đi kèm file mô phỏng trên matlab
SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 FUZZY CONTROL AND NEURAL NETWORK Thiết kế điều khiển nhiệt độ cho phòng làm việc Cấu trúc mạch vòng điều khiển nhiệt độ phòng sau: + E Udk R Biến tần n Phòng - Cảm biến nhiệt độ Hình Cấu trúc tổng qt mạch vịng điều khiển nhiệt độ phịng Trong đó: : tín hiệu đặt điện áp khoảng 10(V) : tín hiệu phản hồi (V) E : sai lệch tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi -10 Udk : điện áp điều khiển biến tần n : tốc độ quay động : nhiệt độ phòng 10 (V) 10(V) 400 (vòng/phút) độ R : điều chỉnh Phòng đối tượng phi tuyến có quan hệ với tốc độ n phương trình: = SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Biến tần hệ số khuếch đại 40, thời gian trễ 1s có hàm truyền đạt : = Cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ phản hồi nhiệt độ quy đổi điện áp, có độ trễ nhỏ nên coi xấp xỉ khâu tỉ lệ có hàm truyền : = 0,2 Quan hệ tín hiệu đặt tín hiệu phi tuyến : + Nếu = => n=0 => = =50 + Nếu = => n= 13,6 => = = 44 + Nếu = => n= 92,3 => = = 26 + Nếu = 10 => n= 400 => = = 10 Yêu cầu đặt lúc phải thiết kế điều chỉnh R cho kích thích đầu vào thu đầu giá trị tương ứng.Phương pháp dùng điều khiển PID tuyến tính kinh điển áp dụng trường hợp nhiều hạn chế chí khơng thể điều khiển được, điều khiển mờ khắc phục hoàn toàn thiếu sót mà PID chưa làm ! Sau em xin trình bày phương pháp để thấy rõ khác biệt chúng chọn giải pháp tối ưu Bộ điều khiển PID SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Hình Mạch vịng điều chỉnh dùng PI với tham số Kp=20; Ki=49 Hình 3.Đáp ứng nhiệt độ =0 SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Từ đồ thị thấy đáp ứng nhiệt độ ổn định có lúc vượt xa giá trị định mức nhiều lần;thay đổi giá trị đặt khác giá trị Kp, Ki khác cho kết cực xấu Chứng tỏ điều chỉnh PID gần “bất lực” với đối tượng phi tuyến Bộ điều khiển mờ Nguyeân tắc tổng hợp điều khiển mờ hoàn toàn dựa vào phương pháp toán học sở định nghóa biến ngôn ngữ vào/ra lựa chọn luật điều khiển Do điều khiển mờ có khả xử lý giá trị vào/ra biểu diễn dạng dấu phẩy động với độ xác cao nên chúng hoàn toàn đáp ứng yêu cầu toán điều khiển “rõ ràng” “chính xác” Bộ điều khiển mờ hoạt động chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để thiết kế luật điều khiển, triển khai mệnh đề hợp thành xây dựng mô hình luật hợp thành Xác định biến ngôn ngữ vào/ra 2.1 Đầu vào ĐKM sai lệch E, đầu điện áp điều khiển biến tần E=[-10 ] Udk =[0 10] Hàm liên thuộc biến ngôn ngữ chọn sau: = [ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )] =[ 2.2 E ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )] Xây dựng luật hợp thành Udk 1 10 11 SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 2.3 Chọn luật hợp thành Max-Min 2.4 Giải mờ phương pháp trọng tâm 2.5 Mô Trên cửa sổ MATLAB đánh lệnh fuzzy thấy xuất cửa sổ FIS EDITOR sau tiến hành thiết kế ĐKM theo trình tự sau: Hình Giao diện FIS Chọn vùng sai lệch E Udk hình Hình Các vùng sai lệch E SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Hình Các vùng Udk Tạo luật điều khiển theo nguyên tắc hợp thành chọn phía Hình Luật hợp thành Cửa sổ Rule Viewer Surface thu sau: SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Hình Cửa sổ Rule Viewer Surface SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Tiến hành mơ MATLAB/SIMULINK Hình Mạch vịng điều chỉnh dùng điều khiển mờ Kết thu được: Hình 10 Đáp ứng nhiệt độ =0 SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Nếu đặt đầu vào = đáp ứng đầu = Hình 11 Đáp ứng nhiệt độ tức thời =1 Nếu đặt đầu vào = với steptime = 1s đáp ứng đầu đ sau khoảng thời gian tiến đến giá trị xác lập yêu cầu (do đối tượng có qn tính ) SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Hình 12 Đáp ứng nhiệt độ Nếu đặt đầu vào =6 = với steptime =1 đáp ứng đầu tiến đến giá trị xác lập SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Hình 13 Đáp ứng nhiệt độ Nếu đặt đầu vào = 10 đáp ứng đầu khoảng thời gian độ đ = 10 sau Vậy điều khiển mờ thiết kế hoàn toàn điều khiển nhiệt độ phòng theo ý muốn Thực tế đối tượng phịng ln chịu tác động phát sinh : nhiệt độ ngồi trời, độ ẩm khơng khí, phân bố nhiệt độ khơng đồng đều… Nên nhu cầu tất yếu đặt ĐK thiết kế phải điều khiển tốt nhiệt độ phòng theo ý muốn có nhiễu tác động Sau xét hệ mạch vịng điều khiển có nhiễu tác động đầu với nguồn nhiễu có cơng suất 0,01; thời gian trích mẫu 0,1 SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Hình 14 Mạch vịng điều chỉnh có nhiễu tác động Hình 15 Đáp ứng đầu có nhiễu = 10 SV : NGUYỄN TÀI TỈNH SHSV: 20092747 _LỚP: ĐK&TĐH5-K54 Với = 10 có nhiễu tác động đáp ứng đầu nhiệt độ không khác nhiều so với trường hợp lý tưởng khơng có nhiễu Nhiệt độ bám sát giá trị xác lập sau trình độ Với khác có nhiễu tác động, kết thu gần hoàn toàn giống trường hợp khơng có nhiễu KẾT LUẬN : Bộ điều khiển mờ thiết kế thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt trường hợp lý tưởng ( khơng có nhiễu ) lẫn trường hợp khơng lý tưởng ( có nhiễu tác động, ngồi thực tế ) ... Chọn luật hợp thành Max-Min 2.4 Giải mờ phương pháp trọng tâm 2.5 Mô Trên cửa sổ MATLAB đánh lệnh fuzzy thấy xuất cửa sổ FIS EDITOR sau tiến hành thiết kế ĐKM theo trình tự sau: Hình Giao diện FIS