bo dieu khien pid

Control System Nội dung học : Khái niệm Các thành phần hệ thống ĐKTD Các nguyên tắc điều khiển Khảo sát tính ổn định hệ thống ĐKTD Đánh giá chất lượng hệ thống ĐKTD Overview Cấu trúc hệ thống điều khiển : Gồm thành phần : đối tượng điều khiển, thiết bị đo điều khiển z(t) r(t) e(t) Bộ điều khiển yht (t) u(t) Đối tượng ĐK y(t) Thiết bị đo r(t) : tín hiệu vào, chuẩn (reference input), giá trị đặt trước (SetPoint) y(t) : tín hiệu (output), biến điều khiển (controlled variable), giá trị thực (Process Value) yht(t) : tín hiệu hồi tiếp (feedback) yht = K.y ; e= r- yht e(t) : tín hiệu sai lệch, sai số (error) Nếu K=1 thì: e=r-y u(t) : tín hiệu điều khiển z(t): tín hiệu nhiễu Control System Các nguyên tắc điều khiển : Nguyên tắc điều khiển giữ ổn định : trì đáp ứng y = số định trước Điều khiển bù nhiễu (feedforward) Điều khiển san sai lệch (feedback) Điều khiển phối hợp Nguyên tắc điều khiển theo chương trình : tạo đáp ứng y(t) có đặc tính thời gian định trước Ngun tắc điều khiển thích nghi : Điều khiển đối tượng có mơ hình tốn thơng số động (thay đổi q trình làm việc ảnh hưởng mơi trường) Control System Điều khiển san sai lệch (feedback control) : Sơ đồ : r(t) z(t) e(t) Bộ điều khiển u(t) Đối tượng y(t) Ví dụ : Nđộ đặt Nđộ trời e Bộ ĐK u Máy lạnh Cảm biến nhiệt Phòng Nđộ phòng Control System Hàm truyền : hàm truyền hệ thống tỉ số ảnh Laplace tín hiệu ảnh Laplace tín hiệu vào điều kiện đầu Y(s) R(s) G(s) Control System Nhận xét Khái niệm hàm truyền dùng cho hệ thống (hay phần tử) tuyến tính bất biến Hàm truyền phụ thuộc vào thông số bậc hệ thống mà không phụ thuộc vào loại giá trị tín hiệu vào , tín hiệu Giả thiết ĐKĐ =0 nhằm mục đích dùng hàm truyền để nghiên cứu chất động học hệ thống Dùng hàm truyền để mô tả phân tích hệ thống thuận lợi PTVP hàm truyền phân thức đại số Control System Hàm truyền khâu vật lí điển hình : Hệ lò xo – khối lượng – giảm chấn : Y(s) G(s)   F(s) ms  bs  k Control System Hàm truyền khâu vật lí điển hình : Trục vít – đai ốc : Y(s) K  (s) s (K=P/2 : hệ số tích phân) Control System Hàm truyền khâu vật lí điển hình : Động DC : Mt(s) U(s) I(s) Ls  R Ke M(s) Km (s) Js  B Km (s) G(s)   U(s) LJs  (LB  RJ)s   K m K e  RB  (s) Control System Đánh giá ổn định : • Ổn định BIBO: (Bound Input- Bound Output, vào chặn chặn) Hệ thống gọi ổn định BIBO với tín hiệu vào hữu hạn tín hiệu hữu hạn r(t) Hệ ổn định Hệ thống không ổn định y(t) giới hạn ổn định Fuzzy Rules Phân loại mệnh đề hợp thành : - Mệnh đề điều kiện : mệnh đề đầu vào - Mệnh đề kết luận : mệnh đề đầu Biểu diễn mệnh đề dạng toán học : - Mệnh đề mờ , kí hiệu P, biểu diễn thông qua giá trị mệnh đề mờ - VD : P : “Nhiệt độ” “cao” => T(P) = A(x) Trong : A tập mờ “cao”, x biến mờ “nhiệt độ” Fuzzy Rules Quy tắc mờ : - Quy tắc mờ phát biểu IF … THEN ….Trong mệnh đề điều kiện