Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển mờ cho động cơ điện một chiều

LỜI CAM ĐOAN Kính gửi :- Ban giám hiệu trường Đại học Hàng hải - Các thầy, cô Khoa Điện – Điện tử trường ĐHHH Việt Nam - Viện đàotạo sau đại học trường ĐHHH Việt Nam Em tên Nguyễn Thị Hồng Ngân, học viên lớp tự động hóa khóa 20132015/ đợt Em nhận đề tài luận văn: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển mờ cho động điện chiều” Em xin cam đoan rằng: Các nội dung luận văn em tự nghiên cứu trình bày hướng dẫn thầy PGS TS Trần Anh Dũng, phần tham khảo trích dẫn rõ ràng , khơng chép từ nghiên cứu người khác Nếu có gian dối nội dung luận văn, em xin chụi trách nhiệm trước Khoa, Nhà trường pháp luật Em xin chân thành cảm ơn Hải phòng, ngày tháng năm 2015 Người viết cam đoan KS Nguyễn Thị Hồng Ngân i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu chuyên ngành Tự động hóa - Khoa sau đại học - Trường Đại học Hàng hải, dạy dỗ hướng dẫn nhiệt tình thầy đến tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Trong trình làm luận văn, bên cạnh cố gắng nỗ lực không ngừng thân điều kiện vừa học tập, vừa cơng tác, tơi nhận nhiều ý kiến đóng góp từ thầy giáo, anh chị bạn đồng nghiệp Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Trần Anh Dũngngười trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ q trình làm luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa sau đại học thầy cô giáo khoa Điện-Điện tử, Ban giám hiệu- Trường Đại học Hàng hải tạo điều kiện thuận lợi để giúp tơi hồn thành luận văn Song với thời gian kinh nghiệm hạn chế nên luận văn tránh khỏi khiếm khuyết, mong đóng góp ý kiến thầy, bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả KS Nguyễn Thị Hồng Ngân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH vi Đồ thị đặc tính động điện chiều kích từ độc lập điện áp phần ứng thay đổi vi Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập vii Mơ hình tốn động điện chiều kích từ độc lập vii Xây dựng hệ đánh dấu mơ hình động điện chiều vii Mô hình tốn động điện chiều Simulnk .vii Đặc tính tốc độ động .vii Xây dựng biến vào điều khiển vii Tạo hàm liên thuộc cho biến vào/ra .vii Xây dựng luật điều khiển mờ vii View Rules cho phép kiểm tra lại kêt luật mờ xây dựng vii Mơ hình hệ thống Simulink vii Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển vii Hình dạng IC L298N .vii Nối song song hai mạch cầu H L298N vii Sơ đồ nguyên lý mạch công suất vii Mơ hình encoder tương đối vii Hai kênh A B lệch pha encoder vii Mơ hình động điện chiều xây dựng imulink vii Đặc tính động điện chiều vii Điều khiển động điện chiều dùng điều khiển mờ thay đổi tốc độ nhận tải vii Đặc tính tốc độ có tải động điện chiều vii iii Đặc tính chỉnh vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ .4 1.1 Các khái niệm điều khiển mờ 1.2 Cấu trúc điều khiển mờ 10 1.3 Tổng hợp điều khiển mờ 21 CHƯƠNG ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 24 2.1 Tổng quan động điện chiều 24 2.2 Điều khiển tốc độ động điện chiều 31 2.3 Mô điều khiển hệ thống Matlab .38 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ HỆ THỐNG 45 3.1 Thiết kế, xây dựng mạch công suất 45 Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch