Ứng dụng logic mờ điều khiển tốc độ động cơ một chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ứng dụng logic mờ điều khiển tốc độ động chiều ngành: điều khiển tự động hoá M Số: trịnh xuân tuyên người hướng dẫn khoa học: PGS.TS phan xuân minh H NI 2008 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu kết luận văn trung thực chưa công bố công trình khoa học Tác giả luận văn Trịnh Xuân Tuyên HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học Mục lục Lời cam đoan .1 Môc lôc Më ®Çu Danh môc bảng Danh mục hình vẽ Chương 1: Mô hình hoá động điện chiều 1.1 Cấu tạo động điện mét chiÒu 11 1.1.1 PhÇn tÜnh 11 1.1.2 PhÇn quay .12 1.2 Phân loại động ®iƯn mét chiỊu 13 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều 13 1.4 Xây dựng mô hình toán động điện chiều 14 1.5 Mô đặc tính vòng hở động mét chiỊu 19 Ch­¬ng 2: Điểm qua số phương pháp thiết kế truyền thống cho động chiều 2.1 Thiết kế ®iỊu khiĨn PID t­¬ng tù 23 2.1.1 Phương pháp tự chỉnh phản hồi Rơle Asttrom-Hagglund 2.1.2 Thiết kế điều khiển PID cho động chiều 2.2 Thiết kế điều khiển không gian trạng thái 24 .26 31 2.2.1 Xây dựng mô hình không gian trạng thái động chiều 32 2.2.2 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái gán ®iÓm cùc 33 2.2.3 ThiÕt kÕ bé ®iỊu khiĨn tèi ­u LQR 40 Ch­¬ng : C¬ së lý thuyÕt vỊ hƯ logic mê 3.1 Kh¸i niƯm vỊ tËp mê 47 3.1.1 Định nghĩa tập mờ 48 3.1.2 Các thuật ngữ logic mờ HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh 48 SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học 3.2 Các phép toán tập mê 50 3.2.1 PhÐp hỵp hai tËp mê 50 3.2.2 PhÐp giao hai tËp mê 52 3.2.3 PhÐp bï cña mét tËp mê .54 3.3 CÊu tróc cđa bé ®iỊu khiĨn mê 54 3.3.1 Khâu mờ hoá 55 3.3.2 Kh©u thực luật hợp thành 3.3.3 Khâu giải mờ 56 63 3.4 Phương pháp tổng hợp điều khiển mờ 3.4.1 Phân loại điều khiển mờ 3.4.2 Nguyên lý ®iỊu khiĨn mê 69 69 69 3.4.3 Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ .71 3.4.4 C¸c b­íc thực xây dựng điều khiển mờ 72 Chương : Tổng hợp điều khiển cho ĐCMC sở hệ logic mờ 4.1 Tổng hợp điều khiển mờ tĩnh .73 4.2 Tæng hợp điều khiển mờ động 77 4.3 Tỉng hỵp bé ®iỊu khiĨn PID chØnh ®Þnh tham sè mê 81 4.3.1 CÊu tróc bé ®iỊu khiĨn PID chỉnh định tham số mờ 81 4.3.2 Tổng hợp điều khiển PID chỉnh định tham sè mê 83 4.3.2.1 X©y dựng thuật toán điều khiển 83 4.3.2.2 Luật chỉnh định , 86 4.3.2.3 Thiết kế điều khiển PID chỉnh định tham số mờ .87 4.3.2.4 Mô điều khiển PID chỉnh định tham số mờ 93 4.3.3 So sánh chất lượng điều khiển bé ®iỊu khiĨn mê 98 4.3.4 So sánh chất lượng ĐK PID chỉnh định mờ ĐK truyền thống 101 HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học Kết luận .109 Hướng phát triển đề tài 110 Lêi kÕt 111 Tài liệu tham khảo 112 Bản tóm tắt luận văn 113 Abstract 114 HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học Mở đầu Lý thuyết hệ mờ khởi xướng Lotfi A Zadeh thuộc The University of