hạn chế rung [16], hay mô hình bậc hai để loại bỏ thành phần không liên tục trong tín hiệu điều khiển [17], [18], hoặc xem xét hệ số khuếch đại trong điều kiện trượt là một hàm của biến mặt trượt [19].

Mục tiêu của nghiên cứu được trình bày trong bài báo này là cố gắng làm giảm độ rung xuống mức mong muốn đồng thời vẫn đảm bảo thời gian quá độ theo yêu cầu, thậm chí có thể làm tăng tốc độ hội tụ của hệ thống. Do đó, bài báo đề xuất sử dụng một điều kiện trượt có hệ số khuếch đại biến thiên theo dạng hàm mũ. Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển trượt sẽ tăng-giảm theo độ lớn của biến mặt trượt. Trong giai đoạn tiến tới mặt trượt thì hệ số khuếch đại sẽ có giá trị lớn để tăng cường tín hiệu điều khiển nhằm đưa hệ thống nhanh chóng đạt tới mặt trượt. Trong giai đoạn trên mặt trượt thì hệ số khuếch đại sẽ được giảm xuống một cách phù hợp chỉ để duy trì hệ thống ở trên mặt trượt với mức độ rung đủ nhỏ. Chất lượng của bộ điều khiển trượt sử dụng hệ số khuếch đại dạng hàm mũ được kiểm chứng thông qua việc áp dụng cho robot ABB IRB 120.

Qua quá trình nghiên cứu có thể kết luận: nghiên cứu đã cung cấp một cách tiếp cận thiết kế bộ điều khiển trượt sử dụng hệ số khuếch đại dạng hàm mũ theo biến trượt trong điều kiện trượt. Bằng cách này, tốc độ tiến tới mặt trượt đã được cải thiện dẫn đến thời gian ổn định của toàn hệ diễn ra nhanh hơn. Thêm vào đó, tín hiệu điều khiển lại được giảm về duy trì ở giá trị nhỏ trong quá trình trượt trên mặt trượt, nên hiện tượng rung đã được giảm hơn so với dùng bộ điều khiển trượt cơ bản có hệ số khuếch đại hằng. Bộ điều khiển trượt sử dụng hệ số khuếch đại dạng hàm mũ đã cho thấy chất lượng tốt khi áp dụng cho robot IRB 120 thông qua các mô phỏng số. Kết quả này góp phần cải thiện chất lượng của các hệ thống đang sử dụng điều khiển trượt và làm tăng khả năng áp dụng điều khiển trượt cho các đối tượng phi tuyến khác. Trong nghiên cứu này, việc định lượng mức độ rung được giảm theo phần trăm chưa được đề cập. Bên cạnh đó, khi áp dụng vào thực tế cho robot thì cần bổ sung khả năng kháng nhiễu và tính bất định trong tham số của mô hình robot cũng như các khó khăn khác. Đó là những hạn chế của bài báo và cũng là định hướng để tác giả phát triển hoàn thiện thuật toán điều khiển trượt trong nghiên cứu tiếp theo.

nhahuy (TH)