cấp nguồn 46 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn 5VDC .47 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn 24VDC 47 Hình 3.5 Hình dạng IC L298N .48 Hình 3.6 Nối song song hai mạch cầu H L298N 48 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 50 Hình 3.11 Mơ hình encoder tương đối 51 Hình 3.12 Hai kênh A B lệch pha encoder .52 3.2 Đề xuất lưu đồ thuật toán xây dựng điều khiển mờ 53 3.3 Xây dựng điều khiển mờ miền thời gian thực 57 3.4 Xây dựng điều khiển mờ Matlab điều khiển động điện chiều 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .64 iv TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 v DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Tên hình Miền xác định miền tin cậy tập mờ Phép hợp hai tập mờ có sở Hàm liên thuộc tập mờ không sở Phép giao hai tập mờ Giao hai tập mờ không sở Trang 9 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 Phép bù tập mờ Nguyên lý điều khiển mờ Cấu trúc điều khiển mờ Hàm thuộc biến đầu vào sai lệch tốc độ (speed_err) Hàm thuộc biến đầu vào thay đổi sai lệch tốc độ 10 12 14 14 14 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 speed_err_var Hàm thuộc biến đầu pwm_var Mơ hình ma trận luật hợp thành Xác định giá trị rõ từ miền Giải mờ theo phương pháp độ cao nguyên lý cận phải Giải mờ theo phương pháp độ cao ngun lý cận trái Mơ hình thực việc giải mờ Cấu tạo stato động điện chiều Cấu tạo roto động điện chiều Cấu tạo cổ góp động điện chiều Cấu tạo chổi than động điện chiều Mô tả nguyên lý làm việc động điện chiều Sơ đồ động điện chiều kích từ độc lập Đồ thị đặc tính động điện chiều kích từ 15 18 19 19 20 20 25 26 27 27 28 29 31 2.8 độc lập Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 33 2.9 thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc 34 2.10 lập giảm từ thơng Đồ thị đặc tính động điện chiều kích từ 35 2.11 độc lập điện áp phần ứng thay đổi Đồ thị đặc tính động điện chiều kích từ 36 2.12 2.13 2.14 độc lập điện áp phần ứng thay đổi Sơ đồ nguyên lý hệ xung áp – động Đồ thị đặc tính hệ xung áp – động Sử dụng chip mờ chuyên dụng điều khiển tốc độ động 37 38 39 vi 2.15 2.16 2.17 điện chiều Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập Mơ hình tốn động điện chiều kích từ độc lập Xây dựng hệ đánh dấu mơ hình động điện 41 42 43 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 chiều Mơ hình tốn động điện chiều Simulnk Đặc tính tốc độ động Đặc tính dịng điện động Xây dựng biến vào điều khiển Tạo hàm liên thuộc cho biến vào/ra Xây dựng luật điều khiển mờ View Rules cho phép kiểm tra lại kêt luật mờ xây 43 43 44 44 45 46 46 2.25 2.26 3.1 dựng Kiểm tra lại luật điều khiển View Surface Mơ hình hệ thống Simulink Sơ lược hệ thống sử dụng logic mờ điều khiển tốc độ 47 47 48 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 động điện chiều Sơ đồ khối mạch cấp nguồn Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn 5VDC Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn 24VDC Sơ đồ chân Atmega8 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 49 49 50 51 51 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 Hình dạng IC L298N Nối song song hai mạch cầu H L298N