5. Túm tắt nội dung luận văn
2.5.1. Khảo sỏt hệ thống ủ iều khiển thụng thường (khụng cú thớch nghi)
2.5.1.1. Sơủồ mụ phỏng
Hỡnh 2.11: Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển thường cho ủối tượng lũ giú núng.
2.5.1.2. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.12: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển thường cho ủối tượng lũ giú núng. 2.5.2. Khảo sỏt hệ thống ủiều khiển cú thớch nghi với tham sốủó biết trước
2.5.2.1. Trường hợp 1: Cú khõu phản hồi.
Hỡnh 2.13. Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham sốủó biết trước (cú khõu phản hồi).
b. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.14: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối. tượng lũ giú núng với tham sốủó biết trước (cú khõu phản hồi)
2.5.2.2. Trường hợp 2: Khụng cú khõu phản hồi.
Hỡnh 2.15: Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham sốủó biết trước (khụng cú khõu phản hồi).
b. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.16: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham sốủó biết trước (khụng cú khõu phản hồi).
2.5.3 Khảo sỏt hệ thống ủiều khiển cú thớch nghi với tham số chưa biết trước
a. Sơủồ mụ phỏng
Hỡnh 2.17: Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham số chưa biết trước (cú khõu phản hồi).
b. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.18: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham số chưa biết trước (cú khõu phản hồi)
2.5.3.2. Trường hợp 2: Khụng cú khõu phản hồi.
a. Sơủồ mụ phỏng
Hỡnh 2.19: Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham số chưa biết trước (khụng cú khõu phản hồi).
b. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.20: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng với tham số chưa biết trước (khụng cú khõu phản hồi)
2.5.4. Xột hệ thống ủiều khiển cú ủối tượng cựng hàm trong thớch nghi
2.5.4.1. Trường hợp 1: Cú khõu phản hồi.
a. Sơủồ mụ phỏng
Hỡnh 2.21: Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng cú cựng hàm trong thớch nghi (cú phản hồi).
b. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.22: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng cú cựng hàm trong thớch nghi (cú phản hồi)
2.5.4.2. Trường hợp 2: Khụng cú khõu phản hồi.
a. Sơủồ mụ phỏng
Hỡnh 2.23: Sơủồ mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng cú cựng hàm trong thớch nghi (khụng cú phản hồi)
b. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 2.24: Kết quả mụ phỏng ủiều khiển cú thớch nghi cho ủối tượng lũ giú núng cú cựng hàm trong thớch nghi (khụng cú phản hồi).
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG
đIỀU CHỈNH TỰđỘNG TRONG CễNG NGHIỆP SỬ DỤNG
CẤU TRÚC MỜ PID
Ở phần trước ta vừa nghiờn cứu cỏc thuật toỏn kinh ủiển với ủối tượng ủược
ủiều khiển ủược giả thiết là tuyến tớnh và bất biến theo thời gian. Tuy nhiờn, trờn thực tế phần lớn cỏc ủối tượng trong cụng nghiệp cú tớnh phi tuyến, phụ thuộc vào thời gian, cú hằng số thời gian trễ lớn và cú tham số giải. Cỏc hệ thống như vậy thường gặp trong cụng nghệ chế biến. đối với những hệ thống như vậy thỡ sử dụng kỹ thuật ủiều khiển mờ là rất thớch hợp. Tuy nhiờn, nền tảng cho sự thành cụng của kỹ thuật ủiều khiển mờ là kiến thức, là kinh nghiệm và sự hiểu biết của cỏc chuyờn gia về cỏc hệ thống ủú. Do ủú, nghiờn cứu phương phỏp thiết kế bộ ủiều khiển mờ
là cụng việc cần thiết. Sau ủõy ta sẽ tỡm hiểu cấu trỳc bộ ủiều khiển mờ truyền thống cũng như những biến dạng của nú và ỏp dụng nguyờn tắc ủiều khiển mờủể ủiều chỉnh cỏc tham số bộủiều khiển PID cho ủối tượng lũ giú núng.
3.1. Tổng hợp bộủiều khiển mờ lai.
điểm mạnh cơ bản của ủiều khiển mờ so với kỹ thuật ủiều khiển kinh ủiển là nú ỏp dụng rất hiệu quả trong cỏc quỏ trỡnh chưa xỏc ủịnh rừ hay khụng thể ủo ủạc chớnh xỏc, cỏc quỏ trỡnh ủiều khiển ở ủiều kiện thiếu thụng tin. điều khiển mờ ủó tớch hợp kinh nghiệm của cỏc chuyờn gia ủể ủiều khiển mà khụng cần hiểu biết nhiều về cỏc thụng số của hệ thống.
