Ứng dụng hệ mờ điều khiển hệ thống nâng từ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CÔNG THỊ PHƢƠNG THẢO Tên luận văn: ỨNG DỤNG HỆ MỜ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NÂNG TỪ TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Thái Nguyên – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng đƣợc hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ thầy giáo TS Nguyễn Hoài Nam, luận văn với đề tài “Ứng dụng hệ mờ điều khiển hệ thống nâng từ” đƣợc hoàn thành Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hƣớng dẫn TS Nguyễn Hoài Nam tận tình dẫn, giúp đỡ hoàn thành luận văn Các thầy cô giáo Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên quan tâm động viên, giúp đỡ suốt trình học tập để hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng hết sức, song điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế thân ít, đề tài tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày….tháng….năm 2015 Học viên Công Thị Phƣơng Thảo Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 11 Mục tiêu nghiên cứu 11 Dự kiến kết đạt đƣợc 12 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ MỜ 13 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 13 1.2 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TẬP MỜ 13 1.2.1 Định nghĩa tập mờ 13 1.2.2 Các phép toán tập mờ 15 1.2.2.1.Phần bù tập mờ 15 1.2.2.2 Hợp tập mờ 16 1.2.2.3.Giao tập mờ 17 1.2.2.4 Phép suy diễn mờ 18 1.3 CẤU TRÚC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 19 1.3.1 Sơ đồ khối điều khiển mờ 19 1.3.1.1 Mờ hoá 19 1.3.1.2 Khối luật hợp thành (khối thiết bị hợp thành) 20 1.3.1.3 Giải mờ 21 1.3.2 Phân loại điều khiển mờ 24 1.3.2.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh 25 1.3.2.2 Bộ điều khiển mờ động 26 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.3.3 Các bƣớc tổng hợp điều khiển mờ 27 CHƢƠNG II: MÔ HÌNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG NÂNG TỪ VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 29 2.1 MÔ HÌNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG NÂNG TỪ 29 2.1.1 Đặt vấn đề 29 2.1.2 Mô hình toán học 30 2.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 31 2.2.1.Thiết kế hệ mờ công cụ Fuzzy Matlab 32 2.2.2 Thiết kế điều khiển mờ sử dụng mô hình toán hệ thống nâng từ 37 2.2.2.1 Thiết kế điều khiển mờ tĩnh cho đối tƣợng 38 2.2.2.2 Thiết kế điều khiển mờ động cho đối tƣợng 41 2.2.2.3 So sánh điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ động 45 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG NÂNG TỪ 48 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NÂNG TỪ 48 3.2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC HỆ THỐNG NÂNG TỪ 48 3.2.1 Cuộn dây 49 3.2.2 Phần động 49 3.2.3 Thiết bị đo góc 49 3.2.4 Card Arduino 50 3.2.5 Cánh tay đòn 51 3.2.6.Mô hình thực hệ thống nâng từ 52 Chƣơng IV: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ 54 4.1 GIỚI THIỆU THƢ VIỆN ARDUINO TRONG SIMULINK 54 4.1.1 Khối Arduino IO Setup 54 4.1.2 Khối Real - Time Pacer 55 4.1.3 Khối Maglev Coil 56 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4.1.4 Khối thiết bị đo góc 58 4.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ 59 4.2.1 Thiết kế điều khiển mờ 60 4.2.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển mờ thời gian thực sử dụng Simulink 61 4.2.3 Kết điều khiển thực 62 4.