(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu điều khiển Pi mờ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong điều khiển

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN PI MỜ DỰA TRÊN ĐẠI SỐ GIA TỬ VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 852 02 16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN DUY MINH Thái Nguyên - 2020 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm cá nhân hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Duy Minh Trong toàn nội dung luận văn, nội dung trình bày cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tôi xin chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, tháng năm 2020 Tác giả Lê Thị Nhung iii LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Duy Minh - người hướng dẫn khoa học, thầy định hướng nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em trình làm luận văn Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông; Viện công nghệ thông tin thuộc Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em thời gian học tập Xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, ban cán học viên lớp cao học CĐ K17A, người thân gia đình động viên, chia sẻ, tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập làm luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2020 Tác giả Lê Thị Nhung iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU .9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 11 1.1 Lý thuyết logic mờ 11 1.1.1 Giới thiệu 11 1.1.2 Định nghĩa tập mờ 12 1.1.3 Các phép tính tốn tập mờ .15 1.1.4 Phép hợp hai tập mờ 16 1.1.5 Phép giao hai tập mờ 18 1.1.6 Phép bù tập mờ 20 1.1.7 Phép kéo theo 22 1.1.8 Quan hệ mờ luật hợp thành mờ 23 1.2 Bộ điều khiển PI 26 1.3 Kết luận chương 27 CHƯƠNG 2: TIẾP CẬN ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG .28 ĐIỀU KHIỂN PI MỜ 28 2.1 Lý thuyết đại số gia tử 28 2.1.1 Độ đo tính mờ giá trị ngơn ngữ 29 2.1.2 Hàm định lượng ngữ nghĩa .32 2.1.3 Đại số gia tử tuyến tính đầy đủ .33 2.1.4 Khái niệm ngưỡng hiệu chỉnh định lượng ngữ nghĩa 35 2.2 Phương pháp lập luận mờ dựa ĐSGT 37 2.2.1 Mơ hình mờ 37 2.2.2 Phương pháp lập luận mờ 38 2.2.3 Xây dựng phương pháp lập luận mờ dựa đại số gia tử 40 2.3 Điều khiển PI mờ dựa ĐSGT 46 2.3.1 Điều khiển mờ truyền thống 46 v 2.3.2 Điều khiển sử dụng đại số gia tử 47 2.3.3 Sơ đồ điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử 49 2.4 Kết luận chương 50 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ DỰA TRÊN ĐẠI SỐ GIA TỬ CHO HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG 51 3.1 Thiết kế điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử 51 3.1.1.Thiết kế điều khiển PI mờ 51 3.1.2 Thiết kế điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử 56 3.2 Thiết kế điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử ứng dụng 58 3.2.1 Mô tả toán điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng 58 3.2.2 Chương trình kết mô 58 3.2.3 Kết thực nghiệm 60 3.3 Kết luận Chương 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hàm