Ứng dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng hệ thống tưới tiết kiệm nước cho cây cà phê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HÀ TUẤN THÀNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG TƢỚI TIẾT KIỆM NƢỚC CHO CÂY CÀ PHÊ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa Mã số: 60 52 02 16 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2016 Cơng trình đƣợc hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phan Văn Hiền Phản biện 1: PGS.TS Đoàn Quang Vinh Phản biện 2: TS Nguyễn Quốc Định Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Một hệ thống tưới dựa thu thập tính tốn lượng bốc nước qua thân cà phê độ ẩm từ đất từ kiểm sốt lượng nước tưới hợp lý hệ thống tưới đạt hiệu tưới cao đồng thời giảm chi phí đến mức thấp ể điều khiển hệ thống tưới tiết kiệm nước dựa liệu tổng hợp khí tượng thủy văn, địa chất cần thiết đề tài “Ứng dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng hệ thống tưới tiết kiệm nước cho cà phê ” nhằm tìm giải pháp đơn giản hóa q trình vận hành, tăng hiệu kinh tế hệ thống tưới tiết kiệm nước MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: dụng thuật toán mờ điều khiển lượng Xây dự nước tưới dựa số liệu tổng hợp từ tham số khí tượng thuỷ văn hệ số trồng theo công thức Penman-Monteith tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc (FAO) Cơ sở ứu sâu nhằm hoàn thiện hệ thống tưới tiết kiệm nước áp dụng khu vực canh tác cà phê tỉnh ĐắkLắk ỨU: ợng nghiên cứu: - Đặc điểm sinh học cà phê, đặc điểm thổ nhưỡng khí hậu khu vực canh tác cà phê Tây Nguyên Xác định nhu cầu nước tưới cho cà phê từ lượng bốc thoát nước - ều khiển mờ ỏng Matlab & Simulink Phạm vi nhiên cứu: - ợng nước tưới sử dụng thuật toán mờ dựa lượng bốc thoát nước theo cơng thức Penman-Monteith - Mơ hình hóa hệ thống tưới tiết kiệm nước, mô đánh giá hệ thống với điều khiển tổng hợp đồng thời so sánh với chất lượng điều khiển với điều khiển khác PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô kiểm chứng phần mềm Matlab/Simulink CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm chương: Chương 1: TỔNG QUAN Chương 2: LÝ THUYẾT LOGIC MỜ Chương 3: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC Chương 4: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ BỘ ĐIỀU KHỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI, MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU Để tiết kiệm nguồn nước tưới, nâng cao hiệu công tác tưới tiêu cho cà phê nói riêng loại cơng nghiệp nói chung, nước có số báo, đề tài nghiên cứu như: “Nghiên cứu kỹ thuật tưới nước tiết kiệm bón phân qua nước cho cà phê Tây Nguyên” (2016) tác giả Phan Việt Hà, Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên đề xuất phương án tưới tiết kiệm nước kết hợp với bón phân thơng qua lượng nước tưới dựa sở hạ tầng hệ thống tưới tiết kiệm nước hãng