Sơ đồ nguyên lý mạch công suất Động chiều thực điều khiển Mơ hình encoder tương đối Hai kênh A B lệch pha encoder Thuật tốn thực chương trình Thuật tốn thực việc mờ hóa Thuật tốn xây dựng ma trận luật hợp thành Thuật toán thực giải mờ Chương trình điều khiển động điện chiều dùng 52 52 53 54 54 55 57 58 59 60 62 3.18 3.19 3.20 điều khiển mờ Mơ hình động điện chiều xây dựng imulink Đặc tính động điện chiều Điều khiển động điện chiều dùng điều khiển mờ 63 64 65 3.21 3.22 thay đổi tốc độ nhận tải Đặc tính tốc độ có tải động điện chiều Đặc tính chỉnh 66 67 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày khái niệm điều khiển mờ khơng cịn xa lạ trở nên phổ biến với tất người Rất nhiều thiết bị ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ trở nên phổ biến có mặt nhiếu lĩnh vực cơng nghiệp dân dụng: sản xuất xi măng, sản xuất điện năng, máy giặt, máy ảnh, y học… Nguyên nhân phát triển nhanh chóng điều khiển mờ dựa sở suy luận mờ, cho phép người điều khiển tự động hóa kinh nghiệm điều khiển họ cho trình, thiết bị… tạo điều khiển làm việc tin cậy thay họ song chất lượng điều khiển tốt người điều khiển làm Trong thực tế, điều khiển mờ có khả giải hệ thống có độ phức tạp cao, độ phi tuyến lớn, thay đổi thường xuyên trạng thái cấu trúc đối tượng Sự phát triển mạnh mẽ điều khiển mờ gắn liền với phát triển vượt bậc kỹ thuật vi xử lý – cầu nối quan trọng thiếu kết nghiên cứu lý thuyết mờ với ứng dụng thực tế Cùng với tiến khoa học kỹ thuật chứng kiến phát triển rầm rộ kể quy mơ lẫn trình độ sản xuất đại Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản cơng suất lớn, dễ vận hành , máy điện (động điện) xoay chiều ngày sử dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên, động điện chiều giữ vị trí định cơng nghiệp giao thơng vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù, so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp ưu điểm mà máy điện chiều thiếu sản xuất đại Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu thân động không đồng đáp ứng đáp ứng phí thiết bị biến đổi kèm (như biến tần ) đắt tiền động điện chiều khơng điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản Động điện chiều ứng dụng phổ biến lĩnh vực kinh tế khoa học kĩ thuật luyện kim, công nghệ giấy số hệ thống khác, thường người ta cung cấp điện cho nhóm động từ biến đổi có điện áp không đổi, để thay đổi tốc độ động thường người ta thực việc thay đổi từ thông kích từ Trong nhà máy cán thép, tàu điện ngầm cánh tay Robot Để thực nhiệm vụ cơng nghiệp điện tử với độ xác cao, lắp ráp dây chuyền sản xuất Vì hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động điện chiều kích từ độc lập đóng vai trị quan trọng việc nghiên cứu Bộ điều khiển mờ đời sở ứng dụng logic mờ, điều khiển thơng minh, đóng vai trị quan trọng hệ thống điều khiển đại, đáp ứng tốt tiêu kỹ thuật, tính bền vững ổn định cao, dễ thay đổi, dễ lập trình Vấn đề đặt thế, hướng nghiên cứu xây dựng đề tài tác giả nghiên cứu ứng dụng hệ mờ để điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số động điện chiều kích từ độc lập Với hướng nghiên cứu đó, tên đề tài chọn: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển mờ cho động