3.1 .Giới thiệu chung
3.1.3 .Ưu, nhược điểm của điềukhiển mờ
3.2. Thiếtkế bộ điềukhiển mờ tĩnh cho mạch vũng ngoài điềukhiển mức
3.2.1. Định nghĩa cỏc biến ngụn ngữ vào và ra
Biến ngụn ngữ vào: là tớn hiệu điều khiển của bộ điều khiển mờ cụ thể là lượng sai lệch điện ỏp điều khiển ET.
Biến ngụn ngữ ra: là đại lượng tỏc động trực tiếp hay giỏn tiếp lờn đối tượng ở đõy biến ngụn ngữ ra là điện ỏp điều khiển U.
3.2.2. Định nghĩa tập mờ
Xỏc định miền giỏ trị vật lý của cỏc biến ngụn ngữ vào ra.
Miền giỏ trị vật lý phải bao hàm hết cỏc khả năng giỏ trị mà biến ngụn ngữ vào ra cú thể nhận, ta chọn:
ET 1 1 (V)
2.08 3.42
U (V)
* Xỏc định số lượng tập mờ
Số lượng tập mờ thường đại diện cho số trạng thỏi của biến ngụn ngữ vào ra, thường nằm trong khoảng 3 đến 10 giỏ trị. Nếu số lượng giỏ trị ớt hơn 3 thỡ khụng thực hiện được vỡ việc lṍy vi phõn, nếu nhiều hơn thỡ con người khú cú khả năng bao quỏt, vỡ con người phải nghiờn cứu đầy đủ để đồng thời phõn biệt khoảng 5 đến 9 phương ỏn khỏc nhau và cú khả năng lưu trữ trong thời gian ngắn. Đối với đối tượng này ta chọn cỏc giỏ trị như sau:
ET = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} U = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL}
Trong đú:
AL: Âm lớn AV: Âm vừa AN: Âm nhỏ K: Khụng DN: Dương nhỏ DV:Dương vừa DL: Dương lớn * Xỏc định cỏc hàm liờn thuộc
Đõy là giai đoạn rṍt quan trọng, vỡ cỏc quỏ trỡnh làm việc của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rṍt nhiều và dỏng của hàm lờn thuộc. Mặc dự khụng cú một chuẩn mực nào cho việc lựa chọn nhưng thụng thường cú thể chọn hàm liờn thuộc cú dạng hỡnh học đơn giản như hỡnh thang, hỡnh tam giỏc... Cỏc hàm liờn thuộc phải cú miền phủ lờn nhau đồng thời hợp của cỏc miền liờn thuộc phải phủ kớn miền giỏ trị vật lý để trong quỏ trỡnh điều khiển khụng xuṍt hiện cỏc “lỗ trống”. Ta chọn cỏc hàm liờn thuộc hỡnh tam giỏc.
Hỡnh 3.3 : Hàm liờn thuộc đầu ra U
* Rời rạc húa tập mờ
Độ phõn giải của cỏc dải trị phụ thuộc được chọn trước hoặc là cho cỏc nhúm điều khiển mờ loại dṍu phẩy động (cỏc số dj biểu diễn dưới dạng dṍu phẩy động cú độ chớnh xỏc đơn) hoặc nguyờn ngắn (giỏ trị phụ thuộc là cỏc số nguyờn cú độ phụ thuộc là cỏc số cú độ dài 2 byte hoặc theo byte). Phương phỏp rời rạc húa sẽ là yếu tố quyết định độ chớnh xỏc và tốc độ bộ điều khiển.
