CHƯƠNG II : MƠ HÌNH HĨA HỆ CON LẮC NGƯỢC
3.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ
Lựa chọn biến vào / ra : ta chọn bốn biến vào và góc lệch của con lắc, vận tốc góc của con lắc, vận tốc góc lệch của con lắc, vị trí xe và tốc độ xe, biến lực là biến tác dụng vào xe. Tập cơ sở của các biến phụ thuộc chủ yếu vào đối tượng. Ta chọn như sau:
Gốc lệch: [-0.3 0.3] (rad) Vận tốc tóc: [-1 1] (rad/s) Vị trí xe: [-3 3] (m) Vận tốc xe: [-3 3] (m/s) Lực tác dụng: [-40 40] (N)
Chuẩn hóa tập cơ sở biến vào/ra về miền [-1 1], do đó các ma trận hệ số khuếch đại của các khối tiền xử lý và hậu xử lý như sau:
Hệ số tiền xử lý: K1= 1/0.3 K2 = 1, K3=1/3 K4=1/3 Hệ số hậu xử lý K5=40
Định nghĩa các tập mờ mô tả các giá trị ngôn ngữ của các biến và và biến ra của bộ khiển mờ. Chọn 3 tập mờ ( giá trị ngôn ngữ) cho mỗi biến vào, các tập mờ này được phân hoạch mờ trên tập cơ sở chuẩn hóa và hàm liên thuộc có dạng tam giác (hình 18) . Số tập mờ được chọn cho biến ngõ ra là 7, dạng hàm liên thuộc của tập mờ ở ngõ ra được chọn là dạng vạch để thuận lợi cho việc giải mờ. (hình 19 )
Đưa ra hệ quy tắc mờ bằng phướng pháp thử sai, dựa vào kinh nghiệm xem hình 20. Với ba tập mờ ở ngõ vào cho mỗi biến, để thỏa mãn tính hồn chỉnh thì hệ quy tắc phải gồm 81 quy tắc ( bảng 2).
Chọn phương pháp suy diễn MAX-MIN
Vì ứng dụng hệ quy tắc mờ trong điều khiển và khối hậu xử lý khơng có khâu tích phân nên chọn phương pháp giải mờ trọng tâm (COA)
Hình 18 Các tập mờ
Hình 19 Lực điều khiển xe
Hình 20 Một số quy tắc điều khiển
Bảng 2 Các quy tắc cân bằng hệ con lắc ngược
Khởi tạo thông số
clear all ; % xoa clc;
%%
=---------- 0.5
Khoi tao thong so mo hinh cho bo dieu khien Fuzzy -----------
M ; % khoi luong xe
m = 0.2
L = 0.3
g = 9.8
theta_int = 0.01 ; % vi tri dau cua theta theta_dot_init = 0;
x_int = 0.02 ; % vi
x_dot_int=0 ; % vi
%% -------------------------------------------------------------------------
Sơ đồ Simulink
Hình 21 Mơ hình bộ điều khiển mờ trong Matlab/Simulink
Hình 22 Mơ hình hệ thống dùng cho điều khiển mờ
Hình 23 Đáp ứng góc xoay của con lắc với bộ điều khiển mờ
Hình 24 Đáp ứng vận tốc góc xoay của con lắc với bộ điều khiển mờ
Hình 25 Đáp ứng vị trí xe với bộ điều khiển mờ
Hình 26 Đáp ứng vận tốc xe với điều khiển mờ
Nhận xét: Dễ dàng nhận thấy bộ điều khiển mờ cho chất lượng tốt hơn bộ điều khiển
PID. Đồ thị cho thấy sự hội tụ của 4 thơng số góc lệch của con lắc, vận tốc góc, vị trí xe, vận tốc xe.