Điều khiển nhiệt độ trong lò điện trở sử dụng thuật toán mờ nơ ron

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH GIA SƠN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ ĐIỆN TRỞ SỬ DỤNG THUẬT TOÁN MỜ NƠ RON Chuyên ngành: Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Footer Page of 126 Đà Nẵng – Năm 2011 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN QUỐC ĐỊNH Phản biện 1: PGS TS Đoàn Quang Vinh Phản biện 2: TS Võ Bình Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 10 tháng năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài: - Ngày khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, ñặt biệt ñối với nước ta ñang thời kỳ công nghiệp hóa-hiện ñại hóa, mục tiêu ñó mà việc ứng dụng phương pháp ñiều khiển mới, linh hoạt vào trình ñiều khiển tự ñộng cần thiết - Những phương pháp ñiều khiển cổ ñiển dựa toán học xác Tuy nhiên ñã có kỹ thuật ñiều khiển mờ mà bắt nguồn từ sách lượt kinh nghiệm chuyên gia ñã thoát ñược ràng buộc từ phương pháp toán học xác Cũng mà ñiều khiển mờ ñược ứng dụng rộng rãi ñiều khiển công nghiệp Bên cạnh ñiều khiển mờ ta có phương pháp ñiều khiển sử dụng mạng nơron tái tạo lại chức giống người ñã mở hướng việc giải toán kỹ thuật kinh tế - Điều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở thường phức tạp ñối tượng có tính trễ phi tuyến Ngày với ñời nhiều phương pháp ñiều khiển khác nhau, phương pháp hẳn có ñiểm mạnh riêng Nếu kết hợp tốt phương pháp với mang ñến hiểu cao ñiều khiển Cũng yếu tố mà việc kết hợp hệ mờ nơron ñược nghiên cứu mục ñích ñề tài “Điều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở sử dụng thuật toán mờ - nơron” Mục ñích nghiên cứu: - Xây dựng lý thuyết sử dụng thuật toán mờ - nơron ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở - Cơ sở cho nghiên cứu sâu lò ñiện trở tảng ñể chế tạo mô hình ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: - Quá trình thay ñổi nhiệt ñộ lò ñiện trở - Lý thuyết ñiều khiển mờ, nơron - Phần mềm Matlab & Simulink mô trình ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở Phạm vi nhiên cứu: - Điều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở sử dụng thuật toán mờ - nơron - Mô trình ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực phạm vi mô mô hình công cụ Matlab – Simulink, sở ñể tiếp tục nghiên cứu thực tế Ý nghĩa ñề tài Ý nghĩa khoa học Đề tài mang lại hướng ñi việc thiết kế ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiên trở, việc dùng ñiều khiển PID ñiều khiển mờ Bộ ñiều khiển mờ - nơron cho khả ñiều khiển tốt ñối với ñối tượng ñiều khiển nhiệt ñộ Ý nghĩa thực tiễn Đề tài thực làm sở ñể thực ñiều khiển sử dụng thuật toán mờ - nơron với chất lượng ñạt yêu