báo cáo bài tập lớn lý thuyết điều khiển mờ

Đây là báo cáo bài tập lớn môn Điều khiển mờ. về slide thuyết trình bạn có thể xem và tải tài liệu có tên Slide thuyết trình lý thuyết điều khiển mờ. của mình ở link sau: (link sẽ update sau khi tài liệu kia được duyệt). Phần báo cáo này đã được thầy giáo duyệt và được 9 điểm. cảm ơn đã xem tài liệu của mình...

Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - - BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN MỜ Nhóm PHẠM VĂN CƯỜNG Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Tự động hóa – K8 – HaUI Lớp: Hà Nội 5/2016 Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Môc Lôc Phần LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ LOGIC MỜ VÀ CÁC PHÉP TOÁN VỀ MỜ 2.1 Khái niệm logic mờ 2.2 Độ cao, miền xác định miền tin cậy tập mờ 2.3 Các phép toán tập mờ BIẾN NGÔN NGỮ 10 HỆ SUY DIỄN MỜ 11 4.1 Kiến trúc hệ suy diễn mờ 11 4.2 Các bước suy diễn mờ .12 LUẬT HỢP THÀNH MỜ 13 5.1 Mệnh đề hợp thành 13 5.2 Luật hợp thành mờ 13 GIẢI MỜ 14 6.1 Phương pháp cực đại .14 6.2 Phương pháp trọng tâm 15 THẾ NÀO LÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 16 MÔ HÌNH MỜ 17 8.1 Mô hình tam giác 17 8.2 Mô hình hình thang 17 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN 18 10 CÁC BƯỚC XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO PHƯƠNG PHÁP KINH ĐIỂN 19 11 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 20 11.1 Các bước thiế kế điều khiển mờ 20 11.2 Nguyên tắc thiết kế điều khiển mờ 20 12 HỆ MỜ LAI 20 12.1 Khái quát chung 20 12.2 Hệ mờ lai không thích nghi có điều khiển kinh điển 21 12.3 Hệ mờ lai cascade .21 12.4 Công tắc mờ 21 Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI 12.5 Ví dụ minh họa 22 13 MỜ THÍCH NGHI 24 13.1 Khái quát chung 24 13.2 Các phương pháp điều khiển mờ thích nghi 24 13.3 Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc 25 13.4 Bộ điều khiển mờ có mô hình theo dõi 25 14 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO LUẬT PID 26 14.1 Bộ điều khiển theo luật I 27 14.2 Bộ điều khiển theo luật PD .28 14.3 Bộ điều khiển theo luật PI .28 Phần 30 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ 30 GIỚI THIỆU 31 CẤU TRÚC HỆ THỐNG 31 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 32 3.1 Xác định biến ngôn ngữ vào 32 3.2 Xây dựng luật hợp thành: .33 3.3 Mô .33 KẾT LUẬN 38 Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Lời nói đầu Vào năm đầu thập kỷ 90, chuyên ngành điều khiển mờ phát triển mạnh mẽ đem lại nhiều thành tựu bất ngờ lĩnh vực điều khiển Ưu điểm điều khiển mờ so với phương pháp điều khiển kinh điển tổng hợp điều khiển mà không cần biết trước đặc tính đối tượng cách xác Ngành kỹ thuật mẻ này, Zahde định hướng cho vào năm 1965, có nhiệm vụ chuyển giao nguyên tắc xử lý thông tin, điều khiển hệ sinh học sang hệ kỹ thuật Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển hoàn toàn dựa vào xác tuyệt đối thông tin mà nhiều ứng dụng không cần thiết có được, điều khiển mờ cần xử lý thông tin “không xác” hay không đầy đủ, thông tin mà xác nhận thấy quan hệ chúng với mô tả ngôn ngữ, cho định xác Chính khả làm cho điều khiển mờ chụp phương thức xử lý thông tin điều khiển người, giải thành công toán điều khiển phức tạp, toán mà trước không giải đưa lên vị trí xứng đáng