California Zadeh đà đưa khả sử dụng lý thuyết hệ mờ làm công cụ phân tích hệ động học giới thực phức tạp Tuy nhiên , nghiên cứu mang tính khai phá Mamdani cộng Queen Mary College Anh lý thuyết hệ mờ có khả ứng dụng ứng dụng điều khiển Từ hầu hết điều khiển mờ dựa mô hình đề xuất Mamdani luật logic mờ thu từ kinh nghiệm chuyên gia, định luật vật lý thông tin dự đoán trình Lý dẫn tới suy nghĩ áp dụng logic mờ để điều khiển nằm chỗ nhiều trường hợp người cần dựa vào kinh nghiệm điều khiển đối tượng cho dù đối tượng có thông số kĩ thuật không đắn thường xuyên bị thay đổi ngẫu nhiên Do mô hình toán học đối tượng điều khiển không xác, chưa nói tới chúng hoàn toàn bị sai Việc điều khiển theo kinh nghiệm bị đánh giá không xác yêu cầu kĩ thuật đề song đà giải vấn đề trước mắt đảm bảo mặt định tính tiêu chất lượng định trước Động điện chiều đối tượng công nghiệp Về phương diện điều khiển động chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác, cấu trúc điều khiển đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao , dải điều chỉnh tốc độ rộng Ngày động chiều không sử dụng rộng rÃi công nghiệp tính chất điều khiển ưu việt sở để phân tích thiết kế hệ thống điều khiển cho loại động khác Về mặt điều khiển động chiều đà áp dụng với điều khiển từ kinh điển đến ®¹i nh­ bé ®iỊu khiĨn PID, bé ®iỊu khiĨn tèi ưu, điều khiển thích nghivà chất lượng điều khiển thu tốt Câu hỏi đặt liệu nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cách kết hợp điều khiển mờ với điều khiển không Với cách suy nghĩ vậy, đề tài ứng dụng logic mờ điều khiển tốc độ động chiều đà chọn làm nội dung luận văn HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học Về bố cục luận văn chia làm bốn chương: Chương I :Mô hình hoá động chiều Chương II : Điểm qua số phương pháp thiết kế truyền thống cho động chiỊu Ch­¬ng III: C¬ së vỊ lý thut vỊ hƯ logic mờ Chương IV: Tổng hợp điều khiển động chiều sở hệ logic mờ HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học Danh mục bảng Bảng 1.1: Thông số động chiều .20 B¶ng 2.1: Lựa chọn tham số ĐK PID theo phương pháp Ziegler-Nichols 26 Bảng 4.1 Luật điều khiển mờ cho bé ®iỊu khiĨn mê PD 79 Bảng 4.2: Luật điều khiển cho biến ngôn ng÷ H1 90 Bảng 4.3: Luật điều khiển cho biến ngôn ngữ H2 90 B¶ng 4.4: So sánh chất lượng ĐK 3phương pháp ĐK mờ 101 Bảng 4.5 : Chất lượng ĐK PID_Fuzzytuning ĐK truyền thống 103 Danh mục hình vẽ H-1.1: Cấu tạo động c¬ mét chiỊu 11 H-1.2: Giản đồ thay động chiều kích từ độc lập 13 H-1.3: Sơ đồ cấu trúc động mét chiÒu 16 H-1.4: Tuyến tính hoá dặc tính từ hoá đặc tính mô men tải 16 H-1.5: Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá động ®iƯn mét chiỊu 18 H-1.6: S¬ đồ cấu trúc động chiều từ thông không đổi 19 H-1.7: Sơ đồ mô động điện chiều 21 H-1.8: Mô hình Simulink mô động chiều 21 H-1.9: Thông số động chiều .21 H-1.10: Đáp ứng vòng hở động chiều có nhiễu tải tác động 22 