Xin cam đoan : Đề tài “Điều khiển mờ thích nghi hệ nâng vật trong từ trường” do thầy giáo, TS. Đồng Văn Hướng hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Tác giả xin cam đoan tất cả nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học và trước pháp luật
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo NGUYỄN HỮU TUYỀN ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI HỆ NÂNG VẬT TRONG TỪ TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH 12 - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo NGUYỄN HỮU TUYỀN ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI HỆ NÂNG VẬT TRONG TỪ TRƯỜNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỒNG VĂN HƯỚNG TP HỒ CHÍ MINH 12 - 2012 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT I CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi tên : Nguyễn Hữu Tuyền Sinh ngày: 29 - 02- 1982 Học viên lớp cao học 2007 ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa – Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải TP Hồ Chí Minh Hiện cơng tác Khoa Điện – Điện tử – Trường Cao Đẳng Nghề Tiền Giang Xin cam đoan : Đề tài “Điều khiển mờ thích nghi hệ nâng vật từ trường” thầy giáo, TS Đồng Văn Hướng hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học trước pháp luật TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Tuyền LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT II LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: - Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, phịng Khoa Học Cơng Nghệ hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi để Tơi hồn thành tập luận văn - Tồn thể q Thầy Cơ Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy Tơi suốt thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh năm học qua - Thầy TS Đồng Văn Hướng, người thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt, giúp đỡ động viên Tôi suốt thời gian qua để Tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp - Ban Giám Hiệu, Thầy, Cô quý đồng nghiệp Trường Cao Đẳng Nghề Tiền Giang tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho Tơi nhiều q trình học tập, cơng tác suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp - Xin cảm ơn tất người thân gia đình giúp đỡ hỗ trợ Tôi bước đường học tập nghiên cứu Trân trọng kính chào! TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Người thực Nguyễn Hữu Tuyền LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT III MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nội dung, mục tiêu – nhiệm vụ đề tài 1.2.1 Nội dung 1.2.2 Mục tiêu – nhiệm vụ đề tài .3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điều khiển trượt 2.1.1 Điều khiển trượt bám 2.1.2 Điều khiển trượt ổn định hóa 2.2 Điều khiển mờ 2.2.1 Tập mờ 2.2.2 Hàm liên thuộc 2.2.3 Biến ngôn ngữ 10 2.2.4 Các phép toán tập mờ 11 2.2.5 Tính chất phép tốn tập mờ 13 2.2.6 Bộ điều khiển mờ 14 2.3 Bộ điều khiển mờ trượt 20 2.4 Điều khiển mờ thích nghi 23 2.4.1 Hồi tiếp tuyến tính hóa hệ phi tuyến 23 2.4.2 Điều khiển mờ thích nghi gián tiếp 27 2.4.3 Trình tự thiết kế điều khiển IAC 30 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐỐI TƯỢNG 34 3.1 Hệ maglev 34 3.2 Phương trình mơ tả hệ thống 34 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT IV CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HỆ NÂNG VẬT TRONG TỪ TRƯỜNG 37 4.1 Ổn định hóa hệ thống phương pháp điều khiển trượt 37 4.1.1 Mặt trượt tín hiệu điều khiển 37 4.1.2 Mô hệ thống điều khiển trượt 39 4.2 Ổn định hóa hệ thống