kỹ thuật điều khiển hôm tương lai mai sau Điều khiển mờ hay gọi điều khiển thông minh bước ứng dụng ban đầu trí tuệ nhân tạo kỹ thuật điều khiển Bài tập lớn gồm phần: - Phần 1: Lý thuyết điều khiển mờ - Phần 2: Ứng dụng điều khiển mở với toán xác định Trong trình thực tập, nhóm chúng em nhiều lỗi sai chưa hợp lý Chúng em mong nhận hướng dẫn chỉnh sửa thầy cô giáo để tập lớn chúng em hoàn thiện, đầy đủ xác Chúng em chân thành cảm ơn thầy cô Sinh viên làm đề tài Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Phần LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ Logic mờ công bố lần Mỹ vào năm 1965 giáo sư Lotfi Zadeh Kể từ đó, logic mờ có nhiều phát triển qua chặng đường sau : phát minh Mỹ, áp dụng Châu Âu đưa vào sản phẩm thương mại Nhật Ứng dụng logic mờ vào công nghiệp thực Châu Âu, khoảng sau năm 1970 Tại trường Queen Mary Luân Đôn – Anh, Ebrahim Mamdani dùng logic mờ để điều khiển máy nước mà trước ông điều khiển kỹ thuật cổ điển Và Đức, Hans Zimmermann dùng logic mờ cho hệ định Liên tiếp sau đó, logic mờ áp dụng vào lĩnh vực khác điều khiển lò xi măng, … không chấp nhận rộng rãi công nghiệp Kể từ năm 1980, logic mờ đạt nhiều thành công ứng dụng định phân tích liệu Châu Âu Nhiều kỹ thuật logic mờ cao cấp nghiên cứu phát triển lĩnh vực Cảm hứng từ ứng dụng Châu Âu, công ty Nhật bắt đầu dùng logic mờ vào kỹ thuật điều khiển từ năm 1980 Nhưng phần cứng chuẩn tính toán theo giải thuật logic mờ nên hầu hết ứng dụng dùng phần cứng chuyên logic mờ Một ứng dụng dùng logic mờ nhà máy xử lý nước Fuji Electric vào năm 1983, hệ thống xe điện ngầm Hitachi vào năm 1987 Những thành công tạo nhiều quan tâm Nhật Có nhiều lý để giải thích logic mờ ưa chuộng Thứ nhất, kỹ sư Nhật thường giải pháp đơn giản, sau sâu vào vấn đề Phù hợp với việc logic mờ cho phép tạo nhanh mẫu tiến đến việc tối ưu Thứ hai, hệ dùng logic mờ đơn giản dễ hiểu Sự “thông minh” hệ không nằm hệ phương trình vi phân hay mã nguồn Cũng việc kỹ sư Nhật thường làm việc theo tổ, đòi hỏi phải có giải pháp để người tổ hiểu hành vi hệ thống, chia ý tưởng để tạo hệ Logic mờ cung cấp cho họ phương tiện minh bạch để thiết kế hệ thống Và văn hóa, người Nhật không quan tâm đến logic Boolean hay logic mờ; tiếng Nhật , từ “mờ’ không mang nghĩa tiêu cực Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Do đó, logic mờ dùng nhiều ứng dụng thuộc lĩnh vực điều khiển thông minh hay xử lý liệu Máy quay phim máy chụp hình dùng logic mờ để chứa đựng chuyên môn người nghệ sĩ nhiếp ảnh Misubishi thông báo xe giới dùng logic mờ điều khiển, nhiều hãng chế tạo xe khác Nhật dùng logic mờ số thành phần Trong lĩnh vực tự động hóa, Omron Corp có khoảng 350 phát minh logic mờ Ngoài ra, logic mờ dùng để tối ưu nhiều trình hóa học sinh học Năm năm trôi qua, tổ hợp Châu Âu nhận kỹ thuật chủ chốt vào tay người Nhật từ họ nỗ lực việc dùng logic mờ vào ứng dụng Đến nay, có khoảng 200 sản phẩm bán thị trường vô số ứng dụng điều khiển trình – tự động hóa dùng logic mờ Từ thành công đạt được, logic mờ trở thành kỹ thuật thiết kế “chuẩn” chấp nhận rộng rãi cộng đồng LOGIC MỜ VÀ CÁC PHÉP TOÁN VỀ MỜ 2.1 Khái niệm logic mờ Tập mờ F xác định tập kinh điển X tập mà phần tử cặp giá trị (x, µF(x)) x ∈ X µF ánh xạ µF: X → [0,1] Ánh xạ µF gọi thuộc (hoặc hàm phụ thuộc) tập mờ F Tập kinh điển