H-2.1: Cấu trúc hệ thống phản hồi Rơle 25 H-2.2: Đặc tính dao động tới hạn hệ thống phản hồi Rơle 25 H-2.3: Đặc tính dao động tới hạn động c¬ mét chiỊu 26 H-2.4: Sơ đồ mô điều khiển PID 27 H-2.6: Đáp ứng độ ĐK PID nhiễu tác động 28 H-2.7: Đáp ứng độ ĐK PID tín hiệu đặt thay đổi .28 H-2.8: Đáp ứng độ ĐK PID có nhiễu tác động 29 H-2.9: Đáp ứng độ ĐK PID có nhiễu bậc thang tác động 29 HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học H-2.10: Đáp ứng độ ĐK PID có nhiễu tải tác động 30 H-2.11: Đáp ứng độ ĐK PID có nhiễu tải hình Sin tác động .31 H-2.12: Cấu trúc ĐK phản hồi trạng thái 34 H-2.13: CÊu tróc ĐK phản hồi trạng thái gán điểm cực cho động chiều 35 H-2.14: Sơ đồ mô ĐK phản hồi trạng thái gán điểm cực .37 H-2.15: Đáp ứng độ ĐK gán điểm cực nhiễu 37 H-2.16: Đáp ứng độ ĐK gán điểm cực tín hiệu đặt thay đổi 38 H-2.17: Đáp ứng độ ĐK gán điểm cực nhiễu tác động 38 H-2.18: Đáp ứng độ ĐK gán điểm cực nhiễu bậc thang tác động 39 H-2.19: Đáp ứng độ ĐK gán điểm cực nhiễu tải tác động 39 H-2.20: Đáp ứng độ ĐK gán điểm cực nhiễu tải hình Sin tác động 40 H-2.21: Cấu trúc ĐK tối ưu LQR cho động môt chiều 41 H-2.22: Sơ đồ mô ĐK tối ­u LQR .42 H-2.23: Đáp ứng độ ĐK tối ưu LQR nhiễu tác động 43 H-2.24: Đáp ứng độ ĐK tối ưu LQR tín hiệu đặt thay đổi 43 H-2.25: Đáp ứng độ ĐK tối ưu LQR có nhiễu tác động .44 H-2.26: Đáp ứng độ ĐK tối ưu LQR có nhiễu bậc thang tác động 44 H-2.27: Đáp ứng độ ĐK tối ưu LQR có nhiễu tải tác động 45 H-2.28: Đáp ứng độ ĐK tối ưu LQR có nhiễu tải hình Sin tác động 45 H-3.1a: Hàm thuộc kiểu tam gi¸c 48 H-3.1b: Hàm thuộc kiểu hình thang .48 H-3.2: Miên tin cậy miền xác định hàm thuộc kiĨu h×nh thang 49 H-3.3: CÊu tróc điều khiển mờ 55 H-3.4a: Hµm thuéc µchËm(x) vµ àtăng(y) 59 H-3.4b: Hàm thuộc àB(y) xác định theo qui tắc Min 59 H-3.4c: Hµm thuộc àB(y) xác định theo qui tắc Prod 59 H-3.5: Giải mờ theo phương pháp cực đại 64 HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn cao học H-3.6: Giải mờ theo nguyên lý cận trái .64 H-3.7: Gi¶i mê theo nguyên lý cận phải 65 H-3.8: Giải mờ theo nguyên lý trung b×nh 66 H-3.9: Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm 67 H-3.10: TËp mê có hàm thuộc hình thang 68 H-3.11: Bé ®iỊu khiĨn mê ®éng 69 H-3.12: Hệ kín phản hồi âm với tham gia cđa bé ®iỊu khiĨn mê 70 H-4.1: Định nghĩa hàm thuộc cho biến ngôn ngữ E .74 H-4.2: Định nghĩa hàm thuộc cho biến ngôn ngữ U 74 H-4.3: Quan hƯ vµo- cđa bé ®iỊu khiĨn mê tÜnh 75 H-4.4: Sơ đồ Simulink mô điều khiÓn mê tÜnh .75 H-4.5: Đáp ứng độ điều khiển mờ tĩnh nhiễu .76 H-4.6: Đáp ứng độ điều khiển mờ tĩnh tín hiệu đặt thay đổi 76 H-4.7: Định nghĩa hàm thuộc cho biến ngôn ngữ E1 78 H-4.8: Định nghĩa hàm thuộc cho biến ngôn ngữ DE1 78 H-4.9: Định nghĩa hàm thuộc cho biến ngôn ngữ U1 78 H-4.10 : Giao diƯn thiÕt kÕ bé ®iỊu khiĨn mê ®éng PD 79 H-4.11: Sơ đồ Simulink mô pháng bé ®iỊu khiĨn mê ®éng PD 80 H-4.12: Đáp ứng độ điều