điện chiều” làm đề tài cho luận văn Thạc sĩ Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu điều khiển mờ - Xây dựng mơ hình điều khiển mờ điều khiển tốc độ động chiều Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu điều khiển mờ - Xây dựng lựa chọn phần cứng mơ hình điều khiển mờ - Xây dựng hệ điều khiển mờ cho động điện chiều phần mềm MATLAB - Chế tạo, lắp đặt, kiểm tra, hiệu chỉnh thử nghiệm * Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu nguyên lý điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc ứng dụng điều khiển mờ - Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ động điện chiều kích từ độc lập Matlab & Simulink Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu cấu trúc động điện chiều kích từ độc lập, phân tích thiết kế điều khiển mờ, ứng dụng điều khiển mờ - Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng phần mềm Matlab & Simulink để xây dựng mơ hình mơ động điện chiều kích từ độc lập Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học Đề tài tài liệu tham khảo hữu ích cho quan tâm đến ứng dụng điều khiển mờ điều khiển truyền động động điện chiều kích từ độc lập, cách thức thiết kế mô Matlab Simulink * Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài góp phần hồn thiện phương pháp điều khiển khắc phục số nhược điểm phương pháp điều khiển kinh điển, nhằm giải vấn đề cấp bách nâng cao chất lượng điều khiển truyền động động điện chiều Hình 1.8 Cấu trúc điều khiển mờ Khâu mờ hóa Các tín hiệu phản hồi từ đối tượng đo cảm biến “các tín hiệu rõ” để điều khiển mờ hiểu phải mờ hố thơng số Nghĩa dùng hàm phụ thuộc giá trị ngơn ngữ để tính mức độ phụ thuộc cho tập mờ giá trị đầu vào Mờ hóa bước thực điều khiển mờ, kết khâu mờ hóa dùng làm đầu vào luật mờ Biến ngôn ngữ: cách thể ngôn ngữ biến điều khiển Biến ngơn ngữ có miền giá trị vật lý giá trị ngơn ngữ Ví dụ: Ta xét biến ngơn ngữ nhiệt độ có miền giá trị vật lý từ 0 C đến 100 C giá trị ngơn ngữ: nóng ít, nóng, nóng nhiều , lạnh, lạnh, lạnh ít, trung bình Trong luận văn, tác giả xây dựng điều khiển mờ MISO, cụ thể gồm có biến đầu vào sai lệch tốc độ (speed_err), biến đổi sai lệch tốc độ (speed_err_var) biến đầu thay đổi độ rộng xung (pwm_var) Xét biến đầu vào 1: sai lệch tốc độ (speed_err) có miền miền giá trị vật lý đến 1200 vòng/phút, gồm có giá trị ngơn ngữ tương ứng với hàm thuộc : nbs 13 (neg_big_speed), zs(zero_speed), nss(neg_small_speed), pbs (pos_big_speed) pss (pos_small_speed) Độ phụ thuộc hàm thuộc 1, nhiên sử dụng độ phụ thuộc miền giá trị vật lý đến 1200 khơng thuận lợi cho việc lập trình điều khiển nên tác giả xây dựng hàm thuộc tương ứng với giá trị hình 1.9: Hình 1.9 Hàm thuộc biến đầu vào sai lệch tốc độ (speed_err) Xét biến đầu vào 2: thay đổi sai lệch tốc độ (speed_err_var) có miền miền giá trị vật lý đến 1200 vịng/phút, gồm có giá trị ngơn ngữ tương ứng với hàm thuộc : nv(nul_var), nsv(neg_slow_var) psv(pos_slow_var) Tương tự biến đầu vào 1, hàm thuộc biến đầu vào xây dựng hình 1.10: Hình 1.10 Hàm thuộc biến đầu vào thay đổi sai lệch tốc độ speed_err_var Xét biến đầu : thay đổi độ rộng xung (pwm_var) có miền miền giá trị vật lý đến 12V (tương ứng với giá trị điện áp card PCI 