thuộc A(x) tập kinh điển A 12 Hình 1.2: a Hàm thuộc tập B b Hàm thuộc tập mờ C 13 Hình 1.3: a Hàm thuộc F(x) dạng tam giác, y=trimf(x, [a, b, c]) 15 b Hàm thuộc F(x) dạng hình thang, y = trapmf(x, [a, b, c, d]) 15 Hình 2.1 Độ đo tính mờ 31 Hình 2.2 Đường cong thực nghiệm mơ hình EX1 42 Hình 2.3 Đường cong ngữ nghĩa định lượng 44 Hình 2.4 Kết xấp xỉ EX1 ví dụ 2.1 45 Hình 2.5 Sơ đồ phương pháp điều khiển CFC 47 Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp điều khiển FCHA 48 Hình 2.7 Sơ đồ điều khiển PI mờ 49 Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển PI mờ dựa ĐSGT 50 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển mờ 51 Hình 3.2: Hàm liên thuộc ngõ vào ngõ điều khiển PI mờ 52 Hình 3.3 Mơ hình mờ 54 Hình 3.4 Biến ngôn ngữ đầu vào e 54 Hình 3.5 Biến ngôn ngữ đầu vào y 54 Hình 3.6 Biến ngơn ngữ đầu Kp 55 Hình 3.7 Biến ngơn ngữ đầu Ki 55 Hình 3.8 Hệ luật điều khiển- FAM 55 Hình 3.9 Mặt quan hệ vào Fuzzy 56 Hình 3.10 Sơ đồ mô sử dụng điều khiển PI mờ 59 Hình 3.11 Kết mô sử dụng PI mờ 59 Hình 3.12 Sơ đồ mô sử dụng PI mờ dựa ĐSGT 59 Hình 3.13 Kết mơ sử dụng PI mờ dựa ĐSGT 60 Hình 3.14 Mơ tả hệ thống điều khiển ánh sáng 60 Hình 3.15 Sơ đồ khối hệ thống 61 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 62 Hình 3.17 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ 62 Hình 3.18 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ dựa ĐSGT 63 Hình 3.19 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ với nhiễu 63 Hình 3.20 Kết sử dụng PI mờ dựa ĐSGT với nhiễu 64 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hưởng việc tăng thông số độ lợi điều khiển PI 27 Bảng 2.1 Mơ hình EX1 Cao-Kandel 42 Bảng 2.2 Các kết xấp xỉ EX1 tốt Cao-Kandel [9] 43 Bảng 2.3 Mô hình mờ EX1 định lượng 44 Bảng 3.1: Luật điều khiển 53 Bảng 3.2 Mơ hình ngữ nghĩa định lượng Kp (Bảng SAM Kp) 57 Bảng 3.3 Mơ hình ngữ nghĩa định lượng Ki (Bảng SAM Ki) 57 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu:  Tổng độ đo tính mờ gia tử âm  Tổng độ đo tính mờ gia tử dương  Giá trị định lượng phần tử trung hòa AX Đại số gia tử AX* Đại số gia tử tuyến tính đầy đủ W Phần tử trung hòa đại số gia tử 𝜀 Ngưỡng hiệu chỉnh định lượng ngữ nghĩa δ Tham số hiệu chỉnh giá trị định lượng ngữ nghĩa c- , c+ Các phần tử sinh Các chữ viết tắt: ĐLNN Định lượng ngữ nghĩa ĐSGT Đại số gia tử QGCN Quạt gió cánh nhôm GA Genetic Algorithm FMCR Fuzzy Multiple Conditional Reasoning FAM Fuzzy Associative Memory SAM Semantic Associative Memory HAR Hedge Algebras Reasoning OpPAR Optimal - Parameter CFC Conventional Fuzzy Control FCHA Fuzzy Control using Hedge Algebras FCOPHA Fuzzy Control using Optimal Hedge Algebras MỞ ĐẦU Ngày khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, đặc biệt nước ta thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, lý việc nghiên cứu điều khiển mới, linh hoạt trình điều khiển tự động cần thiết Các thiết bị máy móc “thơng minh” thay sức lao động thiết bị dạng dường đích mà người vươn tới Như vậy, nhu cầu thiết yếu sống tạo máy móc hành xử