khiển mờ động PD nhiễu 80 H-4.13: Đáp ứng độ điều khiển mờ động PD tín hiệu đặt thay đổi 81 H-4.14: Cấu trúc điều khiển PID chỉnh định tham số mê .82 H-4.15: CÊu tróc thuËt toán PID chỉnh định tham số mờ .83 H-4.16: Sù ¶nh h­ëng cđa tham sè đến đặc tính độ 85 H-4.17: Sơ đồ khối tính toán tham số α vµ β .85 H-4.18: Phân tích đáp ứng độ đối t­ỵng 86 H-4.19: Định nghĩa tập mờ cho biến ngôn ngữ E2, DE 87 HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 100 Luận văn cao học P_Fuzzy PD_Fuzzy PID_Fuzzytuning H-4.33: Đáp ứng độ ĐK mờ tín hiệu đặt thay đổi PID_Fuzzytuning P_Fuzzy PD_Fuzzy Nhiễu H-4.34: Đáp ứng độ ĐK mờ nhiễu tác động đầu vào đối tượng HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 101 Luận văn cao học PID_Fuzzytuning PD_Fuzzy P_Fuzzy Nhiễu tải H-4.35: Đáp ứng độ ĐK mờ nhiễu tải hình Sin tác động Nhận xét: Qua kết mô , ta thấy nhiễu tác động điều khiển mờ tĩnh P_Fuzzy cho chất lượng với độ điều chØnh σmax = 8%, tq® = 0.03s, st = 2%, điều khiển mờ động PD_Fuzzy cho chất lượng tốt điều khiển mờ tĩnh với tiêu đạt max = 0, tqđ = 0.03s , st = 0% Bộ điều khiển PID_Fuzzytuning cho chất lượng tèt nhÊt víi σmax = 0, tq® = 0.015s, st = Khi tín hiệu đặt thay đổi đáp ứng độ điều khiển mờ bám theo tín hiệu đặt P_Fuzzy cho chất lượng kÐm nhÊt , bé PID_Fuzzytuning cho chÊt l­ỵng tèt nhÊt Khi có nhiễu tác động đầu vào đối tượng có nhiễu tải tác động đáp ứng đầu điều khiển mờ tốt gần không bị ảnh hưởng bới nhiễu Như điều khiển mờ vừa thiết kế có khả kháng nhiễu cao Bảng 4.4 tổng kết chất lượng điều khiển mờ nhiễu tác động HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 102 Luận văn cao học Bảng 4.4 :So sánh chất lượng điều khiển điều khiển mờ Độ điều chỉnh Thời gian Sai lƯch tÜnh σmax ( %) ®é tq® ( s) st ( %) P_Fuzzy 0.04 PD_Fuzzy 0.03 PID_Fuzzytuning 0.015 4.3.4 So sánh chất lượng chỉnh định PID mờ ĐK truyền thống Sơ đồ mô Simulink so sánh phương pháp điều khiển cho H4.36 H- 4.36: So sánh chất lượng ĐK chỉnh định PID mờ ĐK truyền thống HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 103 Luận văn cao học Tiến hành mô so sánh chất lượng chỉnh định mờ PID với phương pháp khác nhiễu tác động có nhiễu tác động ta kết mô pháng ë c¸c H-4.37, H-4.38, H-4.39, H-4.40, H-4.41, H-4.42, H-4.43 Ploe_place PID LQR PID_Fuzzytuning H- 4.37: Đáp ứng độ ĐK nhiễu tác động Từ kết H-4.37 ta thấy nhiễu tác động đáp ứng độ điều khiển PID với độ điều chỉnh max = 12%, thời gian độ tqđ = 0.04s, sai lệch tĩnh st = 0% Đáp ứng độ điều khiển gán điểm cực có thời gian độ tqđ = 0.06s ,độ điều chỉnh bé max = 3%, st = 0% Đáp ứng điều khiển LQR có chất lượng tốt gán điểm cực với max = 0%, tqđ = 0.04s, st = 0% Đáp ứng điều khiển PID_Fuzzytuning có chất lượng tốt víi σmax = 0%, tq® = 0.015s, st = 0% Bảng tống kết so sánh chất lượng điều khiển PID chỉnh định tham số mờ với điều khiển truyền thống nhiễu tác động cho bảng 4.5 HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 104 Luận văn cao học Bảng 4.5: So sánh chất lượng điều khiển PID_Fuzzytuning ĐK truyền thống Độ ®iỊu chØnh Thêi gian qu¸ Sai lƯch tÜnh σmax ( %) ®é tq® ( s) st ( %) PID 12 0.04 Pole_Place 0.06 LQR 0.04 PID_Fuzzytuning 0.015 PID PID_Fuzzytuning Pole_Place LQR H- 4.38: Đáp ứng độ điều khiển tín hiệu đặt thay đổi H-4.38 kết mô ĐK tín hiệu đặt thay đổi Từ H-4.38 ta thấy tín hiệu đặt thay đổi đáp ứng đầu điều khiển bám theo tín hiệu đặt chất lượng điều khiển khác thể thời gian độ độ điều chỉnh Bộ điều khiển PID có max = 2%, tqđ = 0.04s Bộ điều khiển gán ®iÓm cùc cã σmax = 1.6%, tq® = 0.06s Bé ®iỊu khiĨn LQR cã σmax = 0%, tq® = 0.04s Bé ®iỊu khiĨn PID_Fuzzytuning cã σmax = 0%, tq® = 0.015s Như tín hiệu đặt thay đổi ®iỊu khiĨn PID_Fuzzy cã chÊt l­ỵng tèt nhÊt HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 105 Luận văn cao học PID_Fuzzytuning PID LQR Pole_Place Nhiễu H-4.39: Đáp ứng độ ĐK có nhiễu tác động đầu vào đối tượng H-4.39 kết mô có nhiễu tác động đầu vào đối tượng thời điểm t =0.1s Từ H-4.25 ta thấy ĐK gán điểm cực cho chất lượng nhất, phản ứng mạnh với nhiễu, thời gian bù nhiễu khoảng 0.04s, ĐK tối ưu LQR cho chất lượng tốt ĐK gán điểm cực với thời gian bù nhiễu 0.03s, điều khiển PID cho chất lượng tốt ĐK tối ưu LQR phản ứng với nhiễu thời gian bù nhiễu 0.03s, ĐK PID_Fuzzytuning cho chất lượng tốt không bị ảnh hưởng nhiễu HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 106 PID_Fuzzytuning Pole_Place Luận văn cao học LQR PID Nhiễu H-4.40: Đáp ứng độ ĐK có nhiễu bậc thang tác động đầu vào đối tượng H-4-40 đáp ứng độ ĐK có nhiễu bậc thang tác động đầu vào đối tượng Qua phân tích ta thấy ĐK gán ®iĨm cùc cho chÊt l­ỵng kÐm nhÊt víi thêi gian bù nhiễu 0.04s, điều khiển LQR cho chất lượng tốt điều khiển gán điểm cực với thời gian bù nhiễu khoảng 0.03s, điều khiển PID cho chất lượng tốt với thời gian bù nhiễu khoảng 0.03s, ĐK PID_fuzzytuning cho chất lượng tốt không bị ảnh hưởng nhiễu HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 107 Luận văn cao học PID_Fuzzytuning PID LQR Pole_Place Nhiễu tải H-4.41: Đáp ứng độ ĐK có nhiễu tải tác động H-4.41 đáp ứng độ ĐK có nhiễu tải tác động thời điểm t= 0.1s Từ kết ta thấy có nhiễu tải tác động bộ điều khiển gán điểm cực cho chất lượng phản ứng mạnh với nhiễu tải.Bộ điều khiển PID cho chất lượng điều khiển tốt so với điều khiển LQR điều khiển gán điểm cực Bộ ĐK PID_Fuzzytuning cho kết tốt không bị ảnh hưởng nhiễu tải, tốc độ động bám theo tốc độ đặt PID_Fuzzytuning PID LQR Pole_Place Nhiễu tải H-4.42: Đáp ứng độ ĐK có nhiễu tải hình Sin tác động HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 108 Luận văn cao học H-4.42 đáp ứng độ điều khiển có nhiễu tải hình Sin tác động Qua kết ta thấy điều khiển PID, gán điểm cực LQR bị ảnh hưởng mạnh nhiễu tải hình Sin tín hiệu dao động xung quanh tín hiệu đặt Bộ điều khiển