X gọi tập (hay vũ trụ) tâp mờ F Hình 2.1 Hàm phụ thuộc trơn Hình 2.2 Hàm phụ thuộc chuyển đổi tuyến tính Các hàm liên thuộc µF(x) có dạng “trơn” hình 2.1 gọi thuộc kiểu S Đối với hàm thuộc kiểu S, công thức biểu diễn µF(x) có độ phức tạp lớn, nên thời gian tính độ phụ thuộc cho phần tử lâu Bởi kỹ Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI thuật điều khiển mờ thông thường hàm liên thuộc kiểu S hay thay gần hàm tuyến tính đoạn Một hàm liên thuộc có dạng tuyến tính đoạn gọi hàm thuộc có mức chuyển đổi tuyến tính hình 2.2 Hàm thuộc µF(x) hình 2.2 với m1 = m2 m3 = m4 hàm thuộc tập kinh điển 2.2 Độ cao, miền xác định miền tin cậy tập mờ Độ cao tập mờ F (định nghĩa tập X) giá trị: ℎ = sup µ𝐹 (𝑥) 𝑥 ∈𝑋 sup µ𝐹 (𝑥) Ký hiệu giá trị nhỏ tất giá trị chặn 𝑥 ∈𝑋 hàm µF(x) Một tập mờ với phần tử có độ phụ thuộc gọi tập mờ tắc tức h = 1, ngược lại tập mờ F với h } Kí hiệu 𝑠𝑢𝑝𝑝𝜇𝐹 (𝑥) viết tắt từ tiếng anh support, công thứcđã rõ, tập X X chứa phần tử x mà hàm µF(x) có giá trị dương Miền tin cậy tập mờ F (định nghĩa X), ký hiệu T, tập M thỏa mãn 𝑇 = { 𝑥 ∈ 𝑋 |, µ𝐹 (𝑥) = } Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI 2.3 Các phép toán tập mờ Những phép toán tập mờ phép hợp, phép giao phép bù Giống định nghĩa tập mờ, phép toán tập mờ định nghĩa thông qua hàm thuộc, xây dựng tương tự hàm thuộc phép giao, hợp, bù hai tập kinh điển Nói cách khác, khái niệm xây dựng phép toán tập mờ hiểu việc xác định hàm thuộc cho phép hợp (tuyển) A ∪ B, giao A ∩ B, bù (phủ định) AC từ tập mờ A,B 2.3.1 Phép hợp hai tập mờ Hợp hai tập mờ A B có tập X tập mờ A ∪ B xác định X có hàm thuộc µA ∪ B(x) thỏa mãn - µA∪B(x) phụ thuộc vào µA(x) µB(x) - µB(x) = với x → µA∪B(x) = µA(x) - tính chất giao hoán µA∪B(x) = µB∪A(x) - tính chất kết hợp, tức µ(A∪B)∪C(x) = µA∪(B∪C)(x) - A1 ⊆ A2 A1 ∪ B ⊆ A2 ∪ B, hay µA∪B(x) có tính chất không giảm 𝜇𝐴1 (𝑥) ≤ 𝜇𝐴2 (𝑥) → 𝜇𝐴1∪𝐵 (𝑥) ≤ 𝜇𝐴2∪𝐵 (𝑥)  Hợp tập mờ theo luật max: µ𝐴∪𝐵 (𝑥, 𝑦) = max{µ𝐴 (𝑥, 𝑦) , µ𝐵 (𝑥, 𝑦)}  Hợp tập mờ theo luật sum: µ𝐴∪𝐵 (𝑥, 𝑦) = min{1, µ𝐴 (𝑥, 𝑦) + µ𝐵 (𝑥, 𝑦)} 2.3.2 Phép giao hai tập mờ Giao hai tập mờ A B có tập X tập mờ xác định tập X với hàm thuộc thỏa mãn - µA∩B(x) phụ thuộc vào µA(x) µB(x) - µB(x) = với x → µA∩B(x) = µA(x) - tính chất giao hoán µA∩B(x) = µB∩A(x) - tính chất kết hợp, tức µ(A∩B) ∩C(x) = µA∩ (B∩C)(x) - tính chất không giảm 𝜇𝐴1 (𝑥) ≤ 𝜇𝐴2 (𝑥) → 𝜇𝐴1∩𝐵 (𝑥) ≤ 𝜇𝐴2∩𝐵 (𝑥)  Giao tập mờ theo luật min: 𝜇A∩B (𝑥, 𝑦) = min{𝜇𝐴 (𝑥), 𝜇𝐵 (𝑦)} = min{𝜇𝐴 (𝑥, 𝑦), 𝜇𝐵 (𝑥, 𝑦)}  Giao tập mờ theo luật tích đại số: 𝜇𝐴∩𝐵 (𝑥, 𝑦) = 𝜇𝐴 (𝑥, 𝑦) 𝜇𝐵 (𝑥, 𝑦) Trang Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI 2.3.3 Phép bù tập mờ Tập bù tập mờ A định nghĩa X tập mờ 𝐴𝑐 xác định tập X với hàm thuộc thỏa mãn: - 𝜇𝐴 c(x) phụ thuộc vào 𝜇𝐴 (x) - 𝑁ế𝑢 x ∈ A x ∉ 𝐴𝑐 , hay 𝜇𝐴 (x) = ⇒ 𝜇𝐴 (x) = - 𝑁ế𝑢 x ∉ A x ∈ 𝐴𝑐 , hay 𝜇𝐴 (x) = ⇒ 𝜇𝐴 (x)=1 - 𝑁ế𝑢 𝐴 ⊆ 𝐵 𝐴𝑐 ⊇ 𝐵𝑐 , hay 𝜇𝐴 (𝑥) ≤ 𝜇𝐵 (x) ⇒ 𝜇𝐴 (x) ≥ 𝜇𝐵 (x) Do hàm thuộc 𝝁𝑨 c(x) 𝑨𝒄 phụ thuộc vào 𝝁𝑨 (x) nên ta xem 𝝁𝑨 c(x) hàm 𝝁𝑨 ∈ [0,1] BIẾN NGÔN NGỮ Xét ví dụ lái ô tô Trong ví dụ đại lượng tốc độ có giá trị nhắc đến dạng ngôn ngữ như: - Rất chậm Chậm Trung bình Nhanh Rất nhanh Mỗi giá trị ngôn ngữ biến tốc độ xác định tập mờ định nghĩa tập tập số thực dương giá trị vật lý x (đơn vị km/h) biến tốc độ v 40km/h, 50km/h Hình 3.1 Mô tả giá trị ngôn ngữ tập mờ Hàm thuộc tương ứng