MÔN HỌC NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Đề tài Nhận dạng cho bồn nước đơn và sử dụng giải thuật Fuzzy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO CUỐI KỲ MÔN HỌC: NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Đề tài: Nhận dạng cho bồn nước đơn sử dụng giải thuật Fuzzy GVHD: TS Vũ Văn Phong SV thực hiện: Phan Anh Duy MSSV: 19151106 Lương Minh Đạt MSSV: 19151 Lớp: Tối thứ (Tiết 13-15) Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6, năm 2022 Giới thiệu đề tài Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vượt bậc ngày có đóng góp to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Nó góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại thâm nhập rộng rãi vào lĩnh vực hoạt động sản xuất, kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến hệ thống máy tính cá nhân, từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Mơ hình bồn nước đơn sử dụng thí nghiệm điều khiển hầu hết trường đại học kỹ thuật mơ hình dễ xây dựng ví dụ điển hình kỹ thuật điều khiển Hệ thống bồn nước đơn hệ phi tuyến khó điều khiển số ứng dụng thực tế đòi hỏi mực chất lỏng bồn phải kiểm soát mức định Vấn đề kiểm soát mực chất lỏng vị trí xác định đặt cho ổn định Chính từ hình thành phương pháp điều khiển kiểm soát mực nước bồn chứa Phương pháp mơ hình hóa đối tượng hệ thống Fuzzy có nhiều ưu điểm thơng dụng cơng nghiệp, khơng cần biết rõ cấu trúc hệ thống mà điều khiển dựa số liệu, kinh nghiệm thực tế 1 Mơ hình đối tượng hệ bồn nước đơn Ta có u(t ) điện áp cấp cho máy bơm q¿ lượng nước vào bồn q out lượng nước chảy khỏi bồn h chiều cao bồn nước Dựa vào mơ hình ta có: ˙ )=Qin ( t ) −Qout ( t ) A(h) h(t Trong đó: Qin ( t ) =k U ( t ) Qout ( t ) =C D a √ gh(t ) Thêm vào tiết diện bồn: A ( h)= A max− A h ( t ) + Amin h max (1) Phương trình vi phân : h˙ ( t )= (ku ( t )−C D a √ gh(t ))(2) A (h) Từ (1) (2) ta có cơng thức hệ bồn đơn: h˙ ( t )= k u ( t )−C D a √ gh(t ) A max −A h ( t ) + A hmax h˙ ( t ) Biến trạng thái thể thay đổi mực nước theo thời gian cm h( t) Độ cao mực nước theo thời gian cm u(t ) Điện áp cấp cho máy bơm 0-12V A(h) Tiết diện ngang bồn nước cm h max Độ cao cực đại bồn nước cm Amax , A Tiết diện ngang cực đại cực tiểu bồn nước cm k Hệ số tỷ lệ với công suất máy bơm cm /sec a Tiết diện van xả cm g Gia tốc trọng trường cm/ sec CD Hệ số xả   2 Ta chọn thông số cho sau: h max 50 cm Amax 200 cm Amin 100 cm CD 0.6 a cm g 981 cm/sec k 300 cm / sec h_init 10 cm 2 Mơ hình bồn nước đơn mơ Matlab Simulink: Các khối bên hệ: Sử dụng tool Identification Matlab để nhận dạng - Dùng khối To workspace Simulink để xuất dễ liệu sang Workspace Matlab - Xuất liệu cách nhập lệnh out.x out.y sau mở tool identification - Import data vào để tool nhận dạng Ta thu hàm truyền sau: - Hệ thống nhận dạng có dạng: - Kết so sánh mơ hình gốc mơ hình nhận dạng - Sai số mơ hình khoảng nhỏ -0.006469: Thiết kế điều khiển Fuzzy cho hệ bồn đơn Mục tiêu cần đặt ra:  Thời gian xác lập: t xl ≤ s  Sai số với điểm đặt: e max < 0.5 cm  Độ vọt lố: POT ≤ %  Ta chọn đầu vào dạng mực nước: Các trạng Dạng thái hình Thấp Hình Dải giá trị [-20 -10 10] thang Vừa1 Tam giác [0 10 20] Vừa4 Tam giác [10 20 30] Vừa2 Tam giác [20 30 40] Vừa5 Tam giác [30 40 50] Vừa3 Tam giác [40 50 60] Cao Hình [50 60 70 80] thang - Đầu vào với dạng điện áp cấp vào Các trạng thái Dải giá trị(linear) Thấp [0 0.3111] Vừa (1) [0.3111 0.4] Vừa (2) [0.4 0.6] Vừa (3) [0.6 0.7] Vừa (4) 0.56 Vừa (5) 0.626 Cao [0.7 0.8] Cuối ta có mơ hình điều khiển sau:  So sánh hệ chưa có điều khiển có điều khiển Fuzzy mức điều khiển 35 cm Chưa có điều khiển Kết luận: Ta thấy chưa có điều khiển bồn đơn chưa đạt giá trị xác lập mong muốn (35cm) nhiên có điều khiển làm cho bồn đạt giá trị mong muốn nhiên điều khiển thời gian xác lập cao hơn, có xảy sai số khoảng cho phép, hệ không vọt lố  ... hình bồn nước đơn sử dụng thí nghiệm điều khiển hầu hết trường đại học kỹ thuật mơ hình dễ xây dựng ví dụ điển hình kỹ thuật điều khiển Hệ thống bồn nước đơn hệ phi tuyến khó điều khiển số ứng dụng. .. 0.8] Cuối ta có mơ hình điều khiển sau:  So sánh hệ chưa có điều khiển có điều khiển Fuzzy mức điều khiển 35 cm Chưa có điều khiển Kết luận: Ta thấy chưa có điều khiển bồn đơn chưa đạt giá trị... data vào để tool nhận dạng Ta thu hàm truyền sau: - Hệ thống nhận dạng có dạng: - Kết so sánh mơ hình gốc mơ hình nhận dạng - Sai số mơ hình khoảng nhỏ -0.006469: Thiết kế điều khiển Fuzzy cho hệ