CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÁC CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG NHIỆT TRÊN NỀN FUZZY LOGIC SYSTEM
3.1 Cấu trúc của bộ điều khiển mờ động
Hình 3.1.Bộ điều khiển PID mờ động.
Bộ điều khiển mờ PID có ba đầu vào là: sai lệch E giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra, đạo hàm DE của sai lệch E và tích phân IE của sai lệch E. Đầu ra của bộ điều khiển là tín hiệu điều khiển u(t) :
dt K dE Edt K E K t
u D
t I
p + +
= ∫
0
. ) (
Bộ điều khiển PID cho đối tượng lò điện trở:
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 44
Hình 3.2.Sơ đồ bộ PID mờ động Trong đó ta có các bộ điều khiển mờ P,I,D
Tập mờ bộ P Tập mờ bộ I Tập mờ bộ D Hình 3.3.Quan hệ vào ra giữa các bộ điều khiển mờ Khi đó ta có đặc tính đầu ra với giá trị đặt là 1
Hình 3.4. Đáp ứng đầu ra
Bộ điều khiển mờ động PID cho chất lượng tương đối tốt, ta thấy không còn sai lệch tĩnh do có thành phần tích phân, thời gian xác lập ngắn khoảng 2200s và độ quá điều chỉnh dưới 10%.
Trong thực tế, một trong hai thành phần I, D trong bộ điều khiển mờ PID được bỏ qua. Thay vì thiết kế một bộ điều khiển mờ PID hoàn chỉnh, người ta thường tổng hợp bộ điều khiển mờ PI hay PD.
3.1.2. Bộ điều khiển mờ PD
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 45
Hình 3.5.Bộ điều khiển PD mờ động
Khi mắc nối tiếp ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ một khâu vi phân sẽ có được một bộ điều khiển mờ theo luật PD.
dt K dE E K t
u( )= p. + D
Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng chính xác hơn với những biến đổi lớn của sai lệch theo thời gian.
Áp dụng cho đối tượng lò điện trở ta có: Tập mờ đầu vào
E DE Tập mờ đầu ra :
Hình 3.6 a,b,c.Tập mờ đầu vào và ra
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 46
Luật hợp thành:
Luật hợp thành 9 luật:
1) Nếu (E là NS) và (DE là NS) thì (P là NL) 2) Nếu (E là NS) và (DE là ZE) thì (P là NS) 3) Nếu (E là NS) và (DE là PS) thì (P là ZE) 4) Nếu (E là ZE) và (DE là NS) thì (P là NS) 5) Nếu (E là ZE) và (DE là ZE) thì (P là ZE) 6) Nếu (E là ZE) và (DE là PS) thì (P là PS) 7) Nếu (E là PS) và (DE là NS) thì (P là ZE) 8) Nếu (E là PS) và (DE là ZE) thì (P là PS) 9) Nếu (E là PS) và (DE là PS) thì (P là PL) Từ đó ta có đáp ứng đầu ra:
Hình 3.7. Đáp ứng đầu ra của bộ mờ PD động
Ta thấy do không có thành phần tích phân nên vẫn tồn tại sai lệch tĩnh, thời gian xác lập tương đối ngắn.
3.1.3. Bộ điều khiển mờ theo luật PI:
Bộ điều khiển mờ PI được thiết kế trên cơ sở của bộ điều khiển mờ PD bằng cách mắc nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển mờ PD một khâu tích phân.
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 47
Bộ điều khiển mờ PI thường được sử dụng để triệt tiêu sai lệch tĩnh của hệ thống
Hình 3.8.Bộ điều khiển PI mờ động
dt K dE Edt K E K t
u D
t I
p + +
= ∫
0
. ) (
E dtE
d dt
du = Kp +KI Áp dung cho lò điện trở :
Hình 3.9. Đáp ứng đầu ra khi sử dụng bộ PI động
Bộ điều khiển mờ động PI đã khắc phục được nhược điểm của bộ điều khiển PD đã triệt tiêu được sai lệch tĩnh tuy nhiên thời gian xác lập có lâu hơn bộ PD.
3.1.4. So sánh chất lượng của các bộ điều khiển mờ động.
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 48
Bộ điều khiển Độ quá điều chỉnh Thời gian xác lập Sai lệch tĩnh
PID mờ 10% 1800s 0
PD mờ 0 5200s 18%
PI mờ 1.5% 14000s 0