chúng ký hiệu bằng: µrất chậm(x), µchậm(x), µtrung bình(x), µnhanh(x), µrấtn hanh(x) Trang 10 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI 13 MỜ THÍCH NGHI 13.1.Khái quát chung Trong thực tế, hệ tự thích nghi sử dụng nhiều ưu điểm so với hệ thống điều khiển thông thường Khả tự chỉnh định lại thông số điều khiển cho phù hợp với đối tượng chưa biết rõ đưa hệ thích nghi trở thành hệ điều khiển thông minh So với điều khiển kinh điển, điều khiển mờ có nhiều tham số nên miền chỉnh định cho hệ mờ lớn Bên cạnh tham số gồm độ khuếch đại KR, số tích phân TI, số vi phân TD , điều khiển mờ có thêm hàm thuộc cho giá trị mờ, luật điều khiển, phép toán HOẶC, VÀ, thiết bị hợp thành nguyên lý giải mờ tham số chỉnh định 13.2.Các phương pháp điều khiển mờ thích nghi Các điều khiển mờ thích nghi có khả chỉnh định tham số tập mờ (các hàm thuộc) gọi điều khiển mờ tự chỉnh (Self – Tuning – Controller) Bộ điều khiển mờ có khả chỉnh định lại luật điều khiển gọi điều khiển mờ tự thay đổi cấu trúc Trong trường hợp này, hệ thống bắt đầu làm việc với luật chỉnh định với điều khiển chưa đủ luật điều khiển Các luật điều khiển cần bổ sung thêm thiết lập trình “học” Hình 13.1 Phương pháp điều khiển thích Hình 13.2 Phương pháp điều khiển nghi trực tiếp thích nghi gián tiếp Hệ thống điều khiển hệ thích nghi hoàn toàn giống hệ thống điều khiển mạch vòng thông thường Các tính chất đối tượng tác dụng điều khiển, thường tiến hành nhận dạng qua hệ kín thông qua đại lượng đặc trưng hệ độ điều chỉnh cực đại, thời gian điều chỉnh cực đại, bình phương sai lệch, tích phân sai số tuyệt đối Mạch vòng Trang 24 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI thích nghi cho hệ điều khiển mờ không mờ xây dựng dựa hai phương pháp: - Phương pháp trực tiếp thực qua việc nhận dạng thường xuyên tham số đối tượng hệ kín (hình 4.8) Quá trình nhận dạng thông số đối tượng thực cách thường xuyên trạng thái tín hiệu vào/ra đối tượng chọn thuật toán nhận dạng hợp lý Tất nhiên phải kèm với giả thiết mô hình đối tượng biết trước - Phương pháp gián tiếp thực thông qua phiếm hàm mục tiêu hệ kín xây dựng dựa tiêu chất lượng Chất lượng hệ thống phản ánh qua tham số phiếm hàm mục tiêu Phiếm hàm mục tiêu điều chỉnh cực đại, thời gian điều chỉnh, tiêu miền tần số, độ rộng giải thông tần, biên độ cộng hưởng hay tiêu chuẩn tích phân sai lệch xây dựng nhiều tiêu phiếm hàm 13.3.Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc Bộ điều khiển mờ tự chỉnh định luật điều khiển gọi điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc Bộ chỉnh định thiết kế đảm bảo đầu giá trị hiệu chỉnh tín hiệu điều khiển u(t) Để thay đổi luật điều khiển trước tiên phải xác định quan hệ giá trị hiệu chỉnh đầu điều khiển với giá trị biến đổi đầu vào Do cần có mô hình thô đối tượng, mô hình dùng để tính toán giá trị đầu vào tương ứng với giá trị đầu cần đạt điều khiển Dựa tín hiệu mong muốn tín hiệu vào tương ứng điều khiển xác định hiệu chỉnh nguyên tắc điều khiển, nguyên tắc đảm bảo chất lượng điều khiển hệ thống Một câu hỏi đặt giá trị tín hiệu điều kiển u(t) làm cho chất lượng hệ thống xấu Để trả lời cho câu hỏi phải xác định đặc tính động học hệ thống Đối với đối tượng bậc cao có thời gian trễ lớn có thời gian chỉnh định chậm, hệ thống bậc thấp có thời gian trễ nhỏ yêu cầu