Bộ điều khiển mờ cho các hệ thống ứng dụng

Điều kiện quan trọng nhất khi thiết kế hệ thống là phải đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Một hệ thống điều khiển không thể không ổn định, vì khi hệ thống đã không ổn định thì không thể khảo sát được các chất lượng khác của hệ thống như chất lượng động, chất lượng tĩnh…..

Chương BỘ ĐiỀU KHIỂN MỜ • Điều khiển mờ chiếm vị trí quan trọng điều khiển học kỹ thuật đại • Ứng dụng cơng nghiệp điều khiển mờ như: điều khiển nhiệt độ, điều khiển giao thông vận tải, điều khiển thiết bị dân dụng • Bộ điều khiển kinh điển thường bị bế tắc gặp toán có độ phức tạp hệ thống cao, độ phi tuyến lớn, thường xuyên thay đổi trạng thái cấu trúc đối tượng , Bộ điều khiển mờ đơn giản việc thực giải pháp 3.1 Điều khiển mờ Chương trình bày thành phần điều khiển mờ bao gồm khâu Fuzzy hoá, thiết bị thực luật hợp thành khâu giải mờ Một điều khiển mờ gồm ba thành phần có tên gọi điều khiển mờ • Bộ điều khiển mờ R1: NẾU … THÌ… x0 Fuzzy hố μ Rq: NẾU … THÌ… Hình 3.1 B’ Giải mờ y’ Do điều khiển mờ có khả xử lý giá trị tín hiệu thời nên thuộc nhóm điều khiển tĩnh Tuy để mở rộng miền ứng dụng chúng vào toán điều khiển động, khâu động học cần thiết nối thêm vào điều khiển mờ ∫……dt Bộ điều khiển mờ x(t) d … dt Hình 3.2 Bộ điều khiển mờ động y’(t) 3.2 Nguyên lý điều khiển mờ Trước vào ứng dụng cụ thể điều khiển mờ, nghiên cứu cấu trúc nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển mờ Trong hình 3.3 hệ thống điều khiển tự động với điều khiển mờ Bộ đk mờ Luật điều khiển e Giao diện μ đầu vào x O e _ Thiết bị hợp thành Bộ điều khiển mờ u B’ Giao diện u đầu Đối tượng Thiết bị đo Hình 3.3: Mạch điều khiển tự động với điều khiển mờ y Hoạt động điều khiển phụ thuộc vào kinh nghiệm phương pháp rút kết luận theo tư người, sau cài đặt vào máy tính sở logic mờ Hệ thống đk mờ thiết kế gồm: • Giao diện đầu vào bao gồm khâu Fuzzy hoá khâu phụ trợ thêm để thực tốn động khâu tích phân, vi phân, • Thiết bị hợp thành mà chất triển khai luật hợp thành R xây dựng sở luật điều khiển • Khâu giao diện đầu (khâu chấp hành) gồm khâu giải mờ khâu giao diện trực tiếp với đối tượng • 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 • Phần điều khiển mờ luật điều khiển mờ có dạng tập mệnh đề hợp thành cấu trúc NẾU THÌ nguyên tắc triển khai mệnh đề hợp thành có tên nguyên tắc MAX-MIN hay SUMMIN • Hai thành phần luật điều khiển nguyên tắc triển khai hình thành nên sống điều khiển mờ • Biến đk cơng suất P(giá trị rõ) • Thiết bị hợp thành có biến vào ET, DET biến DP • Bộ đk mờ biến vào ET biến P 3.3.2 Xác định tập mờ Định nghĩa biến ngôn ngữ vào/ra bao gồm số tập mờ dạng hàm liên thuộc, cần xác định: Miền giá trị vật lý (cơ sở) biến ngôn ngữ vào/ra + Sai lệch nhiệt độ ET chọn miền giá trị -12C đến +12C, + Tốc độ biến đổi DET sai lệch có giá trị biến đổi từ -6C/s tới 6C/s, + Tốc độ biến đổi công suất DP nằm khoảng -120W/s đến 120W/s Số lượng tập mờ (giá trị ngôn ngữ) Số lượng giá trị ngôn ngữ cho biến ngôn ngữ nên nằm khoảng từ đến 10 giá trị, thường ( - 9) Điều khiển nhiệt độ, xác định sau: * ET  