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ 63 4.3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển PI thời gian thực sử dụng Simulink 63 4.3.2 Kết điều khiển sử dụng điều khiển PI 64 4.4 So sánh kết điều khiển thực sử dụng điều khiển mờ điều khiển PI 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hàm liên thuộc µA(x) có mức chuyển đổi tuyến tính 14 Hình 1.2: Tập bù A tập mờ A 15 Hình 1.3: Hợp hai tập mờ có tập X 17 Hình 1.4: Giao hai tập mờ có tập X 17 Hình 1.5: Cấu trúc điều khiển mờ 19 Hình 1.6: Mô tả hàm liên thuộc luật hợp thành 21 Hình 1.7: Phƣơng pháp giải mờ cực đại 23 Hình 1.8: Phƣơng pháp giải mờ trọng tâm 23 Hình 1.9: Các cấu trúc điều khiển mờ 25 Hình 1.10: Hệ điều khiển mờ động PI 27 Hình 1.11: Hệ điều khiển mờ PD 27 Hình 1.12: Hệ điều khiển mờ theo luật PID 27 Hình 1.13: Hệ thống điều khiển mờ PID 28 Hình 2.1: Mô hình hệ thống nâng từ đơn giản 31 Hình 2.2: Giao diện thiết kế mô hình mờ Mamdani 33 Hình 2.3: Giao diện tập mờ đầu vào 34 Hình 2.4: Giao diện tập mờ đầu 34 Hình 2.5: Giao diện soạn thảo đầu vào 35 Hình 2.6: Giao diện soạn thảo luật mờ 36 Hình 2.7: Đƣờng đặc tính 36 Hình 2.8: Giao diện mô trình hoạt động mờ 37 Hình 2.9: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu vào 39 Hình 2.10: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu 40 Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng mờ tĩnh 40 Hình 2.12: Tín hiệu đầu sử dụng điều khiển mờ tĩnh 41 Hình 2.13: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu vào khối mờ thứ 42 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 2.14: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu khối mờ thứ 42 Hình 2.15: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu vào khối mờ thứ hai 42 Hình 2.16: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu khối mờ thứ hai 43 Hình 2.17: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu vào khối mờ thứ 43 Hình 2.18: Các hàm liên thuộc tín hiệu đầu khối mờ thứ 44 Hình 2.19: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng mờ động 44 Hình 2.20: Tín hiệu đầu sử dụng điều khiển mờ động 45 Hình 3.1: Thiết bị đo góc 334 xung, kênh 49 Hình 3.2: Card Arduino UNO 50 Hình 3.3: Hệ thống điều khiển nâng từ 52 Hình 4.1: Khối Arduino IO Setup 54 Hình 4.2: Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO Setup 55 Hình 4.3: Khối Real - Time Pacer 55 Hình 4.4: Giao diện khối Real-Time Pacer 56 Hình 4.5: Khối Maglev Coil 56 Hình 4.6: Sơ đồ khối Voltage 57 Hình 4.7: Giao diện khối Analog Write 57 Hình 4.8: Sơ đồ khối Direction 58 Hình 4.9: Giao diện khối Digital Write 58 Hình 4.10: Khối thiết bị đo góc 58 Hình 4.11: Giao diện khối Encoder Read 59 Hình 4.12: Các hàm liên thuộc tín hiệu vào điều khiển mờ 60 Hình 4.13: Các hàm liên thuộc tín hiệu điều khiển mờ 61 Hình 4.14: Luật hợp thành mờ 61 Hình 4.15: Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng điều khiển mờ 62 Hình 4.16: Kết điều khiển sử dụng điều khiển mờ 62 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 4.17: Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng điều khiển PI 64 Hình 4.18: Kết điều khiển PI 64 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện với tiến khoa học kỹ thuật, mối quan tâm hàng đầu hầu hết quốc gia nghiên cứu, chế tạo dần thay hệ thống