Natafim - Israel Luận văn thạc sĩ chuyên nghành Trồng trọt “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ tưới nước đến sinh trưởng, phát triển cà phê vối trồng đất bazan tỉnh ĐắkLắk” (2007) tác giả Lâm Anh Trung Đề tài phân tích, đánh giá hiệu phương pháp tưới khác cà phê vối khu vực canh tác cà phê tỉnh ĐắkLắk, từ đề suất phương pháp tưới gốc, tần suất tưới lượng nước tưới cho lần tưới “Xác định nhu cầu nước tưới cho lạc phương trình FAO Penman – Monteith phương pháp hệ số trồng đơn” (Tạp chí KHKT Thủy lợi môi trường, số 46 – 9/2014) tác giả Nguyễn Quang Phi Qua báo tác giả đề xuất phương pháp tính tốn lượng nước tưới dựa vào việc đo đạc lượng bốc thoát nước lạc, phương pháp hiệu tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc (FAO) khuyến khích sử dụng Qua thời gian tham khảo tài liệu nghiên cứu nước nước thăm quan thực tế khu vực canh tác cà phê có sử dụng hệ thống tưới tiết kiệm nước tác giả định lựa chọn đề tài “Ứng dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng hệ thống tưới tiết kiệm nước cho cà phê ” để nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu đơn giản hóa việc vận hành hệ thống tưới, áp dụng thực tiễn sản xuất hướng đến mục tiêu nông nghiệp công nghệ cao bền vững CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƢỚI NƢỚC CHO CÂY CÀ PHÊ 1.1 ẢNH HƢỞNG CÁC YẾU TỐ SINH THÁI ĐẾN SINH TRƢỞNG, PHÁT TRIỂN CÂY CÀ PHÊ 1.1.1 Nhiệt độ 1.1.2 Độ ẩm khơng khí 1.1.3 Ánh sáng 1.1.4 Gió 1.1.5 Độ cao 1.2 ĐẤT TRỒNG CÀ PHÊ 1.3 YÊU CẦU NƢỚC TƢỚI CHO CÂY CÀ PHÊ Theo kết nghiên cứu số tác giả cà phê chè cà phê vối, phân chia trình phát triển cà phê thành giai đoạn sau a Giai đoạn đầu đinh b Giai đoạn tăng nhanh thể tích c Giai đoạn tích luỹ chất khơ hình thành hạt d Giai đoạn chín 1.4 CÁC BIỆN PHÁP TƢỚI NƢỚC 1.4.1 Hệ thống tưới béc ( kỹ thuật tưới phun mưa) 1.4.2 Tưới gốc 1.4.3 Tưới tiết kiệm nước (tưới nhỏ giọt) 1.5 XÁC ĐỊNH NHU CẦU TƢỚI CHO CÂY TRỒNG 1.5.1 Phƣơng trình cân nƣớc cho khu đất có trồng Một cách tổng qt, phương trình cân nước, xuất phát từ định luật bảo toàn khối lượng, phát biểu ngắn gọn sau: “Hiệu số tổng lượng nước vào khối đất xem xét thời đoạn định thay đổi lượng nước trữ khối đất đó” Phát biểu rút ngắn hình 1.1 chi tiết hóa hình 1.2 Hình 1.2 Minh họa tóm tắt phương trình cân nước đơn giản Giả sử có khối đất hình trụ bao quanh vùng rễ hình 1.2 Xét thời điểm đó: ∆S = Hr (θ2- θ1) = Wi - Wo (1-1) Trong đó: ∆S - thay đổi lượng nước trữ thời đoạn xem xét, [mm]; Hr - chiều sâu lớp đất quanh vùng rễ xem xét, [mm]; θ2, θ1 - độ ẩm đất ởthời điểm cuối thời điểm đầu thời đoạn [%]; Wi, Wo - tổng lượng nước vào khỏi vùng rễ xem xét, [mm] Trong thực tế hai nguồn nước cung cấp cho trồng (nước vào) nước tưới (I) nước mưa (Re), lượng nước chủ yếu bốc nước (ETc) đại lượng khác để đơn giản tính tốn cho khơng, phương trình cân nước viết thành: Hr(θ2 - θ1) = I + Re - ETc (1-5) 1.5.2 Nhu cầu nƣớc nhu cầu tƣới trồng Nhu cầu nước trồng: Trong tính tốn nhu cầu nước cho trồng, người ta thường gộp lượng nước từ bốc thoát lại thành gọi chung lượng bốc thoát (evapotranspiration), viết tắt ET Một cách gần ta xem: (Nhu cầu nƣớc trồng) ≈ (Lƣợng bốc thoát hơi) Nhu cầu tưới trồng: Nhu cầu tưới cho loại trồng hiệu số nhu cầu nước cho trồng lượng mưa hữu hiệu (Nhu cầu tưới trồng) = (Lượng bốc thoát hơi) – (Lượng mưa hữu hiệu) I = ETc - Re (1-6) Xác định tham số lượng bốc thoát (ETc) Bốc thoát trồng (Crop evapotranspiration), viết tắt ETc , thực tế xác định theo công thức tổ chức FAO [11] ETc= Kc ETo (1-7) Trong đó: Kc: hệ số trồng (crop coefficient), thay đổi Kc biểu đường cong Kc theo giai đoạn sinh trưởng trồng hình 1.4 Hình 2.1 Ví dụ thay đổi giá trị Kc theo giai đoạn sinh trưởng trồng Công thức Penman-Monteith: 0, 408 ( Rn G) ETo 900 v2 (es ea ) 273 T (1 0,34v2 ) (1-8) Trong đó: T nhiệt độ bình qn tính tốn, tính oC; Δ độ nghiêng đường quan hệ nhiệt độ với áp suất bão hòa nhiệt độ T, tính K.Pa oC-1; 4098es (T 273)2 Δ xác định theo hệ thức: es áp suất nước bão hòa (K.Pa): es 0, 6108exp 17, 27T T 273 ea áp suất nước thực tế nhiệt độ khơng khí trung bình (kPa): ea es RH 100 RH độ ẩm tương đối trung bình khơng khí, %; Rn xạ mặt trời giữ lại sau phản xạ mặt đất trồng trọt, tính MJ/m2 G: Thơng lượng nhiệt đất [MJ/m2 giờ] γ: Hằng số biểu nhiệt độ, P 101,3 293 0,0063z 293 0,00163 P 5,26 (kPa), áp suất khơng khí z: Cao độ so với mực nước biển [m] λ = 2,501 - 2,361.10 -3T nhiệt ẩn bay v2: Tốc độ gió cao độ mét [km/h] 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG I Tìm hiểu đặc tính sinh học, ảnh hưởng điều kiện khí hậu, điều kiện thổ nhưỡng đến trình sinh trưởng cà phê kinh doanh.Tìm hiểu cơng thức tính lượng bốc nước tham chiếu Penman-Monteith Tổng hợp số liệu, cơng thức từ làm rõ quan hệ thành phần phương trình cân nước cho trồng cạn, mối quan hệ đại lượng đầu vào đầu hệ thống tưới làm sở để giải toán cho chương 10 Hình 2.9 Cấu trúc điều khiển mờ - Giao diện đầu vào bao gồm khâu mờ hoá khâu phụ trợ khác (như khâu tích phân, khâu vi phân, ) để thực toán điều khiển động - Thiết bị hợp thành triển khai luật hợp thành R xây dựng sở luật điều khiển thích hợp - Giao diện đầu gồm khâu giải mờ khâu tác động trực tiếp tới đối tượng (như khâu khuếch đại, khâu hạn chế, ) 2.3.2 Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 2.3.3 Các bƣớc thực xây dựng điều khiển mờ Đối với điều khiển mờ theo mơ hình Mamdani: - Định nghĩa tất biến ngôn ngữ vào - Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho biến vào/ra + Xác định miền giá trị vật lý cho biến ngôn ngữ vào/ra + Xác định số lượng tập mờ cần thiết 11 + Xác định kiểu hàm liên thuộc + Rời rạc hoá tập mờ - Xây dựng luật điều khiển (các mệnh đề hợp thành) - Chọn thiết bị hợp thành mờ (max-Min hay sum-Min, ) - Chọn