3.3.3.2.1. Sơ đồ khối mờ e T u Đối tượng G Cơ cấu thích nghi Mô hình mẫu Gm F FLC - y uc ym - T KI K
Hình 3-20: MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tích phân sai lệch đầu vào
Bộ mờ cơ bản ta sẽ thiết kế bao gồm hia biến trạng thái mờ đầu vào và một biến mờ đầu ra. Mỗi biến này lại được chia thành nhiều giá trị tập mờ (tập mờ con). Số giá trị mờ trên mỗi biến được chọn để phủ hết các khả năng cần thiết sao cho khả năng điều khiển là lớn nhất trong khi cần một số tối thiểu các luật điều khiển mờ.
Hình 3-21: Sơ đồ khối mờ cơ bản
3.3.3.2.2. Định nghĩa tập mờ
-Định nghĩa các biến ngôn ngữ vào ra
Biến ngôn ngữ vào là tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển mờ cụ thể là lượng sai lệch điện áp điều khiển E và DE là đạo hàm sai lệch.
Biến ngôn ngữ ra là đại lượng tác động trực tiếp hay gián tiếp lên đối tượng ở đây biến ngôn ngữ ra là điện áp điều khiển U.
- xác định miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ vào ra
Miền giá trị vật lý phải bao hết các khả năng giá trị mà biến ngôn ngữ vào ra có thể nhận, ta chọn.
E = [-10,10] DE = [-10,10] U = [-10, 10]
- Số lượng tập mờ
Số lượng tập mờ thường đại diện cho số trạng thái của biến ngôn ngữ vào ra, thường nằm trong khoảng 3 đến 10 giá trị. Nếu số lượng giá trị ít hơn 3 thì không thực hiện được vì việc lấy vi phân, nếu nhiều hơn thì con người khó có khả năng bao quát, vì con người phải nghiên cứu đầy đủ để đồng thời phân biệt khoảng 5 đến 9 phương án khác nhau và có khả năng lưu trữ trong thời gian ngắn. Đối tượng này ta chon các giá trị như sau:
E ={ AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} DE = { AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} U = { AL, AV, AN, K, DN, DV, DL}
Trong đó:
AL: Âm lớn AV: Âm vừa AN: Âm nhỏ K : Không DN: Dương nhỏ DV: Dương vừa DL: Dương lớn - Xác định hàm liên thuộc
Đây là giai đoạn rất quan trọng, vì các quá trình làm việc của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rất nhiều vào dáng của hàm liên thuộc. Mặc dù không có một chuẩn mực nào cho việc chọn nhưng thông thường có thể chọn hàm liên thuộc có dạng hình học đơn giản như hình thang, hình tam giác ... Các hàm liên thuộc phải có miền phủ lên nhau đồng thời hợp của các miền liên thuộc phải phủ kín miền giá trị vật lý để trong quá trình điều khiển không xuất hiện “lỗ trống”. Ta chọn các hàm liên thuộc hình tam giác.
- Rời rạc hoá tập mờ
Độ phân giải các giá trị phụ thộc được chọn trước hoặc là cho các nhóm điều khiển mờ loại phẩy động (các số dj biểu diễn dưới dạng dấu phẩy động có hộ chính xác đơn) hoặc nguyên ngắn (giá trị phụ thuộc là các số nguyên có độ phụ thuộc là các số có độ dài 2 byte hoặc theo byte). Phương pháp rời rạc hoá sẽ là yếu tố quyết định độ chính xác và tốc độ điều khiển.
3.3.3.2.3. Xây dựng các luật điều khiển “ nếu .... thì”
Với 7 tập mờ của biến đầu vào, ta xây dựng được 7×7 = 49 luật điều khiển. Các luật điều khiển được biểu diễn dưới dạng mệnh đề IF ...THEN ... Các luật điều khiển này được xây dựng theo 2 nguyên tắc sau:
- Đạo hàm sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn.
1. If (E is AL) và (DE is AL) then (U is AL) (1) 2. If (E is AL) và (DE is AV) then (U is AL) (1) 3. If (E is AL) và (DE is AN) then (U is AL) (1) 4. If (E is AL) và (DE is K) then (U is AL) (1) 5. If (E is AL) và (DE is DN) then (U is AV) (1) 6. If (E is AL) và (DE is DV) then (U is AN) (1) 7. If (E is AL) và (DE is DL) then (U is K) (1) 8. If (E is AV) và (DE is AL) then (U is AL) (1) 9. If (E is AV) và (DE is AV) then (U is AL) (1) 10. If (E is AV) và (DE is AN) then (U is AL) (1) 11. If (E is AV) và (DE is K) then (U is AV) (1) 12. If (E is AV) và (DE is DN) then (U is AN) (1) 13. If (E is AV) và (DE is DV) then (U is K) (1) 14. If (E is AV) và (DE is DL) then (U is DN) (1) 15. If (E is AN) và (DE is AL) then (U is AL) (1) 16. If (E is AN) và (DE is AV) then (U is AL) (1) 17. If (E is AN) và (DE is AN) then (U is AV) (1) 18. If (E is AN) và (DE is K) then (U is AN) (1) 19. If (E is AN) và (DE is DN) then (U is K) (1) 20. If (E is AN) và (DE is DV) then (U is DN) (1) 21. If (E is AN) và (DE is DL) then (U is DV) (1) 22. If (E is K) và (DE is AL) then (U is AL) (1) 23. If (E is K) và (DE is AV) then (U is AV) (1) 24. If (E is K) và (DE is AN) then (U is AN) (1) 25. If (E is K) và (DE is K) then (U is K) (1) 26. If (E is K) và (DE is DN) then (U is DN) (1) 27. If (E is K) và (DE is DV) then (U is DV) (1) 28. If (E is K) và (DE is DL) then (U is DL) (1) 29. If (E is DN) và (DE is AL) then (U is AV) (1)