cầu Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lò ñiện trở 1.1.1 Giới thiệu lò ñiện trở: Lò ñiện thiết bị biến ñổi ñiện thành nhiệt năng, dùng công nghệ nung nóng, nấu chảy vật liệu Lò ñiện ñược sử dụng phổ biến nhiều nghành công nghiệp 1.1.2 Đặc ñiểm lò ñiện: Có khả tạo ñược nhiệt ñộ cao nhiệt ñược tập trung thể tích nhỏ Do nhiệt tập trung, nhiệt ñộ cao nên lò có tốc ñộ nung lớn suất cao Đảm bảo nung ñều, nung xác, dễ ñiều chỉnh khống chế chế ñộ nhiệt chế ñộ nhiệt ñộ Lò ñảm bảo ñược ñộ kín, có khả nung chân không môi trường có khí bảo vệ, ñộ cháy hao kim loại nhỏ Có khả khí hoá tự ñộng hoá Đảm bảo ñiều kiện vệ sinh: không bụi, không khói, tiếng ồn Tuy lò ñiện có nhiều ưu ñiểm so với lò nhiên liệu, cần lưu ý rằng: ñiện dạng lượng quý, ñắt 1.1.3 Nguyên lý làm việc lò ñiện trở: Khi dòng ñiện chạy qua vật dẫn có ñiện trở R( vật rắn chất lỏng), toả nhiệt lượng vật thể theo ñịnh luật Joule-Lence Năng lượng nhiệt ñốt nóng thân vật dẫn gián tiếp ñốt nóng vật nung xếp gần ñó Những thiết bị nung làm việc theo nguyên tắc ñược gọi lò ñiện trở Dây dẫn vật nung có dòng ñiện chạy qua ñược gọi dây ñiện trở dây nung 1.1.4 Phân loại lò ñiện trở vật liệu sử dụng: 1.1.5 Vật liệu làm dây ñiện trở: 1.1.6 Các loại lò ñiện trở thông dụng: 1.2 Khống chế ổn ñịnh nhiệt ñộ lò ñiện trở: 1.3 Các loại cảm biến nhiệt ñộ: 1.4 Các thông số lò ñiện trở: Bảng 1.1: Thông số lò ñiện trở Thông số Số liệu Đơn vị Mô tả P 90 KW Công suất lò T 1500 o Nhiệt ñộ nung d 1,4 mm l 6,6 m 0,4 (Ω.mm / m) ρ Footer Page of 126 C Đường kính dây ñiện trở Chiều dài dây ñiện trở Điện trở suất vật liệu Header Page of 126 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA 2.1 Lựa chọn sơ ñồ ñộng lực 2.2 Tính chọn van ban dẫn: 2.2.1 Tính chọn van theo dòng ñiện 2.2.2 Tính chọn van theo ñiện áp: 2.2.3.Tính chọn Thyristor: Ta chọn sơ ñồ mạch ñộng lực sau: uc ub ua T4 T3 T1 T6 T5 T2 Hình 2.4: Sơ ñồ mạch ñộng lực 2.3 Thiết kế mạch ñiều khiển 2.3.1 Hàm truyền ñiều khiển ñiều áp: Từ ñây ta nhận thấy ñiều khiển có tính trễ, ñó hàm truyền ñiều khiển là: Wdk ( p ) = K dk e−Tdk p Trong ñó: Tdk = = = 0, 0017 pf 2.6.50 Với p: số xung ñập mạch sơ ñồ f: tần số ñiện áp lưới Ta có biến ñổi sau ñây: Tdk p (Tdk p )2 T p e = 1+ + + ≈ + dk = + Tdk p 1! 2! 1! K dk Vì ta viết lại: Wdk ( p ) = K dk e −Tdk p ≈ + Tdk p Tdk p Điện áp cấp cho lò có giá trị ñịnh mức 230 V uñk ta chọn 10V ñể Ud ñạt ñịnh mức, suy Kdk = 23 Vậy hàm truyền ñiều khiển ñiều áp : Wdk ( p) = K dkl e−Tdk p ≈ Footer Page of 126 K dk 23 = + Tdk p + 0.0017 p Header Page of 126 2.3.2 Điều khiển ñiều áp ba pha với xung ñơn Hình 2.15: Sơ ñồ mạch ñiều khiển ñiều áp ba pha hình Hình 2.15 Sơ ñồ mạch ñiều khiển ñiều áp ba pha Hình 2.16: Nguyên lý tạo xung ñiều khiển