PID_Fuzzytuning cho chất lượng tốt không bị ảnh hưởng nhiễu tải tác động vào động Tín hiệu bám theo tín hiệu đặt PID_Fuzzytuning PID Nhiễu đầu vào Pole_Place LQR Nhiễu tải H-4.43: Đáp ứng độ điều khiển có nhiễu tác động đầu vào nhiễu tải hình Sin tác động H-4.43 đáp ứng đầu điều khiển có nhiễu tác động đầu vào đối tượng nhiễu tải hình Sin tác động Kết cho thấy điều khiển PID_Fuzzytuning cho chất lượng tốt không chịu ảnh hưởng nhiễu tác động Tốc độ động bám theo tốc độ đặt Như chỉnh định mờ PID đà đáp ứng yêu cầu thiết kế đặt ban đầu HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 109 Luận văn cao học Kết luận Sau sáu tháng thực tập làm luận văn, đến luận văn với đề tài ứng dụng Logic mờ điều khiển tốc độ động chiều đà hoàn thành Các kết vấn đề đà giải luận văn bao gồm: - Tìm hiểu phương pháp thiết kế điều khiển truyền thống áp dụng cho động chiều - Tìm hiểu së lý thut hƯ mê vµ thđ tơc thiÕt kÕ bé ®iỊu khiĨn mê - ThiÕt kÕ bé ®iỊu khiĨn mờ tĩnh cho động chiều - Thiết kế điều khiển mờ động cho động chiều - Thiết kế điều khiển PID chỉnh định tham số mờ cho động chiều - So sánh chất lượng điều khiển điều khiển mờ kết thu điều khiển mờ tĩnh cho chất lượng nhất, điều khiển PID chỉnh định tham số mờ cho chất lượng tốt - So sánh chất lượng điều khiển mờ chỉnh định tham số PID với phương pháp điều khiển truyền thống Chất lượng điều khiển thu phương pháp PID chỉnh định tham số mờ vượt trội hẳn so với phương pháp khác Đối tượng động chiều đối tượng cụ thể nhằm minh hoạ chất lượng điều khiển phương pháp chỉnh định mờ tham số PID Phương pháp áp dụng rộng rÃi để điều khiển đối tượng công nghiệp HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 110 Luận văn cao học Hướng phát triển đề tài Bộ điều khiển PID đà sử dụng phổ biến rộng rÃi điều khiển công nghiệp Để đáp ứng với xu hướng ngày phát triển điều khiển công nghiệp, người ta đà tìm điều khiển tự chỉnh thích nghi, mờ, kết hợp điều khiển kinh điển tạo điều khiển hiệu Do đó, việc nghiên cứu thiết kế điều khiển PID chỉnh ®Þnh tham sè mê cã ý nghÜa thiÕt thùc Tuy nhiên chất lượng thuật toán chỉnh định mờ tham số PID phụ thuộc nhiều vào việc xác định c¸c hƯ sè tØ lƯ sfe, sfde, sfα, sfβ Trong nội dung đề tài việc xác định hệ số tiến hành phương pháp thử sai gây nhiều thời gian không hiệu Vì hướng phát triển đề tài là: - Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định hệ số tỉ lệ sfe, sfde, sf,sf - Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển Lead-Leg, Feedfoward, cascade - Chế tạo ®iỊu khiĨn mê ®éng, PID chØnh ®Þnh tham sè mê hệ vi điều khiển HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 111 Luận văn cao học Lời kết Sau hai năm học tập làm luận văn tốt nghiệp, dạy dỗ hướng dẫn tận tình thầy cô, đến luận văn em đà hoàn thành thời hạn nội dung giao Em xin bày tỏ lòng kính trọng lòng biết ơn sâu sắc thầy cô khoa đà dạy bảo em thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn cô giáo, PGS.TS Phan Xuân Minh đà theo dõi sát sao, gợi mở hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn bảo để em hoàn thành luận văn Đề tài thiết kế điều khiển mờ mẻ lượng kiến thức hạn chế nên trình thực không tránh khỏi sai sót Em kính mong nhận nhận ý kiến đóng góp nhận xét quý báu thầy cô để luận văn em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2008 Tác giả luận văn Trịnh Xuân Tuyên HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 112 Luận văn cao học Tài liệu tham khảo [1] Phan Xuân Minh Nguyễn Do·n Ph­íc : Lý Thut §iỊu KhiĨn Mê [2] Ngun DoÃn Phước: Lý Thuyết Điều Khiển Tuyến Tính [3] Hoàng Minh Sơn : Cơ sở hệ thống Điều Khiển Quá Trình [4] B.Q.Khánh-N.V.Liễn-P.Q.Hải-D.V.Nghi: Điều chỉnh tự động truyền động điện [5] NguyÔn Phïng Quang: Matlab & Simulink [6] Tan kiong Howe : Evaluation of the transient response of a DC motor using Matlab/simulink, 2003 [7] Springer Science-Business media.Springer.com: Introduction to Fuzzy logic using Matlab [8] Leonid Reznik : Fuzzy controllers , 1997 [9] Kevin M Passino : Fuzzy control [10] William Siler and James J Buckley: Fuzzy expert system and Fuzzy reasoning [11] Roland S Burns: Advanced control Engineering [12] Control System Toolbox- DC motor control Demo htm [13] Luca Zaccarien : DC motor- Dynamic model and control techniques HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 113 Luận văn cao học Bản tóm tắt luận văn Tác giả: Trịnh xuân Tuyên Đề tài: ứng dụng logic mờ điều khiển tốc độ động chiều Chuyên ngành: Điều khiển tự động hoá Khoá: 2006- 2008 Động điện đóng vai trò vô quan trong công nghiệp Động điện dùng để chuyển hoá lượng điện thành lượng cung cấp cho máy sản xuất Hiện có nhiều loại động động điện chiều coi loại động điện Mặc dù động điện chiều dà điều khiển tốt điều khiển truyền thống điều khiển PID, điều khiển phản hồi trạng thái số trường hợp chất lượng điều khiển bị ảnh hưởng nhiễu Để khắc phục nhược điểm nâng cao chất lượng ®iỊu khiĨn ta cã thĨ sư dơng bé ®iỊu khiĨn mờ Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID chọn làm nội dung luận văn đối tượng điều khiển động mộ chiều Bộ điều khiển kết hợp ®iỊu khiĨn kinh ®iĨn PID vµ bé ®iỊu khiĨn mê Bé ®iỊu khiĨn PID cã nhiƯm vơ ®iỊu khiĨn tèc độ động chiều điêu khiển mờ dùng để chỉnh định tham số PID khoảng thời gian độ có nhiễu tải tác động Do chất lượng điều khiển cải thiện giảm độ điều chỉnh, giảm thời gian độ Điều kiểm nghiệm chứng minh thông qua việc so sánh đáp ứng độ điều khiển với điều khiển truyền thống Mục đích luận văn cải thiện chất lượng điều khiển PID thông qua việc dùng điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Hiện điều khiển PID điều khiển dùng rông rÃi phổ biến công nghiệp cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế, dễ sử dụng, cho chất lượng bền vững điều kiện vận hành Vì việc nghiên cứu điều khiển