Sử dụng thuật toán logic mờ để điều khiển cửa mở đập, chắn đập

bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - inh Quang Hip S DNG THUT TON LOGIC M IU KHIN CA M P, CHN P LUN VN THC S KHOA HC Chuyờn nghnh: o lng v cỏc HTK Ngi hng dn khoa hc: PGS TS PHM THNG HN H Ni - 2012 LI CAM OAN Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu ca tụi v cha c cụng b bt c cụng trỡnh no v cha c ng bt c ti liu, chớ, hi ngh no khỏc Nhng kt qu nghiờn cu lun l trung thc H Ni, thỏng nm 2012 Tỏc gi lun inh Quang Hip I MC LC LI CAM OAN I MC LC II BNG Kí HIU, CH VIT TT IV DANH MC CC HèNH V, TH V LI CM N VII M U VIIVIII CHNG I: TNG QUAN V CC H THNG IU KHIN T NG I.1 CC H IU KHIN KINH IN I.1.1 Tng hp b iu khin tuyn tớnh I.2.2 Tng hp h iu khin phi tuyn I.2 LOGIC M V IU KHIN M I.2.1 Gii thiu I.2.2 B iu khin m tnh I.2.3 B iu khin m ng I.2.4 H iu khin m lai F-PID 10 I.2.5 H iu khin m trt 13 I.2.6 Nhn xột 16 CHNG II: TèM HIU H THNG M P, CHN P 17 II.1 TèM HIU H THNG CA M P, CHN P MT S NH MY THY IN 17 II.2 VAN SERVO 20 II.2.1 Nguyờn lý lm vic 20 II.2.2 Kt cu ca van servo 22 II.2.3 th quan h gia lu lng Q v dũng in iu khin I 27 II.2.4 H s khuch i lu lng v h s khuch i ỏp sut 29 II.2.5 Hin tng t tr v trt tớn hiu ca van 32 II.2.6 Lu lng t l v cụng sut truyn ng 32 II.3 CM BIN O MC 34 II.3.1 Cu to v nguyờn lý hot ng ca cm bin in dung.35 II.3.2 Mch o.38 II.3.3 Mt s cm bin in dung thc t trờn th trng 41 II.4 NHN XẫT.43 II CHNG III : THIT K H THNG IU KHIN V Mễ PHNG CHNG TRèNH 44 III.1 Mụ hỡnh h thng thy in hũa bỡnh .44 III.2 Mụ hỡnh h thng ca x...49 III.3 Thit k h thng iu khin 52 III.3.1 Mụ hỡnh ca b cha .52 III.3.2 Kt qu mụ phng...59 III.4 NHN XẫT .60 KT LUN V KIN NGH 61 TI LIU THAM KHO 62 III BNG Kí HIU, CC CH VIT TT Kí HIU í NGHA FLC iu khin logic m BFC B iu khin m c bn If then Lut iu khin nu thỡ F-PID B iu khin m lai I Quy lut iu khin tớch phõn P Quy lut iu khin t l D Quy lut iu khin vi phõn PID Quy lut iu khin t l, vi phõn, tớch phõn IV DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1: S ca b iu khin m Hỡnh 1.2: h iu khin m theo lut PI Hỡnh 1.3: h iu khin m theo lut PD Hỡnh 1.4 : h iu khin m PID 10 Hỡnh 1.5 : Cỏc vựng tỏc ng ca FLC v PID 11 Hỡnh 1.6: Vựng tỏc ng ca cỏc b iu chnh PID 12 Hỡnh 1.7: H i tng tớch phõn kộp 13 Hỡnh 1.8: B iu khin m trt hai u vo 15 Hỡnh 1.9: B iu khin m trt ba u vo 15 Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh h thng ca x m p, chn p 18 Hỡnh 2.2: S nguyờn lý ca b phn iu khin trt ca van servo 20 Hỡnh 2.3: S nguyờn lý hot ng ca van servo 22 Hỡnh 2.4: Bn v th hin kt cu v ký hiu ca van servo 23 Hỡnh 2.5: Kt cu ca van servo mt cp iu khin 24 Hỡnh 2.6: Kt cu ca van servo cp iu khin 24 Hỡnh 2.7: Kt cu ca van servo cp iu khin cú cm bin 25 Hỡnh 2.8: Kt cu ca van servo cp iu khin cú cm bin 26 Hỡnh 2.9: c tớnh th hin quan h gia hnh trỡnh ca cng v ỏp sut hai ca ca ng phun 27 Hỡnh 2.10: c tớnh Q - I ca van trt iu khin 28 Hỡnh 2.11: Tuyn tớnh húa quan h Q-I 29 Hỡnh 