CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
II. Thiết Kế Chương Trình Điều Khiển
Chương trình điều khiển thực hiện điều khiển hoạt động các khối khác. như điều khiển hiển thị, đo nhiệt độ trong lò, nhưng quan trọng nhất là thực hiện chương trình của bộ điều khiển mờ. Bao gồm các chức năng chính như: mờ hóa, hợp thành, giải mờ:
1. Mờ Hóa:
Mờ hóa là quá trình biến một giá trị vật lý thành một biến ngôn ngữ. Trong bộ điều khiển này quá trình mờ hóa đầu vào và đàu ra được thực hiện như sau:
+ đầu vào DT là sai lệch nhiệt độ thực tế đo được ở lò và nhiệt độ do người dùng cài đặt:
DT = Tdo – Tdat
Trong đó Tdo là nhiệt đọ đo được thực tế trong lò và Tdat là nhiệt độ do người dùng cài đặt.
Đầu vào sai lệch TE được xác định qua 5 thông số là: âm nhiều, âm ít, bằng không, dương ít, dương nhiều, hàm liên thuộc của của các tập mờ này được chọn như hình dưới.
Quá trình mờ hóa đầu vào DT là ánh xạ từ giá trị rõ DT thành các véc tơ μ. DT a μ. Véctơ μ là tập hợp các hàm liên thuộc:
các giá trị trên được xác định thông qua các công thức như sau:
+ Đầu ra tỷ số độ rộng xung μ được xác định bằng cách cộng thêm một lượng dμ vào giá trị hiện tại của nó. dμ được xác định thông qua 5 giá trị ngôn ngữ là giảm mạnh, giảm, giữ nguyên, tăng và tăng mạnh. Mỗi giá trị ngôn ngữ này được mô tả bằng một tập mờ có hàm liên thuộc như hình dưới.
Quá trình mờ hóa đầu ra dμ là ánh xạ từ giá trị rõ dμ thành véctơ μ:
Các giá trị trên được xác định theo các công thức sau:
Với dμ nguyên từ -50 đến +50, được xác định theo các công thức sau đây:
{ GM( 50); GM( 49);...; GM(49); GM(50)}
GM = μ − μ − μ μ
{ G( 50); G( 49);...; G(49); G(50)}
G= μ − μ − μ μ
{ GN( 50); GN( 49);...; GN(49); GN(50)}
GN = μ − μ − μ μ
{ T( 50); T( 49);...; T(49); T(50)}
T = μ − μ − μ μ
{ TM( 50); TM( 49);...; TM(49); TM(50)}
TM = μ − μ − μ μ
Các giá trị này được lưu đượ lưu dưới các mảng một chiều 101 ở bộ nhớ RAM ngoài 2. Hợp thành:
- xây dựng luật điều khiển:
với bộ điều khiển mờ gồm một đầu vào và một đầu ra ta sử dụng nguyên lý bộ điều khiển mờ tỷ lệ P. Với việc mờ hóa đầu vào và đầu ra như trên ta đặt ra cho bộ điều khiển 5 luật điều khiển như sau:
R1: nếu DT = AN thì dμ = TM R2: nếu DT = AI thì dμ = T R3: nếu DT = BK thì dμ = GN
μ
R5: nếu DT = DN thì dμ = GM Gọi H1 là độ phụ thuộc của DT vào AN, nghĩa là 1H =μAN(DT) H2 là độ phụ thuộc của DT vào AI, nghĩa là 2H =μAI(DT) H3 là độ phụ thuộc của DT vào BK, nghĩa là 3H =μBK(DT) H4 là độ phụ thuộc của DT vào DI, nghĩa là 4H =μDI(DT) H5 là độ phụ thuộc của DT vào DN, nghĩa là 5H =μDN(DT)
Chọn luật hợp thành, hay luật điều khiển là Max – Min thì ta có : + đầu ra của các luật điều khiển như sau:
{ }
1 min( 1; TM( 50)); min( 1; TM( 49));...; min( 1; TM(50))
R = H μ − H μ − H μ
{ }
2 min( 2; T( 50)); min( 2; T( 49));...; min( 2; T(50))
R = H μ − H μ − H μ
{ }
3 min( 3; GN( 50)); min( 3; GN( 49));...; min( 3; GN(50))
R = H μ − H μ − H μ
{ }
4 min( 4; G( 50)); min( 4; G( 49));...; min( 4; G(50))
R = H μ − H μ − H μ
{ }
5 min( 5; GM( 50)); min( 5; GM( 49));...; min( 5; GM(50))
R = H μ − H μ − H μ
-hợp mờ:
Đầu ra R của thiết bị hợp thành được xác định theo công thức sau:
R[j] = max{R1[j], R2[j], R3[j], R4[j], R5[j]} với j ∈ [0,100]
3. Giải Mờ:
chọn phương pháp giải mờ là phương pháp điểm trọng tâm. Khi đó kết quả thu được của giá trị rõ dμ được xác định theo công thức sau:
100
0 100
0
[j]
[j]
j
j
jR d
R μ =
=
= ∑
∑
Giá trị rõ dμ này được sử dụng để tạo ra xung vuông có tỷ số độ rộng bằng μ+dμ. Ban đầu μ có độ rộng bằng 50%. Sau đó tùy vào nhiệt độ sai lệch mà công thêm một lượng dμ phù hợp để nhiệt độ lò và nhiệt độ đặt bằng nhau.
III: Nguyên Lý Hoạt Động.
Mạch hoạt động dựa trên nguyên lý của bộ điều khiển mờ. Nhiệt độ trong lò được đo bằng khối cảm biến nhiệt, khối khuếch đại và được đưa vào khối A/D để chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số trước khi đưa vào bộ khi điều khiển. Nhiệt độ trong lò được so sánh với nhiệt độ mong muốn do người dùng cài đặt thông qua 4 nút nhấn. Sự sai lệch nhiệt độ đặt và nhiệt độ đo là đầu vào của bộ điều khiển mờ. Bộ điều khiển mờ làm nhiệm vụ mờ hóa tín hiệu đầu vào, hợp thành, giải mờ và cho ra một xung điều khiển có tỷ số độ rộng bằng dμ giá trị này được cộng với một xung vuôngμ có độ rộng ban đầu bằng 50%. Xung điều khiển này được đưa tới mạch công suất để điều khiển việc cấp nguồn cho sợi đốt. tùy vào giá trị sai lệch nhiệt độ mà xung điều khiển có độ rộng khác nhau. Nhưng chu kỳ T được giữ cố định:
T = Ton + Toff. Khi nhiệt độ đo thấp hơn nhiệt độ đặt thì Ton tăng và ngược lại. Ton có thể thay đổi từ 0% tới 100% do đó công suất lò có thể thay đổi từ không tới cực đại. Do đó ta có thể điều khiển nhiêt độ trong lò ở một nhiệt độ nào đó.