1710), gồm có giá trị 14 ngơn ngữ tương ứng với hàm thuộc : nmp(neg_medium_pwm) nbp(neg_big_pwm), zp(zero_pwm), pbm(pos_big_pwm) pmp(pos_medium_pwm) Các hàm thuộc biến đầu xây dựng sau: Hình 1.11 Hàm thuộc biến đầu pwm_var Thiết bị hợp thành Cốt lõi điều khiển mờ luật hợp thành mờ, gọi tắt luật mờ Mệnh đề hợp thành [2]: Cho hai biến ngôn ngữ χ γ Nếu biến χ nhận giá trị mờ A có hàm liên thuộc µA(x) γ nhận giá trị mờ B có hàm liên thuộc µB(y) hai biểu thức: χ = A, γ = B gọi hai mệnh đề Ký hiệu hai mệnh đề p (χ = A) q (γ = B) “NẾU χ = A THÌ γ = B”, mệnh đề p gọi mệnh đề điều kiện q mệnh đề kết luận Biểu thức từ p suy q (p ⇒ q) gọi mệnh đề hợp thành tương ứng với luật điều khiển Với hàm thuộc biến vào 1, hàm thuộc biến vào hàm thuộc biến ra, tác giả xây dựng 15 mệnh đề hợp thành sau: 1: IF ((zs) and (nsv)) THEN (pmp) 2: IF ((zs) and (nv)) THEN (zp) 3: IF ((zs) and (psv)) THEN (nmp) 4: IF ((pss) and (nsv)) THEN (zp) 5: IF ((pss) and (nv)) THEN (nmp) 15 6: IF ((pss) and (psv)) THEN (nmp) 7: IF ((nsv) and (nsv)) THEN (pmp) 8: IF ((nsv) and (nv)) THEN (pmp) 9: IF ((nsv) and (psv)) THEN (zp) 10: IF ((nbs) and (nv)) THEN (pbp) 11: IF ((pbs) and (nv)) THEN (nbp) 12: IF ((nbs) and (psv)) THEN (pmp) 13: IF ((pbs) and (psv)) THEN (nbp) 14: IF ((nbs) and (nsv)) THEN (pbp) 15: IF ((pbs) and (nsv)) THEN (nmp) Khi có nhiều điều kiện hợp thành phải lựa chọn luật kết hợp điều kiện đầu vào, thơng thường có cách kết hợp: SUM MAX Để tìm giá trị biến từ biến có quy tắc hợp thành: PROD MIN Luật hợp thành gọi tên ghép cách kết hợp tín hiệu đầu vào tên quy tắc hợp thành Có luật hợp thành: MAX-MIN, SUM-PROD, SUM-MIN, MAX-PROD Trong luận văn sử dụng biến đầu vào, nên tác giả lựa chọn luật hợp thành MAX-MIN để thực điều khiển mờ Luật hợp thành điều kiện [2] Luật hợp thành R mơ hình ma trận R mệnh đề hợp thành A⇒B, ứng với cơng thức tính hàm liên thuộc µA⇒B(x,y) khác ta có luật hợp thành khác Bước 1: Thực rời rạc hóa hàm liên thuộc µA(x), µB(y), với số điểm rời rạc hóa tương ứng tần số đủ lớn cho khơng bị tín hiệu Ví dụ rời rạc hàm µA(x) với n điểm x1 , x , , x i , , x n , hàm µB(y) với m điểm y1, y2 yj ym T T Bước 2: Thực xác định hàm liên thuộc rời rạc µ A ( x ) µ B ( y) là: (T chuyển vị) 16 T µ A ( x ) = {µ A ( x1 ), µ A ( x ), , µ A ( x n )} T µ B ( y) = {µ B ( y1 ), µ B ( y ), , µ B ( y m )} (1.11) Bước 3: Xây dựng ma trận hợp thành R, ma trận R gồm có có n hàng m cột:  µ R ( x1 , y1 ) µ R ( x1 , y m )   r11 r1m      R =    =        µ ( x , y ) µ ( x , y )   r  R n m   n1 rnm   R n (1.12) Cơng thức tổng qt (cơng thức dyadic) để tính ma trận hợp thành R (1.13): T R = µ A ( x ).µ B ( y) (1.13) Luật hợp thành nhiều điều kiện [2] Bước 1: Thực rời rạc hóa miền xác định hàm liên thuộc µ A1 ( x ) , µ A ( x ) , , µ Ad ( x d ) mệnh đề điều kiện, µ B ( y) mệnh đề kết luận Bước 2: Thực xác định độ thỏa mãn H cho vector giá trị đầu vào vector tổ hợp d điểm mẫu thuộc miền xác định hàm liên thuộc µ Ai ( x i ) ,  c1    i = 1, , d Ví dụ với vector giá trị rõ đầu vào x =    ci, i = 1, , c   d d điểm mẫu miền xác định µ Ai ( x i ) , ta xác định độ thỏa mãn H (1.14): H = MIN{µ A1 (c1 ), µ A (c ), , µ A d (c d )} (1.14) Bước 3: Lập mơ hình ma trận R gồm hàm liên thuộc giá trị mờ đầu cho vector giá trị đầu vào theo nguyên tắc MAX-MIN MAX-PROD: µ B' ( y) = MIN{H, µ B ( y)} quy tắc sử dụng MAX-MIN 17 µ B' ( y) = H.