2.12: S nghiờn cu h s khuch i lu lng ca van 30 Hỡnh 2.13: S nghiờn cu h s khuch i ỏp sut 31 Hỡnh 2.14: th Q - I v hin tng t tr v trt tớn hiu ca van 32 Hỡnh 2.15: th c tớnh Q - PV 34 Hỡnh 2.16: Mt s loi cm bin in dung thng gp 35 Hỡnh 2.17: T in mc vi sai 37 Hỡnh 2.18: Cỏc mch in o thng dựng vi cỏc cm bin in dung 39 Hỡnh 2.19: Mch o dch chuyn ca cm bin 40 V Hỡnh 2.20 : Mch to xung dao ng 40 Hỡnh 2.21 : Mch to tn s qua IC555 40 Hỡnh 2.22 : Mch to tớn hiu in ỏp 41 Hỡnh 2.23 : Hỡnh nh cm bin in dung LV4000 42 Hỡnh 3.1 : Mụ hỡnh h thng ca x nc thy in hũa bỡnh 44 Hỡnh 3.2 : Mụ hỡnh tớnh lu lng qua l nh .. 45 Hỡnh 3.3 : Mụ hỡnh tớnh lu lng qua l ln 47 Hỡnh 3.4 : Mụ hỡnh nghiờn cu h thng t ng thy lc m ca p, chn p 49 Hỡnh 3.5 : Mụ hỡnh ca h thng ca x 52 Hỡnh 3.6 : S ca h kớn cú b t l P .53 Hỡnh 3.7 : ỏp ng ca h kớn..53 Hỡnh 3.8 : Cỏch tớnh cỏc thụng s PID theo Z-N .54 Hỡnh 3.9 : Mụ hỡnh tỡm b thụng s PID ca i tng .54 Hỡnh 3.10 : ỏp ng u vo v u ca mụ hỡnh 3.9 .54 Hỡnh 3.11 : Hm liờn thuc u vo th nht . 56 Hỡnh 3.12 : Hm liờn thuc u vo th . .56 Hỡnh 3.13 : hm liờn thuc u 57 Hỡnh 3.14 : Biu din cỏc lut iu khin di dng ma trn 57 Hỡnh 3.15 : Cỏc lut iu khin matlab 58 Hỡnh 3.16 : hỡnh quan sỏt nh hng cỏc lut iu khin 58 Hỡnh 3.17 : hỡnh quan sỏt dng b mt hm liờn thuc 59 Hỡnh 3.18 : Mụ hỡnh h thng Matlab-Simulink 59 Hỡnh 3.19 : Kt qu mụ phng mc nc thc 120 . 60 VI LI CM N Em xin gi li cm n sõu sc PGS.TS Phm Thng Hn, ngi ó tn tỡnh giỳp em rt nhiu quỏ trỡnh hc tp, kinh nghim thc t v quỏ trỡnh thc hin lun Em xin cm n cỏc thy cụ giỏo trng i Hc Bỏch Khoa, b mụn K thut o Tin hc cụng nghip ó cho em nhng kin thc, kinh nghim v nhng bi hc giỳp em trng thnh quỏ trỡnh hc trng Cui cựng cho gi li bit n v kớnh trng sõu sc nht ti b m, bn bố, ngi luụn luụn bờn cnh nhng lỳc khú khn nht, v luụn l ch da tinh thn vng chc H Ni, ngy 29 thỏng 03 nm 2012 Hc viờn thc hin inh Quang Hip VII M U Tớnh cn thit ca ti Hin nay, cỏc p chn nc em li li ớch ỏng k cho xó hi: Giỳp m bo ngun cung cp nc tin cy cho cỏc thnh ph v trang tri, qun lý l lt v sn xut in Tuy nhiờn, xõy dng v hnh p cng gõy mt s tỏc ng khụng mong mun v kinh t v xó hi Mt s tỏc ng ó c bit n nh h cha lm ngp thung lng sụng, ngi dõn v hot ng kinh t cỏc khu vc ú phi di di i ch khỏc p cú th gõy hu qu nghiờm trng i vi s lnh mnh v sinh thỏi ca dũng sụng v i sng kinh t, xó hi ca ngi dõn sng nh vo cỏc hng húa v dch v sụng em li Xa nay, vic ỏnh giỏ tỏc ng ca p i vi mụi trng v xó hi ch yu trung vo cỏc khu vc lin k vi p v h cha Mt khỏc, cỏc p kim soỏt l, k c p a dng bao gm chc nng qun lý l, thng c thit k v hnh kim soỏt hoc sa i tt c cỏc l L cú th gõy e da ln ti cuc sng ca ngi v gõy thit hi cho cỏc cụng trỡnh h lu Nhng l nh hn cú th x an ton v em li li ớch sinh thỏi to ln cho cỏc h sinh thỏi sụng phớa h lu Tớnh linh hot cao dung np vic x l nh cú th t c bng cỏch khụi phc cỏc khu vc bói sụng chỳng li cú kh nng tớch tr nc l Bng cỏch tớch tr mt phn no ú kh nng tr l t nhiờn bói