Thyristor Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN PID, MỜ VÀ MẠNG NƠRON 3.1 Tổng hợp tham số ñiều khiển PID 3.1.1 Sử dụng mô hình xắp xỉ bậc có trễ ñối tượng Bảng 3.1 : Tham số ñiều chỉnh theo phương pháp thứ Ziegler-Nichols: Bộ ñiều khiển Hàm truyền P TI KP KP T/τ PI KP(1+1/TIs) 0,9T/Kτ 3/10τ PID KP(1+1/TIs +TDs) 1,2T/Kτ 2τ TD 0,5τ 3.1.2 Xác ñịnh thông số thực nghiệm Bảng 3.2 : Tham số ñiều chỉnh xác ñịnh phương pháp thực nghiệm: Bộ ñiều khiển Hàm truyền P TI TD KP KP 0,5 Kth PI KP(1+1/TIs) 0,45Kth PID KP(1+1/TIs +TDs) 0,6Kth 0,85Tth 0,5Tth 0,12Tth 3.1.3 Phương pháp Chien – Hrones – Reswich Yêu cầu tối ưu theo nhiễu (giảm ảnh hưởng nhiễu) hệ kín ñiều chỉnh Bảng 3.3 : Tham số ñiều chỉnh theo phương pháp Chien – Hrones – Reswich theo nhiễu ñiều chỉnh: Bộ ñiều khiển Hàm truyền KP P KP PI KP(1+1/TIp) PID KP(1+1/TIp +TDp) 3b 10aK 6b 10aK 19b 20aK TI TD 2,3a 2,4a 0,42a Yêu cầu tối ưu theo nhiễu (giảm ảnh hưởng nhiễu) hệ kín có ñiều chỉnh σ max = 20% Bảng 3.4 : Tham số ñiều chỉnh theo phương pháp Chien – Hrones – Reswich theo nhiễu có ñiều chỉnh: Bộ ñiều khiển Hàm truyền KP P KP PI KP(1+1/TIp) PID KP(1+1/TIp +TDp) 7b 10aK 7b 10aK 6b 5aK Footer Page of 126 TI TD 2,3a 2a 0,42a Header Page of 126 Yêu cầu tối ưu theo tín hiệu ñặt trước (giảm sai lệch tĩnh) hệ kín ñộ ñiều chỉnh Bảng 3.5 : Tham số ñiều chỉnh theo phương pháp Chien – Hrones – Reswich theo tín hiệu, ñiều chỉnh Bộ ñiều khiển Hàm truyền KP P KP PI KP(1+1/TIp) PID KP(1+1/TIp +TDp) 3b 10aK 7b 20aK 3b 5aK TI TD 1.2a b 0,5a Yêu cầu tối ưu theo tín hiệu ñặt trước (giảm sai lệch tĩnh) hệ kín có ñộ ñiều chỉnh σ max = 20% Bảng 3.6 : Tham số ñiều chỉnh theo phương pháp Chien – Hrones – Reswich theo tín hiệu, có ñiều chỉnh Bộ ñiều khiển Hàm truyền KP P KP PI KP(1+1/TIp) PID KP(1+1/TIp +TDp) 7b 10aK 6b 5aK 19b 20aK TI TD b 27b 20 0,47a 3.2 Điều khiển mờ 3.2.1 Cấu trúc ñiều khiển mờ Hoạt ñộng ñiều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm phương pháp rút kết luận theo tư người sau ñó ñược cài ñặt vào máy tính sở logic mờ Một ñiều khiển mờ bao gồm khối bản: Khối mờ hoá, thiết bị hợp thành khối giải mờ Ngoài có khối giao diện vào giao diện Giao diện vào Mờ hóa Thiết bị hợp thành Giải mờ Giao diện Hình 3.4 Các khối chức Điều khiển mờ - Khối mờ hoá có chức chuyển giá tri rõ biến ngôn ngữ ñầu vào thành véctơ µ có số phần tử số tập mờ ñầu vào -Thiết bị hợp thành mà chất triển khai luật hợp thành R ñược xây dựng sở luật ñiều khiển - Khối giải mờ có nhiệm vụ chuyển tập mờ ñầu thành giá trị rõ y0 (ứng với giá tri rõ x0 ñề ñiều khiển ñối tượng Footer Page of 126 Header Page of 126 - Giao diện ñầu vào thực việc tông hợp chuyển ñổi tin hiệu vào (từ tương tự sang số), có thểm khâu phụ trợ ñê thực toán ñộng tích