ĐIỀU KHIỂN PID FUZZY và NEURON hệ bồn nước đơn

MÔN HỌC: THỰC TẬP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BÁO CÁO BÀI THÍ NGHIỆM SỐ MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG BỒN NƯỚC ĐƠN I Mơ hình tốn học hệ thống: u(t) – điện áp điều khiển máy bơm h(t) – độ cao mực chất lỏng bồn (cm) A(h) – tiết diện ngang bồn chứa (cm2) hmax – độ cao cực đại bồn chứa Amax, Amin – tiết diện ngang cực đại cực tiểu bồn chứa (cm2) k – hệ số tỉ lệ với công suất máy bơm a – tiết diện van xả (cm2) g – gia tốc trọng trường (981 cm/sec2) CD – hệ số xả Phương trình toán học hệ bồn nước đơn: II Sử dụng điều khiển PID Xây dựng khối bồn nước: Xây dựng khối PID: Xây dựng hệ thống Simulink: Thực khảo sát hệ thống với điều khiển P ( kI = 0, kD = ) kp 0.01 0.1 10 σmax% 0 0.04 0.08 exl 34.68 5.88 0.62 0.15 0.06 txl (tc 2%) 11.90 8.00 0.96 0.20 0.10 Nhận xét: Khi Kp tăng sai số xác lập giảm đồng thời chưa xuất vọt lố thời gian xác lập giảm Giải thích: ngõ điều khiển PID Trong trường hợp Ki = Kd = nên ngõ , Kp lớn dù e nhỏ làm ngõ u lớn nên hệ thống vọt lên nhanh chóng để làm cho e nhỏ u nhỏ theo, vọt đà sinh vọt lố Khi Kp lớn giá trị giới hạn làm hệ thống ổn định Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PI ( kp = 1, kD = ) Ki 0.05 0.1 10 50 σmax% 0.28 7.2 22.8 32.8 exl 0 0 txl (tc 2%) 1.01 0.94 2.51 1.88 2.04 Nhận xét: Ki tăng độ vọt lố tăng sai số xác lập không thay đổi gần 0, thời gian xác lập nhanh dễ làm ổn định hệ thống Giải thích: Ki lớn dù nhỏ gây tác động lớn lên hệ thống Khi Ki tăng xu hướng phải nhỏ xuất dao động để bù trừ làm sai số xác lập gần bị triệt tiêu Thực khảo sát hệ thống với điều khiển PD ( kp = 1, kI = ) Thiết kế điều khiển mờ Hàm liên thuộc ngõ vào: Hàm liên thuộc ngõ ra: Xây dựng luật mờ: Xây dựng mơ hình Simulink: Khối Bon_nuoc_dk_fuzzy giống khối mơ tả bồn nước phần điều khiển PID trình bày phần trước Kết quả: Với mực nước ban đầu h_init = 10 cm: Điện áp điều khiển: Mực nước: Với mực nước ban đầu h_init = 50 cm: Điện áp điều khiển: Mực nước:  Bộ điều khiển mờ thiết kế thành công, đưa hệ thống điểm làm việc tĩnh Chuẩn hóa tập sở biến vào vùng [0; 1]: Hàm liên thuộc ngõ vào chuẩn hóa: Hàm liên thuộc ngõ chuẩn hóa: Xây dựng luật mờ: Khối tiền xử lý: hệ số khuếch đại Ki = 1/60 Khối hậu xử lý: hệ số khuếch đại Ko = Xây dựng mơ hình Simulink: Kết quả: Với mực nước ban đầu 10 cm: Với mực nước ban đầu 50 cm:  Hệ ổn định chưa đạt điểm làm việc tĩnh mong muốn Chuẩn hóa tập sở biến vào vùng [0; 0.5]: Hàm liên thuộc ngõ vào chuẩn hóa: Hàm liên thuộc ngõ chuẩn hóa: Xây dựng luật mờ: Khối tiền xử lý: hệ số khuếch đại Ki = 1/120 Khối hậu xử lý: hệ số khuếch đại Ko = Xây dựng mơ hình hệ thống Simulink: Kết quả: Với mực nước ban đầu 10 cm: Với mực nước ban đầu 50 cm:  Hệ thống ổn định đạt điểm làm việc tĩnh mong muốn Cách thức điều chỉnh thông số điều khiển điều khiển Fuzzy: Để hệ thống đạt chất lượng tốt nhất, khâu tiền/hậu xử lý, chuẩn hóa hàm liên thuộc vào/ra ta chia tỉ lệ vùng chuẩn hóa cho với tỉ lệ thông số ban đầu chưa chuẩn hóa IV Sử dụng điều khiển Fuzzy-PI: Thiết kế khối mờ cho hệ số KP: Thiết kế khối mờ cho hệ số KI: Xây dựng khối Fuzzy-PI Simulink: Xây dựng mơ hình điều khiển bồn nước sử dụng Fuzzy-PI so sánh với điều khiển khối PI: Kết quả: Với mực nước ban đầu 10 cm: Với mực nước ban đầu 50 cm: Nhận xét: điều khiển fuzzy - PI thiết kế thành công, điều khiển ổn định hệ thống Mặc dù thời gian xác lập dài so với điều khiển PI hệ thống ổn định giá trị xác lập sát với điểm đặt điều khiển PI ... dụng điều khiển Fuzzy- PI: Thiết kế khối mờ cho hệ số KP: Thiết kế khối mờ cho hệ số KI: Xây dựng khối Fuzzy- PI Simulink: Xây dựng mơ hình điều khiển bồn nước sử dụng Fuzzy- PI so sánh với điều khiển. .. quả: Với mực nước ban đầu h_init = 10 cm: Điện áp điều khiển: Mực nước: Với mực nước ban đầu h_init = 50 cm: Điện áp điều khiển: Mực nước:  Bộ điều khiển mờ thiết kế thành công, đưa hệ thống điểm... Với mực nước ban đầu 10 cm: Với mực nước ban đầu 50 cm: Nhận xét: điều khiển fuzzy - PI thiết kế thành công, điều khiển ổn định hệ thống Mặc dù thời gian xác lập dài so với điều khiển PI hệ thống