Bộ điều khiển mờ động

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG QUÁ TRèNH

4.3.6. Bộ điều khiển mờ động

Là bộ điều khiển mờ mà đầu vào cú xột tới cỏc trạng thỏi động của đối tượng. Vớ dụ với hệ điều khiển theo sai lệch thỡ đầu vào của bộ điều khiển mờ ngoài tớn hiệu sai lệch e theo thời gian cũn cú cỏc đạo hàm của sai lệch giỳp cho bộ điều khiển phản ứng kịp thời với cỏc biến động đột xuất của đối tượng.

Cỏc bộ điều khiển mờ động hay được dựng hiện nay là bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tớch phõn, tỉ lệ vi phõn và tỉ lệ vi tớch phõn (PI, PD, PID).

Một bộ điều khiển mờ theo luật I cú thể thiết kế từ một bộ mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tớnh) bằng cỏch mắc nối tiếp một khõu tớch phõn kinh điển vào trước hoặc sau khối mờ đú. Do tớnh phi tuyến của hệ mờ, nờn việc mắc khõu tớch phõn trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khỏc nhau.

Khi mắc nối tiếp ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ một khõu vi phõn sẽ được một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phõn PD

Thành phần của bộ điều khiển này cũng giống như bộ điều khiển theo luật PD thụng thường bao gồm sai lệch giữa tớn hiệu chủ đạo và tớn hiệu ra của hệ thống e và đạo hàm của sai lệch e’. Thành phần vi phõn giỳp cho hệ thống phản ứng chớnh xỏc hơn với những biến đổi lớn của sai lệch theo thời gian. Phỏt triển tiếp từ vớ dụ về bộ điều khiển mờ theo luật P thành bộ điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn giản.

Trong kĩ thuật điều khiển kinh điển, bộ điều khiển PID được biết đến như là một giải phỏp đa năng và cú miền ứng dụng rộng lớn. Định nghĩa về bộ điều khiển theo luật PID kinh điển trước đõy vẫn cú thể sử dụng cho một bộ điều khiển mờ theo luật PID được thiết kế theo hai thuật toỏn:

Luận văn Cao học 78

- Thuật toỏn chỉnh định PID

- Thuật toỏn PID tốc độ

Bộ điều khiển mờ được thiết kế theo thuật toỏn chỉnh định PID cú ba đầu vào gồm sai lệch e giữa tớn hiệu chủ đạo và tớn hiệu ra, đạo hàm và tớch phõn của sai lệch. Đầu ra của bộ điều khiển mờ chớnh là tớn hiệu điều khiển u (t).

0 1 ( ) t D I d u t K e edt T e T dt    _   _ 



Với thuật toỏn PID tốc độ, bộ điều khiển PID cú 3 đầu vào: sai lệch e giữa tớn hiệu đầu vào và tớn hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc nhất e’, và đạo hàm bậc hai e’’ của sai lệch. Đầu ra của hệ mờ là đạo hàm du /dt của tớn hiệu điều khiển u (t).

22 2

1

( )

du d d

K e e e

dt dt T dt

 

 _   _

 

Do trong thực tế thường cú một trong hai thành phần được bỏ qua nờn thay vỡ thiết kế bộ điều khiển PID hoàn chỉnh người ta thường tổng hợp cỏc bộ điều khiển PI hoặc PD.

Bộ điều khiển PID mờ được thiết kế trờn cơ sở của bộ điều khiển PD mờ, bằng cỏch mắc nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển PD mờ một khõu tớch phõn.

Cho đến nay, nhiều dạng cấu trỳc của PID mờ cũn được gọi là bộ điều chỉnh mờ ba thành phần đó được nghiờn cứu. Cỏc dạng cấu trỳc này thường được thiết kế trờn cơ sở tỏch bộ điều khiển PID thành hai bộ điều chỉnh PD và PI. Việc phõn chia này chỉ nhằm mục đớch thiết lập cỏc hệ luật cho PI và PD gồm hai biến vào, một biến ra, thay vỡ phải thiết lập ba biến vào.