phân, vi phân - Giao diện ñầu thực chuyển ñổi tín hiệu (từ số sang tương tự) ñể ñiều khiển ñối tượng 3.2.2 Phân loại ñiều khiển mờ 3.2.3 Các bước tổng hợp ñiều khiển mờ Hình 3.6 Cấu trúc tổng quát hệ mờ Để tổng hợp ñược ñiều khiển mờ cho hoạt ñộng cách hoàn thiện ta cần thực qua bước sau: Bước : Khảo sát ñối tượng, từ ñó ñịnh nghĩa tất biến ngôn ngữ vào, miền xác ñịnh chúng Trong bước cần ý số ñặc ñiểm ñối tượng ñiều khiển như: Đối tượng biến ñổi nhanh hay chậm? có trễ hay không? tính phi tuyến nhiều hay ít?, Đây thông tin quan trọng ñể ñịnh miền xác ñịnh biến ngôn ngữ ñầu vào, biến ñộng học (vận tốc, gia tốc, ) Bước : Mờ hoá biến ngôn ngữ vào/ra: Trong bước cần xác ñịnh số lượng tập mờ hình dạng hàm liên thuộc cho biến ngôn ngữ Số lượng tập mờ cho biến ngôn ngữ ñược chọn tuỳ ý Tuy nhiên chọn việc ñiều chỉnh không mịn, chọn nhiều khó khăn Bước : Xây dựng luật ñiều khiển (mệnh ñề hợp thành): Đây bước quan trọng khó khăn trình thiết kế ñiều khiển mờ Việc xây dựng luật ñiều khiển phụ thuộc nhiều vào tri thức kinh nghiệm vận hành hệ thống chuyên gia Hiện ta thường sử dụng vài nguyên tắc xây dựng luật hợp thành ñủ ñể hệ thống làm việc, sau ñó mô vả chỉnh ñịnh dần luật áp dụng số thuật toán tối ưu Bước : Chọn thiết bị hợp thành (MAX-MIN MAX-PROD SUMMIN SUM-PRROD) chọn nguyên tắc giải mờ (Trung bình, cận trái, cận phải, ñiểm trọng tâm, ñộ cao) Bước : Tối ưu hệ thống: Sau thiết kế xong ñiều khiển mờ, ta cần mô hình hoá mô hệ thống ñể kiểm tra kết quả, ñồng thời chỉnh ñịnh lại số tham số ñể có chế ñộ làm việc tối ưu Các tham số ñiều chỉnh bước Thêm, bớt luật ñiều khiển; Thay ñổi trọng số luật; Thay ñổi hình dạng miền xác ñịnh hàm liên thuộc 3.3 Mạng nơron 3.3.1 Đặc trưng mạng nơron Do cấu trúc mạng nơron vô ña dạng, nên ñể biểu diễn tri thức cách có hiệu quả, người ta ñưa bốn quy tắc chung sau: - Quy tắc 1: Các ñầu vào tương tự từ lớp tương tự cần phải tạo biểu diễn tương tự mạng, nên ñược phân lớp thuộc loại Trong tiêu chuẩn này, người ta sử dụng số thước ño ñể xác ñịnh ñộ “tương tự” ñầu vào Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 - Quy tắc 2: Các phần tử mà phân thành lớp riêng biệt nên có biểu diễn khác ñáng kể mạng - Quy tắc 3: Nếu ñặc trưng ñó ñặc biệt quan trọng nên có số lượng lớn nơron liên quan ñến việc biểu diễn ñặc trưng mạng Số lượng lớn nơron bảo ñảm mức ñộ xác cao việc thực ñịnh nâng cao khả chịu ñựng nơron hỏng - Quy tắc 4: Thông tin ban ñầu tính chất bất biến nên ñược ñưa vào thiết kế ban ñầu mạng nơron, giảm bớt gánh nặng cho trình học Quy tắc ñặc biệt quan trọng áp dụng cách thích hợp dẫn ñến khả tạo mạng nơron với kiến trúc chuyên biệt Điều thực ñược quan tâm số nguyên nhân sau: Các mạng nơron thị giác thính giác sinh học ñược