µ B ( y) quy tắc sử dụng MAX-PROD Trong luận văn, sử dụng đầu vào nên luật hợp thành thể không gian chiều Do tập mờ đầu vào không nằm không gian nền, ta phải thực phép giao để tìm miền giao tập mờ Có thể biểu diễn trực quan việc tìm ma trận luật hợp thành thông qua không gian chiều hình 1.12: Hình 1.12 Mơ hình ma trận luật hợp thành Khâu giải mờ Với đầu tập mờ điều khiển chưa thể làm việc nên cần phải thực giải mờ Giải mờ trình xác định giá trị rõ y' chấp nhận từ hàm liên thuộc µ B' ( y) giá trị mờ B' Có hai phương pháp giải mờ phương pháp cực đại phương pháp điểm trọng tâm [2] Hình 1.13 Xác định giá trị rõ từ miền 18 Phương pháp cực đại: để giải mờ theo phương pháp cực đại phải thực theo hai bước: B1: Xác định miền chứa giá trị rõ y', miền mà hàm liên thuộc đạt giá trị cực đại: G = { y∈Y, µ B' ( y) = H} , miền chứa giá trị rõ y1 ≤ y' ≤ y hình 1.11 B2: Xác định giá trị rõ y’ chấp nhận miền G theo ba nguyên lý [2]: Nguyên lý trung bình: cho kết y’ hồnh độ điểm trung bình cận trái y1 cận phải y2 miền G: y' = y1 + y 2 (1.15) Nguyên lý cận phải: cho kết y’ hoành độ điểm cận phải y2 miền G: y' = y (1.16) Hình 1.14 Giải mờ theo phương pháp độ cao nguyên lý cận phải Nguyên lý cận trái: cho kết y’ hoành độ điểm cận trái y1 miền G: y' = y1 (1.17) 19 Hình 1.13 Giải mờ theo phương pháp độ cao nguyên lý cận trái Phương pháp điểm trọng tâm: cho kết y’ hoành độ điểm trọng tâm miền bao phủ đường µB’(y) trục hồnh (hình 1.14) ∫yμ B' ( y )dy y' = S (1.18) ∫μ B' ( y )dy S Với S miền xác định tập mờ Hình 1.14 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm Trong phương pháp trên, tác giả lựa chọn phương pháp giải mờ theo phương pháp trọng tâm Với giá trị rõ đầu vào, ta tìm giá trị ma trận cột giá trị Giá trị rõ đầu tính theo cơng thức (1.18) Có thể biểu diễn q trình giải mờ khơng gian chiều hình 2.15: 20 Hình 1.15 Mơ hình thực việc giải mờ 1.3 Tổng hợp điều khiển mờ 1.3.1 Các bước thiết kế điều khiển mờ Để thiết kế điều khiển mờ người thiết kế phải có đầy đủ kinh nghiệm điều khiển thực tế hệ thống định điều khiển Khi có đủ hiểu biết hệ thống cần thiết kế, người thiết kế thực bước sau để thực thiết kế điều khiển mờ: Định nghĩa tất biến ngôn ngữ vào/ Định nghĩa tập mờ cho biến vào/ Xây dựng luật điều khiển (mệnh đề hợp thành) Chọn thiết bị hợp thành (SUM-MIN, MAX-MIN, …) Chọn nguyên lý giải mờ Tối ưu cho hệ thống Các bước thiết kế điều khiển mờ: Bước 1: Định nghĩa biến vào/ Việc xác định biến vào/ra yêu cầu phải thống kê đầy đủ biến cần thiết tác động đến đối tượng Ngoài cần xác định thứ nguyên biến Bước 2: Xác định tập mờ cho biến vào/ra 21 Xác định miền giá trị vật lý biến ngôn ngữ: Tùy thuộc vào đối tượng điều khiển, kinh nghiệm người điều khiển mà tiến hành lựa chọn miền giá trị vật lý phù hợp với biến ngôn ngữ Xác định giá trị ngôn ngữ: Các giá trị ngôn ngữ tùy thuộc vào người điều khiển thiết lập đê đảm bảo chất lượng điều khiển đạt tốt Xác định hàm liên thuộc: chọn hàm liên thuộc từ dạng hàm biết trước mơ hình hố nhận điều khiển mờ làm việc mong muốn