lạc hậu, lỗi thời hệ thống đại, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật mà hiệu suất làm việc nhƣ hiệu kinh tế cao Một nghiên cứu mang tính ứng dụng cao số nƣớc phát triển trào lƣu nghiên cứu đƣợc phát triển phạm vi toàn cầu nghiên cứu chế tạo hệ thống nâng từ Hệ thống nâng từ áp dụng phƣơng pháp nâng đối tƣợng mà hỗ trợ khác từ trƣờng Công nghệ nâng từ đƣợc đời vào năm 1839 với xuất định lý Earnshaw Hệ nâng vật từ trƣờng (Magnetic levitation system) hệ phi tuyến đƣợc ứng dụng nhiều kỹ thuật robot, phi thuyền không gian, đệm từ triệt tiêu ma sát ổ trục quay thay cho ổ đỡ khí truyền thống, phƣơng tiện giao thông chạy đệm từ với tốc độ cao, cách ly dao động phận máy móc với môi trƣờng bên Hệ thống nâng vật từ trƣờng nhƣ tàu đệm từ phƣơng tiện chuyên chở đƣợc nâng lên, dẫn lái đẩy tới lực từ lực điện từ Phƣơng pháp nhanh tiện nghi loại phƣơng tiện công cộng sử dụng bánh xe, giảm ma sát loại bỏ cấu trúc khí Tàu đệm từ đạt đến tốc độ ngang máy bay sử dụng động cánh quạt hay phản lực, tức khoảng 500 đến 580 km/h Hệ thống đƣợc số tác giả nghiên cứu điều khiển thành công với nhiều phƣơng pháp điều khiển phi tuyến Mặc dù nghiên cứu điều khiển phi tuyến có nhiều bƣớc tiến quan trọng, nhiên vấn đề trở nên phức tạp hệ phi tuyến có chứa thành phần không rõ làm tính ổn định hệ Các đặc tính không rõ xuất phát từ nguồn nhiễu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đầu vào, động học chƣa biết đối tƣợng, sai số mô hình thay tác động bên Để điều khiển ổn định hệ, phƣơng pháp thiết kế sử dụng hệ mờ nhằm loại bỏ tính bất định mô hình, từ tìm cách giảm trừ tác động thành phần để đạt chất lƣợng điều khiển tốt Khái niệm logic mờ đƣợc giáo sƣ L.A Zadeh đƣa lần năm 1965, trƣờng đại học Berkeley, bang California - Mỹ Từ lý thuyết mờ phát triển ứng dụng rộng rãi, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa Ƣu điểm kỹ thuật điều khiển mờ không cần biết trƣớc mô hình toán đối tƣợng cách xác, khác với kỹ thuật điều khiển kinh điển hoàn toàn dựa vào thông tin xác tuyệt đối mà nhiều ứng dụng không cần thiết có đƣợc Nó phƣơng pháp điều khiển thực hữu dụng đối tƣợng phức tạp mà ta chƣa biết rõ hàm truyền Logic mờ giải vấn đề mà điều khiển kinh điển không làm đƣợc Mặt khác, sử dụng điều khiển mờ khối lƣợng công việc thiết kế giảm nhiều không cần sử dụng mô hình đối tƣợng; toán có độ phức tạp cao giải pháp dùng điều khiển mờ cho phép giảm khối lƣợng tính toán Việc ứng dụng hệ mờ để điều khiển cho phép phát triển điều khiển thích nghi tham số chỉnh định trực tiếp trình hoạt động Trong công nghiệp, hệ mờ đƣợc nghiên cứu kết hợp với hệ PID kinh điển nhằm tận dụng ƣu điểm hai hệ thống, cho phép nâng cao chất lƣợng điều khiển Thực tế nay, phòng thí nghiệm nhà trƣờng thiếu mô hình ứng dụng hệ thống nâng từ để phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập nhƣ nghiên cứu sinh viên Việc thiết kế mô hình thực hệ thống nâng từ, nhƣ xây dựng mô hình toán học thay phƣơng pháp điều khiển kinh điển cách sử dụng hệ mờ không đơn giản Nhƣng Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 CHƢƠNG IV THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ 4.1 GIỚI THIỆU THƢ VIỆN ARDUINO TRONG SIMULINK Trong luận văn sử dung Simulink/Matlab để điều khiển thời gian thực thông qua card Arduino Simulink có tích hợp sẵn thƣ viện Arduino, việc lập