biết chuyên biệt Một mạng nơron với cấu trúc chuyên biệt thường có số lượng nhỏ tham số tự phù hợp cho việc chỉnh lý mạng kết nối ñầy ñủ Như mạng nơron chuyên biệt cần tập hợp liệu nhỏ cho việc tích luỹ; học nhanh hơn, thường có khả tổng quát hoá tốt Tốc ñộ chuyển thông tin qua mạng chuyên biệt nhanh Giá việc xây dựng mạng chuyên biệt nhỏ kích thước nhỏ so với mạng kết nối ñầy ñủ 3.3.2 Huấn luyện mạng nơron 3.3.3 Luật học lan truyền ngược 3.4 Kết hợp ñiều khiển mờ mạng nơron Bảng 3.7 Những ưu nhược ñiểm mạng nơron ñiều khiển mờ Bộ ñiều khiển mờ Tính chất Mạng nơron Thể tri thức Thông qua trọng số ñược thể Được thể luật hợp Nguồn tri thức ẩn mạng thành Từ mẫu học Từ kinh nghiệm chuyên gia Xử lý thông tin không Định lượng Định lượng ñịnh tính chắn Lưu giữ tri thức Trong nơron trọng số Trong luật hợp thành hàm thuộc ñường ghép nối nơron Khả cập nhật nâng cao Thông qua trình học Không có kiến thức Tính nhạy cảm với thay Thấp Cao ñổi mô hình Từ ñó người ta ñã ñi ñến việc kết hợp mạng nơron ñiều khiển mờ ñể hình thành ñiều khiển mờ nơron có ưu ñiểm vượt trội Mạng nơron Vào - Xử lý tín hiệu nơron vào - Điều khiển - Ước lượng trạng thái - Ra ñịnh - Dự báo trạng thái - Nhận dạng hệ thống Footer Page 10 of 126 Bộ ñiều khiển mờ Ra Header Page 11 of 126 Hình 3.13: Kiến trúc kiển mẫu hệ mờ - nơron Hai tiêu chí trợ giúp cho người thiết kế logic mờ mạng nơron thể trái ngược Bảng 3.8 Hai tiêu chí thiết kế logic mờ mạng nơron Tiêu chí Thể tri thức Khả học Mạng nơron Logic mờ Không tường minh, khó giải thích Tường minh, dễ kiểm chứng hoạt ñộng và khó sửa ñổi dễ sửa ñổi Có khả học thông qua Không có khả học: bạn phải tự kiểm liệu tra tất Từ phân tích trên, ta thấy kết hợp logic mờ mạng nơron, ta có hệ lai với ưu ñiểm hai: logic mờ cho phép thiết kế hệ dễ dàng, tường minh mạng nơron cho phép học mà ta yêu cầu ñiều khiển Nó sửa ñổi hàm phụ thuộc hình dạng, vị trí kết hợp, hoàn toàn tự ñộng Điều làm giảm bớt thời gian giảm bớt chi phí phát triển hệ Hình 3.14: Mô hình hệ mờ-nơron 3.4.1 Huấn luyện mạng nơron-mờ 3.5 Sử dụng công cụ ANFIS matlab ñể thiết kế hệ mờ - nơron 3.5.1 Mô hình học suy diễn mờ thông qua ANFIS 3.5.2 Xác nhận liệu huấn luyện 3.6 Sử dụng soạn thảo ANFIS GUI Footer Page 11 of 126 Header Page 12 of 126 CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ 4.1 Điều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở sử dụng ñiều khiển PID Trong kỹ thuật ñiều khiển, người ta mô tả lò ñiện trở khâu quán tính bậc có trễ có hàm số truyền: k.e- t s W (s)= + Ts Ta lấy: k = 6.52, T = 150( s ),τ = 25( s ) W ( s) = k 6.52 −25 S e −τ S = e [5] Ts + 150 s + Cảm biến nhiệt ñộ ñược coi khâu tỉ lệ với hệ số: kcb = Mà ta có : τ T = 10V = 0.0067( v ) c 15000 C 25 = 0.167 