Hình 3.6: Điều khiển mờ cho lò hơi.
Bước 1: Tìm hiểu hệ thống
- Khâu so sánh làm nhiệm vụ so sánh nhiệt độ yêu cầu và nhiệt độ lò phản hồi lấy từ đầu ra của khối cảm biến, đầu ra của khâu so sánh là sao lệch e U u cb. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn nói riêng, cũng như đối tượng nhiệt nói chung thường không cho phép có độ quá điều chỉnh quá lớn, do đó e biến thiên trong khoảng từ 10 đến 0.
Bước 2: Chọn các biến ngôn ngữ vào, ra
- Giả thiết ta điều khiển lò hơi tầng sôi tuần hoàn theo quy luật PI, khi đó biến ngôn ngữ đầu vào bộ điều khiển mờ là sai lệch nhiệt độ (ký hiệu là E) và tích phân sai lệch (ký hiệu là TE). Đầu ra bộ Điều khiển mờ là điện áp điều khiển (ký hiệu là U). Miền giá trị của các biến ngôn ngữ được chọn như sau:
[0 10]
[0 1500]
[0 20]
E TE U
Hàm liên thuộc của các biến ngôn ngữ được chọn như sau:
0 R
0 R
0 R
[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]
[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]
U=[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]
DI DV DL D
DI DV DL D
DI DV DL D
E E x E x E x E x E x
E TE x TE x TE x TE x TE x
U x U x U x U x U x
Bước 3: Xây dựng luật hợp thành: với 5 tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 5 x 5 = 25 luật điều khiển. Các luật điều khiển này được xây dựng theo nguyên tắc sau:
- Sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn.
- Tích phân sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn.
Bảng 3. 2: Bảng luật điều khiển.
R1: Nếu E = 0 Và TE = 0 Thì U = 0 Hoặc
R2: Nếu E = DI Và TE = 0 Thì U = DI Hoặc
de/dt
R3: Nếu E = DV Và TE = 0 Thì U = DV Hoặc
R4: Nếu E = DL Và TE = 0 Thì U = DL Hoặc
R5: Nếu E = DR Và TE = 0 Thì U = DR Hoặc
R6: Nếu E = 0 Và TE = DI Thì U = DI Hoặc
R7: Nếu E = DI Và TE = DI Thì U = DV Hoặc R8: Nếu E = DV Và TE = DI Thì U = DL Hoặc R9: Nếu E = DL Và TE = DI Thì U = DR Hoặc R10: Nếu E = DR Và TE = DI Thì U = DV Hoặc
R11: Nếu E = 0 Và TE = DV Thì U = DL Hoặc
R12: Nếu E = DI Và TE = DV Thì U = DR Hoặc R13: Nếu E = DV Và TE = DV Thì U = DR Hoặc R14: Nếu E = DL Và TE = DV Thì U = DR Hoặc R15: Nếu E = DR Và TE = DV Thì U = DL Hoặc
R16: Nếu E = 0 Và TE = DL Thì U = DR Hoặc
R17: Nếu E = DI Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R18: Nếu E = DV Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R19: Nếu E = DL Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R20: Nếu E = DR Và TE = DL Thì U = DR Hoặc
R21: Nếu E = 0 Và TE = DR Thì U = DR Hoặc
R22: Nếu E = DI Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R23: Nếu E = DV Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R24: Nếu E = DL Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R25: Nếu E = DR Và TE = DR Thì U = DR Hoặc
Bước 4: Chọn luật hợp thành Max – Min, giải mờ bằng phương pháp trọng tâm, ta quan sát được sự tác động của các luật và quan hệ vào – ra của bộ điều khiển.
Bước 5: Mô phỏng hệ thống: Sơ đồ mô phỏng hệ thống được chỉ ra trên hình 3.13. Kết quả mô phỏng được chỉ ra trên hình 3.14.
Tại cửa sổ trên Matlab ta nhập lệnh fuzzy, xuất hiện cửa sổ FIS EDITOR. Ta tiến hành chọn số đầu vào cho bộ điều khiển, chọn phương pháp điều khiển, xây dựng luật hợp thành, thiết lập các hàm liên thuộc như sau:
Hình 3.7: Giao diện FIS
Chọn vùng giá trị của sai lệch E trong đoạn từ 0 đến 10 như hình bên dưới, sau đó ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình tam giác cho các biến ngôn ngữ là 0, DI, DV, DL và hàm hình thang cho biến ngôn ngữ DR.
Hình 3.8: Mờ hóa sai lệch
Tiếp theo ta kích vào TE, chọn vùng giá trị của tích phân sai lệch TE trong đoạn từ 0 đến 1500 như hình 3.9, sau đó ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình tam giác cho tất cả các biến ngôn ngữ.
Hình 3.9: Mờ hóa tích phân sai lệch
Đầu ra U của bộ điều khiển ta chọn vùng giá trị của sai lệch E trong đoạn từ 0 đến 20 như hình 3.10, sau đó ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình tam giác cho các biến ngôn ngữ là 0, DI, DV, DL và hàm hình thang cho biến ngôn ngữ DR.
Hình 3. 10: Mờ hóa điện áp điều khiển
Hình 3. 11: Quan hệ vào ra của bộ điều khiển
Hình 3. 12: Quan sát hoạt động của các luật
Thực hiện việc mô phỏng trên Matlab – Simulink như hình 3.13
Hình 3. 13: Mô phỏng bộ điều khiển mờ cho lò hơi
Ta nhận kết quả mô phỏng như hình 3.14
Hình 3. 14: Kết quả mô phỏng bộ điều khiển mờ cho lò hơi
Bảng 3. 3: Thông số đạt được của bộ điều khiển mờ
Quá trình điều khiển Số liệu Tỉ lệ (%)
Độ quá điều chỉnh 65 (0C) 7.2 %
Thời gian quá độ 180 (s)
Số lần dao động 1
Trong quá trình mô phỏng ta thấy đối tượng đạt đến nhiệt độ mong muốn trong thời gian khá lâu (lâu hơn bộ điều khiển PID) và có độ quá điều chỉnh cao 7% không nằm trong phạm vi độ quá điều chỉnh cho phép (7% > 2%). Ta tiếp tục áp dụng bộ điều khiển cuối cùng để xem kết quả và nêu ra nhận xét chung cho từng bộ điều khiển.