Bàn về ưu, nhược điểm của thuật toán chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển pid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC BÀN VỀ ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA THUẬT TOÁN CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÃ SỐ: NGUYỄN THỊ LUYẾN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC HÀ NỘI 2008 NGUYỄN THỊ LUYẾN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BÀN VỀ ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA THUẬT TOÁN CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID NGUYỄN THỊ LUYẾN 2006 - 2008 Hà Nội 2008 HÀ NỘI 2008 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học Tác giả luận văn NGUYỄN THỊ LUYẾN ii MỤC LỤC Trang Trang Lời cam đoan i Mục lục ii Những từ viết tắt luận văn v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ đồ thị xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN MỜ Tập mờ 1.1 Định nghĩa tập mờ 1.2 Các phép toán tập mờ Cấu trúc điều khiển mờ 14 2.1 Cấu trúc điều khiển mờ 14 2.2 Mờ hóa 15 2.3 Thiết bị hợp thành 17 2.4 Giải mờ 27 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ PID CỦA ZHAO – TOMIZUKA VÀ ISAKA Phương pháp chỉnh định mờ tham số PID Zhao – Tomizuka Isaka với tham số chuẩn hóa 32 32 1.1 Cấu trúc chỉnh định mờ tham số PID 32 1.2 Xác định biến ngôn ngữ tập mờ vào/ 34 1.3 Xây dựng luật chỉnh định giải mờ 36 Phương pháp chỉnh định mờ tham số PID Zhao –Tomizuka Isaka với tham số không chuẩn hóa 37 CHƯƠNG ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BỘ CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ PID 42 iii Trang Áp dụng luật chỉnh định mờ tham số PID cho đối tượng tuyến tính 42 1.1 Đối tượng ổn định 42 1.1.1 Sử dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID 42 1.1.2 Sử dụng PID kinh điển 58 1.1.3 So sánh phương pháp chỉnh định mờ tham số PID với PID kinh điển 62 1.2 Đối tượng biên giới ổn định 63 1.2.1 Sử dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID 63 1.2.2 Sử dụng PID kinh điển 71 1.2.3 So sánh phương pháp chỉnh định mờ tham số PID với PID kinh điển 73 1.3 Đối tượng bất định tham số 73 1.3.1 Sử dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID 73 1.3.2 Sử dụng PID kinh điển 80 1.3.3 So sánh phương pháp chỉnh định mờ tham số PID với PID kinh điển Áp dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID cho đối tượng phi tuyến tĩnh 82 83 2.1.1 Sử dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID 83 2.1.2 Sử dụng PID kinh điển 85 2.1.3 So sánh phương pháp chỉnh định mờ tham số PID với PID kinh điển Áp dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID cho hệ thống chịu tác động nhiễu 3.1 Nhiễu tác động vào đầu hệ thống 86 87 87 3.1.1 Sử dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID 87 3.1.2 Sử dụng PID kinh điển 90 3.1.3 So sánh phương pháp chỉnh định mờ tham số PID với PID kinh điển 92 3.2 Nhiễu tác động vào đầu vào tín hiệu điều khiển 92 iv Trang 3.2.1 Sử dụng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID 92 3.2.2 Sử dụng PID kinh điển 96 3.2.3 So sánh phương pháp chỉnh định mờ tham số PID với PID kinh điển 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 v NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN MXĐ Miền xác định MỞ ĐẦU Bộ điều khiển PID ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp Có nhiều phương pháp chỉnh định tham số điều khiển PID phương pháp Ziegler – Nichols; phương pháp tổng T Kuhn; phương pháp tối ưu đối xứng; phương pháp tối ưu độ lớn; …v.v Trong tài liệu Lý thuyết Điều khiển mờ tác giả Nguyễn Doãn Phước Phan Xuân Minh đưa phương pháp chỉnh định mờ tham số PID Zhao, Tomizuka Isaka Tuy nhiên, tài liệu ứng dụng phương pháp với trường hợp cụ thể Câu hỏi đặt là: Lớp đối tượng sử dụng phương pháp chỉnh định mờ tham số PID Zhao, Tomizuka Isaka lớp đối tượng khơng nên sử dụng Để trả lời cho câu hỏi ấy, sử dụng phương pháp chỉnh định mờ Zhao, Tomizuka Isaka cho lớp đối tượng khác Sau so sánh chất lượng hệ thống điều khiển sử dụng chỉnh định mờ tham số PID với chất lượng hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển PID kinh điển Từ ưu, nhược điểm phương pháp chỉnh định mờ tham số PID Zhao, Tomizuka Isaka đề xuất Chương 1: ĐIỀU KHIỂN MỜ Tập mờ Một cách tổng quát, hệ thống mờ tập hợp qui tắc dạng If … Then … để tái tạo hành vi người tích hợp vào cấu trúc điều khiển hệ thống Việc thiết kế hệ thống mờ mang nhiều tính chất chủ quan, tùy thuộc vào kinh nghiệm kiến thức người thiết kế Ngày nay, kỹ thuật mờ phát triển vượt bậc chưa có cách thức quy hiệu để thiết kế hệ thống mờ Việc thiết kế phải dựa kỹ thuật cổ điển thử - sai đòi hỏi phải đầu tư nhiều thời gian để tới kết chấp nhận Để hiểu rõ khái niệm “MỜ” ta thực phép so sánh sau: Trong tốn học phổ thơng ta học nhiều tập hợp, ví dụ tập số thực R, tập số nguyên tố P={2,3,5, }… Những tập hợp gọi tập hợp kinh điển hay tập rõ, tính “RÕ” hiểu với tập xác định S chứa n phần tử ứng với phần tử x ta xác định giá trị y=S(x) Giờ ta xét phát biểu thông thường tốc độ xe môtô: chậm, trung bình, nhanh, nhanh Phát biểu “CHẬM” không rõ km/h, từ “CHẬM” có miền giá trị khoảng đó, ví dụ 5km/h – 20km/h chẳng hạn Tập hợp L={chậm, trung bình, nhanh, nhanh} gọi tập biến ngôn ngữ Với thành phần ngôn ngữ xk phát biểu nhận khả µ(xk) tập hợp F gồm cặp (x, µ(xk)) gọi tập mờ 1.1 Định nghĩa tập mờ Hàm phụ thuộc µA(x) định nghĩa tập A, khái niệm tập hợp kinh điển có hai giá trị x∈A x∉A Hình 1.1 mơ tả hàm phụ thuộc hàm µA(x), tập A định nghĩa sau: A= x∈R |2