thỏa mãn ñiều khiện nên ta sử dụng phương pháp thứ 150 Ziegler – Nichols, sử dụng ñiều khiển PI, ta có: T 0.9*150 = = 0.83 kτ 6.52 * 25 Kp 10 TI = τ = 83.3 ⇒ k I = = 0.01 TI kp = Mô matlab – Simulink ta ñược: Hình 4.2: Mô ñiều khiển PID cho lò ñiện trở Kết mô phỏng: Hình 4.3: Kết mô ñiều khiển PID cho lò ñiện trở Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 Bảng 4.1: Thông số ñạt ñược ñiều khiển PID Quá trình ñiều khiển Số liệu Tỷ lệ (%) Vọt lố 850( C) Thời gian ñộ (tqñ) 50(s) Thời gian lên (tr) 20(s) 57 4.2 Điều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở sử dụng ñiều khiển mờ T e - ∫ edt Điều khiển Lò ñiện trở T(t) mờ Cảm biến nhiệt ñộ Hình 4.4: Điều khiển mờ cho lò ñiện trở Bước 1: Tìm hiểu hệ thống - Lò ñiện trở dùng ñể gia nhiệt chi tiết kim loại cho công ñoạn tôi, ram Lò ñiện trở ñược nung nóng dây ñiện trở, nguồn ñiện cung cấp cho lò nguồn áp ñiều chỉnh ñược Việc ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñược thực thông qua ñiều khiển ñiện áp cung cấp cho lò - Khâu so sánh làm nhiệm vụ so sánh ñiện áp ñặt ñiện áp phản hồi lấy từ ñầu khối cảm biến, ñầu khâu so sánh lệch e = U – ucb Lò ñiện trở nói riêng, ñối tượng nhiệt nói chung thường không cho phép có ñộ ñiều chỉnh, ñó e biến thiên khoảng từ 10 ñến Bước 2: Chọn biến ngôn ngữ vào, Giả thiết ta ñiều khiển lò ñiện trở theo quy luật PI, ñó biến ngôn ngữ ñầu vào ñiều khiển mờ sai lệch (ký hiệu E) tích phân sai lệch (ký hiệu TE) Đầu Điều khiển mờ ñiện áp (ký hiệu U) Miền giá trị biến ngôn ngữ ñược chọn sau: E = [0÷10] TE = [0÷1500] U = [0÷20] Hàm liên thuộc biến ngôn ngữ ñược chọn sau: µE = [µE0(x) µEDI(x) µEDV(x) µEDL(x) µEDR(x)] µTE = [µTE0(x) µTEDI(x) µTEDV(x) µTEDL(x) µTEDR(x)] µU = [µU0(x) µUDI(x) µUDV(x) µUDL(x) µUDR(x)] Bước 3: Xây dựng luật hợp thành: Với tập mờ ñầu vào, ta xây dựng ñược x = 25 luật ñiều khiển Các luật ñiều khiển ñược xây dựng theo nguyên tắc sau: - Sai lệch lớn tác ñộng ñiều khiển lớn - Tích phân sai lệch lớn tác ñộng ñiều khiển lớn Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 Bảng 4.2 : Bảng luật ñiều khiển TE E DI DV DL DR DR DR DR DR DR DR DL DL DR DR DR DR DV DV DL DR DR DR DI DI DV DL DR DR 0 DI DV DL DR Bước 4: Chọn luật hợp thành Max-Min, giải mờ phương pháp trọng tâm, ta quan sát ñược tác ñộng luật quan hệ vào - ñiều khiển Bước 5: Mô hệ thống: Sơ ñồ mô hệ thống ñược hình 4.11 Kết mô ñược hình 4.12 Tại cửa sổ lệnh Matlab ta nhập lệnh fuzzy, xuất cửa sổ FIS EDITOR Ta tiến hành chon số ñầu vào cho ñiều khiển, chon phương pháp ñiều khiển , xây dựng luật hợp thành, thiết lập hàm liên thuộc hình sau : Hình 4.5 : Giao diện FIS Chọn vùng giá trị sai lệch E ñoạn từ ñên 10 hình bên dưới, sau ñó ta tiến hành thay ñổi hàm liên thuộc ñến giá