điều khiển mờ chiếm một vị trớ quan trọng trong ủiều khiển học kỹ thuật hiện
ủại, ủến nay ủiều khiển mờủó là một phương phỏp ủiều khiển nổi bật bởi tớnh linh hoạt và ủó thu hỳt ủược những kết quả khả quan trong nghiờn cứu, ứng dụng lý thuyết tập mờ, logic mờ và suy luận mờ. Những ý tưởng cơ bản trong hệ ủiều khiển logic mờ là tớch hợp kiến thức của cỏc chuyờn gia trong thao tỏc vào cỏc bộ ủiều khiển trong quỏ trỡnh ủiều khiển, quan hệ giữa cỏc ủầu vào và ủầu ra của hệ ủiều khiển logic mờủược thiết lập thụng qua việc lựa chọn cỏc luật ủiều khiển mờ (như
luật IF Ờ THEN) trờn cỏc biến ngụn ngữ. Luật ủiều khiển IF Ờ THEN là một cấu trỳc ủiều khiện dạng NẾU Ờ THè trong ủú một số từ ủược ủặc trưng bởi cỏc hàm liờn thuộc liờn tục. Cỏc luật mờ và cỏc thiết bị suy luận mờ là những cụng cụ gắn liền với việc sử dụng kinh nghiệm chuyờn gia trong việc thiết kế cỏc bộủiều khiển.
So với cỏc giải phỏp kỹ thuật từ trước tới nay ủược ỏp dụng ủể tổng hợp cỏc hệ
thống ủiều khiển, phương phỏp tổng hợp hệ thống ủiều khiển mờ cú những ưu ủiểm rừ dệt sau:
- Khối lượng cụng việc thiết kế giảm ủi nhiều do khụng cần sử dụng mụ hỡnh ủối tượng trong việc tổng hợp hệ thống.
- Bộ ủiều khiển mờ dễ hiểu hơn so với cỏc bộ ủiều khiển khỏc (cả về kỹ thuật) và dễ dàng thay ủổi.
- đối với cỏc bài toỏn thiết kế phức tạp cao, giải phỏp dựng bộ ủiều khiển mờ
cho phộp giảm khối lượng tớnh toỏn và giỏ thành sản phẩm.
- Trong nhiều trường hợp bộủiều khiển mờ làm việc ổn ủịnh hơn, bền vững hơn khả năng chống nhiễu cao hơn và chất lượng ủiều khiển cao hơn.
3.1.1 Cấu trỳc bộủiều khiển mờ.
Cấu trỳc chung một bộủiều khiển mờ bao gồm 4 khối: Khối mờ hoỏ, khối hợp thành, khối luật mờ và khối giải mờ (Hỡnh 3.1)
Hỡnh 3.1: Sơủồ khối của bộủiều khiển mờ.
- Khụớ mờ hoỏ và khối hợp thành là phần cốt lừi của bộủiều khiển mờ vỡ nú cú khả
năng mụ phỏng những suy nghĩ, suy ủoỏn của con người ủể ủạt mục tiờu mong muốn.
Trong ủiều khiển logic mờ, kinh nghiệm chuyờn gia cựng cỏc kỹ năng, kỹ
xảo ủúng vai trũ quan trọng trong việc lựa chọn cỏc biến trạng thỏi và biến ủiều khiển. Cỏc biến vào của bộ ủiều khiển logic mờ thường là trạng thỏi, sai lệch trạng thỏi, ủạo hàm sai lệch trạng thỏi, tớch phõn sai lệch v.vẦ
Số lượng cỏc tập mờ là trọng tõm cần lưu ý khi thiết kếủiều khiển logic mờ. Trong một miền giỏ trị ta cú thể chọn số tập mờ khỏc nhau, thụng thường miền giỏ trị mờủầu vào ủược chia thành nhiều tập mờ gối lờn nhau. Thường người ta chia số
tập mờ từ 3 ủến 9 giỏ trị, số lượng tập mờủầu vào xỏc ủịnh số lượng lớn nhất cỏc luật ủiều khiển mờ trong hệủiều khiển logic mờ.
- Khối hợp thành cú nhiệm vụ ủưa vào tập mờủầu vào (trong tập cơ sở U) và cỏc tập cỏc luật mờ (do người thiết kế lập ra) ủể tạo thành tập mờủầu ra (trong tập mờ
cơ sở V). Hay núi cỏch khỏc là nhiệm vụ của khối hợp thành là thực hiện ỏnh xạ tập mờủầu vào (trong U) thành tập mờủầu ra (trong V) theo cỏc luật mờủó cú.
