5. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.2.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển mờ thời gian thực sử dụng Simulink
Ta sử dụng bộ điều khiển mờ đã thiết kế ở phần trên để điều khiển thời gian thực hệ thống nâng từ theo sơ đồ nhƣ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
62
Hình 4.15: Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng bộ điều khiển mờ
Trong sơ đồ:
- Khối Set point: giá trị đặt bằng 1
- Khối Fuzzy Logic Controller: bộ điều khiển mờ (đã đƣợc xây dựng ở phần trên)
- Khối Maglev coil: đƣa tín hiệu điều khiển từ Arduino tới các chân số 5 và chân số 6. Hai chân này sẽ điều khiển mạch cầu H, cung cấp điện áp cho cuộn dây dƣới dạng tín hiệu PWM.
- Khối Encoder và khối Sensor gain sẽ cung cấp vị trí của phần động.
- Khối Maglev Position: hiển thị vị trí phần động.
4.2.3. Kết quả điều khiển sử dụng bộ điều khiển mờ
Với bộ điều khiển mờ nhƣ trên, ta có kết quả điều khiển thực nhƣ sau:
Hình 4.16: Kết quả điều khiển sử dụng bộ điều khiển mờ Trong sơ đồ:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Đƣờng màu xanh biểu diễn vị trí của phần động khi sử dụng bộ điều khiển mờ.
Ta thấy, với số lần dao động ít và sau thời gian rất ngắn (1,05 giây) hệ thống đã đạt trạng thái cân bằng. Vị trí của phần động bám rất sát với giá trị đặt. Ta tạo nhiễu bằng cách sử dụng tay tác động vào phần động để đẩy phần động khỏi vị trí cân bằng. Tuy nhiên, sau một khoảng thời gian dao động rất nhỏ, phần động ngay lập tức tự động trở về vị trí cân bằng. Nhƣ vậy, tính ổn định của hệ thống trong quá trình điều khiển khá cao.
4.3. SO SÁNH CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI CHO HỆ THỐNG NÂNG TỪ
4.3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển PI thời gian thực sử dụng Simulink
Với cùng một đối tƣợng là hệ thống nâng từ, nhƣng ta thay thế bộ điều khiển mờ bằng bộ điều khiển PI theo sơ đồ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
64
Hình 4.17: Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống nâng từ sử dụng bộ điều khiển PI Tham số của bộ điều khiển PI đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thực nghiệm, bởi vì chúng ta không có mô hình toán đủ chính xác của hệ thống nâng từ đã đƣợc chế tạo ở phần chƣơng III. Bằng phƣơng pháp thực nghiệm chúng tôi xác định đƣợc các tham số của PI nhƣ sau: KP = .2; KI = 0.014.
4.3.2. Kết quả điều khiển sử dụng bộ điều khiển PI
Với bộ điều khiển PI ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
Hình 4.18: Kết quả điều khiển PI Trong sơ đồ:
- Đƣờng màu đỏ ứng với giá trị đặt bằng 1
- Đƣờng màu xanh biểu diễn vị trí của phần động khi sử dụng bộ điều khiển PI.
Ta nhận thấy, với số lần dao động khá nhiều và sau thời gian 6,8 giây hệ thống mới đạt trạng thái cân bằng. Trong quá trình điều khiển, ta cũng tạo nhiễu bằng cách tác dụng lực vào phần động để đẩy phần động khỏi vị trí cân
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
bằng. Nhƣng phải mất một khoảng thời gian nhất định hệ thống mới tự động trở về vị trí cân bằng nhƣ cũ.
4.3.3. So sánh kết quả điều khiển thực khi sử dụng bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PI
Từ kết quả điều khiển thực hệ thống nâng từ trong 2 trƣờng hợp sử dụng bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PI ta thấy: hệ thống nâng từ sử dụng bộ điều khiển mờ có số lần dao động ít hơn, thời gian quá độ ngắn hơn và dễ dàng đạt trạng thái cân bằng khi có nhiễu xuất hiện hơn. Nhƣ vậy, bộ điều khiển mờ có chất lƣợng tốt hơn so với bộ điều khiển PI.
Trong chƣơng IV, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm điều khiển hệ thống nâng từ thực bằng 2 bộ điều khiển: mờ và PI. Kết quả thí nghiệm đã cho thây bộ điều khiển mờ cho chất lƣợng tốt hơn so với bộ điều khiển PI. Đồng thời, khi so sánh kết quả điều khiển thực với kết quả mô phỏng ta thấy bộ điều khiển mờ điều khiển hệ thống thực đáp ứng đƣợc mục tiêu mà chúng tôi đã đặt ra đó là: điều khiển vị trí của phần động luôn giữ ổn định ở vị trí mong muốn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
- Đã thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn thiện (tự làm) mô hình hệ thống nâng từ tại trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
- Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh bộ điều khiển mờ thiết kế đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ điều khiển cho hệ thống nâng từ, đƣa ra kết quả so sánh giữa hệ thống điều khiển thực với mô phỏng hệ thống điều khiển trong Matlab.
2. Kiến nghị
- Trong quá trình thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống nâng từ thực, để tiết kiệm chi phí chúng tôi đã sử dụng thiết bị đo góc kết hợp với cánh tay đòn để xác định vị trí của phần động. Tuy nhiên trong thực tế, chúng ta có thể xác định trực tiếp vị trí của phần động bằng cách sử dụng một số loại cảm biến (sensor) đo vị trí khác, có độ chính xác cao, nhƣng giá thành sẽ rất đắt.
- Để nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ thống, có thể xây dựng thêm mạch vòng phản hồi dòng điện và phản hồi vận tốc.
- Trong nội dung nghiên cứu của đề tài này, mục tiêu của chúng tôi chỉ điều khiển hệ thống nâng từ theo phƣơng thẳng đứng. Trong các nội dung
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi mong muốn có thể điều khiển hệ thống nâng từ theo nhiều phƣơng và sử dụng nhiều phƣơng pháp điều khiển khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO *Tiếng Việt
[1]. TS Nguyễn Nhƣ Hiển và TS Lại Khắc Lãi (2007), Hệ mờ và nơron trong kỹ thuật điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội.
[2]. Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[3]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phân tích và điều khiển hệ phi tuyến, NXB Bách khoa, 2012.
[4]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB KH&KT, 2007.
[5]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển nâng cao, NXB KH&KT, 2007.
[6]. Nguyễn Doãn Phƣớc và Phan Xuân Minh, Lý thuyết điều khiển phi tuyến, NXB KH&KT, 2003.
[7]. Phan Xuân Minh và Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KHKT, 2006
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
68
[8]. Lecture 19 MIT 8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002
[9]. Diamagnetically stabilized magnet levitation. (PDF) . Retrieved on 2013- 07-12.
[10]. Biacino L., Gerla G., Fuzzy logic, continuity and effectiveness, Archive for Mathematical Logic, 41, (2002), 643-667
* Intermet