phương pháp điều khiển trượt 61 4.2.1 Thay hàm Sign khâu xử lí mờ 61 4.2.2 Mô hệ thống mờ trượt 62 4.3 Ổn định hóa hệ thống phương pháp mờ thích nghi 83 4.3.1 Xây dựng điều khiển mờ thích nghi gián tiếp 83 4.3.2 Mô hệ thống điều khiển mờ thích nghi 86 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 108 5.1 Đánh giá kết 108 5.2 Kết luận 109 5.3 Hướng phát triển đề tài 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Xe điện chạy đệm từ trường Hình 1.2 Giữ phi thuyền thoi Hình 2.1 Hàm signum Hình 2.2 Hàm saturation Hình 2.3 Hàm Hình 2.4 Miền tin cậy, miền xác định, biên độ cao tập mờ Hình 2.5 Các dạng hàm liên thuộc 10 Hình 2.6 Biến ngơn ngữ 11 Hình 2.7 Giao hai tập mờ 11 Hình 2.8 Hợp hai tập mờ 12 Hình 2.9 Bù hai tập mờ 13 Hình 2.10 Sơ đồ khối điều khiển mờ 14 Hình 2.11 Bộ điều khiển mờ dạng MISO 15 Hình 2.12 Phương pháp giải mờ theo độ cao 15 Hình 2.13 Phương pháp giải mờ trung bình cực đại 16 Hình 2.14 Phương pháp giải mờ cận trái/phải cực đại 17 Hình 2.15 Phương pháp giải mờ trọng tâm 17 Hình 2.16 Phương pháp giải mờ trung bình trọng số 18 Hình 2.17 Phương pháp giải mờ trọng tâm tổng 18 Hình 2.18 Nguyên lý điều khiển mờ 19 Hình 2.19 Bộ điều khiển trượt ngõ vào 21 Hình 2.20 Bộ điều khiển trượt ngõ vào 21 Hình 2.21 Dạng hàm thuộc Gausian 23 Hình 2.22 Hệ thống điều khiển mờ thích nghi 32 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ nâng vật từ trường 34 Hình 3.2 Hệ nâng vật từ trường 35 Hình 4.1 Sơ đồ simulink điều khiển trượt hệ thống nâng vật từ trường 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VI Hình 4.2 Sơ đồ simulink điều khiển trượt 40 Hình 4.3 Sơ đồ simulink khối Sign 41 Hình 4.4 Sơ đồ simulink hàm f(x) 41 Hình 4.5 Sơ đồ simulink hàm g(x) 41 Hình 4.6 Sơ đồ simulink khối hệ nâng vật từ trường 42 Hình 4.7 Vị trí viên bi tín hiệu đặt số 42 Hình 4.8 Điện áp điều khiển tín hiệu đặt số 43 Hình 4.9 Mặt trượt S tín hiệu đặt số 43 Hình 4.10 Vị trí viên bi tín hiệu đặt thay đổi 44 Hình 4.11 Điện áp điều khiển tín hiệu đặt thay đổi 44 Hình 4.12 Mặt trượt S tín hiệu đặt thay đổi 44 Hình 4.13 Vị trí viên bi khối lượng bi tăng 10% 45 Hình 4.14 Điện áp điều khiển khối lượng bi tăng 10% 45 Hình 4.15 Mặt trượt S khối lượng hịn bi tăng 10% 46 Hình 4.16 Vị trí viên bi khối lượng hịn bi tăng 20% 46 Hình 4.17 Điện áp điều khiển khối lượng bi tăng 20% 46 Hình 4.18 Mặt trượt S khối lượng bi tăng 20% 47 Hình 4.19 Vị trí viên bi khối lượng bi tăng 30% 47 Hình 4.20 Điện áp điều khiển khối lượng bi tăng 30% 47 Hình 4.21 Mặt trượt S khối lượng hịn bi tăng 30% 48 Hình 4.22 Vị trí viên bi khối lượng hịn bi giảm 10% 48 Hình 4.23 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 10% 48 Hình 4.24 Mặt trượt S khối lượng bi giảm 10% 49 Hình 4.25 Vị trí viên bi khối lượng bi giảm 20% 49 Hình 4.26 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 20% 49 Hình 4.27 Mặt trượt S khối lượng hịn bi giảm 20% 50 Hình 4.28 Vị trí viên bi khối lượng hịn bi giảm 30% 50 Hình 4.29 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 30% 50 Hình 4.30 Mặt trượt S khối lượng bi giảm 30% 51 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VII Hình 4.31 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây tăng 10% 51 Hình 4.32 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây tăng 10% 52 Hình 4.33 Mặt trượt S điện trở cuộn dây tăng 10% 52 Hình 4.34 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây tăng 20% 52 Hình 4.35 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây tăng 20% 53 Hình 4.36 Mặt trượt S điện trở