phương pháp giải mờ - Tối ưu hệ thống 2.3.4 TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG Khi áp dụng lô-gic mờ cho tạo điều khiển mờ với tính chất tốt nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển tự động, ví dụ điều khiển đối tượng phức tạp Ngoài ra, điều khiển mờ cho phép lặp lại tính chất điều khiển kinh điển Việc thiết kế điều khiển mờ đa dạng, qua việc tổ chức nguyên tắc điều khiển chọn tập mờ cho biến ngôn ngữ cho phép người ta thiết kế điều khiển mờ khác Khối lượng công việc cần thực thiết kế điều khiển mờ khơng phụ thuộc vào đặc tính đối tượng Điều có nghĩa q trình xử lý điều khiển mờ với nguyên tắc điều khiển cho đối tượng có đặc tính động học khác hồn tồn 12 CHƢƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TƢỚI TIẾT KIỆM NƢỚC 3.1 MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TƢỚI TIẾT KIỆM NƢỚC 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tƣới Phương trình cân nước (1-5) viết thành: H (θmax - θmin) = I + Re - ETc [mm] (3-1) Trong đó: H: độ sâu tầng đất ẩm nuôi hay độ sâu tưới nước, [mm] θmax: độ ẩm tối đa đồng ruộng, [%] θmin: độ ẩm héo, phụ thuộc vào loại trồng, [%] Nếu gọi độ ẩm trước tưới θ1 độ ẩm sau tưới θ2 ta có: (3-1) H(θ2 - θ1) = I + Re - ETc [mm] (3-2) Với: θ1: độ ẩm trước tưới, [%] θ2: độ ẩm sau tưới độ ẩm mong muốn [%] Hay: θ2 (I Re ETc ).100 H Trong đó: K θ1 (I Re ETc ).K θ1 [%] (3-3) 100 [mm ] H Từ phương trình (3-3), thành lập sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống tưới sau: 13 Nguồn nước từ: Bồn tạo áp lực từ máy bơm Van điều khiển lưu lượng Bộ điều khiển Độ ẩm đặt (-) (%) (%) Nước tưới (I) (mm) Nước mưa (Re) (mm) Bốc thoát (ETc) (mm) ETo ETc=ETo.Kc Hệ số trồng (Kc) Cảm biến độ ẩm Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tưới Thông qua mối tương qua đại lượng có sơ đồ nguyên lý hệ thống thành lập mơ hình tổng quát hệ thống tưới hình 3.2: θref + K2 e - Hệ số Van điều khiển _ETc I + + Re K2 K1 θt + Hệ số K1 q_in + θ1 Hình 3.2 Mơ hình tổng qt hệ thống tưới 3.1.1 Các thông số liên quan đến việc xác định lƣợng nƣớc tƣới cho cà phê Độ ẩm héo, θmin ≤ 25% Độ ẩm thích hợp, 34% ≤ θ ≤ 46% Độ ẩm tối đa, θmin > 46% 14 3.1.2 Mơ hình hóa phần tử hệ thống tƣới công cụ Matlab Simulink a Công thức Penman-Monteith Từ khối chức thư viện Matlab Simulink ta xây dựng mô hình cơng thức Penman-Monteith (ETo) theo cơng thức (1-8) hình 3.3 với thơng số đầu vào là: Rn: xạ mặt trời trung bình theo h RH: độ ẩm khơng khí trung bình theo h T: nhiệt độ trung bình theo h v2: tốc độ gió trung bình theo h Hình 3.3 Cơng thức Penman-Monteith với ngõ vào b Van lưu lượng Khối mơ hình Van khối gồm hai đầu vào đầu Hai đầu vào van là: Tín hiệu điều khiển đóng mở van: độ mở van tương ứng, nhận giá trị thực khoảng từ 0.0 đến 1.0 Giá trị 0.0 tương ứng với trường hợp van đóng hồn toàn, giá trị 1.0 tương ứng với trường hợp van mở hoàn toàn (100%) Lưu lượng vào tối đa van (q_in) Đầu van là: Lưu lượng van = tích số tín hiệu điều khiển van lưu lượng vào van 15 Hình 3.4 Mơ hình khối van lưu lượng 3.