thời gian chỉnh định nhanh 13.4.Bộ điều khiển mờ có mô hình theo dõi Một hệ tự chỉnh chỉnh định trực tiếp tham số điều khiển mà chỉnh định tham số mô hình đối tượng gọi tự chỉnh có mô hình theo dõi Với điều khiển hệ mờ không sử dụng cho trình điều khiển đối tượng mà phục vụ cho trình nhận dạng đối tượng, gọi “mô hình đối tượng mờ” Trang 25 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Bộ điều khiển mờ có mô hình theo dõi MBC bao gồm thành phần chính: Mô hình đối tượng mờ, xác định hệ thống làm việc cách đo phân tích tín hiệu đầu vào/ra đối tượng Vì mô hình đối tượng gián tiếp xác định luật hợp thành điều khiển điều khiển MBC điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc Các tiêu chất lượng sử dụng phiếm hàm mục đích thường đưa dạng hàm thuộc Thí dụ hệ thống điều khiển mức, độ chênh so với mức mong muốn biểu diễn hàm thuộc dạng hình tam giác, đỉnh tam giác giá trị mong muốn Nếu cần tối ưu đồng thồi nhiều phiếm hàm mục đích, tổ hợp tiêu tương ứng theo toán tử liên kết Lựa chọn tín hiệu điều khiển u từ tập hợp tín hiệu điều khiển xác định từ mô hình đối tượng đảm bảo tiêu chất lượng hệ thống tốt Thực phần điều khiển mờ tự chỉnh có mô hình theo dõi phụ thuộc nhiều vào đối tượng điều khiển Các phương pháp thiết kế cấu trúc khác hệ thống tìm thấy tài liệu tham khảo “LIU.M.H Fuzzy – Modellbilding Anwendung, 1994” 14 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN THEO LUẬT PID Trong kỹ thuật điều khiển kinh điển, điều khiển PID biết đến giải pháp đa có miền ứng dụng rộng lớn Định nghĩa điều khiển theo luật PID kinh điển trước sử dụng cho điều khiển mờ theo luật PID Bộ điều khiển mờ theo luật PID thiết kế theo hai thuật toán: - Thuật toán chỉnh định PID chủ đạo - Thuật toán PID tốc độ Bộ điều khiển mờ thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID có đầu vào gồm sai lệch ET tín hiệu chủ đạo tín hiệu ra, đạo hàm DET sai lệch tích phân IET sai lệch Đầu điều khiển mờ tín hiệu điều khiển u(t) Mô hình toán học PID theo luật toán chỉnh định có dạng: 𝒕 𝟏 𝒅 𝒖(𝒕) = 𝑲 (𝑬𝑻 + ∫ 𝑬𝑻𝒅𝒕 + 𝑻𝑫 𝑬𝑻) 𝑻𝑰 𝒅𝒕 𝟎 Với thuật toán PID tốc độ, điều khiển PID có đầu vào: sai lệch ET tín hiệu đầu vào tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc DET1 đạo hàm bậc hai Trang 26 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI DET2 sai lệch Đầu hệ mờ đạo hàm 𝒅𝒖 𝒅𝒕 tín hiệu điều khiển u(t) Bộ điều khiển PID theo luật toán tốc độ có mô hình: 𝒅𝒖 𝒅 𝟏 𝒅𝟐 = 𝑲 ( 𝑬𝑻 + 𝑬𝑻 + 𝑬𝑻) 𝒅𝒕 𝒅𝒕 𝑻𝑰 (𝒅𝒕)𝟐 Do thực tế thường có hai thành phần bỏ qua nên thay thiết kế điều khiển PID hoàn chỉnh người ta lại thường tổng hợp điều khiển PI với mô hình 𝒕 𝟏 𝒅𝒖 𝒅 𝟏 𝒖(𝒕) = 𝑲 (𝑬𝑻 + ∫ 𝑬𝑻𝒅𝒕) 𝒉𝒐ặ𝒄 = 𝑲 ( 𝑬𝑻 + 𝑬𝑻) 𝑻𝑰 𝒅𝒕 𝒅𝒕 𝑻𝑰 𝟎 Hoặc điều khiển PD với mô hình 𝒖(𝒕) = 𝑲 (𝑬𝑻 + 𝑻𝑫 𝒅 𝒅𝒕 𝑬𝑻) 𝒉𝒐ặ𝒄 𝒅𝒖 𝒅𝒕 𝒅 𝒅𝟐 𝒅𝒕 (𝒅𝒕)𝟐 = 𝑲 ( 𝑬𝑻 + 𝑬𝑻) 14.1 Bộ điều khiển theo luật I Hình 14.1 Hệ thống điều khiển điều khiển mờ I Đối tượng khâu quán tính bậc Một điều khiển mờ theo luật I thiết kế từ điều khiển mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính) cách mắc nối tiếp khâu tích phân kinh điển vào trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác Ở phần khâu tích phân mắc đầu hệ mờ Trang 27 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI 14.2 Bộ điều khiển theo luật PD Hình 14.2 Hệ thống điều khiển điều khiển mờ PD Đối tượng khâu quán