4.3.7.Bộ điều khiển mờ lai

 Khỏi niệm chung

Hệ mờ lai (Furry - hybid) là một hệ thống điều khiển tự động trong đú thiết bị điều khiển gồm hai thành phần:

Luận văn Cao học 79

 Phần thiết bị điều khiển rừ(thường là bộ điều khiển kinh điển PID )

 Phần hệ mờ

Bộ điều khiển mà trong quỏ trỡnh làm việc cú khả năng tự chỉnh định thụng số của nú cho phự hợp với sự thay đổi của đối tượng được gọi là bộ điều khiển thớch nghi. Một hệ thống điều khiển thớch nghi, cho dự cú hay khụng sự tham gia của hệ mờ, là hệ thống phỏt triển cao và cú tiềm năng đặc biệt, song gắn liền mới những ưu điểm đú là khối lượng tớnh toỏn thiết kế lớn.

Phần lớn cỏc hệ thống điều khiển mờ lai là hệ thớch nghi. Khỏi niệm “thớch nghi” định nghĩa ở đõy khụng bao gồm cỏc giải phỏp thay đổi cấu trỳc hệ thống cho dự sự thay đổi đú cú thể phần nào phục vụ mục đớch thớch nghi. Chẳng hạn hệ thống mà tớnh “tự thớch nghi”của thiết bị được điều khiển thực hiện bằng cỏch dựa vào thay đổi của đối tượng mà chọn khõu điều khiển cú tham số thớch hợp trong số cỏc khõu cú cựng cấu trỳc nhưng với những tham số khỏc nhau đó được cài đặt từ trước, cũng khụng được gọi là hệ điều khiển thớch nghi. Tớnh “thớch nghi” của cỏc loại hệ thống này được thực hiện bằng cỏch chuyển cụng tắc đến bộ điều khiển cú tham số phự hợp chứ khụng phải tự chỉnh định lại tham số của bộ điều khiển đú theo đỳng nghĩa của một bộ điều khiển thớch nghi đó định nghĩa.

Thực tế ứng dụng của bộ điều khiển mờ cho thấy khụng phải cứ thay thế một bộ điều khiển kinh điển bằng một bộ điều khiển mờ thỡ sẽ cú một hệ thống tốt hơn.Trong nhiều trường hợp đặc biệt, để hệ thống cú đặc tớnh động học tốt hơn và bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai giữa bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển kinh điển.Từ đú dẫn đến khỏi niệm “hệ mờ lai” và lĩnh vực thiết kế, ứng dụng bộ điều khiển mờ lai để nõng cao chất lượng điều khiển của hệ thống.

 Kết luận:

- Cỏc bộ điều khiển P, PI hoặc PID đó điều khiển được cỏc đối tượng kỹ thuật rất hoàn thiện và cho đặc tớnh động học của toàn bộ hệ thống rất tốt. Nhưng để xử lý thờm cỏc tớn hiệu đo và tăng thờm khả năng chuẩn đoỏn cho hệ thống, cần thay thế ở bước đầu tiờn bộ điều khiển kinh điển bằng bộ điều khiển mờ và phỏt triển thờm

Luận văn Cao học 80

hệ điều khiển dựa trờn cơ sở của bộ điều khiển mờ này để cú được cỏc tớnh chất điều khiển mong muốn.

Cựng với kỹ thuật mờ, cỏc bộ điều khiển chung cho phộp tạo ra một khả năng điều khiển đối tượng phong phỳ và đa dạng.

- Chớnh vỡ lý do trờn nờn bản đồ ỏn đó chọn bộ điều khiển mờ để điều khiển hệ truyền động điện một chiều nhằm nõng cao hơn nữa chất lượng của hệ truyền động và tăng phạm vi ứng dụng trong thực tế.