Báo cáo cuối kỳ (có kèm theo file mô phỏng thành công): Thiết kế bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển trực tiếp dùng lý thuyết ổn định Lyapunov

Bạn đang tìm kiếm một giải pháp hoàn hảo để thiết kế bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển trực tiếp dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov? Hãy xem ngay file báo cáo cuối kỳ "Thiết kế bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển trực tiếp dùng lý thuyết ổn định Lyapunov". Với nội dung chi tiết, có kèm theo file mô phỏng thành công, báo cáo này sẽ cung cấp cho bạn tất cả những kiến thức và hướng dẫn cần thiết để xây dựng các bộ điều khiển tiên tiến này. Bộ điều khiển mờ được thiết kế dựa trên logic mờ, cho phép xử lý các thông số không chính xác và không tuyến tính một cách hiệu quả. Trong khi đó, bộ điều khiển trực tiếp dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov sẽ đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao của hệ thống. Với sự kết hợp hoàn hảo của hai bộ điều khiển này, bạn sẽ có trong tay một giải pháp tối ưu để đáp ứng các yêu cầu khắt khe nhất.

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ……….

Môn học: Điều khiển thông minh

Báo cáo cuối kỳ

A.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ GIỮ CÂN BẰNG CHO HỆ CON LẮC NGƯỢC

1.Mô Hình Toán Học Hệ Con Lắc Ngược

Mô hình toán học của hệ con lắc ngược cho bởi các phương trình sau :

( M +m) ´x−ml (sinθθ ) ´ θ2+ml (cosθ) ´θ=u

Hai biểu thức được sử dụng để viết chương trình mô phỏng

2 Thiết kế bộ điều khiển mờ

- Chọn các biến vào /ra :

Chọn các thông số theo như sách “Điều Khiển Thông Minh“ đã trình bày :

- Chuẩn hóa tập cơ sở của biến vào /ra về miền [-1,1], do đó các ma trận

hệ số khuêch đại của các khối tiền xử lý và hậu xử lý như sau :

- Xây dựng mô hình điều khiển hệ con lắc ngược trong Matlab Simulink

- Xây dựng mô hình hệ xe con lắc ngược trong Simulink như hình 5.14 sách “Điều khiển thông minh “

tiền xử lý (K5)

thiết kế bộ điều khiển FUZZY

- Bên trong khối SUBSYSTEM sẽ biểu diễn hệ con lắc ngược như sau :

 Mô hình Simulink của khối SUBSYSTEM bao gồm :

để hồi tiếp về khối MUX

- Xây dựng bộ điều khiển FUZZY LOGIC CONTROLLER

Nhận xét về hệ con lắc ngược : Hệ có ngõ ra là các tập mờ dạng vạch

nên hệ có các giá trị ngõ ra cụ thể Do đó ta sẽ sử dụng quy tắc mờ SUGENO để thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống

Các bước để thiết kế bộ điều khiển FUZZY LOGIC CONTROLLER :

- Mở FUZZY để tiến hành thực hiện các bước thiết kế

Trong đó :

+ Khối input sẽ thực hiện viêc mờ hóa

+ Khối output sẽ thực hiện việc giải mờ

+ Khối SUGENO dùng để khai báo hệ các quy tắc mờ

- Thêm ngõ vào để đủ 4 biến ngõ vào

- Đặt tên cho các biến ngõ vào/ra và xây dựng các tập mờ như hình

+ Ngõ vào teta

+ Ngõ vào teta_dot

+ Ngõ vào x

+ Ngõ vào x_dot

+ Ngõ ra

- Sau đó ta tiến hành add các rule trong bảng 81 luật mờ

+ Chọn connection là and Sau đó tiến hành add các luật mờ

Sau khi đã nhập các tập ngờ ngoc vào/ra và add các luật mờ Thì ta tiến hành xuấtfile mờ ra để lưu như sau :

3 Chạy mô phỏng

- Sau k hi đã thiết kế xong mô hình con lắc ngược và bộ điều khiển

FUZZY thì ta tiến hành nhập các thông số hệ thống

Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

- Sau đó ta chạy file thông số

- Sau đó ta nháy đúp chuột vào khối FUZZY LOGIC CONTROLLER để truy xuất file FUZZY đã thiết kế vào giúp hệ thống hoạt động

- Tiếp theo bấm Run để hệ thống bắt đầu chạy :

Kết quả chạy mô phỏng :

- Các rule :

- Surface :

Kết luận chung :

- Hệ thống sẽ đạt trạng thái xác lập trong khoảng thời gian 6.5 (s)

- Hệ thống có xuất hiện vọt lố trong khoảng thời gian đầu tiên khi bắt đầu chạy mô phỏng

-Hệthống không xuất hiện sai số

- Hệ thống hoạt động khá tốt so với yêu cầu đề ra

B Thiết kế bộ điều khiển mờ trực tiếp dùng lý thuyết

ổn định Lyapunov

Thiết kế bộ điều khiển mờ giữ cân bằng hệ con lắc ngược dùng lý thuyết ổn địnhLyapunov, biết rằng góc lệch của con lắc quan hệ với lực điều khiển xe theophương trình vi phân sau:

´θ= ucosθ−( M +m) g (sinθθ)+ml (cosθsinθθ)´θ

Đặt x1 = θ và x2 = ´θ ta được phương trình trạng thái:

¿x1x2+x2ucos x1−( M + m) g(sin x1)+ml (cos x1sin x1)x2

thấy rằng u(t) chọn như sau sẽ thỏa mãn điều kiện ổn định:

Bảng: Các điểm đặc tỉnh thõa mãn điều kiện ổn định:

Hình: Hàm liên thuộc của các tập mờ

Ở hệ này ta có thể phân tích được: có 2 ngõ vào là x1 và x2 Ngõ ra đáp ứng là u.

Vì ngõ ra là các số cố định nên ta sẽ dùng quy tắc mờ Sugeno

Tại x1 ta có:

Tại x2 ta có:

Ngõ ra u:

Ta add các luật:

Khối Fuzzy ta add từ khối function membership làm ở trên:

Khối Phương trình trạng thái con lắc ngược là khối Matlab Function:

Kết quả mô phỏng:

Để kiểm chứng thêm em sẽ cho đầu vào là x1 = 0 và x2 = -1 và hệ vẫn ổn định tại x1

thành công