giống với người Hay nói cách khác máy phải biết suy luận để đưa định đắn Người tiên phong lĩnh vực Zadeh [11] Trong công trình ơng mơ tả cách tốn học khái niệm mơ hồ mà ta thường gặp sống như: cao, thấp; đúng, sai tập mờ Nhờ việc xây dựng lý thuyết tập mờ mà người suy diễn từ khái niệm mơ hồ đến khái niệm mơ hồ khác mà thân logic kinh điển không làm Trên sở thơng tin khơng xác thu được, người ta đưa định hiệu cho tình tốn Tuy nhiên, phương pháp lập luận người vấn đề phức tạp khơng có cấu trúc Vì kể từ lý thuyết tập mờ đời nay, điều khiển mờ chưa có sở lý thuyết hình thức chặt chẽ theo nghĩa tiên đề hoá cho logic mờ lập luận mờ Để đáp ứng phần nhu cầu xây dựng sở tốn học cho việc lập luận ngơn ngữ, N.Cat Ho Wechler [1,9] đề xuất cách tiếp cận dựa cấu trúc tự nhiên miền giá trị biến ngơn ngữ, cơng trình, tác giả rằng, giá trị biến ngơn ngữ thực tế có thứ tự định mặt ngữ nghĩa, ví dụ ta hồn tồn cảm nhận rằng, ‘trẻ’ nhỏ ‘già’, ‘nhanh’ lớn ‘chậm’ Với việc định lượng từ ngôn ngữ đại số gia tử (ĐSGT), số phương pháp lập luận nội suy đời nhằm mục đích giải tốn lập luận mờ đa điều kiện, toán ứng dụng nhiều tự nhiên, kỹ thuật [11], phương pháp lập luận gọi phương pháp lập luận mờ dựa ĐSGT sử dụng nhiều ứng dụng điều khiển 10 Trong thực tế điều khiển PI mờ có phần giải vấn đề nâng cao chất lượng điều khiển, Tuy nhiên điều khiển PI mờ nhiều hạn chế như: lựa chọn hàm thuộc, phép hợp thành, giải mờ cịn mang tính định tính chưa thống; việc điều chỉnh KP, KI phức tạp Do đề tài nghiên cứu điều khiển PI mờ dựa ĐSGT giải số tồn Bộ điều khiển PI mờ dựa ĐSGT mô cài đặt thử nghiệm phần mềm Matlap Simulink mơ hình điều khiển đèn chiếu sáng phòng học, điều khiển sử dụng cảm biến điều chỉnh ánh sáng bóng đèn theo giá trị đặt phần góp phần bảo vệ sức khỏe tiết kiệm lượng điện Kết mô thử nghiệm so sánh đánh giá với phương pháp điều khiển khác 53 Từ sở tri thức điều khiển PI bảng 3.1, luật điều khiển điều khiển mờ thiết kế thông qua thực nghiệm cho bảng 3.1 Nguyên tắc xây dựng luật điều khiển mô tả sau: thời gian tăng đáp ứng lớn, tức đáp ứng hệ thống chậm (E=NB), Kp,i hiệu chỉnh tăng {HIG, VHIG} ngược lại {MED, LOW}; đáp ứng bị vọt lố (E=PS, PB) Kp,i giảm xuống {LOW, VLOW},… Một luật điều khiển cụ thể phát biểu (3.5), luật điều khiển áp dụng để tạo tín hiệu điều khiển thời điểm lấy mẫu, sử dụng thời gian lấy mẫu Ts=0.5 giây: If e=NS and Y=MED Then KP=MED and Ki=LOW (3.5) Sử dụng qui tắc MAX-MIN giải mờ theo nguyên lý trung bình phương pháp cực đại, xác định (3.6): (3.6) với {Kp, Ki} thông số điều khiển PI đạt được; bi μi hồnh độ điểm trung bình giá trị hàm liên thuộc ngõ xác định luật thứ i R luật tác động thời điểm xem xét Bảng 3.1: Luật điều khiển Thiết kế điều khiển PI mờ Tool Fuzzy logic: Lựa chọn mơ hình Mamdani hình vẽ 3.3 54 Hình 3.3 Mơ hình mờ Mờ hóa: - Biến ngơn ngữ đầu vào e y Hình 3.4 Biến ngơn ngữ đầu vào e Hình 3.5 Biến ngơn ngữ đầu vào y Biến ngôn ngữ đầu Kp Ki 55 Hình 3.6 Biến ngơn ngữ đầu Kp Hình 3.7 Biến ngôn ngữ đầu Ki Các luật điều khiển mơ hình FAM Hình 3.8 Hệ luật điều