trình Simulink đơn giản nhiều Ở phần tiếp theo, giới thiệu số khối đƣợc sử dụng thƣ viện Arduino, bao gồm: - Khối Arduino IO Setup - Khối Real - Time Pacer - Khối Maglev Coil - Khối Encoder Read Để điều khiển thời gian thực ta cần cài đặt tham số cho khối ghép nối với khối mờ file mô Simulink đƣợc 4.1.1 Khối Arduino IO Setup Hình 4.1: Khối Arduino IO Setup Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 Hình 4.2: Giao diện định nghĩa cho khối Arduino IO Setup Khối Arduino IO Setup: Trên giao diện Parameters sử dụng hai tham số: - Biến Arduino: Có nhiều biến Arduino, sử dụng biến Arduino1 cho hệ thống - Cổng nối tiếp Serial (COM) port : Do máy tính kết nối với Arduino thông qua cổng nối tiếp COM3, ta ph ải khai báo COM3 tham số Serial (COM) port 4.1.2 Khối Real - Time Pacer Hình 4.3: Khối Real - Time Pacer Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 Hình 4.4: Giao diện khối Real-Time Pacer Khối Real - Time Pacer: giao diện Parameters sử dụng tham số Speedup (Simulation Time / Real Time), tỉ số thời gian mô thời gian thực Để điều khiển thời gian thực, ta chọn Speedup 4.1.3 Khối Maglev Coil Hình 4.5: Khối Maglev Coil Khối Maglev Coil đƣa tín hiệu điều khiển từ máy tính chân số 5, Arduino Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 + Chân số tín hiệu Analog tƣơng tự Hình 4.6: Sơ đồ khối Voltage Hình 4.7: Giao diện khối Analog Write Khối Analog Write có tham số: - Chọn biến Arduino: Là Arduino1 - Pin: - Thời gian lấy mẫu Sample: Là 0,01 + Chân số tín hiệu xung PWM Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 Hình 4.8: Sơ đồ khối Direction Hình 4.9: Giao diện khối Digital Write Khối Digital Write có tham số: - Chọn biến Arduino: Là Arduino1 - Thời gian lấy mẫu Sample: Là 0,01 - Pin: 4.1.4 Khối thiết bị đo góc Hình 4.10: Khối thiết bị đo góc Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 Hình 4.11: Giao diện khối Encoder Read Khối Encoder Read có tham số: - Arduino Variable: Chọn Arduino1 - Encoder number: Chọn số - Pin A: Nối với chân số card Arduino - Pin B: Nối với chân số card Arduino - Thời gian lấy mẫu Ts = 0,05 (đƣợc định nghĩa cửa sổ lệnh) - Debounce delay: 4.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ Dựa kinh nghiệm thiết kế điều khiển mờ cho đối tƣợng mô hình toán hệ thống nâng từ chƣơng II, thiết kế điều Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 khiển mờ cho hệ thống nâng từ 4.2.1 Thiết kế điều khiển mờ Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ có số tập mờ vào/ra 7, để điều khiển đối tƣợng hệ thống nâng từ Hình 4.12: Các hàm liên thuộc tín hiệu vào điều khiển mờ Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 Hình 4.13: Các hàm liên thuộc tín hiệu điều khiển mờ Hình 4.14: Luật hợp thành mờ 4.2.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển mờ thời gian thực sử dụng Simulink Ta sử dụng điều khiển mờ thiết kế phần để điều khiển thời gian thực hệ thống nâng từ theo sơ đồ nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 Hình 4.15: Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng điều khiển mờ Trong sơ đồ: - Khối Set point: giá trị đặt - Khối Fuzzy Logic Controller: điều khiển mờ (đã đƣợc xây dựng phần trên) - Khối Maglev coil: đƣa tín hiệu điều khiển từ Arduino tới chân số chân số Hai chân điều khiển mạch cầu H, cung cấp điện áp cho cuộn dây