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỐI TƢỢNG TRÊN MATLAB SIMULINK Căn vào công thức 3-3 công cụ Matlab Simulink ta xây dựng mơ hình đối tượng hệ thống tưới hình 3.5 với số liệu đầu vào bảng 3-1 hình 3.6: Bảng 3-1 Thơng số đầu vào hệ thống STT Số liệu Giá trị H – chiều sâu tính tốn rễ cà 300 [mm] phê Kc – hệ số trồng alpha – hệ số sử dụng nước mưa 20,163 q_in - lưu lượng cực đại vào van [mm/h/ha] θ1 – độ ẩm đất độ sâu H 20 [%] trước tưới Hình 3.5 Mơ hình toán học hệ thống tưới 16 Cac thong so dau vao Luong boc thoat hoi ETo 80 6.5 70 60 bien 50 40 Bien boc thoat hoi (mm) Re Rn RH T u2 30 5.5 4.5 3.5 20 10 2.5 0 10 15 20 25 thoi gian (s) 10 15 20 25 thoi gian (s) Hình 3.6 Số liệu đầu vào hệ thống 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Xuất phát từ phương trình cân nước tiến hành tổng hợp hệ mơ hình tổng qt với thành phần hệ thống tưới tiết kiệm nước từ công cụ Matlab Simulink mơ hình hóa thành phần hệ thống như: Công thức Penman-Monteith, khối van lưu lượng… Qua thành lập mơ hình mơ hệ thống tưới làm sở để tiến hành tổng hợp điều khiển chương 17 CHƢƠNG TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ BỘ ĐIỀU KHỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƢỚI, MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƢỚI 4.1.1 Tổng quan điều khiển PID Hình 4.1 Mơ hình hệ thống điều khiển PID 4.1.2 Xác định tham số điều khiển PID điều khiển hệ thống tƣới Xây dựng mô hình hệ thống tưới với điều khiển PID: θref + K2 e Bộ điều uđk khiển PID - Hệ số Van điều khiển I _ q_in K1 + Re K2 ETc + Hệ số K1 θt + + θ1 Hình 4.2 Hệ thống tưới với điều khiển PID Tính tốn tham số điều khiển theo phương pháp thứ Ziegler-Nichols tìm thời gian trễ L = 0,1045 [s] thời gian độ T = 0,0545 [s], từ tính tham số điều khiển P, PI, PID bảng 4.1: 18 Bảng 4-1 Tham số điều khiển P, PI PID Bộ điều khiển KP KI KD P (tỉ lệ) 0,5215 - - PI (tích phân tỉ lệ) 0,4693 1,497 - PID (vi tích phân tỉ lệ) 0,625 2,99 0,0326 So sánh đáp ứng ba điều khiển với ngõ vào tín hiệu Step có giá trị θref = 46 % Đáp ứng ngõ hệ thống với ba điều khiển P, PI, PID thể hình 4.2: DAP UNG NGO RA CUA HE THONG VOI CAC BO DIEU KHIEN P, PI, PID 55 50 45 am (%) 40 gia tri dat P controller PI controller PID controller 35 30 25 20 15 10 10 15 20 25 thoi gian (s) Hình 4.2 So sánh đáp ứng ngõ hệ thống sử dụng ba điều khiển P, PI, PID Đánh giá chất lượng điều khiển P, PI, PID : Bảng 4-2 Chỉ tiêu đánh giá điều khiểnP, PI, PID Bộ điều khiển P PI PID Chỉ tiêu đánh giá Độ điều chỉnh max Thời gian độ Tmax [s] Thời gian tăng tm [s] [%] 11,9 9,9 0,25 - 1,3 0,19 1,4 0,19 Nhận xét : Vậy xét tổng thể đối tượng hệ thống tưới xét 19 điều khiển PID có chất lượng điều khiển tốt 4.2 