khiển- FAM - Mặt quan hệ vào – theo hệ luật điều khiển fuzzy 56 Hình 3.9 Mặt quan hệ vào Fuzzy 3.1.2 Thiết kế điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử Với mơ hình PI mờ trên, ta xây dựng điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử tức thiết kế điều khiển mờ dựa đại số gia tử (FCHA) để điều chỉnh tham số Kp Ki thay cho điều khiển CFC, bước sau: Giả sử khoảng giá trị vật lý biến toán sau; - Biến trạng thái đầu vào: Giá trị sai lệch điều khiển: e = luxđ – luxđk; emin  e  emax Giá trị điều khiển PI: y;  e  100 - Biến đầu điều khiển: KP; Kpmin  Kp  Kpmax Ki; Kpmin  Ki  Kpmax Điều kiện ban đầu: e = 0.005 Bước1 Xây dựng đại số gia tử AX chung cho ba biến ngôn ngữ với C = {0, Small, , Large, 1}; H = {Little}; H = {Very} Bước Xác định mô hình ngữ nghĩa định lượng Chọn tham số  =  = 0.5,  = 0.5, Ta có: fm(Small) =  = 0.5; fm(Large) = 1-fm(Small) = 0.5; (Small) =  - fm(Small) = 0.5 - 0.50.5 = 0.25; (VerySmall) = (Small)+Sign(VerySmall)  ( fm(VerySmall)  0.5 fm(VerySmall)) = 0.125 (LittleSmall) = (Small)+Sign(LittleSmall) 57  ( fm( LitleSmall)  0.5 fm(LitleSmall)) = 0.375 (Large) =  -fm(Large) = 0.75 (VeryLarge) = (Large)+Sign(VeryLarge)  ( fm(VeryLarge)  0.5 fm(VeryLarge)) = 0.875 (LittleLarge) = (Large)+Sign(LittleLarge)  ( fm( LitleLarge)  0.5 fm( LitleLarge)) = 0.625 Sau ta xây dựng nhãn ngôn ngữ sử dụng gia tử ứng với tập mờ - Đối với gía trị điều khiển y (0 - 100): LOW - Small, MED– Medium, HIG - LittleLarge - Đối với giá trị sai lệch e (-5 - +5): NB – VerySmall, NS - LittleSmall, ZE – Medium, PS – Large, PB - VeryLarge - Đối với Kp (1 - 50) Ki (0.01 – 0.5): VLOW– VerySmall, LOWLittleSmall, MED – Medium, HIG– Large, VHIG - VeryLarge Chuyển bảng FAM (3.1) sang bảng SAM dựa kết tính tốn Bảng 3.2 Mơ hình ngữ nghĩa định lượng Kp (Bảng SAM Kp) ys Small: 0.25 Medium: 0.5 LittleSmall: 0.625 VerrySmall: 0.125 VerryLarge:0.875 Large:0.75 Medium:0.5 LittleSmall: 0.375 Large:0.75 Medium:0.5 LittleSmall:0.375 Medium: 0.5 Medium:0.5 LittleSmall:0.375 LittleSmall:0.375 Lazge: 0.75 Medium:0.5 Medium:0.5 Large:0.75 VerryLarge: 0.875 Medium:0.5 Large:0.75 Large:0.75 es Bảng 3.3 Mơ hình ngữ nghĩa định lượng Ki (Bảng SAM Ki) ys Small: 0.25 Medium: 0.5 LittleSmall: 0.625 VerrySmall: 0.125 Large:0.75 Medium:0.5 Medium:0.5 LittleSmall: 0.375 Medium:0.5 LittleSmall:0.375 VerrySmall:0.125 Medium: 0.5 LittleSmall:0.375 LittleSmall:0.375 VerrySmall:0.125 Lazge: 0.75 VerrySmall:0.125 Medium:0.5 Large:0.75 VerryLarge: 0.875 VerrySmall:0.125 VerrySmall:0.125 Medium:0.5 es 58 Bước Xây dựng phép nội suy tuyến tính dựa kết nhập đầu vào Ở bước ta sử dụng kết nhập AND = MIN theo nghĩa ys AND es = MIN(ys, es), theo điểm (ys, es, Kps) bảng 3.2 đưa điểm (MIN(ys, es), Kps) ys AND es = MIN(ys, es), theo điểm (ys, es, Kis) bảng 3.3 đưa điểm (MIN(ys, es), Kis) Trên sở ta xác định đường cong ngữ nghĩa định lượng xác định giá trị điều khiển thực (giải ngữ nghĩa) theo cơng thức 2.1 Các hàm tính tốn cài đặt môi trường Matlab 3.2 Thiết kế điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử ứng dụng 3.2.1 Mơ tả tốn điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng Trong năm gần với phát triển kinh tế phát triển không ngừng công nghệ khoa học kỹ thuật, nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến vào đời sống mà sống người trở lên thơng minh Trong phải nói đến vấn đề điều khiển đèn chiếu sáng Điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng khơng cịn lạ lẫm q phổ biến tất lĩnh vực đời sống người sản xuất nông nghiệp, thuỷ sản, gia đình cơng nghiệp… phải nói đến ánh sáng phòng học trường học nước, ánh sáng phòng học ảnh hưởng lớn đến học sinh thiếu ánh sáng thừa ánh sáng dẫn đến đau mỏi mắt làm cho thị lực giảm khiến cho học sinh tập trung học tập Vì đưa phương pháp điều khiển tối ưu hệ thống điều khiển ánh sáng quan trọng Trong tài liệu [13] việc tối ưu điều khiển hệ thống ánh sáng phòng học rộng có nhiều nguồn sáng khác sử dụng thuật toán điều khiển PID >300 Lux y tế khuyến nghị Để đánh giá kết sử dụng phương pháp điều khiển PI mờ dựa ĐSGT FCHA với phương pháp điều khiển PI mờ tài liệu [13] qua mơ Matlab Simulink mơ hình thực tế 3.2.2 Chương trình kết mơ 3.2.2.1 Sơ đồ kết mô điều khiển PI mờ Theo tài liệu [13] hàm truyền hệ thống điều khiển ánh sáng công thức (3.7) 59 𝐺 (𝑠 ) = 13.6 𝑠 +1.8𝑠 +32.8𝑠 Sơ đồ mơ Matlab Simulink: Hình 3.10 Sơ đồ mô sử dụng điều khiển PI mờ Kết mơ phỏng: Hình 3.11 Kết mơ sử dụng PI mờ 3.2.2.2 Sơ đồ kết mô điều khiển FCHA cho PI mờ Sơ đồ mơ phỏng: Hình 3.12 Sơ đồ mơ sử dụng PI mờ dựa ĐSGT (3.7) 60 Kết mơ phỏng: Hình 3.13 Kết mơ sử dụng PI mờ dựa ĐSGT Nhận xét: Như điều khiển PI mờ dựa ĐSGT bám sát giá đạt (300 Lux) có khả đưa hệ thống ảnh sáng giá trị đặt khoảng 4s, phương pháp PI mờ phải 8s đưa giá trị đặt 3.2.3 Kết thực nghiệm 3.2.3.1 Mơ tả mơ hình thực nghiệm Mơ hình thực nghiệm hình 3.14: Hình 3.14 Mơ tả hệ thống điều khiển ánh sáng Hệ thống bao gồm vi điều khiển Arduino Uno R3, node cảm biến BH1750, bóng đèn, LCD20x4 , module điều kênh 74HC4051, Mosfet IRF840 Sử dụng node cảm biến BH1750 để thu thập ánh sáng gửi cho vi điều khiển Arduino Uno R3 Từ vi điều khiển xử lý điều khiển độ rộng xung chân D3(PWM) để đóng mở mosfet điều chỉnh độ sáng bóng đèn theo giá trị đặt yêu cầu LCD đóng vai trò hiển thị liệu thu thập đồng thời gửi lên máy tính để giám sát quản lý 61 Sơ đồ khối hệ thống: Hình 3.15 Sơ đồ khối hệ thống - Chức khối: + Khối nguồn: Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn hệ thống + Khối xử lý trung tâm: khối xử lý trung tâm làm nhiệm vụ thu thập tín hiệu từ khối cảm biến, xử lý tín hiệu sau điều khiển khối cấu chấp hành + Khối cảm biến: Khối cảm biến có nhiệm vụ thu thập giá trị ánh sáng đưa cho khối trung tâm xử lý tín hiệu + Khối cấu chấp hành: khối có nhiệm vụ thực thi lệnh điều khiển từ vi điều khiển để hoạt động theo yêu cầu đặt + Khối hiển thị: Khối có chức hiển thị thông số đối tượng đo giúp tăng khả giao tiếp người với hệ thống + Máy tính: Máy tính có nhiệm vụ thu thập giá trị ánh sáng từ vi điều khiển gửi lên từ người quản lý dễ dàng thu thập, giám