dƣới dạng tín hiệu PWM - Khối Encoder khối Sensor gain cung cấp vị trí phần động - Khối Maglev Position: hiển thị vị trí phần động 4.2.3 Kết điều khiển sử dụng điều khiển mờ Với điều khiển mờ nhƣ trên, ta có kết điều khiển thực nhƣ sau: Hình 4.16: Kết điều khiển sử dụng điều khiển mờ Trong sơ đồ: - Đƣờng màu đỏ ứng với giá trị đặt Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 - Đƣờng màu xanh biểu diễn vị trí phần động sử dụng điều khiển mờ Ta thấy, với số lần dao động sau thời gian ngắn (1,05 giây) hệ thống đạt trạng thái cân Vị trí phần động bám sát với giá trị đặt Ta tạo nhiễu cách sử dụng tay tác động vào phần động để đẩy phần động khỏi vị trí cân Tuy nhiên, sau khoảng thời gian dao động nhỏ, phần động tự động trở vị trí cân Nhƣ vậy, tính ổn định hệ thống trình điều khiển cao 4.3 SO SÁNH CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ 4.3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển PI thời gian thực sử dụng Simulink Với đối tƣợng hệ thống nâng từ, nhƣng ta thay điều khiển mờ điều khiển PI theo sơ đồ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 Hình 4.17: Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng điều khiển PI Tham số điều khiển PI đƣợc xác định phƣơng pháp thực nghiệm, mô hình toán đủ xác hệ thống nâng từ đƣợc chế tạo phần chƣơng III Bằng phƣơng pháp thực nghiệm xác định đƣợc tham số PI nhƣ sau: KP = 2; KI = 0.014 4.3.2 Kết điều khiển sử dụng điều khiển PI Với điều khiển PI ta thu đƣợc kết nhƣ sau: Hình 4.18: Kết điều khiển PI Trong sơ đồ: - Đƣờng màu đỏ ứng với giá trị đặt - Đƣờng màu xanh biểu diễn vị trí phần động sử dụng điều khiển PI Ta nhận thấy, với số lần dao động nhiều sau thời gian 6,8 giây hệ thống đạt trạng thái cân Trong trình điều khiển, ta tạo nhiễu cách tác dụng lực vào phần động để đẩy phần động khỏi vị trí cân Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 Nhƣng phải khoảng thời gian định hệ thống tự động trở vị trí cân nhƣ cũ 4.3.3 So sánh kết điều khiển thực sử dụng điều khiển mờ điều khiển PI Từ kết điều khiển thực hệ thống nâng từ trƣờng hợp sử dụng điều khiển mờ điều khiển PI ta thấy: hệ thống nâng từ sử dụng điều khiển mờ có số lần dao động hơn, thời gian độ ngắn dễ dàng đạt trạng thái cân có nhiễu xuất Nhƣ vậy, điều khiển mờ có chất lƣợng tốt so với điều khiển PI Trong chƣơng IV, tiến hành thí nghiệm điều khiển hệ thống nâng từ thực điều khiển: mờ PI Kết thí nghiệm cho thây điều khiển mờ cho chất lƣợng tốt so với điều khiển PI Đồng thời, so sánh kết điều khiển thực với kết mô ta thấy điều khiển mờ điều khiển hệ thống thực đáp ứng đƣợc mục tiêu mà đặt là: điều khiển vị trí phần động giữ ổn định vị trí mong muốn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Đã thiết kế, chế tạo lắp ráp hoàn thiện (tự làm) mô hình hệ thống nâng từ trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên - Kết mô thực nghiệm chứng minh điều khiển mờ thiết kế đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ điều khiển cho hệ thống nâng từ, đƣa kết so sánh hệ thống điều khiển thực với mô hệ thống điều khiển Matlab Kiến nghị - Trong trình thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống nâng từ thực, để tiết kiệm chi phí sử dụng thiết bị đo góc kết hợp với cánh tay đòn để xác định vị trí phần động Tuy nhiên thực tế, xác định trực tiếp vị trí phần động cách sử