Quay trở lại với đối tượng lò nhiệt mà chúng ta đã thiết kế bộ điều khiển trên miền tần số. Với bộ điều khiển PID, chúng ta đã thu được hệ thống điều khiển với chỉ tiêu chất lượng vừa phải. Bây giờ chúng ta sẽ xây dựng bộ điều khiển mờ, và với yêu cầu là chỉ tiêu chất lượng cao hơn.
Lý thuyết tổng quan về logic mờ chúng ta có thể xem trong [3], ở đây chúng ta chỉ trình bày các nguyên tắc xây dựng bộ điều khiển mờ
1.Mơ hình của hệ thống
Đối với hệ thống điều khiển mờ, thành phần phi tuyến gây ra bởi bộ điều khiển, còn đối tượng điều khiển của chúng ta là đối tượng tuyến tính, vì vậy chúng ta có thể áp dụng tiêu chuẩn Popov để xác định tính ổn định của hệ thống
2.Tính ổn định của hệ
Theo tiêu chuẩn Popov, ta xác định k’ sao cho: khi bộ điều khiển phi tuyến có đặc tính thỏa mãn: 0< ( ) ’ thì đối tượng ổn định
Xét đối tượng có dạng: ( ) Ta có: ( ) ( ) ( ) Xây dựng hàm Popov: Step Scope tf(9.728,[763.1082 1]) LTI System Fuzzy Logic Controller
Trần Việt Long-Hà Văn Tư Lớp KSTN-ĐKTĐ-K53 Page 32 ̂( ) ( ) ( ) Vẽ đặc tính Popov :
Chúng ta thu được k’=∞, có nghĩa là bộ điều khiển luôn ổn định với bộ điều khiển
u=u(e)
3.Bộ điều khiển mờ tỉ lệ
Hệ số khuếch đại Hệ logic mờ:
Cho : Chênh lệch về mặt nhiệt độ trong khoảng (-20,20) Tín hiệu vào là điện áp trong khoảng (-220, 220) V Khi đó ta xây dựng hệ logic mờ 1 đầu vào, 1 đầu ra với: Các hàm membership đầu vào:
Các hàm membership đầu ra: Luật If…then:
If (input is mf1) then (output is mf1) If (input is mf2) then (output is mf2) If (input is mf3) then (output is mf3)
Phép suy diễn mờ tính theo sum-PROD Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm
Trần Việt Long-Hà Văn Tư
Lớp KSTN-ĐKTĐ-K53 Page 33
Đặc tính vào-ra xây dựng được Kết quả mô phỏng
Nhận xét: Bộ điều khiển mờ giúp hệ thống đạt giá trị đặt nhanh (Khoảng 40s) nhanh hơn nhiều so với bộ điều khiển PID, khơng có đáp ứng q độ và phản ứng nhanh khi giá trị đặt thay đổi
Nhược điểm: Bộ điều khiển mờ tỉ lệ có sai lệch tĩnh, đặc biệt là khi thay đổi giá trị đặt
4.Bộ điều khiển tỉ lệ-tích phân
Mơ hình:
Thực hiện: Xây dựng bộ điều khiển PD mờ và 1 khâu tích phân Step1 Step Scope tf(9.728,[763.1082 1]) LTI System 1 s Integrator Fuzzy Logic Controller du/dt Derivative Add
Trần Việt Long-Hà Văn Tư
Lớp KSTN-ĐKTĐ-K53 Page 34
Bộ điều khiển mờ: 2 đầu vào, gồm đầu vào giá trị sai lệch e và đạo hàm của nó, 1 đầu ra
Hàm membership thành phần tỉ lệ, tích phân
Hàm membership đầu ra Đặc tính vào-ra Luật suy diễn:
Phép suy diễn mờ tính theo sum-PROD Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm Kết quả chạy khi mô phỏng:
Nhận xét: Bộ điều khiển PI làm cho hệ đáp ứng, ổn định nhanh, thời gian quá độ khoảng 60s
Bộ điều khiển PI có gây ra độ quá điều chỉnh và dao động, tuy nhiên độ quá điều chỉnh rất nhỏ, khoảng 1%
Trần Việt Long-Hà Văn Tư
Lớp KSTN-ĐKTĐ-K53 Page 35
Khơng có sai lệch tĩnh, kể cả khi thay đổi giá trị đặt đầu vào.
Kết luận: Bộ điều khiển mờ PI cho đáp ứng rất tốt, phù hợp với quá trình yêu cầu chất lượng cao
Kết luận
Thông qua việc thiết kế đồ án điều khiển tự động, mặc dù với đối tượng đơn giản như lò nhiệt, nhưng chúng em đã rút ra những kinh nghiệm rất quý báu
- Kinh nghiệm thực nghiệm, lấy mẫu dữ liệu nhận dạng
- Kinh nghiệm trong việc thiết kế các cấu trúc điều khiển khác nhau, lựa chọn các thuật tốn điều khiển thích hợp, đánh giá và áp dụng cho từng yêu cầu cụ thể
Vẫn còn một điểm trừ là chúng em mới chỉ dừng lại việc thiết kế mơ hình dưới dạng lý thuyết, mơ phỏng, chưa áp dụng ngoài thực tế
Trần Việt Long-Hà Văn Tư
Lớp KSTN-ĐKTĐ-K53 Page 36
Tài liệu tham khảo:
1. Điều khiển q trình, Hồng Minh Sơn, NXB Bách Khoa Hà Nội - 2009
2. Nhận dạng hệ thống điều khiển, Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, NXB Khoa học kỹ thuật-2005 3. Lý thuyết điều khiển mờ, Phan Xuân Minh, Nguyễn
Doãn Phước, NXB Khoa học kỹ thuật-2006
4. Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nguyễn Dỗn Phươc, NXB khoa học kỹ thuật-2010