2.2. Tổng hợp bộ điều khiển mờ hai lớp
2.2.3. Kết quả mô phỏng
2.2.3.2 Mô phỏng cho trường hợp cẩu treo 2D
42
Để kiểm chứng tính đúng đắn của bộ điều khiển mờ hai lớp vừa được đề xuất ở trên, luận án thực hiện một mô phỏng số trên phần mềm Matlab/Simulink cho hệ cần cẩu treo 2D với khối lượng của tải m thay đổi và các thông số của hệ thống cẩu treo 2D theo bảng 2.5 như sau:
M 20(kg)
l 1( )m
g 9.8(m s/ 2)
Bảng 2.5: Các thông số hệ thống cần cẩu treo 2D
Kết quả mô phỏng với khối lượng tải m = 8(kg) được thể hiện trong các hình dưới đây:
43
Hình 2.11: Kết quả mô phỏng cho bộ điều khiển mờ hai lớp trong trường hợp không có nhiễu tác động cho hệ cần cẩu treo 2D với khối lượng tải là 8 (kg)
(a) Đáp ứng của xe con (b) Góc lắc của tải (c) Tín hiệu điều khiển Nhận xét: Xe con bám vị trí đặt sau 8 giây, góc lắc tối đa chưa đến 2 độ.
Hình 2.12: Kết quả mô phỏng cho bộ điều khiển mờ hai lớp trong trường hợp có nhiễu tác động cho hệ cần cẩu treo 2D với khối lượng tải là 8 (kg)
(a) Đáp ứng của xe con (b) Góc lắc của tải (c) Tín hiệu điều khiển (d) Nhiễu
Nhận xét: Bộ điều khiển mờ hai lớp bền vững với nhiễu ngoài, xe con bám vị trí đặt sau 10 giây, góc lắc đa của tải trọng khoảng 2 độ.
Kết quả mô phỏng với khối lượng tải m = 16(kg) được thể hiện trong các hình dưới đây:
44
Hình 2.13: Kết quả mô phỏng cho bộ điều khiển mờ hai lớp trong trường hợp không có nhiễu tác động cho hệ cần cẩu treo 2D với khối lượng tải là 16 (kg)
(a) Vị trí của xe con (b) Góc lắc của tải (c) Tín hiệu điều khiển Nhận xét: Xe con bám vị trí đặt sau 8 giây, góc lắc tối đa của tải trọng chưa đến 1.5 độ.
45
Hình 2.14: Kết quả mô phỏng cho bộ điều khiển mờ hai lớp trong trường hợp có nhiễu tác động cho hệ cần cẩu treo 2D với khối lượng tải là 16 (kg)
(a) Đáp ứng của xe con (b) Góc lắc của tải (c) Tín hiệu điều khiển (d) Nhiễu Nhận xét: Bộ điều khiển mờ hai lớp bền vững với nhiễu ngoài, xe con bám vị trí đặt sau 10 giây, góc lắc tối đa của tải trọng chưa đến 1.5 độ, tuy nhiên tần số dao động là khá lớn.
Kết quả mô phỏng so sánh giữa bộ mờ hai lớp mà luận án đề xuất với bộ mờ trong tài liệu [58]
(DFLC) với cùng thông số hệ thống như bảng 2.5 được thể hiện trong các hình dưới đây:
46
Hình 2.15: Kết quả mô phỏng so sánh giữa TLFLC và DFLC với khối lượng tải m=8(kg)
47
Hình 2.16: Kết quả mô phỏng so sánh giữa TLFLC và DFLC với khối lượng tải m=16(kg) So sánh chất lượng của TLFLC và DFLC được biểu diễn trong bảng sau:
TLFLC DFLC
Khối lượng tải trọng là 8 (kg)
Thời gian bám vị trí [s] 5 3
Góc lắc cực đại [deg] 2 4
Dao động của tín hiệu điều khiển
Dao động ít Dao động mạnh
Khối lượng tải trọng là 16 (kg)
Thời gian bám vị trí [s] 5 3
Góc lắc cực đại [deg] 1.5 3.5
Dao động của tín hiệu điều khiển
Dao động ít Dao động mạnh
Bảng 2.6: So sánh chất lượng giữa TLFLC và DFLC
Nhận xét: DFLC và TLFLC cho chất lượng về thời gian bám giá trị đặt gần tương tự nhau, nhưng TLFLC mà luận án đề xuất có khả năng chống rung lắc và độ dao động của tín hiệu điều khiển tốt hơn DFLC, với TLFLC do sử dụng bộ mờ ở lớp thứ hai nên có khả năng mềm dẻo và linh hoạt hơn DFLC trong việc thiết kế và cài đặt xuống nền vi điều khiển.
48
Kết luận: Bộ điều khiển đã đề xuất và phát triển một phương pháp điều khiển mới để nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống cần cẩu treo sử dụng cấu trúc mờ nối tiếp. Nhờ việc xây dựng bộ điều khiển dựa trên hệ suy diễn logic mờ, khối lượng công việc thiết kế giảm đi nhiều do không cần sử dụng mô hình đối tượng trong việc tổng hợp hệ thống, đồng thời khối lượng tính toán khi vi điều khiển phải thực hiện cũng giảm đáng kể. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab /Simulink đã cho thấy bộ điều khiển được thiết kế mang tới chất lượng cao cho hệ thống, khi xe con nhanh chóng tiến tới giá trị đặt và góc rung lắc của tải trọng rất nhỏ. Bộ điều khiển cũng đã được áp dụng vào mô hình thực tế trong phòng thí nghiệm trên nền vi điều khiển STM32F407, kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng thuật toán điều khiển được nghiên cứu hoàn toàn đảm bảo hiệu quả điều khiển trong môi trường thực tế có nhiều yếu tố bất định và cho thấy khả năng ứng dụng của phương pháp điều khiển sử dụng hệ logic mờ vào thực tế công nghiệp.