Cỏc nguyờn lý logic mờủược ỏp dụng trong khối hợp thành ủể tổ hợp tờ cỏc luật mờ IF Ờ THEN trong luật mờ cơ bản thành thao tỏc gỏn một tập mờ AỖ (trong U) tới tập mờ BỖ (trong V). Ta biết rằng cỏc luật mờ IF Ờ THEN ủược diễn giải thành cỏc quan hệ mờ trong khụng gian nền UìV.
Khi dựng quy tắc MAX-MIN thỡ dấu Ộ * Ợủược thay thế bằng cỏch lấy cực tiểu
Khi dựng quy tắc MAX-PROD thỡ dấu Ộ * Ợ ủược thực hiện bằng phộp nhõn bỡnh thường.
Cỏc luật mờ cơ bản là tập hợp cỏc luật mờ IF Ờ THEN ủược xõy dựng trờn cỏc biến ngụn ngữ, cỏc luật mờ này ủặc trưng cho mối liờn hệ giữa ủầu vào và ủầu ra của hệ, nú là trỏi tim của hệ ủiều khiển logic mờ. Sử dụng luật mờ cơ bản này làm cụng cụủể suy luận và ủưa ra cỏc ủỏp ứng một cỏch cú hiệu quả.
Ta xột hệ mờ với nhiều ủầu vào và một ủầu ra (hệ MISO):
U = U1ìU2ẦìUn⊂ Rn và V⊂ R. Nếu hệ cú m ủầu ra từ y1, y2,Ầyn thỡ cú thể phõn thành m hệ cú n ủầu vào và một ủầu ra.
Trong ủú Ai1 là B1 là cỏc tập mờ trong U1⊂ Rn và V ⊂ R, nếu cú M luật mờ
cơ sở thỡ l = 1,2,ẦM.
Luật mờ trờn là luật mờ chớnh tắc, từ cỏc luật chớnh tắc trờn ta cú một số
mệnh ủề bổ trợ khỏc.
- Giải mờ ủược ủịnh nghĩa như gỏn một tập mờ BỖ trong V ⊂ R (là ủầu ra của thiết bị hợp thành) với một giỏ trị rừ y* ∈ V. Như vậy phộp giải mờ là cụ thể hoỏ một
ủiểm trong V mà nú cú thể hiện rừ nhất tập mờ BỖ. Tuy nhiờn tập mờ BỖ ủược xõy dựng theo cỏc cỏch khỏc nhau.
để chọn phương ỏn giải mờ thớch hợp ta cú thể dựa vào cỏc tiờu chuẩn sau ủõy:
- Tớnh tin cậy:điểm y* phải ủại diện cho tập mờ BỖ một cỏch trực giỏc, chẳng hạn cú thể nằm ở gần giữa miền xỏc ủịnh của tập mờ B hoặc là ủiểm cú hàm liờn thuộc cao nhất trong B.
- đơn giản trong tớnh toỏn:đõy là tiờu chuẩn quan trọng vỡ trong ủiều khiển mờ
cỏc tớnh toỏn ủều làm việc trong chếủộ thời gian thực.
- Tớnh liờn tục: Thể hiện ở việc làm khi cú sự thay ủổi nhỏ trong BỖ sẽ khụng gõy sự biến ủổi lớn trong y*.
Bộ ủiều khiển mờ cơ bản chỉ cú khả năng xử lớ cỏc tớn hiệu vào hiện thời nờn nú thuộc nhúm cỏc bộ ủiều khiển mờ tĩnh. để mở rộng miền ứng dụng của chỳng vào những bài toỏn ủộng, cỏc khõu ủộng học cần thiết sẽủược nối thờm vào bộủiều khiển mờ cơ bản. Cỏc khõu ủú cú nhiệm vụ cung cấp thờm cho bộủiều khiển mờ cơ
bản cỏc giỏ trị ủạo hàm hay tớch phõn của tớn hiệu. Do vậy khi cú thờm cỏc khõu
ủộng này bộủiều khiển mờ cơ bản sẽủược gọi chung là bộủiều khiển mờ .
Về nguyờn tắc, hệ thống ủiều khiển mờ khụng khỏc so với hệ thống ủiều khiển tự ủộng thụng thường. Sự khỏc biệt ởủõy là bộ ủiều khiển mờ làm việc cú tư duy như bộ nóo dưới dạng trớ tuệ nhõn tạo .
Hỡnh 3.2: Hệ thống ủiều khiển mờ.
Hệ thống ủiều khiển mờủược thiết kế dựa trờn:
- Giao diện ủầu vào bao gồm khõu mờ hoỏ và khõu phụ trợ thờm ủể thực hiện cỏc bài toỏn ủộng như tớch phõn, vi phõnẦ
- Thiết bị hợp thành: bản chất là sự triển khai luật hợp thành R ủược xõy dựng trờn cơ sở luật ủiều khiển.