30. If (E is DN) và (DE is AV) then (U is AN) (1) 31. If (E is DN) và (DE is AN) then (U is K) (1) 32. If (E is DN) và (DE is K) then (U is DN) (1) 33. If (E is DN) và (DE is DN) then (U is DV) (1) 34. If (E is DN) và (DE is DV) then (U is DL) (1) 35. If (E is DN) và (DE is DL) then (U is DL) (1) 36. If (E is DV) và (DE is AL) then (U is AN) (1) 37. If (E is DV) và (DE is AV) then (U is K) (1) 38. If (E is DV) và (DE is AN) then (U is DN) (1) 39. If (E is DV) và (DE is K) then (U is DV) (1) 40. If (E is DV) và (DE is DN) then (U is DL) (1) 41. If (E is DV) và (DE is DV) then (U is DL) (1) 42. If (E is DV) và (DE is DL) then (U is DL) (1) 43. If (E is DL) và (DE is AL) then (U is K) (1) 44. If (E is DL) và (DE is AV) then (U is DN) (1) 45. If (E is DL) và (DE is AN) then (U is DV) (1) 46. If (E is DL) và (DE is K) then (U is DL) (1) 47. If (E is DL) và (DE is DN) then (U is DL) (1) 48. If (E is DL) và (DE is DV) then (U is DL) (1) 49. If (E is DL) và (DE is DL) then (U is DL) (1)
3.3.3.2.4. Chọn luật hợp thành
Từ tập các luật điều khiển ta có thể dùng các luật hợp thành Max – Min, Max – Prod hay các luật hợp thành khác để tìm hàm liên thuộc hợp thành của tập mờ đầu ra. Ở đây ta chọn luật hợp thành Max – Min, ta có kết quả như sau:
Hình 3-22: Các luật hợp thành
3.3.3.2.5. Giải mờ
Từ hàm liên thuộc hợp thành của tập mờ đầu ra, ta có thể dùng phương pháp giải mờ thích hợp để xác định rõ đầu ra của bộ giải mờ. Phương pháp giải mờ được chọn cũng gây ảnh hưởng đến độ phức tạp và trạng thái làm việc của toàn bộ hệ thống. Thường trong thiết kế hệ thống điều khiển mờ, giải mờ bằng phương pháp trọng tâm hay trung bình có nhiều ưu điểm hơn cả, vì lúc đó kết quả đầu ra có sự tham gia đầy đủ của tất cả các luật điều khiển. Ở đây giải mờ bằng phương pháp trọng tâm, ta có kết quả và giải mờ như hình vẽ:
Hình 3-23: Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 3.3.3.3. Sơ đồ mô phỏng
Hình 3-24:Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lượng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ thích nghi
3.3.3.4. Kết quả mô phỏng chất lượng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ thíchnghi nghi
Hình 3-25: Các tín hiệu đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V.
Nhận xét
Hệ điều khiển vị trí sử dụng bộ điều khiển thích nghi rõ ràng có chất lượng tốt hơn so với bộ điều khiển PID thể hiện qua hình 4
Hình 3-26: Sai lệch tốc độ giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và bộ điều khiểnPID
Các chỉ tiêu chất lượng Bộ điều khiển mờ thích nghi
Bộ điều khiển PID kinh điển
Độ quá điều chỉnh 0 8%
Thời gian quá độ 8.7s 12s
Số lần quá điều chỉnh 0 2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Để thực hiện đề tài nêu ra, bản luận văn đã nghiên cứu khảo sát và tính toán cho các kết quả như sau:
- Đã giải quyết được tất cả những lý thuyết liên quan đến hệ điều khiển chuyển động máy phát điện diesel, những lý thuyết đã làm cơ sở cho việc tính toán khảo sát những chương tiếp theo.
- Đã khảo sát thành công hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diesel theo phương pháp sơ cấp với bộ điều khiển PID tuyến tính qua kết quả mô phỏng giúp đánh giá sơ bộ chất lượng hệ thống từ đó tiếp tục nghiên cứu để nâng cao chất lượng bằng phương pháp điều khiển mới.
- Đã ứng dụng bộ điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ thống qua kết quả mô phỏng so với bộ điều khiển PID tuyến tính chất lượng tốt hơn cụ thể là: vị trí điều khiển đạt độ chính xác nhanh hơn, sai lệch vị trí có tải nhỏ hơn, tốc độ và dòng điện chất lượng tốt hơn.
Với kết quả này cho thấy bản luận văn đảm bảo yêu cầu luận văn thạc sỹ.
Kiến nghị:
- Bản luận văn tuy đạt được một số kết quả, song chỉ dừng lại ở mặt lý thuyết và mô phỏng. Nghiên cứu và hoàn chỉnh những thiếu sót, tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế
TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tiếng Việt.
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi - Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Nguyễn Phùng Quang – Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội năm 2002.
[3]. Nguyễn Trọng Thuần – Điều khiển logic & ứng dụng – NXB Khoa học & kỹ thuật Hà Nội năm 2006.
[4]. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước –Lý thuyết điều khiển mờ - NXB Khoa học Hà Nội 2006.
[5]. TS. Trần Thọ, PGS.TS. Võ Quang Lạp (2004) - Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
* Tiếng Anh. * Intermet.
1. http://www.hiendaihoa.com 2. http://www.dientuvietnam.net