tính bậc Khi mắc nối tiếp đầu vào điều khiển mờ theo luật tỷ lệ khâu vi phân có điều khiển mờ theo luật PD Thành phần điều khiển giống điều khiển theo luật PD thông thường bao gồm sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống ET đạo hàm sai lệch DET Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng xác với biến đổi lớn sai lệch theo thời gian Phát triển tiếp từ ví dụ điều khiển mờ theo luật P thành điều khiển theo luật PD hoàn toàn đơn giản 14.3 Bộ điều khiển theo luật PI Hình 14.3 Hệ thống điều khiển điều khiển mờ PI Đối tượng khâu quán tính bậc Bộ điều khiển mờ theo luật PI thường sử dụng để triệt tiêu sai lệch tĩnh hệ thống Bộ điều khiển mờ thiết kế sở điều khiển PD mờ, cách mắc nối tiếp đầu điều khiển PD khâu tích phân Trang 28 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI  KẾT LUẬN: - Bộ điều khiển PI mờ cho đặc tính động học lý tưởng Ở chế độ tĩnh, điều khiển PI mờ có khả triệt tiêu sai lệch tĩnh - Bộ điều khiển P mờ cho đặc tính động học tương đối tốt, chế độ xác lập hệ thống so với việc sử dụng điều khiển PI mờ Trang 29 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Phần ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ Trang 30 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Đề tài: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG PHÒNG LÀM VIỆC GIỚI THIỆU Hiện điều khiển mờ đóng vai trò vị trí vô quan trọng lĩnh vực điều khiển tự động Có thể nói, từ bắt đầu, chuyên ngành điều khiển mờ phát triển mạnh mẽ đạt nhiều thành tựu lớn Khác hẳn với ngành kỹ thuật điều khiển kinh điển hoàn toàn dựa vào xác tuyệt đối thông tin mà nhiều ứng dụng không cần thiết có được, điều khiển mờ cần xử lý thông tin không xác không đầy đủ, thông tin mà xác nhận thấy quan hệ chúng với mô tả ngôn ngữ, cho đinh xác Chính khả làm cho điều khiển mờ giải toán điều khiển phức tạp, toán mà trước không giải đưa lên vị trí xứng đáng kỹ thuật điều khiển hôm tương lai Ứng dụng điều khiển mờ việc giải toán điều khiển nhiệt độ phòng làm việc ứng dụng phổ biến đem lại hiệu cao thực tiễn Sau nhóm em xin trình bày ứng dụng điều khiển mờ việc giải toán CẤU TRÚC HỆ THỐNG Cấu trúc mạch vòng điều khiển nhiệt độ phòng sau: Hình 2.1 Cấu trúc tổng quát mạch vòng điều khiển nhiệt độ phòng Trong đó: UTd : Tín hiệu đặt điện áp khoảng đến 10 (V) UTfh : Tín hiệu phản hồi (V) E: Sai lệch tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi -10 đến 10 (V) Trang 31 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Udk : Điện áp điều khiển biến tần đến 10 (V) n: Tốc độ quay động đến 400 (vòng/phút) T0 : Nhiệt độ phòng 10 đến 50 độ R : Bộ điều chỉnh Phòng đối tượng phi tuyến có quan hệ với tốc độ n phương trình: 𝟓𝟎𝟎𝟎 𝑻𝟎 = 𝟏𝟎𝟎 + 𝒏 Biến tần hệ số khuếch đại 40, thời gian trễ 1s có hàm truyền đạt: 𝑮𝒃𝒕 = 𝟒𝟎 𝒔+𝟏 Cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ phản hồi độ quy đổi điện áp, có độ trễ nhỏ nên coi xấp xỉ khâu tỉ lệ có hàm truyền : Gbt = 0,2 Quan hệ tín hiệu đặt UTd tín hiệu T0 phi tuyến: 𝟓𝟎𝟎𝟎 ⇒ 𝒏=𝟎  Nếu 𝑼𝑻𝒅 = 𝟏 ⇒ 𝒏 = 𝟏𝟑, 𝟔 ⇒ 𝑻𝟎 =  Nếu 𝑼𝑻𝒅 = 𝟔 ⇒ 𝒏 = 𝟗𝟐, 𝟑 ⇒ 𝑻𝟎 = ⇒ 𝑻𝟎 =  Nếu 𝑼𝑻𝒅 = 𝟏𝟎 ⇒ ⇒ 𝑻𝟎 =  Nếu 𝑼𝑻𝒅 = 𝟎 𝒏 = 𝟒𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎+𝟎 = 𝟓𝟎 𝟓𝟎𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎+𝟏𝟑,𝟔 𝟓𝟎𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎+𝟗𝟐,𝟑 