mệnh đề kết luận mệnh đề mờ - VD : - Nếu “nhiệt độ” “cao” “điện áp” “thấp” IF X is A THEN Y is C Biểu diễn dạng toán học : - P : X is A Q : Y is C => T(P=>Q) = I (A(x) , c(y) ) - I : toán tử kéo theo (suy ra) Fuzzy Rules Quy tắc mờ : - Phương pháp Mamdani : (thông dụng sử dụng nhiều điều khiển mờ : μ AC  μ AC - Luật MIN : μ AC  min(μ A , μC ) - Luật PROD: μ AC  μ A μC Fuzzy Rules Kết hợp quy tắc mờ : - Giả sử tốn có k quy tắc mờ - R1 : IF x is A1 THEN y is B1 - … - Rk : IF x is Ak THEN y is Bk - Việc chuyển hệ k quy tắc mờ thực cách xác định quan hệ mờ Ri cho quy tắc mờ sau kết hợp quan hệ mờ theo cơng thức : - R =  Ri Fuzzy Rules Luật hợp thành : - R1 : IF x is A1 THEN y is B1 - … - Rk : IF x is Ak THEN y is Bk - Kết hợp quy tắc mờ mệnh đề (thường phép giao tập mờ) phép hội mệnh đề ta luật hợp thành thông dụng : - SUM – MIN : hội dùng SUM giao dùng MIN - SUM – PROD : hội dùng SUM giao dùng PROG - MAX – PROD : hội dùng MAX giao dùng PROG - MAX – MIN : hội dùng MAX giao dùng MIN Fuzzy Rules VD : Input (H,W) Fuzzy Rules VD : Output (F) Fuzzy Rules VD : Rules - Xây dựng luật mờ cho hai biến vào H,W biến F - IF (H is VS) and (W is VS) THEN (F is H) - IF (H is S) and (W is VS) THEN (F is SH) - IF (H is VS) and (W is S) THEN (F is SH) - … - … - IF (H is VT) and (W is H) THEN (F is SH) - IF (H is VT) and (W is VH) THEN (F is LH) => 25 Rules Fuzzy Rules VD : Rules Table Defuzzification Defuzzification Defuzzification Giải mờ ( Defuzzification) : - Khối giải mờ có chức chuyển tín hiệu mờ đầu thành tín hiệu rõ (tín hiệu điều khiển) - Các phương pháp giải mờ - Phương pháp cực đại - Cận trái - Cận phải - Trung bình - Phương pháp trung bình - Phương pháp điểm trọng tâm Defuzzification Phương pháp cực đại : - Tín hiệu rõ giá trị cực đại hàm thuộc biến mờ - u(t) = max{uA(y)} Defuzzification Phương pháp cực đại : - Trường hợp có nhiều giá trị cực đại, ta lấy cận trái, cận phải hay giá trị trung bình Defuzzification Phương pháp trung bình : (Center of average) - Để đơn giản hóa tính tốn, ta tiến hành rời rạc hóa u(y) Như phương pháp điểm trọng tâm trở thành phương pháp trung bình y ( y  u(t)  y k k k ) Defuzzification VD : - Thực giải mờ phương pháp điểm trọng tâm phương pháp trung bình ... độ vọt lố thông số điều khiển lựa chọn thích hợp PID Controller Bộ điều khiển PID liên tục : PID Controller Bộ điều khiển PID số (rời rạc) : PID Controller Khâu tỉ lệ (Proportional) : Hàm truyền... Control System Sai số xác lập PID Controller PID CONTROLLER PID Controller Mục tiêu điều khiển : Triệt tiêu sai số xác lập Giảm thời gian xác lập độ vọt lố Hạn chế dao động PID Controller r(t) e(t)... e  RB  (s) Control System Đánh giá ổn định : • Ổn định BIBO: (Bound Input- Bound Output, vào chặn chặn) Hệ thống gọi ổn định BIBO với tín hiệu vào hữu hạn tín hiệu hữu hạn r(t) Hệ ổn định