CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ FUZZY
5.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ
Hình 5.15. Bộ điều khiển PI mờ dùng hệ qui tắc Mamdani
5.2.1. Xây dựng bộ điều khiển mờ
• Bước 1: Cấu trúc của bộ điều khiển mờ
- Tín hiệu vào BĐK mờ: Sai lệch E =
(t) ( )
r
y −y t
và đạo hàm sai lệch DE - Tín hiệu ra BĐK mờ: DU
Hình 5.16. Cấu trúc bộ điều khiển mờ
• Bước 2: Định nghĩa tập mờ
Xác định giá trị ngôn ngữ của các biến ngôn ngữ như sau:
o E = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}
o DE = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}
o DU = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Trong đó:
o NB là Negative Big: Âm nhiều
o NM là Negative Medium: Âm vừa
o PM là Positve Medium: Dương vừa
o PB là Positive Big: Dương nhiều
Xác định hàm liên thuộc cho biến ngôn ngữ E:
Hình 5.17. Mờ hóa đầu vào E
Xác định hàm liên thuộc cho biến ngôn ngữ DE:
Hình 5.18. Mờ hóa đầu vào DE
Hình 5.19. Mờ hóa đầu ra DU
• Bước 3: Xây dựng các luật điều khiển (mệnh đề hợp thành)
DU DE NB NM NS ZE PS PM PB E NB NB NB NB NB NM NS ZE NM NB NB NB NM NS ZE PS NS NB NB NM NS ZE PS PM ZE NB NM NS ZE PS PM PB PS NM NS ZE PS PM PB PB PM NS ZE PS PM PB PB PB PB ZE PS PM PB PB PB PB
Hình 5.20. Xây dựng luật điều khiển cho bài toán
• Bước 4: Chọn thiết bị hợp thành
Chọn thiết bị hợp thành là MAX-MIN
Hình 5.22. Chọn thiết bị hợp thành cho bài toán
• Bước 5: Chọn nguyên lý giải mờ
Chọn nguyên lý giải mờ điểm trọng tâm
Hình 5.23. Chọn phương pháp giải mờ cho bài toán
5.2.2. Xây dựng mô phỏng trên Matlab-Simulink
Hình 5.25. Cấu trúc bên trong của hệ thống subsystem
Hình 5.26. Đáp ứng ngõ ra của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI mờ khi chưa hiệu chỉnh các hệ số K
Tiến hành hiệu chỉnh các hệ số chuẩn hóa K1, K2, Ku để hệ thống đạt chất lượng mong muốn:
K1 K2 Ku Độ vọt lố Thời gian quá độ Giá trị xác lập
1 1 1 0 8.614s 1 1 0.1 1 0 5s 1 1 0.01 1 0 4.64s 1 2 0.01 1 0.2% 3.78s 1 1 0.01 1.8 1.48% 3.21s 1 1.4 0.01 1.8 5.83% 2.996s 1
0.8 0.01 2.5 6.8% 2.94s 1
0.7 0.01 2.9 8.46% 2.863s 1
Bảng 5.4. Bảng thực nghiệm các giá trị hệ số K của bộ điều khiển PI mờ
Sau quá trình thực nghiệm, nhóm em quyết định lựa chọn các giá trị là: K1 = 0.7; K2 = 0.01; Ku = 2.9
Thay các giá trị vừa chọn lựa vào hệ thống Matlab-Simulink:
Hình 5.27. Biểu diễn hệ thống PI mờ cho bài toán sau khi hiệu chỉnh các hệ số K
Hình 5.28. Đáp ứng ngõ ra của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI mờ hoàn chỉnh
• Nhận xét:
- Độ vọt lố của hệ thống là 8.46% - Thời gian quá độ là 2.863s
Từ tất cả các chỉ số trên ta nhận thấy hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI mờ chưa đáp ứng tốt yêu cầu về thời gian quá độ.