𝟓𝟎𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎+𝟒𝟎𝟎 = 𝟒𝟒 = 𝟐𝟔 = 𝟏𝟎 Yêu cầu đặt phải thiết kế điều chỉnh R cho kích thích đầu vào UTd thu đầu giá trị T0 tương ứng XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ hoàn toàn dựa vào phương pháp toán học sở định nghĩa 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 3.1 Xác định biến ngôn ngữ vào Đầu vào ĐKM sai lệch E, đầu điện áp điều khiển biến tần E = [-10 ÷10] Udk = [0 ÷ 10] Hàm liên thuộc biến ngôn ngữ chọn sau: Trang 32 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI µE = [µE0(x) µE1(x) µE2(x) µE3(x) µE0(x) µE4(x) µE5(x) µE6(x) µE7(x) µE8(x) µE9(x) µE10(x) µE11(x)] µUdk = [µUdk0(x) µUdk1(x) µUdk2(x) µUdk3(x) µUdk4(x) µUdk5(x)] 3.2 Xây dựng luật hợp thành: E Uđk 1 - Chọn luật hợp thành Max – Min - Giải mờ phương pháp trọng tâm 10 3.3 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 3.1 Giao diện FIS Chọn vùng sai lệnh E Uđk hình dưới: Hình 3.2 Các vùng sai lệch E Trang 33 11 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Hình 3.3 Các vùng Udk Tạo luật điều khiển theo nguyên tắc chọn phía Hình 3.4 Luật hợp thành Cửa sổ Rule Viewer Surface thu sau: Trang 34 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Hình 3.5 Cửa sổ Rule Viewer Surface Trang 35 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Hình 3.6 Mạch vòng điều chỉnh điều khiển mờ Kết thu được: Hình 3.7 Đáp ứng nhiệt độ UTđ = Nếu đặt đầu vào UTđ = đáp ứng đầu T0 = 50 tức Trang 36 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Hình 3.8 Đáp ứng nhiệt độ UTđ = Nếu đặt đầu vào UTđ = với steptime = 1s đáp ứng đầu lúc đầu 500 sau khoảng thời gian tiến đến giá trị xác lập 440 yêu cầu Hình 3.9 Đáp ứng độ UTđ = Nếu đặt đầu vào UTđ = với steptime = đáp ứng đầu tiến đến giá trị xác lập 260 Trang 37 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm – TĐH1 – K8 - HaUI Hình 3.10 Đáp ứng độ UTđ = 10 Nếu đặt đầu vào UTd = 10 đáp ứng đầu lúc đầu 500 sau khoảng thời gian độ 100 Vậy điều khiển mờ thiết kế hoàn toàn điều khiển nhiệt độ phòng theo ý muốn KẾT LUẬN Trên toàn ví dụ điều khiển mờ mà nhóm em sưu tầm tìm hiểu Chắc chắn nhiều lỗi sai nên kính mong thầy xem xét sửa giúp chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Sinh viên sưu tầm HẾT Trang 38 [...]... khiển PI mờ cho đặc tính động học lý tưởng Ở chế độ tĩnh, bộ điều khiển PI mờ có khả năng triệt tiêu sai lệch tĩnh - Bộ điều khiển P mờ cho đặc tính động học tương đối tốt, nhưng ở chế độ xác lập của hệ thống kém hơn so với việc sử dụng bộ điều khiển PI mờ Trang 29 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm 5 – TĐH1 – K8 - HaUI Phần 2 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ Trang 30 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm... thống điều khiển bằng bộ điều khiển mờ PI Đối tượng là một khâu quán tính bậc nhất Bộ điều khiển mờ theo luật PI thường được sử dụng để triệt tiêu sai lệch tĩnh của hệ thống Bộ điều khiển mờ được thiết kế trên cơ sở của bộ điều khiển PD mờ, bằng cách mắc nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển PD một khâu tích phân Trang 28 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm 5 – TĐH1 – K8 - HaUI  KẾT LUẬN: - Bộ điều khiển. .. VÀ, thiết bị hợp thành và nguyên lý giải mờ cũng là những tham số chỉnh định được 