3.2.3. Xõy dựng luật điều khiển
Cỏc luật điều khiển thường được biểu diễn dưới dạng mệnh đề IF... THEN... Cỏc mệnh đề này cú thể viết dưới dạng ma trận, ngụn ngữ, liệt kờ. Với hệ thống điều khiển mức nước cho nhà mỏy ta cú cỏc luật điều khiển sau:
1. R1: Nếu ET = AL thỡ U = AL 2. R2: Nếu ET = AV thỡ U = AV 3. R3: Nếu ET = AN thỡ U = AN 4. R4: Nếu ET = K thỡ U = K 5. R5: Nếu ET = DN thỡ U = DN 6. R6: Nếu ET = DV thỡ U = DV 7. R7: Nếu ET = DL thỡ U = DL
Hỡnh 3.4 : Luật điều khiển 3.2.4. Chọn thiết bị hợp thành và nguyờn lý giải mờ
Triển khai luật hợp thành và tổng hợp cỏc giỏ trị mờ. Thiết bị hợp thành ta chọn theo nguyờn tắc Max – Min.
Cỏc tập mờ sau khi triển khai qua nhiều thiết bị hợp thành sẽ đưa về cỏc giỏ trị thực theo cỏch thức giải mờ, cỏch thức này cú ảnh hưởng khụng nhỏ đến trạng thỏi làm việc cúng như độ phức tạp của hệ thống. Chọn giải mờ theo phương phỏp Bisector .
Hỡnh 3.5: Luật hợp thành và nguyờn lý giải mờ
Ta cú mối quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ như sau:
3.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ động
3.3.1. Định nghĩa cỏc biến ngụn ngữ vào ra
Biến ngụn ngữ vào là tớn hiệu điều khiển của bộ điều khiển mờ cụ thể là lượng sai lệch điện ỏp điều khiển ET và DET là đạo hàm của sai lệch.
Biến ngụn ngữ ra là đại lượng tỏc động trực tiếp hay giỏn tiếp lờn đối tượng ở đõy biến ngụn ngữ ra là điện ỏp điều khiển U.
3.3.2. Định nghĩa tập mờ
Xỏc định miền giỏ trị vật lý của cỏc biến ngụn ngữ vào ra,
Miền giỏ trị vật lý phải bao hàm hết cỏc khả năng giỏ trị mà biến ngụn ngữ vao ra cú thể nhận, ta chọn: ET 1 1 (V) 1 1 DET (V/s) 3.08 4.42 U (V) * Xỏc định số lượng tập mờ
ET = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} DET = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} U = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} Trong đú:
AL: Âm lớn AV: Âm vừa AN: Âm nhỏ K: Khụng DN: Dương nhỏ DV:Dương vừa DL: Dương lớn * Xỏc định cỏc hàm liờn thuộc Chọn hàm liờn thuộc hỡnh tam giỏc.
Hỡnh 3.7 : Hàm liờn thuộc đầu vào ET
Hỡnh 3.9 : Hàm liờn thuộc đầu ra U 3.3.3. Xõy dựng luật điều khiển
1. R1: Nếu ET = AL và DET = K thỡ U =AL
2. R2: Nếu ET = AV và DET = K thỡ U =AV
3. R3: Nếu ET = AN và DET = K thỡ U =AN
4. R4: Nếu ET = K và DET = K thỡ U =K
5. R5: Nếu ET = DN và DET = K thỡ U =DN
6. R6: Nếu ET = DV và DET = K thỡ U =DV
7. R7: Nếu ET = DL và DET = K thỡ U =DL
8. R8: Nếu ET = K và DET = AL thỡ U =AL
9. R9: Nếu ET = K và DET = AV thỡ U =AV
10. R10: Nếu ET = K và DET = AN thỡ U =AN 11. R11: Nếu ET = K và DET = DN thỡ U =DN 12. R12: Nếu ET = K và DET = DV thỡ U =DV
3.3.4. Chọn thiết bị hợp thành và nguyờn lý giải mờ
Luật hợp thành Max – Min . Giải mờ bằng phương phỏp Bisector
Hỡnh 3.10 : Luật hợp thành và nguyờn lý giải mờ
3.4. Chương trỡnh và Kết quả mụ phỏng:
3.4.1. Sơ đồ và kết quả mụ phỏng bộ điều khiển mạch vũng trong
* Sơ đồ mạch vũng trong:
Hỡnh 3.12: Sơ đồ mạch vũng trong điều khiển lưu lượng nước
* Kết quả mụ phỏng mạch vũng trong
Hỡnh 3.13: Kờ́t quả mụ phỏng mạch vũng trong 3.4.2. Sơ đồ và kết quả mụ phỏng bộ điều khiển mờ tĩnh
* Sơ đồ mụ phỏng:
Hỡnh 3.14: Sơ đồ mụ phỏng bộ điều khiển mờ tĩnh
* Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 3.15: Kờ́t quả mụ phỏng mạch vũng ngoài cú khõu trễ sử dụng bộ điều
khiển mờ tĩnh
3.4.3. Sơ đồ và kết quả mụ phỏng bộ điều khiển mờ động
Hỡnh 3.16: Sơ đồ mụ phỏng bộ điều khiển mờ động
* Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 3.17: Kờ́t quả mụ phỏng mạch vũng ngoài cú khõu trễ sử dụng bộ điều
khiển mờ động
thụng minh mờ tĩnh, động
Khi so sỏnh ta coi mạch vũng trong đó được thiết kế cho chṍt lượng đảm bảo
Hỡnh 3.19 :kờ́t quả mụ phỏng của 3 bộ điều khiển
*nhận xột: Ta thṍy cả ba bộ điều khiển đều cú ưu điểm là triệt tiờu được sai lệch
tĩnh.
- Đặc tớnh quỏ độ của hệ thống khi cú bộ điều khiển mờ động là tốt nhṍt. Ở
trạng thỏi xỏc lập khụng cú sai lệch tĩnh, khụng cú độ quỏ điều chỉnh,thời gian để hệ tiến tới ổn định là t = 50s
- Bộ điều khiển mờ tĩnh cho chṍt lượng động kộm nhṍt( kộm hơn bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ động). Mặc dự đỏp ứng của hệ thống cũng khụng cú độ quỏ điều chỉnh nhưng thời gian để hệ tiến tới ổn định là t = 80s, tỏc động chậm hơn bộ điều khiển mờ động.
- Bộ điều khiển PID cho chṍt lượng kộm bộ điều khiển mờ động nhưng tốt hơn bộ điều khiển mờ tĩnh. Thể hiện ở chỗ thời gian hệ tiến tới ổn định nhanh hơn bộ điều khiển mờ tĩnh t = 60s
3.6. Kết luận
Kết quả mụ phỏng khi sử dụng hai bộ điều khiển là PID và mờ chỉnh định tham số PID ta nhận thṍy :
Bộ điều khiển mờ động chỉnh định tham số PID cho chṍt lượng tốt hơn, độ quỏ điều chỉnh(sai lệch so với gia trị đặt) nhỏ hơn.Trong hai bộ điều khiển mờ động và bộ điều khiển mờ tĩnh thỡ bộ điều khiển mờ động cho chṍt lượng tốt hơn. Tuy nhiờn, do điều kiện cũn hạn chế về thiết bị thớ nghiệm, cho nờn chưa thể tiến hành thực nghiệm, để cú kết luận chớnh xỏc so sỏnh chṍt lượng cỏc bộ điều khiển đó thực hiện với nhau.
Bộ điều khiển mờ dễ hiểu hơn so với cỏc bộ điều khiển khỏc và dễ dàng thay đổi. Điều khiển mờ cú thể sử dụng cho cỏc hệ thống khụng cần biết chớnh xỏc mụ hỡnh đối tượng.
Đối với cỏc bài toỏn thiết kế cú độ phức tạp cao, giải phỏp dựng bộ điều khiển mờ cho phộp giảm khối lượng tớnh toỏn và giảm giỏ thành sản phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phước, N. D; Minh.X.P, Lý thuyờ́t điều khiển mờ; NXB Khoa học & Kỹ thuật; 2006.
[2] Nguyễn Phựng Quang: “Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều
khiển tự động”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[3]. Nguyễn Mạnh Tựng, Nguyễn Như Hiển,: “Điều khiển logic và PLC”. NXB KH&KT, 20071.