trị thích hợp Ở ñây ta sử dụng hàm hình tam giác cho biến ngôn ngữ 0, DI, DV, DL hàm hình thang cho biến ngôn ngữ DR Hình 4.6 : Mờ hóa sai lệch Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 Tiếp theo ta kích vào TE, chọn vùng giá trị tích phân sai lệch TE ñoạn từ ñên 1500 hình 4.7, sau ñó ta tiến hành thay ñổi hàm liên thuộc ñến giá trị thích hợp Ở ñây ta sử dụng hàm hình tam giác cho tất biến ngôn ngữ Hình 4.7 : Mờ hóa tích phân sai lệch Đầu U ñiều khiển ta chọn vùng giá trị sai lệch E ñoạn từ ñên 20 hình 4.8, sau ñó ta tiến hành thay ñổi hàm liên thuộc ñến giá trị thích hợp Ở ñây ta sử dụng hàm hình tam giác cho biến ngôn ngữ 0, DI, DV, DL hàm hình thang cho biến ngôn ngữ DR Hình 4.8 : Mờ hóa ñiện áp ñiều khiển Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 Thực việc mô Matlab – Simulink hình 4.11 Hình 4.11: Mô ñiều khiển mờ cho lò ñiện trở Ta nhận ñược kết mô hình 4.12 Hình 4.12: Kết mô ñiều khiển PID cho lò ñiện trở Bảng 4.3 Thông số ñạt ñược ñiều khiển mờ Quá trình ñiều khiển Số liệu Tỷ lệ (%) 1.34 Vọt lố 20( C) Thời gian ñộ (tqñ) 270(s) Thời gian lên (tr) 186(s) 4.3 Điều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở sử dụng thuật toán mờ - nơron Đầu tiên ta ño lấy thông số ñầu vào ñầu trình ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở , từ thông số ño ñược ta xây dựng hai tập liệu học kiểm tra Sau ñó ta tiến hành trình luyện liệu Gõ vào cửa sổ lệnh anfisedit thi hành lệnh, Matlab xuất cửa sổ anfis Tiến hành tải liệu học liệu kiểm tra lên cửa sổ ANFIS, sau ñó ta chọn số luật hợp thành, chọn phương pháp luyện sử dụng thuật toán lan truyền ngược, chọn khoảng sai số số lần lan truyền ngược thực trình học liệu Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 Hình 4.13 : Tải liệu huấn luyện lên ANFIS Trên hình 4.15, ñọc ñược số liệu lỗi sau 10000 lần thực lan truyền ngược 0.37903 Ta tiến hành lưu lại file ñể ñiều khiển Hình 4.15 : Huấn luyện mạng Qua sổ lệnh Matlab thấy thông số ñạt ñược trình huấn luyện với luật học BP Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 Hình 4.16 : Cấu trúc ñiều khiển mờ - nơron Mô ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở dùng ñiều khiển mờ - nơron : Hình 4.17 : Mô ñiều khiển mờ - nơron cho lò ñiện trở Hình 4.18 : Kết mô ñiều khiển mờ - nơron cho lò ñiện trở Bảng 4.4 Thông số ñạt ñược ñiều khiển mờ - nơron Quá trình ñiều khiển Số liệu Tỷ lệ (%) 0 Vọt lố 0( C) Thời gian ñộ (tqñ) 460(s) Thời gian lên (tr) 197(s) Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 4.4 Tổng hợp, ñánh giá ñiều khiển Hình 4.19 : Tổng hợp mô ba ñiều khiển PID, mờ mờ - nơron Điều khiển Điều khiển PID mờ Điều khiển mờ - nơron Hình 4.20 : Kết mô ñiều khiển PID, mờ, mờ - nơron cho lò ñiện trở