sát hoạt động hệ thống máy tính Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống: 62 Hình 3.16 Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống Nguyên lý hoạt động: Sử dụng nguồn pin 24VDC 1A giảm xuống 5VDC 1A qua module hạ áp LM2596 cấp cho toàn hệ thống Lúc hệ thống bắt đầu làm việc, node cảm biến BH1750 thu thập ánh sáng từ bóng đèn phịng học gửi giá trị ánh sáng cho vi điều khiển thông qua chân SDA SCL, cảm biến khơng thể đồng thời gửi tín hiệu cho vi điều khiển lúc nên ta cần module dồn kênh 74HC4051 phép chọn nhiều đường ngõ vào song song (các kênh vào) để đưa tới ngõ Vi điều khiển nhận tín hiệu gửi sử lý thuật tốn PID từ đưa tín hiệu điều khiển qua chân D3(PWM) điều chế độ rộng xung đóng mở Mosfet điều chỉnh độ sáng bóng đèn 3.2.3.2 Kết thực nghiệm Kết thực nghiệm sử dụng điều khiển PI mờ: Hình 3.17 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ 63 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ dựa ĐSGT: Hình 3.18 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ dựa ĐSGT Hình 3.19 Kết thực nghiệm sử dụng PI mờ với nhiễu 64 Hình 3.20 Kết sử dụng PI mờ dựa ĐSGT với nhiễu Kết luận kết quả: Qua kết thử nghiệm mơ hình thực ta thấy phương điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử cho kết tốt nhiều so với phương pháp điều khiển PI mờ thời gian độ, giá trị sai lệch độ vọt bị tác động nhiễu 3.3 Kết luận Chương Chương luận văn thiết kế điều khiển PI mờ dựa ĐSGT; ứng dụng phương pháp cho tốn điều khiển hệ thống ánh sáng qua mơ Matlab Simulink mơ hình thực nghiệm Từ ứng dụng vào toán điều khiển tối ưu hệ thống ánh sáng phịng học rộng có nhiều nguồn sáng khác sử dụng thuật toán điều khiển PID >300 Lux y tế khuyến nghị Qua kết mơ thực nghiệm khẳng định phương điều khiển PI mờ dựa ĐSGT cho kết tốt nhiều so với phương pháp điều khiển PI mờ thời gian độ, giá trị sai lệch độ vọt bị tác động nhiễu Phương pháp khả quan ứng dụng cho toán phức tạp 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu lý thuyết ĐSGT, tìm hiểu khả tính tốn tối ưu tham số ĐSGT mảng rộng mà giới nghiên cứu phát triển Nếu tìm hiểu tất vấn đề lượng kiến thức khổng lồ Trong luận văn học viên trọng nghiên cứu, trình bày kiến thức biến ngơn ngữ mơ hình mờ, phương pháp điều khiển mờ sở để phát triển phương pháp điều khiển mờ dựa ĐSGT từ áp dụng vào giải toán Điều khiển máy bay hạ độ cao Ross, điều khiển sử dụng động chiều điều chỉnh góc quay [9] Qua luận văn đạt số kết sau: Về lý thuyết: Tập trung nghiên cứu kiến thức lý thuyết mờ, lý thuyết đại số gia tử, phương pháp lập luận mờ, điều khiển mờ, điều khiển mờ dựa ĐSGT Luận văn phân tích kỹ giải pháp xây dựng phương pháp lập luận mờ dựa ĐSGT xây dựng điều khiển mờ ĐSGT Về ứng dụng: Cài đặt phương pháp lập luận xấp xỉ mờ dựa ĐSGT sử dụng phần mềm mơ Matlapsimulink tốn điều khiển mờ cho đối tượng (Mơ hình điều khiển đèn chiếu sáng phòng học, điều khiển sử dụng cảm biến điều chỉnh ánh sáng bóng đèn theo giá trị đặt) Trên sở kết cài đặt có so sánh đánh giá kết cài đặt phương pháp lập luận xấp xỉ mờ dựa ĐSGT