dụng số loại cảm biến (sensor) đo vị trí khác, có độ xác cao, nhƣng giá thành đắt - Để nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ thống, xây dựng thêm mạch vòng phản hồi dòng điện phản hồi vận tốc - Trong nội dung nghiên cứu đề tài này, mục tiêu điều khiển hệ thống nâng từ theo phƣơng thẳng đứng Trong nội dung Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 nghiên cứu tiếp theo, mong muốn điều khiển hệ thống nâng từ theo nhiều phƣơng sử dụng nhiều phƣơng pháp điều khiển khác TÀI LIỆU THAM KHẢO *Tiếng Việt [1] TS Nguyễn Nhƣ Hiển TS Lại Khắc Lãi (2007), Hệ mờ nơron kỹ thuật điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội [2] Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [3] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phân tích điều khiển hệ phi tuyến, NXB Bách khoa, 2012 [4] Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB KH&KT, 2007 [5] Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển nâng cao, NXB KH&KT, 2007 [6] Nguyễn Doãn Phƣớc Phan Xuân Minh, Lý thuyết điều khiển phi tuyến, NXB KH&KT, 2003 [7] Phan Xuân Minh Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KHKT, 2006 * Tiếng Anh Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 [8] Lecture 19 MIT 8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002 [9] Diamagnetically stabilized magnet levitation (PDF) Retrieved on 201307-12 [10] Biacino L., Gerla G., Fuzzy logic, continuity and effectiveness, Archive for Mathematical Logic, 41, (2002), 643-667 * Intermet [11] http://en.m.wikipedia.org/wiki/Magnetic_levitation Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 [...]... bộ điều khiển mờ trong cơ sở lý thuyết về hệ mờ Trên cơ sở đó, chúng tôi sẽ ứng dụng để xây dựng hệ thống điều khiển cho đối tƣợng là hệ thống nâng từ bằng bộ điều khiển mờ sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng II và chƣơng IV Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 28 CHƢƠNG II MÔ HÌNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG NÂNG TỪ VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 2.1 MÔ HÌNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG NÂNG TỪ... thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu đƣợc công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành; nghiên cứu ứng dụng hệ mờ điều khiển hệ thống nâng từ - Nghiên cứu thực tiễn: + Tìm hiểu ứng dụng hệ mờ trong quá trình điều khiển hệ thống nâng từ + Tìm hiểu về hệ thống nâng từ trong thực tế + Mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống trên phần mềm Matlab Simulink... cứu ứng dụng hệ mờ để điều khiển hệ thống nâng từ một trục theo phƣơng thẳng ứng Để thực hiện được mục tiêu như thế thì cần phải tiến hành những nội dung sau: - Nghiên cứu về hệ mờ - Tìm hiểu về hệ thống nâng vật trong từ trƣờng - Ứng dụng hệ mờ để điều khiển hệ thống nâng từ - Tìm hiểu và sử dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng nhƣ Matlab Simulink để mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống - Xây... Chúng tôi xây dựng mô hình toán cho hệ thống nâng từ nhằm mục đích để thiết kế bộ điều khiển mờ và mô phỏng hệ thống điều khiển trƣớc khi đƣa bộ điều khiển mờ vào điều khiển thời gian thực cho hệ thống nâng từ 2.1.2 Mô hình toán học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 30 Hình 2.1: Mô hình hệ thống nâng từ đơn giản Mô hình hệ thống nâng từ đơn giản gồm 1 cuộn dây hoạt động... thành Mặt khác, một bộ điều khiển mờ có m đầu ra dễ dàng cài đặt thành m bộ điều khiển mờ chỉ có một đầu ra, vì vậy bộ điều khiển mờ MIMO chỉ có ý nghĩa về lý thuyết Trong thực tế khó dùng Theo bản chất của tín hiệu đƣa vào bộ điều khiển đƣợc phân thành: - Bộ điều khiển mờ tĩnh - Bộ điều khiển mờ động 1.3.2.