âm, không, dương * ET   âm, âm ít, khơng, dương ít, dương * ET  âm nhiều, âm, âm ít, khơng, dương ít, dương, dương nhiều • • • • • • • Tên gọi giá trị ngôn ngữ dùng ký hiệu sau: Âm nhiều - NB (Negativ Big) Âm - NM (Negativ Medium) Âm - NS (Negativ Small) Khơng - ZE (Zero) Dương - PS (Positiv Small) Dương - PM (Positiv Medium) Dương nhiều - PB (Positiv Big) Miền xác định (ngôn ngữ) biến vào/ra là: • ET  NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB, • DET  NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB, • DP  NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB • • Xác định hàm liên thuộc Đây điểm quan trọng trình làm việc điều khiển mờ phụ thuộc vào dạng kiểu hàm liên thuộc Cần chọn hàm liên thuộc có phần chồng lên phủ kín miền giá trị vật lý để trình điều khiển khơng xuất “lỗ hổng” • 3.3.3 Xây dựng luật điều khiển Trong việc xây dựng luật điều khiển (mệnh đề hợp thành) cần lưu ý vùng lân cận điểm khơng (ví dụ trường hợp DT=ZE) không tạo “lỗ hổng”, gặp phải “lỗ hổng” xung quanh điểm làm việc điều khiển khơng thể làm việc theo trình tự định Cần phải để ý rằng, phần lớn điều khiển, tín hiệu khơng tất tín hiệu vào khơng • • • • • • • • • • • • • • điều khiển nhiệt độ: R1: NẾU ET=NB VÀ DET=ZE THÌ DP=PB HOẶC R2: NẾU ET=NM VÀ DET=ZE THÌ DP=PM HOẶC R3: NẾU ET=NS VÀ DET=ZE THÌ DP=PS HOẶC R4: NẾU ET=ZE VÀ DET=ZE THÌ DP=ZE HOẶC R5: NẾU ET=PS VÀ DET=ZE THÌ DP=NS HOẶC R6: NẾU ET=PM VÀ DET=ZE THÌ DP=NM HOẶC R7: NẾU ET=PB VÀ DET=ZE THÌ DP=NB HOẶC R8: NẾU ET=ZE VÀ DET=NB THÌ DP=PB HOẶC R9: NẾU ET=ZE VÀ DET=NM THÌ DP=PM HOẶC R10: NẾU ET=ZE VÀ DET=NS THÌ DP=PS HOẶC R11: NẾU ET=ZE VÀ DET=PS THÌ DP=NS HOẶC R12: NẾU ET=ZE VÀ DET=PM THÌ DP=NM HOẶC R13: NẾU ET=ZE VÀ DET=Pb THÌ DP=NB 3.3.4 Chọn thiết bị hợp thành • Có thể chọn thiết bị hợp thành theo nguyên tắc giới thiệu chương chương + sử dụng cơng thức (1.10) có luật MAXMIN, MAX-PROD, + sử dụng cơng thức Lukasiewicz có luật SUM-MIN, SUM-PROD, • 3.3.5 Chọn nguyên lý giải mờ Các pp giải mờ (hoá rõ) trình bày chương Phương pháp giải mờ chọn gây ảnh hưởng đến độ phức tạp trạng thái làm việc toàn hệ thống Thường thiết kế hệ thống điều khiển mờ, giải mờ phương pháp điểm trọng tâm có nhiều ưu điểm • • • • • • • • 3.4.1 Phương pháp tổng hợp kinh điển: Gồm bước: Xây dựng mơ hình đối tượng đủ xác Đơn giản hóa mơ hình Tuyến tính hóa mơ hình điểm làm việc Chọn điều khiển thích hợp, xác định tính chất mà điều khiển phải có Tính tốn thơng số điều khiển Kiểm tra điều khiển vừa thiết kế cách ghép với mơ hình đối tượng điều khiển, kết không đạt mong muốn, phải thiết kế lại theo bước từ đến đạt kết mong muốn Đưa điều khiển vừa thiết kế vào điều khiển đối tượng thực kiểm tra q trình làm việc hệ thống • 3.4.2 Mơ hình đối tượng điều khiển: VD: Q trình làm mát sưởi ấm cho phòng chọn mơ hình khâu qn tính bậc Giả thiết công suất làm mát (hay sưởi ấm) 1kW thay đổi nhiệt độ phòng cỡ 10oC số thời gian qn tính 1000s Do hệ số khuếch đại K = 10/1000 C/W = 0,01C/W số thời gian T1: dy T1  y( t ) K.x ( t ) dt • Bộ đk mờ tĩnh: điển hình khuếch đại, bơ đk rơle 2,3 vị trí • Bộ đk mờ động với đầu vào đầu