ỨNG DỤNG LOGIC MỜ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TƢỚI Mơ hình đối tượng với điều khiển mờ sau : θref + K2 - Hệ số K2 e uđk de Bộ điều khiển mờ Van điều khiển _ I ETc + K1 + Re θt + Hệ số K1 q_in + θ1 Hình 4.3 Hệ thống với điều khiển mờ Bộ điều khiển có biến ngõ vào: - Sai lệch e = θref – θt ( sai lệch độ ẩm đặt độ ẩm thời điểm t) - de đạo hàm sai lệch e theo thời gian Ngõ điều khiển tín hiệu điều khiển uđk dùng để điều khiển đóng mở van 4.2.1 Định nghĩa tập mờ cho biến vào Đối với miền giá trị sai lệch e ta chọn sau: e 1 [%] Tương ứng với hàm thuộc, cụ thể sau: µe = [µeN(x), µeZE(x), µeP(x)] Trong ba giá trị cho biến ngôn ngữ sử dụng là: N: sai lệch âm nhiều, ZE: sai lệch cho phép, P: sai lệch dương nhiều Đối với de đạo hàm sai lệch e ta chọn sau: de 0,1 0,1 (%/s) Tương ứng với hàm thuộc, cụ thể sau : µe = [µdeN(x), µdeZE(x), µdeP(x)] 20 Trong ba giá trị cho biến ngơn ngữ sử dụng là: N: đạo hàm sai lệch biến thiên âm (sai lệch e giảm nhanh) ZE: đạo hàm sai lệch biến thiên giới hạn cho phép ( sai lệch e nằm khoảng cho phép), P: đạo hàm sai lệch biến thiên dương (sai lệch e tăng nhanh) Đối với ngõ uđk tín hiệu điều khiển van ta chọn: udk 1 Tương ứng với hàm liên thuộc, cụ thể sau : µu = [µuNB(x), µuNS(x), µuZE(x), µuPS(x), µuPB(x)] Trong năm giá trị cho biến ngôn ngữ sử dụng là: NB: đóng van hồn tồn (đóng nhanh), NS: đóng van (đóng chậm), ZE: độ mở van khơng đổi, PS: mở van (mở chậm), PB: mở van hồn tồn (mở hết, nhanh) 4.2.2 Luật điều khiển, qui tắc hợp thành phƣơng pháp giải mờ Quan hệ e, de u đk tương ứng thể bảng 43: de Bảng 4-3 Trạng thái e, de tín hiệu uđk tương ứng e N ZE P N ZE P NB NB NB PS ZE NS PB PB PB Chọn luật hợp thành Max-Min, giải mờ phương pháp trọng tâm, ta quan sát tác động luật quan hệ vào điều khiển hình 4.5: 21 Hình 4.4 Quan hệ vào e, de uđk 4.2.3 Mô hệ thống với điều khiển mờ Hình 4.5 Hệ thống với điều khiển mờ Đáp ứng ngõ sai lệch điều khiển mờ với ngõ vào tín hiệu Step có giá trị θref = 46 % DAP UNG NGO RA VA SAI LECH e(t) CUA HE THONG VOI BO DIEU KHIEN MO 50 40 am (%) 30 gia tri dat dap ung ngo sai lech e(t) 20 10 -10 10 15 20 25 thoi gian (s) Hình 4.6 Đáp ứng ngõ hệ thống với điều khiển mờ ngõ vào tín hiệu hàm bước 22 4.2.4 So sánh, đánh giá điều khiển PID điều khiển mờ Với tín hiệu hàm bước có giá trị θref = 46 [%], ta đáp ứng ngõ sai lệch hệ thống với hai điều khiển mờ PID hình 3.27 : DAP UNG NGO RA VA SAI LECH e(t) CUA HAI BO DIEU KHEIN MO VA PID 60 50 am (%) 40 gia tri dat PID FUZZY sai lech PID sai lech FUZZY 30 20 10 -10 10 15 20 25 thoi gian (s) Hình 4.7 Đáp ứng sai lệch hệ thống với điều khiển mờ PID tín hiệu ngõ vào hàm Step Thay đổi ngõ vào hàm nấc thang để kiểm tra độ bám điều khiển mờ điều khiển PID : DAP UNG NGO RA SAI LECH HE THONG VOI BO DIEU KHIEN PID va MO 60 50 40 am (%) 30 gia tri dat PID FUZZY LOGIC PID error FUZZY LOGIC error 