PID chỉnh định tham só mờ việc làm có ý nghĩa thiết thực Phương pháp áp dụng rộng rÃi để điều khiển đối tượng khác công nghiệp HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên Trường ĐHBK Hà Nội 114 Luận văn cao học Abstract Name: Trinh Xuan Tuyen Title: Application of Fuzzy logic in controling DC motor speed Field : Control and Automation Course : 2006- 2008 Electric motors play an importance role in industry today Electric motors are used to efficiently convert electrical energy into mechanical energy There are several types of electric motors available today and the DC motor is considered to be the basic electric motor Although DC motor is controled sucessful by conventional controller such as PID controller, state feedback controller but in many case the controller’s performance is effected by disturbance To solve this problem and and improve the performance of the controller, we can use Fuzzy logic controller A Fuzzy logic-based PID sefl tuning regulator is the main subject in this thesis and the process to control is DC motor The main idea of this method is to combine the classical PID control with the knowledge-based Fuzzylogic technology While the PID will be wholly incharge of regulating the DC motor speed and generating the control signals, the Fuzzy logic will be utilized to determine the PID parameters during both the transient and load disturbance periods and Consequently, improve the performance of the PID controller such as reduce the overshoot, speeding up the system’s response This is demonstrated in this thesis by comparing the transient response of the Fuzzy logic-based PID self tuning regulator with another conventional controller’s transient response The aim of this thesis is to improve the performance of the PID controller by using the Fuzzy logic controller to adjust the PID parameters PID controller are still considered to be the most widely used controller in industry, due to the PID’s simple structure, design and use easy and its robust performance in a wide range of operating conditions Therefore research a fuzzy logic –based PID self tuning regulator is an action which have practical sinifigcant This method can be applied to a wide range of process in industry HDKH: PGS.TS Phan Xuân Minh SVTH: Trịnh Xuân Tuyên ... điều khiển mờ .98 H-4.32: Đáp ứng độ ĐK mờ nhiễu tác động 99 H-4.33: Đáp ứng độ ĐK mờ tín hiệu đặt thay đổi 99 H-4.34: Đáp ứng độ ĐK mờ có nhiễu tác động 100 H-4.35: Đáp ứng độ. .. dùng để mô động thiết kế điều khiển nhằm nâng cao chất lượng điều khiển động 1.5 Mô đặc tính vòng hở động chiều Để mô đặc tính vòng hở động ta cần xác định thông số động Ta chọn loại động chiều kích... 2.1.2 Thiết kế điều khiển PID cho động chiều áp dụng phương pháp phản hồi Rơle Astrom-Hagglund động chiều ta đặc tính dao động tới hạn động H-2.3 H-2.3: Đặc tính dao động tới hạn động chiều Dựa vào