Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến

Một phần của tài liệu thiết kế hệ thống điều khiển tự động (Trang 31)

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

Một phần của tài liệu thiết kế hệ thống điều khiển tự động (Trang 31)