Bước 3: Xây dựng luật hợp thành Đây bước tổng hợp kinh nghiệm người điều khiển chiến lược điều khiển đối tượng thể dạng luật điều khiển Luật hợp thành tổng hợp mệnh đề hợp thành Bước 4: Chọn thiết bị hợp thành Có thể chọn thiết bị hợp thành theo nguyên tắc: Sử dụng luật MAX-PROD, MAX-MIN Sử dụng luật SUM-PROD, SUM-MIN Bước 5: Chọn nguyên lý giải mờ Phương pháp giải mờ chọn cso tác động đến độ phức tạp trạng thái làm việc toàn hệ thống Trong thiết kế hệ thống điều khiển mờ, giải mờ phương pháp điểm trọng tâm có ưu điểm Bước 6: Tối ưu hệ mờ Sau xây dựng điều khiển mờ, ghép nối với đối tượng điều khiển thực với đối tượng mô để thử nghiệm Trong q trình thử nghiệm cần kiểm tra xem có tồn lỗi q trình làm việc hay khơng, tức phải xác định tập luật điều khiển xây dựng có đầy đủ hay khơng để khắc phục 22 Cuối tối ưu trạng thái làm việc điều khiển theo tiêu khác Chỉnh định điều khiển thực thông qua việc hiệu chỉnh hàm liên thuộc thiết lập thêm nguyên tắc điều khiển bổ sung sửa đổi lại nguyên tắc điều khiển có 1.3.2 Các ý thiết kế điều khiển mờ Điều khiển mờ sử dụng cho hệ thống mà khơng cần biết xác mơ hình đối tượng Khối lượng cơng việc thiết kế giảm nhiều khơng cần sử dụng mơ hình đối tượng việc tổng hợp hệ thống Bộ điều khiển mờ dễ thực so với điều khiển khác dễ dàng việc thay đổi Cho đến chưa có nguyên tắc chuẩn mực cho việc thiết kế chưa thể khảo sát tính bền vững, tính ổn định, q trình q độ, chất lượng ảnh hưởng nhiễu… cho điều khiển mờ Yêu cầu thiết kế hệ điều khiển mờ [2]: Không thiết kế hệ điều khiển mờ cho toán mà hệ điều khiển kinh điển dễ dàng thực điều khiển P, PI, PD, PID Hạn chế sử dụng điều khiển mờ cho hệ thống cần đảm bảo độ an toàn cao yêu cầu chất lượng mục đích hệ thống điều khiển mờ xác định đạt qua thực nghiệm Hệ thống điều khiển mờ hệ thống điều khiển mang tính chuyên gia, gần với nguyên lý điều khiển người, người thiết kế phải hoàn toàn đủ hiểu biết kinh nghiệm hệ thống cần điều khiển thiết kế hệ điều khiển mờ Các phương án thực điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ thực hệ cứng hệ mềm 23 Thực hệ cứng: ta dùng vi điều khiển thông thường (AVR, ARM, PIC…)hoặc dùng vi điều khiển mờ chuyên dụng (dsPIC…) Thực hệ mềm: Sử dụng ngôn ngữ C, C++, Visual Basic… sử dụng phần mềm chuyên dụng để thiết kế: Matlab, fuzzy tech… Tùy theo toán, đối tượng cụ thể mà ta lựa chọn phương án thực xây dựng điều khiển mờ cho phù hợp Trong luận văn, tác giả lựa chọn cách thực điều khiển hệ mềm sử dụng ngôn ngữ Matlab CHƯƠNG ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Tổng quan động điện chiều 2.1.1 Cấu tạo động điện chiều [1] Cấu tạo máy điện chiều gồm có: stator rotor Stator (cịn gọi phần tĩnh hay phần cảm) (hình 2.1) Hình 2.1 Cấu tạo stato động điện chiều – vỏ máy: làm thép đúc làm nhiệm vụ dẫn từ, gá lắp cực từ bảo vệ máy 24 – cực từ chính: bao gồm thân cực mặt cực Thân cực làm thép đúc, thân cực từ có quấn dây quấn kích từ Mặt cực làm thép kỹ thuật điện để tránh tác động dóng xốy fuco lan truyền từ rotor sang – cực từ phụ: làm thép đúc, có quấn dây quấn kích từ phụ – dây quấn cực từ chính: làm dây đồng bọc cách điện Gọi cuộn kích từ độc lập hay kích từ song song tùy thuộc vào cách đấu