Chương 3 : MƠ HÌNH HỆ THỐNG
3.2 Thiết kế bộ điều khiển
3.2.1 Thiết kế bộ điều khiển PID
Tăng dần Kp, tại biên giới ổn định ta có được đồ thị vận tốc
Khi vận tốc động cơ ở biên giới ổn định này, ta có được Kgh = 12.3, Tgh = 0.08s
Vậy Kp = 0.6x8= 4.8 ;Ti = 0.5x0.08 = 0.04; Td = 0.125x0. 08 = 0.04; Ki (của bộ PID) = KpxTi = 4.8x0.04 =1.92; Kd (của bộ PID) = Kp.Td = 4.8x0.01= 0.048
30
Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển PID
3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy
Bộ mờ ở đây sẽ gồm 2 đầu vào: sai lệch e(t) và vi phân của sai lệch de(t), và một đầu ra cho tham số của bộ điều khiển . Ở đây ta sử dụng mơ hình Mamdani cho bộ mờ như hình.
Hình 3.3: Xây dựng bộ Fuzzy
Việc xây dựng các hàm thuộc, các khoảng giá trị của biến vật lý và biến ngôn ngữ dựa vào phỏng đoán và kinh nghiệm chỉnh định. Do đó việc đánh giá chất lượng cũng mất khá nhiều thời gian và công sức. Ở đây, với mỗi đầu vào bộ mờ ta lập 5 hàm thuộc ứng với 5 biến ngôn ngữ:
e = { Negbig, NegSmall, Zero, PosSmall, PosBig} de = { Negbig, NegSmall, Zero, PosSmall, PosBig}
trong đó: Negbig là NB, NegSmall là NS, Zero là Z, PosSmall là PS, PosBig là PB
31
Hình 3.4: Hàm liên thuộc của sai lệch e(t)
Khoảng giá trị của các biến vật lý cho các hàm thuộc của sai lệch e(t) phụ thuộc vào khoảng giá trị của tín hiệu đo được. Ở đây, do tín hiệu đo về là khoảng cách trong thời gian lấy mẫu Ts nên ta lấy khoảng giá trị của e(t) là [-1 1]. Khoảng này nhỏ vì mục đích điều khiển sau cho thích hợp nhất.
Hình 3.5: Hàm liên thuộc của vi phân sai lệch de(t)
Khoảng giá trị của các biến vật lý cho các hàm thuộc của vi phân sai lệch de(t) ta cũng lấy tương tự như đối với e(t) là [-1 1].
Đầu ra là dạng chuẩn nên hàm thuộc ta cũng lấy cùng dạng như hình. Khoảng giá trị biến ra là [-1; 1].
32
Hình 3.6: Hàm liên thuộc ngõ ra Xây dựng luật hợp thành:
Các luật hợp thành đều có dạng chung như sau: If (e is NB) and (de is NB) , then output is NB. If (e is NB) and (de is NS) , then output is NB. If (e is NB) and (de is Z) , then output is NS. If (e is NB) and (de is PS) , then output is NS. If (e is NB) and (de is PB) , then output is Z. Tổng kết lại ta có bảng luật hợp thành sau:
Bảng 3.1: Bảng luật hợp thành mờ de(t)/e(t) NB NS Z PS PB NB NB NB NS NS Z NS NB NS NS Z PS Z NS NS Z PS PS PS NS Z PS PS PB PB Z PS PS PB PB
33
Hình 3.7: Xây dựng luật hợp thành Sơ đồ Simulink hệ thống điều khiển.
Hình 3.8: Bộ điều khiển Fuzzy
3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy PD
Bộ điều khiển Fuzzy PD được thiết kế kế trên nguyên tắc là sử dụng đầu ra của bộ Fuzzy chỉnh định tham số Kd của bộ PD cịn thơng số Kp được dùng để tăng dáp ứng của hệ thống.
34
Hình 3.9: Bộ điều khiển Fuzzy PD
3.2.4 Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy PI
Bộ điều khiển Fuzzy PI được thiết kế kế trên nguyên tắc là sử dụng đầu ra của bộ Fuzzy chỉnh định tham số Ki của bộ PI cịn thơng số Ki được dùng để giảm sai số của hệ thống.
Sơ đồ bộ điều khiển Fuzzy PI trong Simulink
Hình 3.10: Bộ điều khiển Fuzzy PI