Bảng 4.5 Tổng hợp thông số ñạt ñược ñiều khiển Giá trị vọt lố Thời gian lên Thời gian ñộ Bộ ñiều khiển ( C) tr(s) tqñ(s) PID 850 20 300 Mờ 20 186 270 Mờ - nơron 197 460 Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 Đánh giá kết mô Căn bảng số liệu ta nhận thấy ñiều khiển ñều có ưu nhược ñiểm riêng Với ñiều khiển PID thời gian ñạt giá trị ñiều khiển ñầu tiên sớm nhất, nhiên ñộ vột lố cao làm ảnh hưởng ñến hệ thống tuổi thọ thiết bị Bộ ñiều khiển mờ ñạt giá trị ổn ñịnh sớm có ñộ vọt lố không ñáng kể nằm phạm vi cho phép ±2% Ta nhận thấy với ñiều khiển mờ - nơron ñộ vọt lố không tốt, nhiên thời gian ñể hệ thống ñạt giá trị ổn ñịnh trễ Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Lò ñiện trở nói riêng ñối tượng nhiệt nói chung thường không cho phép có ñộ ñiều chỉnh Ở ñây có ñiều khiển mờ - nơron ñảm bảo tốt ñược ñiều ñó, tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ trình sử dụng lò mà ta chọn ñiều khiển thích hợp Với kết thu ñược từ mô nhìn nhận hai ñiều khiển mờ mờ - nơron ñều thích hợp dùng ñể ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở, ñặc biệt ñiều khiển mờ - nơron ñã triệt tiêu hoàn toàn ñộ ñiều chỉnh thích hợp cho ñối tượng nhiệt ñộ, ñặc biệt ứng dụng công nghiệp nghiên cứu cần ñộ chuẩn xác cao Từ kết thu ñược qua việc thực ñề tài, nhìn nhận việc sử dụng lý thuyết ñiều khiển phải ñược sử dụng cách linh hoạt tùy thuộc vào ñối tượng cần ñiều khiển Việc sử dụng lai ghép ñược kỹ thuật ñiều khiển cổ ñiển với ñại kỹ thuật ñiều khiển ñại với ñã mở hướng ñi ña dạng kỹ thuật ñiều khiển vào ứng dụng thực tế Kiến nghị Đề tài luận văn nghiên cứu dừng lại mức ñộ xây dựng ñiều khiển mờ - nơron dựa công cụ ANFIS matlab với luật học lan truyền ngược BP Nên hướng phát triển ñề tài là: + Sử dụng luật học khác ñể tối ưu kết khiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở với ñiều khiển mờ - nơron + Tiến ñến thiết kế mô hình thực tế ứng dụng ñiều khiển mờ - nơron ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở + Tiến ñến ứng dụng thuật toán mờ - nơron cho ñối tượng ñiều khiển nhiệt ñộ Footer Page 21 of 126  ... giá ñiều khiển Hình 4.19 : Tổng hợp mô ba ñiều khiển PID, mờ mờ - n ron Điều khiển Điều khiển PID mờ Điều khiển mờ - n ron Hình 4.20 : Kết mô ñiều khiển PID, mờ, mờ - n ron cho lò ñiện trở Bảng... khiển mờ - n ron Mô ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở dùng ñiều khiển mờ - n ron : Hình 4.17 : Mô ñiều khiển mờ - n ron cho lò ñiện trở Hình 4.18 : Kết mô ñiều khiển mờ - n ron cho lò ñiện trở Bảng... ñiều khiển mờ - n ron + Tiến ñến thiết kế mô hình thực tế ứng dụng ñiều khiển mờ - n ron ñiều khiển nhiệt ñộ lò ñiện trở + Tiến ñến ứng dụng thuật toán mờ - n ron cho ñối tượng ñiều khiển nhiệt ñộ