phương pháp điều khiển khác Phạm vi khả áp dụng: Luận văn tài liệu tham khảo tốt cho người nghiên cứu lý thuyết ĐSGT ứng dụng lĩnh vực kỹ thuật điều khiển Hướng nghiên cứu tiếp theo: Hoàn thiện tối ưu phương pháp điều khiển mờ dựa ĐSGT với mơ hình điều khiển thực tế 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tiếng Việt [1] Nguyễn Cát Hồ (2006), “Lý thuyết tập mờ Công nghệ tính tốn mềm”, Tuyển tập giảng Trường thu hệ mờ ứng dụng, in lần thứ 2, tr 51–92 [2] Nguyễn Duy Minh (2012), Tiếp cận đại số gia tử điều khiển mờ, Luận án tiến sĩ tốn học, Viện Cơng nghệ thơng tin [3] Trần Thái Sơn, Nguyễn Thế Dũng (2005), “Một phương pháp nội suy giải tốn mơ hình mờ sở đại số gia tử”, Tạp chí Tin học Điều khiển học, Tập 21(3), tr 248–260 [4] Nguyễn Duy Minh (2011), “Điều chỉnh ngữ nghĩa định lượng giá trị ngôn ngữ đại số gia tử ứng dụng”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Tập 49(4), tr 27-40 [5] Nguyễn Cát Hồ, Vũ Như Lân, Phạm Thanh Hà (2007), “Xác định trọng số tối ưu cho phép tích hợp phương pháp điều khiển sử dụng đại số gia tử giải thuật di truyền”, Tạp chí tin học điều khiển học, Tập 23(3), tr 1-10 [6] Nguyễn Cát Hồ, Nguyễn Văn Long, Đại số gia tử đầy đủ tuyến tính (2003), Tạp chí Tin học Điều khiển học, T.19(3), 274-280 [7] Vũ Như Lân (2006), Điều khiển sử dụng logic mờ, mạng nơ ron đại số gia tử, NXB Khoa học kỹ thuật [8] Lê Xn Việt (2007), Xây dựng mơ hình mờ SISO dựa đại số gia tử, Tạp chí tin học điều khiển học, Tập 23(4), 297-308 [9] Phùng Chí Ngôn, Bộ điều khiển PI mờ từ thiết ứng dụng, Tạp chí khoa học, 2011:18a 82-92 * Tiếng Anh [10] Ross T J (2010), Fuzzy logic with Engineering Applications, Third Edition, John Wiley & Sons [11] Cao Z and Kandel A (1989), “Applicability of some fuzzy implication operators”, Fuzzy Sets and Systems , 31, pp 151-186 [12] Ho N C., Lan V N., Viet L X (2008), “Optimal hedge-algebras- based controller: Design and application”, Fuzzy Sets and Systems, 159(8), pp 968– 989 67 [13] Thales Ruano Barros de Souza, Luan da Silva Serrao, Klebrer Santana, Denise Andrade Nascimento, Melanie Kaline Truquete, “PID Alogorithm Applied on Led Lamps Luminosity Control”, international Jourmal of Advanced Engineering Research https://dx.doi.org/10.22161/ijaers.612.5 and Science (UAERS), Dec-2019, ... việc ứng dụng điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử vào toán điều khiển thực tế Chương 51 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ DỰA TRÊN ĐẠI SỐ GIA TỬ CHO HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG 3.1 Thiết kế điều. .. trị điều khiển - y giá trị đầu điều khiển PI - e = x- xref giá trị sai lệnh điều khiển Sơ đồ điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử: Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển PI mờ dựa ĐSGT FCHA điều khiển mờ dựa đại. .. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ DỰA TRÊN ĐẠI SỐ GIA TỬ CHO HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG 51 3.1 Thiết kế điều khiển PI mờ dựa đại số gia tử 51 3.1.1.Thiết kế điều khiển PI mờ