4.1.1 Đặt vấn đề:
Trong điều khiển mờ khụng giống như cỏc bộ điều khiển truyền thống dựa trờn cỏc mụ hỡnh toỏn của đối tượng điều khiển. Bộ điều khiển mờ dựa toàn bộ vào phỏn đoỏn và kinh nghiệm của người vận hành , nhà thiết kế hoặc nhà nghiờn cứu.Trong toàn bộ quỏ trỡnh điều khiển đối tượng người vận hành sử dụng kỹ năng của mỡnh để điều khiển quỏ trỡnh đầu vào dựa trờn 2 thụng số là e (sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị thực tế ) và Δe ( tốc độ thay đổi sai số ) làm sao cho sai số là thấp nhất và thời gian thực hiện là nhỏ nhất cú thể.Nh vậy nhiệm vụ của bộ điều khiển mờ tự chỉnh là liên tục quan sát diễn biến của quá trình thông qua 2 tham số là e và ∆e từ đó điều chỉnh các thông số của bộ điều khiển PID sao cho chất l ợng điều khiển là tốt nhất. cỏc nghiờn cứu cho thấy phương phỏp này giảm đỏng kể giỏ trị quỏ điều chỉnh đối với quỏ trỡnh bậc 2 với cựng thời gian đáp ứng của hệ thống.
Đối với các hệ thống điều khiển t ơng tự hệ số tỷ lệ đầu ra được xỏc định là thụng số rất quan trọng . Trong bộ điều khiển mờ chức năng của nú gần giống như hệ số khuyếc đại của hệ thống . Ngoài ra nú cũn quan hệ trực tiếp tới sự ổn định
của hệ thống.vỡ vậy trong đồ án này xin đ a ra mô hình mờ tự chỉnh trong đó hệ số khuyếch đại đầu ra của bộ điều khiển đ ợc điều chỉnh liên tục tuỳ thuộc vào trạng thái tức thời của bộ điều khiển . hình 4.1 mô tả mô hình của bộ điều khiển.
46
Luận văn cao học – 2009
Hình 4.1 : Mô hình bộ điều khiển mờ tự chỉnh 4.1.2 Xây dựng biến ngôn ngữ và hàm liên thuộc :
Các biến ngôn ngữ cho tớn hiệu vào bộ điều khiển , tớn hiệu sai lờch(e ) và độ lệch của tớn hiệu lệch (Δe). Độ tăng lờn của tớn hiệu ra bộ điều khiển (ΔU) của bộ điều khiển PI mờ và tớn hiệu đầu ra U của bộ điều khiển PD mờ đ ợc định nghĩa với bảy giá trị mờ và hàm liên thuộc t ơng ứng biểu diễn trên hình 4.2. và đều đ ợc giới hạn trong khoảng [-1 1]
Hình 4.2 Biến ngôn ngữ và hàm liên thuộc của e,Δe, Δu
Biến ngôn ngữ cho hệ số tự chỉnh α mờ đ ợc định nghĩa với bảy giá trị mờ và hàm liên thuộc t ơng ứng biểu diễn trên hình 4.3. và đ ợc giới hạn trong khoảng [0 1]
47
Hình 4.3 Biến ngôn ngữ và hàm liên thuộc của α
Tuy nhiờn trong thực tế ta chỉ cần dựng hàm liờn thuộc trong hỡnh 4.2 là đủ cũn hàm liờn thuộc hỡnh 4.3 cú thể nhận được từ hàm liờn thuộc hình thụng qua hàm
y = 0.5 (x +1);
do đú cơ sở dữ liệu (database) của mụ hỡnh trờn chỉ cần bằng lượng thụng tin cho hàm liờn thuộc hỡnh a là đủ. Và chỳng ta cũng cần nhấn mạnh rằng chỉ cú một mụdul mờ hoỏ được thực hiện, bởi luật mờ cho α cũng được mụ tả trong quan hệ của e và Δe giống như cỏc luật điều khỉờn nờn trong mụ hỡnh trờn mụt tả cho chỳng ta dễ hiểu hơn.
4.1.3 Xác định hàm liên thuộc :
Việc lựa chọn luật điều khiển hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm hiệu chỉnh và vận hành hệ thống với bộ điều khiển PID chẳng hạn :
* Để giảm độ quá điều chỉnh và thời gian hiệu chỉnh của bộ điều khiển thì hệ số khuyếch đại của bộ điều khiển phải nhận giá trị nhỏ khi sai số là lớn đồng thời e và Δe là hai tín hiệu ng ợc nhau ví dụ :
+ Nếu e là PB và Δe là NS thì α là VS hoặc
+ Nếu e là NM và Δe là PM thì α là S
Ng ợc lại nếu thấy e lớn nh ng e và Δe là các tín hiệu cùng dấu thì hệ số tự chỉnh lại phải lớn để ngăn ngừa sự xấu đi của tín hiệu
48
Luận văn cao học – 2009
* Phụ thuộc vào xu h ớng của bộ điều khiển hệ số khuyếch đại phải thay đổi để ngăn ngừa hiện t ợng quá điều chỉnh của hệ thống.ví dụ luật sau ngăn chặn hiện t ợng quá điều chỉnh :
+ Nếu e là bằng ZE và Δe là NM bình thì α là B.
Để hiểu rõ quy luật này ta có thể giải thích nh sau : khi hệ thống đạt giá trị cân bằng hệ thống không dừng lại tại đó mà sẽ v ợt qua điểm đó rất nhanh trong trạng thái đó một hệ số khuyếch đại lớn sẽ ngăn chặn hệ thống tiếp tục tăng lên giúp giảm quá điều chỉnh.Ng ợc lại đối với hiện t ợng thấp điều chỉnh có thể ngăn chặn bằng luật :
+ Nếu e là âm ít và Δe là d ơng ít thì hệ số α là nhỏ.
T ơng tự ta suy luận theo kinh nghiệm ta có bảng luật hợp thành d ới đây
Δee NB NM NS ZE PS PM PB NB NB NB NB NM NS NS ZE NM NB NM NM NM NS ZE PS NS NB NM NS NS ZE PS PM ZE NB NM NS ZE PS PM PB PS NM NS ZE PS PS PM PB PM NS ZE PS PM PM PM PB PB ZE PS PS PM PB PB PB a Δe e NB NM NS ZE PS PM PB
Hình 4.4 Bảng luật hợp thành a : luật cho ΔU ( u) b : luật cho α
49