sụng thay vỡ cỏc h cha, cú th gim tng dung tớch ct l cn thit h cha H thng úng m ca x nc, cỏc p cỏc nh mỏy thy in, cỏc p chn nc, núi chung l úng m bng tay Khi mc nc cao hn mt mc nc gii hn thỡ s dng c cu m bng tay m ca p Khi mc nc thp hn mc nc gii hn thỡ li úng ca p li Trong trng hp chỳng ta khụng quan sỏt, mc nc lờn quỏ cao m khụng m ca p thỡ s gõy hin tng trn p, v p VIII Nh vy ta thy vic m nc v chn nc cú ý ngha vụ cựng quan trng hin Vic iu khin ca m p, chn p cú ý ngha vụ cựng quan trng Trờn c s ú, lun ca tụi s nghiờn cu s dng thut toỏn logic m iu khin ca m p, chn pnhm thay th quỏ trỡnh m ca bng tay, bng cỏch s dng quỏ trỡnh t ng iu khin ca m p, chn p Chỳng ta cú th s dng mt s thut toỏn iu khin nh dựng PID hoc Logic m V phng din k thut, cỏc h thng iu khin thit k u yờu cu tha cht lng t ra, cỏc ch tiờu cht lng ú phi tt nht theo mt ngha no ú Vic nõng cao cht lng h thng iu khin t ng luụn l ch tiờu c quan tõm u tiờn ca cỏc nh thit k Xut phỏt t ch tiờu ú nhiu lý thuyt iu khin hin i i thay th cho nhng lý thuyt c ó c nghiờn cu tng i hon chnh v khụng kh nng ỏp dng cho cỏc i tng phc tp, khú mụ hỡnh húa hoc i tng phi tuyn cú thụng s thay i Nhng nm u ca thp k 90, mt ngnh iu khin k thut mi c phỏt trin rt mnh m v ó em li nhiu thnh tu bt ng lnh vc iu khin, ú l iu khin m Ngnh k thut mi m ny ó c giỏo s Zazech t nn múng t nm 1965 u im c bn ca iu khin m so vi cỏc h iu khin kinh in l cú th tng hp c b iu khin m khụng cn bit trc c tớnh ca i tng mt cỏch chớnh xỏc, cú th núi iu khin m ó chuyn giao nguyờn tc x lý thụng tin, iu khin ca h sinh hc sang h k thut Chớnh vỡ vy, iu khin m ó gii quyt thnh cụng nhiu bi toỏn iu khin phc m trc õy cha gii quyt c Tuy nhiờn vi ngnh iu khin mi m ny vic trin khai ng dng chỳng khụng phi mt lỳc m hon thin c, nht l tng hp mt b iu khin m Núi rng, iu khin m khụng cn bit chớnh xỏc mụ hỡnh i tng nhng thit k li rt cn kin thc v kinh nghim hnh ca cỏc chuyờn gia Phi chng ú cng l mt dng ca c tớnh i tng Hin ó cú rt nhiu nghiờn cu theo cỏc hng khỏc nhm chun húa vic thit k v ti u húa b iu khin m IX Vỡ lng e ( ) rt nh so vi nờn cú th b i Vy cụng thc lu lng qua 96 H chy t qua l to hỡnh ch nht l: Q 2gH (3-4) III.1.3 Mụ hỡnh dũng chy qua ca x Khi dũng chy qua ca m mt cht lng thy i thỡ sinh dũng chy khụng n nh Dũng chy khụng n nh l mt nhng phc ca thy lc Ta xột trng hp dũng chy khụng n nh cao ca mt cht lng thay i t t thi gian ngn, cú th coi l mt nc cn bn khụng thay i Nh vy thi gian rt ngn cú th ng dng cụng thc chy n nh qua l nh Ta gi Q= f1(t) l lu lng chy qua ca x., q=f2(t) l lu lng chy vo h=f3(t) l ct nc i vi trng tõm ca ca v A=f4(h) l din tớch mt t h cha Lu lng chy qua ca tớnh theo cụng thc : Q 2gh0 Ta chia khong thi gian ln T nhiu thi on vụ cựng nh dt, ng vi mi thi on, ct nc tỏc dng h0 coi nh khụng i, ú thi gian dt, th tớch cht lng chy h cha l Qdt, th tớch chy vo h cha l qdt v th tớch tng lờn hoc gim i bỡnh cha l Adh Ta quy c rng lu lng chy vo h cha l s dng (q>0) v chy h l s õm (Q