- Khõu giao diện ủầu ra bao gồm khõu giải mờ và cỏc khõu giao diện trực tiếp với
ủối tượng.
3.1.2 Nguyờn lý ủiều khiển mờ.
Sau khi ủó cú ủủ kinh nghiệm hiểu biết về hệ thống người thiết kế hệ thống
ủiều khiển mờ phải theo cỏc bước sau:
- định nghĩa tất cả cỏc biến ngụn ngữ vào ra - định nghĩa tập mờ cho cỏc biến vào ra - Xõy dựng cỏc luật ủiều khiển
- Chọn thiết bị hợp thành (max Ờ min hay sum- minẦ) - Tối ưu hệ thống
để làm rừ cỏc bước trờn ta phải ỏp dụng vào 1 vớ dụ cụ thể. Xột bài toỏn ủiều hoà nhiệt ủộ trong căn phũng. Thiết bị ủiều khiển nhiệt ủộ hai chiều núng lạnh với việc ủiều chỉnh nhiệt ủộ mỗi chiều hoàn toàn tuyến tớnh
1. định nghĩa cỏc biến vào ra
đại lượng vào của bộủiều khiển mờ chớnh là sai lệch giữa nhiệt ủộ cần giữổn
ủịnh và nhiệt ủộ thực ủo từ căn phũng kớ hiệu ET. Ngoài ra cũn chọn ủại lượng ủầu vào nữa là ủạo hàm của sai lệch DET
2. Xỏc ủịnh tập mờ
Xỏc ủịnh tập mờ chớnh là việc ủịnh nghĩa cỏc biến ngụn ngữ vào /ra bao gồm số
cỏc tập mờ và cỏc dạng hàm thuộc của chỳng.
3. Miền vật lý của cỏc biến ngụn ngữ vào ra
Sai lệch nhiệt ủộủược chọn trong miền giỏ trị từ -12oC ủến +12oC, tốc ủộ biến
ủổi của sai lệch cú giỏ trị thay ủổi từ -6oC/s tới +6oC/s và tốc ủộ thay ủổi cụng suất ra từ -120W/s ủến 120W/s.
4. Số lượng tập mờ
Về cơ bản, số lượng cỏc giỏ trị ngụn ngữ cho mỗi biến ngụn ngữ thường nằm trong khoảng từ 3 ủến 10 giỏ trị. Vớ dụ cho bài toỏn ủiều khiển nhiệt ủộ
ET∈{õm, khụng, dương} hoặc
ET∈{õm nhiều, õm, õm ớt, khụng, dương ớt, dương, dương nhiều} Và tương tựủịnh nghĩa cỏc biến cho DET
5. Xỏc ủịnh hàm thuộc
đõy là cụng ủoạn rất quan trọng vỡ quỏ trỡnh làm việc của bộ ủiều khiển mờ
phụ thuộc rất nhiều vào dạng và kiểu hàm thuộc. Tuy nhiờn, cho ủến nay vẫn khụng cú một cỏch thức tổng quỏt ủể chọn hàm thuộc từ những dạng ủó cho trước và mụ hỡnh hoỏ nú cho ủến khi nhận ủược bộủiều khiển mờ làm việc như mong muốn.
6. Rời rạc hoỏ cỏc tập mờ
độ phõn dải của cỏc giỏ trị phụ thuộc ủược chọn trước hoặc là cho cỏc nhúm
ủiều khiển mờ phõn loại dấu phẩy ủộng hoặc nguyờn ngắn hoặc theo byte.
7. Xõy dựng cỏc thuật toỏn ủiều khiển
Khi xõy dựng cỏc thuật toỏn ủiều khiển cần lưu ý là ở vựng lõn cận ủiểm khụng khụng ủược tạo ra cỏc Ộlỗ hổngỢ, bởi vỡ khi gặp phải cỏc lỗ hổng xung quanh
ủiểm làm việc bộ ủiều khiển sẽ khụng thể làm việc theo ủỳng như trỡnh tựủó ủịnh. Ngoài ra, trong phần lớn cỏc bộủiều khiển tớn hiệu ra sẽ bằng khụng khi tất cả cỏc tớn hiệu vào bằng khụng. Vớ dụ với bộủiều khiển nhiệt ủộ cỏc luật ủiều khiển sẽ là:
Bảng 3.1: Biểu diễn tập cỏc luật ủiều khiển dưới dạng ma trận DET ET NB NM NS ZE PS PM PB NB NB NM NM NS NS ZE NB NM NS ZE PS PM PB PS PS PM PM PB PB Thực tế ta chỉ chọn 13 luật trong tổng số 49 luật cú thể bởi chỉ cú 13 luật này