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh Bộ điều khiển mờ tĩnh là bộ điều khiển mờ có quan hệ vào/ra có dạng y(x),... cho hệ thống nâng từ Đề tài sẽ đƣợc trình bày theo các nội dung sau: Chƣơng I: Cơ sở lý thuyết hệ mờ Chƣơng II: Mô hình toán của hệ thống nâng từ và thiết kế bộ điều khiển mờ Chƣơng III: Thiết kế, chế tạo hệ thống nâng từ Chƣơng IV: Thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống nâng từ Kết luận và kiến nghị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 CHƢƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ MỜ 1.1... thực cho hệ thống nâng từ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 - Xây dựng đƣợc lƣu đồ thuật toán và cấu trúc điều khiển của hệ thống điều khiển 4 Dự kiến các kết quả đạt đƣợc - Kết hợp với card arduino uno/mega để điều khiển hệ thống nâng từ một trục theo phƣơng thẳng ứng bằng hệ mờ - Xây dựng đƣợc mô hình thực của hệ thống nâng từ đơn giản - So sánh với bộ điều khiển PID... theo chúng tôi sẽ tiến hành thiết kế bộ điều khiển mờ để thử nghiệm xem bộ điều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 31 khiển mờ có điều khiển đƣợc hệ thống nâng từ hay không Trên cơ sở đó chúng tôi sẽ có kinh nghiệm thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống nâng từ thực 2.2.1.Thiết kế hệ mờ bằng công cụ Fuzzy trong Matlab Một bộ điều khiển mờ có thể đƣợc thiết kế v à m ô p h ỏ... này, bộ điều khiển mờ tĩnh sẽ trở thành bộ điều khiển mờ động Các bộ điều khiển mờ động hay đƣợc dùng là bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tích phân (PI), tỉ lệ vi phân (PD) và tỉ lệ vi tích phân (PID) Một bộ điều khiển mờ động tích phân I có thể thiết kế từ một bộ mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tĩnh) bằng cách mắc nối tiếp một khâu tích phân vào trƣớc khối mờ đó Do tính phi tuyến của hệ mờ, nên việc... phƣơng pháp giải mờ 1.3.2.2 Bộ điều khiển mờ động Bộ điều khiển mờ động là bộ điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới các đạo hàm và tích phân của sai lệch điều chỉnh Bộ điều khiển mờ tĩnh chỉ có khả năng xử lý các giá trị tín hiệu hiện thời Để mở rộng miền ứng dụng của chúng vào các bài toán điều khiển động, các khâu động học cần nối thêm vào bộ điều khiển mờ tĩnh, nhằm cung cấp thêm cho bộ điều khiển các giá ... hiểu ứng dụng hệ mờ trình điều khiển hệ thống nâng từ + Tìm hiểu hệ thống nâng từ thực tế + Mô trình làm việc hệ thống phần mềm Matlab Simulink + Chế tạo mô hình thực cho hệ thống nâng từ Đề... sở lý thuyết hệ mờ Chƣơng II: Mô hình toán hệ thống nâng từ thiết kế điều khiển mờ Chƣơng III: Thiết kế, chế tạo hệ thống nâng từ Chƣơng IV: Thiết kế điều khiển mờ cho hệ thống nâng từ Kết luận... CỦA HỆ THỐNG NÂNG TỪ VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 2.1 MÔ HÌNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG NÂNG TỪ 2.1.1 Đặt vấn đề Để thuận tiện cho việc mô trình điều khiển hệ thống nâng từ matlab trƣớc sử dụng hệ mờ