20 10 -10 -20 10 15 20 25 thoi gian (s) Hình 4.8 Đáp ứng sai lệch hệ thống với điều khiển mờ PID tín hiệu ngõ vào hàm nấc thang 23 Các tiêu để đánh giá chất lượng hai điều khiển mờ điều khiển PID bảng 4.3 Bảng 4-3 Chỉ tiêu đánh giá điều khiển mờ điều khiển PID Bộ điều khiển PID FUZZY COTROLLER COTROLLER Chỉ tiêu đánh giá Độ điều chỉnh max (%) Thời gian độ Tmax (s) Thời gian tăng tm (s) Sai số xác lập (độ ẩm, %) 9,9 1,4 0,188 1,3 1.3 0,15 Căn bảng số liệu ta nhận thấy điều khiển có ưu nhược điểm riêng nhiên xét tổng thể đối tượng hệ thống tưới xét điều khiển mờ có chất lượng điều khiển tốt điều khiển PID 4.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Với việc tính tốn tham số điều khiển P, PI, PID điều khiển mờ q trình mơ hệ thống với điều khiển tổng hợp với tín hiệu ngõ vào khác để đánh giá chất lượng điều khiển thấy điều khiển mờ với ưu phù hợp với đối tượng có tính phi tuyến, có giá trị đầu vào thay đổi liên tục theo thời gian hệ thống tưới nói 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với đề tài “Ứng dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng hệ thống tưới tiết kiệm nước cho cà phê”, luận văn giải vấn đề sau: Tổng hợp mơ hình tổng qt đối tượng hệ thống tưới cho cà phê dựa mối quan hệ đại lượng như: lượng bốc thoát nước trồng, lượng mưa hữu hiệu, lượng nước tưới độ ẩm đất Từ định lượng nước tưới cần thiết thời điểm cụ thể tương ứng với độ ẩm yêu cầu trồng Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết logic mờ phương pháp tính tốn tham số điều khiển PID, dựa vào đặc điểm mơ hình đối tượng tổng hợp thông số điều khiển mờ điều khiển PID Dựa vào công cụ mô phần mềm Matlab Simulink tiến hành mô kiểm chứng để so sánh chất lượng điều khiển hai điều khiển mờ PID mơ hình hệ thống tưới tiết kiệm nước, kết cho thấy với điều khiển mờ lựa chọn hệ thống đạt yêu cầu chất lượng điều khiển Mặc dù đạt kết đề với thời gian nghiên cứu hạn chế phạm vi giới hạn đề tài đặt ra, luận văn chưa thể tổng hợp xác hết thơng số đầu vào hệ thống như: thời tiết, thổ nhưỡng, lượng mưa, chưa đề cập đến khâu đo đếm lưu lượng nước, độ ẩm đất chưa nghiên cứu thử nghiệm thiết bị thực tế Đó vấn đề mà tác giả dự định tiếp tục phát triển nghiên cứu thời gian tới ... sáng 1.1.4 Gió 1.1.5 Độ cao 1.2 ĐẤT TRỒNG CÀ PHÊ 1.3 YÊU CẦU NƢỚC TƢỚI CHO CÂY CÀ PHÊ Theo kết nghiên cứu số tác giả cà phê chè cà phê vối, phân chia q trình phát triển cà phê thành giai đoạn sau... tác cà phê có sử dụng hệ thống tưới tiết kiệm nước tác giả định lựa chọn đề tài “Ứng dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng hệ thống tưới tiết kiệm nước cho cà phê ” để nghiên cứu nhằm nâng cao. .. tiêu nông nghiệp công nghệ cao bền vững 4 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƢỚI NƢỚC CHO CÂY CÀ PHÊ 1.1 ẢNH HƢỞNG CÁC YẾU TỐ SINH THÁI ĐẾN SINH TRƢỞNG, PHÁT TRIỂN CÂY CÀ PHÊ 1.1.1 Nhiệt độ 1.1.2 Độ