dây – dây quấn cực từ phụ: giống với cuộn nối tiếp quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với cuộn kích từ nối tiếp Phần ứng (rotor) Rôto (phần ứng) máy điện chiều gồm: lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp trục máy (hình 2.2) Hình 2.2 Cấu tạo roto động điện chiều - Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các thép dập lỗ thơng gió rãnh để đặt dây quấn phần ứng Tải FULL (72 trang): https://bit.ly/3wZjYie Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net – khe đặt dây quấn phần ứng: chu vi mặt xẻ rãnh đặn để đặt dây quấn – trục rotor: làm hợp kim thép có độ cứng cao, đỡ đầu vòng bi 25 10 - Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt rãnh phần ứng tạo thành nhiều vịng kín, hai đầu nối với hai phiến góp vành góp Chổi than cổ góp: có cấu tạo hình 2.3 Hình 2.3 Cấu tạo cổ góp động điện chiều Cổ góp (vành góp) tập hợp nhiều phiến đồng hình nhạn ghép thành khối hình trụ, cách điện với nhau, gắn trục máy cách điện với trục máy Chổi than: cấu tạo từ bột than granit, có độ dẫn điện cao khả chống mài mòn tốt Tỳ lên chổi than lị xo, lị xo điều chỉnh lực căng để tăng tiếp xúc giức chổi than cổ góp Chổi than máy điện chiều thể hình 2.4 Tải FULL (72 trang): https://bit.ly/3wZjYie Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Hình 2.4 Cấu tạo chổi than động điện chiều 2.1.2 Nguyên lý làm việc phân loại động điện chiều Nguyên lý làm việc động điện chiều: cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Các dẫn ab cd mang dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng tương hỗ lên 26 tạo nên mômen tác dụng lên rôto, làm quay rôto Chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 2.5 a) Hình 2.5 Mô tả nguyên lý làm việc động điện chiều Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ (hình 2.5 b), nhờ có phiến góp đổi chiều dịng điện, nên dòng điện chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi, lực tác dụng lên rôto theo chiều định, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Phân loại động điện chiều Dựa theo phương pháp kích từ, động chiều có loại sau: Động chiều kích từ độc lập Động chiều kích từ song song Động chiều kích từ nối tiếp Động chiều kích từ hỗn hợp 2.1.3 Phương trình đặc tính động điện chiều Do đối tượng sử dụng luận văn động điện chiều kích từ độc lập nên tác giả tập trung trình bày cách xây dựng đặc tính động chiều kích từ độc lập 4130964 Xây dựng phương trình đặc tính Để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập ta phải phân tích, tìm mối quan hệ tốc độ với thông số khác động để từ 27 ... cứu xây dựng hệ điều khiển mờ cho động điện chiều? ?? làm đề tài cho luận văn Thạc sĩ Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu điều khiển mờ - Xây dựng mơ hình điều khiển mờ điều khiển tốc độ động chiều. .. Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu điều khiển mờ - Xây dựng lựa chọn phần cứng mơ hình điều khiển mờ - Xây dựng hệ điều khiển mờ cho động điện chiều phần mềm MATLAB... nhiễu… cho điều khiển mờ Yêu cầu thiết kế hệ điều khiển mờ [2]: Không thiết kế hệ điều khiển mờ cho toán mà hệ điều khiển kinh điển dễ dàng thực điều khiển P, PI, PD, PID Hạn chế sử dụng điều khiển