CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG SỬ DỤNG CARD DS 1104
3.2. Hệ điều khiển vị trí động cơ DC Servo dùng bộ điều khiển Fuzzy logic ứng dụng Card DS1104
Để điều khiển hệ thống điều chỉnh vị trí nói chung có thể sử dụng bộ điều khiển PID truyền thống, vì có thể được thiết kế dễ dàng, với chi phí thấp. Tuy nhiên với khi dùng bộ điều khiển này ta cần biết chính xác mô hình của hệ thống hoặc làm các thí nghiệm để điều chỉnh các tham số của bộ điều chỉnh PID. Chúng ta biết rằng bộ điều chỉnh PID truyền thống nói chung không làm việc hiệu quả với các hệ phi tuyến, đặc biệt với các hệ có mô hình phức tạp và hệ thống mờ mà không có mô hình toán học chính xác. Để giải quyết và khác phục các điểm hạn chế này, có nhiều
cách điều chỉnh bộ PID như là auto-ning và bộ điều khiển PID thích nghi được phát triển sau này. Sử dụng bộ điều khiển bộ điều khiển mờ là một trong các phương pháp giải quyết bài toán trên. So với bộ điều khiển truyền thống, ưu điểm chính của bộ điều khiển mờ là không cần đòi hỏi mô hình toán học chính xác của hệ. Vì luật của bộ điều khiển mờ dựa trên kiến thức về hành vi của hệ và kinh nghiệm trong điều khiển, bộ điều hkiển mờ đòi hỏi mô hình ít chính xác hơn bộ điều khiển truyền thống. Tuy nhiên để đặt được hiệu quả cao thì bộ điều khiển mờ cần sự tính toán và điều chỉnh có hiệu quả.
Nghiên cứu thực nghiệm về bộ điều khiển mờ trên Card điều khiển thời gian thực DS1104 là một giải pháp nhanh nhất để đưa bộ điều khiển mờ vào ứng dụng trong các hệ thống. Card DS1104 và phần mềm ControlDesk được sử dụng để phát triển các bộ điều khiển. Trong phần này là một ứng dụng Card DS1104 trong phát triển bộ điều mờ cho hệ thống điều khiển vị trí.
Với các thiết bị phần cứng không thay đổi, trong phần này ta chỉ đi vào nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển mờ cho hệ ứng dụng trên Card DS1104. Để đơn giản, ở đây ta chỉ thiết kế bộ điều khiển mờ để điều khiển vị trí. Khi đó cấu trúc điều khiển của hệ có bộ điều khiển mờ có dạng.
Hình 3.16. Cấu trúc hệ điều khiển vị trí với Card DS1104
vị trí đặt vị trí
thực
R DAC
PWM
Card DS1104
R Ri Power
AMP
ĐC Servo
Sensor vị trí ADC
vi phân (-) ADC
(-) (-)
Bộ điều khiển mờ được thiết kế ở đây gồm hai đầu vào và một đầu ra. Các đầu vào là sai lệch vị trí (e) và độ thay đổi của sai lệch vị trí trong thời gian lấy mẫu (e ), đầu ra là tín hiệu điều khiển (u).
Ở thời điểm lấy mẫu k, sai lệch vị trí và sự thay đổi của sai lệch được tính theo
d a
e( k ) ( k ) ( k ) ; e( k ) e( k ) e( k 1 )
trong đó d( k ) là vị trí góc mong muốn và a( k )là vị trí góc của cơ cấu chấp hành. Cấu trúc bộ điều khiển mờ gồm 3 khối : khối mờ hoá, khối hợp thành, khối giải mờ. Để xác định các hàm liên thuộc của e, e và u, ta chia làm bảy biến ngôn ngữ là NB( âm lớn), NM(âm trung bình), NS(âm nhỏ), Z(không), PS(dương nhỏ), PM(dương trung bình) và PB (dương lớn). Chọn hàm liên thuộc dạng hình tam giác và tập các giá trị như trong hình vẽ. Ta chọn luật điều khiển như bảng …. và có thể hiệu chỉnh cho phù hợp với thực nghiệm. Dựa vào việc chọn các tập mờ đầu vào, đầu ra và các luật luật điều khiển ở trên, chọn luật hợp thành là ‘Max-Min’ và giải mờ theo phương pháp trọng tâm.
Fuzzy logic Contrller
Analog Output D/A
Power AMP
DC Servo
Incremental encoder
d
Encoder 24 bit CardDS1104
a ph
Hình 3.17 Cấu trúc điều khiển mờ vị trí với Card DS1104
a
e / e NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NB NS PS PB NM NB NB NM NM Z PS PB NS NB NB NS NS Z PM PB
Z NB NB NS Z PS PB PB
PS NB NM Z PS PS PB PB PM NB NS Z PM PM PB PB PB NB NS PS PB PB PB PB
Bảng 3.2. Luật điều khiển
Hình 3.19. Hàm liên thuộc của biến sai lệch vị trí Icremental
encoder
Card DS1104
Hình 3.18. Hệ điều khiển mờ vị trí với Card DS1104
Hình 3.21. Hàm liên thuộc của tín hiệu điều khiển Hình 3.20. Hàm liên thuộc của biến thay đổi sai sốvị trí
Hình 3.22. Surface luật điều khiển mờ
Hình 3.25. mô phỏng luật điều khiển mờ Hình 3.23. Vi phân sai lệch vị trí
Hình 3.25. Cấu trúc hệ điều khiển vị trí với bộ điều khiển mờ Hình 3.24. Sai lệch vị trí
3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển chuyển động