13.2.Các phương pháp điều khiển mờ thích nghi Các bộ điều khiển mờ thích nghi có khả năng chỉnh định các tham số của tập mờ (các hàm thuộc) gọi là bộ điều khiển mờ tự chỉnh (Self – Tuning – Controller) Bộ điều khiển mờ có khả năng chỉnh định lại các luật điều khiển được gọi là bộ điều khiển mờ tự thay đổi cấu trúc Trong... sau hệ mờ hoàn toàn khác nhau Ở phần này khâu tích phân sẽ được mắc ở đầu ra của hệ mờ Trang 27 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm 5 – TĐH1 – K8 - HaUI 14.2 Bộ điều khiển theo luật PD Hình 14.2 Hệ thống điều khiển bằng bộ điều khiển mờ PD Đối tượng là một khâu quán tính bậc nhất Khi mắc nối tiếp ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ một khâu vi phân sẽ có được một bộ điều khiển mờ theo... ĐIỀU KHIỂN MỜ Điều khiển mờ chiếm một vị trí rất quan trọng trong điều khiển học kỹ thuật hiện đại Ngay từ buổi đầu tiên, điều khiển mờ đã đem lại sự ngạc nhiên đáng kể rằng hoàn toàn trái với tên gọi của nó, kỹ thuật điều khiển này đồng nghĩa với độ chính xác và khả năng thực hiện Tuy là ngành kỹ thuật điều khiển non trẻ nhưng những ứng dụng trong công nghiệp của điều khiển mờ thật rộng rãi như: điều. .. 𝒉𝒐ặ𝒄 = 𝑲 ( 𝑬𝑻 + 𝑬𝑻) 𝑻𝑰 𝒅𝒕 𝒅𝒕 𝑻𝑰 𝟎 Hoặc là bộ điều khiển PD với mô hình 𝒖(𝒕) = 𝑲 (𝑬𝑻 + 𝑻𝑫 𝒅 𝒅𝒕 𝑬𝑻) 𝒉𝒐ặ𝒄 𝒅𝒖 𝒅𝒕 𝒅 𝒅𝟐 𝒅𝒕 (𝒅𝒕)𝟐 = 𝑲 ( 𝑬𝑻 + 𝑬𝑻) 14.1 Bộ điều khiển theo luật I Hình 14.1 Hệ thống điều khiển bằng bộ điều khiển mờ I Đối tượng là một khâu quán tính bậc nhất Một bộ điều khiển mờ theo luật I có thể thiết kế từ một bộ điều khiển mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính) bằng cách mắc nối tiếp một... thiết bị điều khiển bao gồm 2 thành phần: - Phần thiết bị điều khiển kinh điển - Phần hệ mờ Bộ điều khiển mà trong quá trình làm việc có khả năng tự chỉnh định thông số của nó cho phù hợp với sự thay đổi của đối tượng được gọi là bộ điều khiển thích nghi Một hệ thống điều khiển thích nghi, cho dù có hay không sự tham gia Trang 20 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm 5 – TĐH1 – K8 - HaUI của các hệ mờ, là... định được 12.4.Công tắc mờ Điều khiển hệ thống theo kiểu chuyển đổi khâu điều khiển có tham số đỏi hỏi thiết bị điều khiển phải chứa đựng tất cả các cấu trúc và tham số khác nhau Trang 21 Bài tập lớn: ĐIỀU KHIỂN MỜ – Nhóm 5 – TĐH1 – K8 - HaUI cho từng trường hợp Hệ thống sẽ tự chọn khâu điều khiển có tham số phù hợp với đối tượng Hình 12.3 Chọn bộ điều khiển thích nghi bằng khóa mờ 12.5.Ví dụ minh họa... tắc thiết kế bộ điều khiển mờ - Không bao giờ dùng điều khiển mờ để giải quyết bài toán mà có thể dễ dàng thực hiện bằng bộ điều khiển kinh điển (PI, PD, PID) - Không dùng bộ điều khiển mờ cho các hệ thống cần độ an toàn tin cậy cao - Thiết kế bộ điều khiển phải được thực hiện và phát triển qua thực nghiệm 12 HỆ MỜ LAI 12.1.Khái quát chung Hệ mờ lai (Fuzzy - hybrid) là một hệ thống điều khiển tự động... cùng một phiếm hàm 13.3.Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc Bộ điều khiển mờ tự chỉnh định các luật điều khiển được gọi là bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc Bộ chỉnh định được thiết kế đảm bảo đầu ra là cái giá trị hiệu chỉnh của tín hiệu điều khiển u(t) Để thay đổi luật điều khiển trước tiên là phải xác định được quan hệ giữa giá trị được hiệu chỉnh ở đầu ra của bộ điều khiển với giá trị biến đổi