cuộn dây tăng 20% 53 Hình 4.37 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây tăng 30% 53 Hình 4.38 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây tăng 30% 54 Hình 4.39 Mặt trượt S điện trở cuộn dây tăng 30% 54 Hình 4.40 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây giảm 10% 54 Hình 4.41 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây giảm 10% 55 Hình 4.42 Mặt trượt S điện trở cuộn dây giảm 10% 55 Hình 4.43 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây giảm 20% 55 Hình 4.44 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây giảm 20% 56 Hình 4.45 Mặt trượt S điện trở cuộn dây giảm 20% 56 Hình 4.46 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây giảm 30% 56 Hình 4.47 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây giảm 30% 57 Hình 4.48 Mặt trượt S điện trở cuộn dây giảm 30% 57 Hình 4.49 Vị trí viên bi nhiễu có biên độ 0.001 58 Hình 4.50 Điện áp điều khiển nhiễu có biên độ 0.001 58 Hình 4.51 Mặt trượt S nhiễu có biên độ 0.001 58 Hình 4.52 Vị trí viên bi nhiễu có biên độ 0.005 59 Hình 4.53 Điện áp điều khiển nhiễu có biên độ 0.005 59 Hình 4.54 Mặt trượt S nhiễu có biên độ 0.005 59 Hình 4.55 Vị trí viên bi nhiễu có biên độ 0.01 60 Hình 4.56 Điện áp điều khiển nhiễu có biên độ 0.01 60 Hình 4.57 Mặt trượt S nhiễu có biên độ 0.01 60 Hình 4.58 Mờ hố mặt trượt S với hàm thuộc dạng Gauss 61 Hình 4.59 Sơ đồ Simulink điều khiển mờ trượt hệ nâng vật từ trường 63 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIII Hình 4.60 Sơ đồ Simulink khối điều khiển mờ trượt 63 Hình 4.61 Sơ đồ Simulink mặt trượt 64 Hình 4.62 Sơ đồ Simulink khối mờ cho mặt trượt 64 Hình 4.63 Vị trí viên bi tín hiệu đặt số 65 Hình 4.64 Điện áp điều khiển tín hiệu đặt số 65 Hình 4.65 Mặt trượt S tín hiệu đặt số 65 Hình 4.66 Vị trí viên bi tín hiệu đặt thay đổi 66 Hình 4.67 Điện áp điều khiển tín hiệu đặt thay đổi 66 Hình 4.68 Mặt trượt S tín hiệu đặt thay đổi 67 Hình 4.69 Vị trí viên bi khối lượng hịn bi tăng 10% 67 Hình 4.70 Điện áp điều khiển khối lượng bi tăng 10% 68 Hình 4.71 Mặt trượt S khối lượng bi tăng 10% 68 Hình 4.72 Vị trí viên bi khối lượng bi tăng 20% 68 Hình 4.73 Điện áp điều khiển khối lượng bi tăng 20% 69 Hình 4.74 Mặt trượt S khối lượng hịn bi tăng 20% 69 Hình 4.75 Vị trí viên bi khối lượng hịn bi tăng 30% 69 Hình 4.76 Điện áp điều khiển khối lượng bi tăng 30% 70 Hình 4.77 Mặt trượt S khối lượng bi tăng 30% 70 Hình 4.78 Vị trí viên bi khối lượng bi giảm 10% 70 Hình 4.79 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 10% 71 Hình 4.80 Mặt trượt S khối lượng hịn bi giảm 10% 71 Hình 4.81 Vị trí viên bi khối lượng hịn bi giảm 20% 71 Hình 4.82 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 20% 72 Hình 4.83 Mặt trượt S khối lượng bi giảm 20% 72 Hình 4.84 Vị trí viên bi khối lượng bi giảm 30% 72 Hình 4.85 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 30% 73 Hình 4.86 Mặt trượt S khối lượng bi giảm 30% 73 Hình 4.87 Vị trí viên bi điện trở cuộn dây tăng 10% 74 Hình 4.88 Điện áp điều khiển điện trở cuộn dây tăng 10% 74 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 97 Dong dien (A) 10 Bien 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Thoi gian(s) 0.7 0.8 0.9 Hình 4.142 Dòng điện điều khiển khối lượng bi giảm 30% Dien ap (V) Bien 150 100 50 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Thoi gian(s) 0.7 0.8 0.9 Hình 4.143 Điện áp điều khiển khối lượng bi giảm 30% Nhận xét: - Bộ điều khiển cho đáp ứng tốt khối lượng viên bi thay đổi - Thời gian đáp ứng tốt (