Ký hiệu: bộ điều khiển Đại số gia tử cú = là DSDT Bộ điều khiển Đại số gia tử cú là DSGT1
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 4.27- Đỏp ứng của 2 bộ điều khiển Đại số gia tử
Nhận xột:
Bộ điều khiển DSGT ở trạng thỏi xỏc lập khụng cú sai lệch tĩnh, khụng cú độ quỏ điều chỉnh, thời gian xỏc lập khoảng 10 (s).
Bộ điều khiển DSGT1 cú độ quỏ điều chỉnh khoảng 5% nhƣng thời gian xỏc lập nhanh, khoảng 5 (s), sai lệch tĩnh bằng 0.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.3. Kết quả mụ phỏng và so sánh 3 bộ điều khiển: Fuzzy, ĐSGT (=) và ĐSGT 1 ()
4.3.1. Khi chƣa cú nhiễu phụ tải
Hỡnh 4.28- Sơ đồ mụ phỏng 3 bộ điều khiển
Hỡnh 4.29- Đỏp ứng của cỏc bộ điều khiển khi tớn hiệu đặt cú dạng 1(t)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bộ điều khiển Fuzzy và DSGT ở trạng thỏi xỏc lập khụng cú sai lệch tĩnh, khụng cú độ quỏ điều chỉnh, thời gian xỏc lập của bộ DSGT là khoảng 10 (s) và của bộ Fuzzy là khoảng 13 (s).
Bộ điều khiển DSGT1 cú độ quỏ điều chỉnh khoảng 5% nhƣng thời gian xỏc lập nhanh, khoảng 5 (s), sai lệch tĩnh bằng 0.
Vậy, với tớn hiệu đặt cố định thì ta nờn chọn bộ điều khiển DSGT 1 ().
Hỡnh 4.30- Đỏp ứng của cỏc bộ điều khiển khi tớn hiệu đặt cú dạng xung vuụng
Nhận xột:
Bộ điều khiển Fuzzy và DSGT ở trạng thỏi xỏc lập khụng cú sai lệch tĩnh, khụng cú độ quỏ điều chỉnh, thời gian xỏc lập của bộ DSGT là khoảng 8 (s) và của bộ Fuzzy là khoảng 11 (s).
Bộ điều khiển DSGT 1 là tốt hơn cả với độ quỏ điều chỉnh khoảng 5%
nhƣng thời gian xỏc lập nhanh, khoảng 5 (s), sai lệch tĩnh bằng 0.
Vậy, với tớn hiệu đặt cú dạng xung vuụng thì ta nờn chọn bộ điều khiển
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 4.31- Đỏp ứng của cỏc bộ điều khiển khi tớn hiệu đặt cú dạng bậc thang
Nhận xột: Khi thay đổi giỏ trị đặt dạng bậc thang, ta nhận thấy rằng:
Cả 3 bộ điều khiển đều cú đƣờng đặc tớnh mịn, xỏc lập nhanh.
Bộ điều khiển Fuzzy và DSGT ở trạng thỏi xỏc lập khụng cú sai lệch tĩnh, khụng cú độ quỏ điều chỉnh, thời gian xỏc lập của bộ DSGT là khoảng 8 (s) và của bộ Fuzzy là khoảng 11 (s).
Bộ điều khiển DSGT1 là tốt hơn cả với độ quỏ điều chỉnh khoảng 5% nhƣng thời gian xỏc lập nhanh, khoảng 5 (s), sai lệch tĩnh bằng 0.
Vậy, với tớn hiệu đặt cú dạng bậc thang thì ta nờn chọn bộ điều khiển
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.3.2. Khi cú nhiễu phụ tải
Hỡnh 4.32- Sơ đồ mụ phỏng 3 bộ điều khiển khi cú nhiễu phụ tải
Hỡnh 4.33- Đỏp ứng của cỏc bộ điều khiển khi tớn hiệu đặt cú dạng 1(t)và cú nhiễu phụ tải
Nhận xột: Trong trƣờng hợp xảy ra nhiễu phụ tải bởi vì một nguyờn nhõn nào đú
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cả 3 bộ điều khiển đều cú đƣờng đặc tớnh mịn, xỏc lập nhanh khi cú nhiễu phụ tải tỏc động.
Khi cú nhiễu phụ tải tỏc động 20% trong thời gian 4(s) thì bộ điều khiển
DSGT 1 đỏp ứng tốt nhất với thời gian đỏp ứng khoảng 7 (s).
Bộ điều khiển mờ đỏp ứng khụng tốt và thời gian triệt tiờu nhiễu chậm (khoảng 29s).
Vậy, khi cú nhiễu phụ tải tỏc động khi tớn hiệu đặt cú dạng 1(t) thì ta nờn dựng bộ điều khiển DSGT 1 ().
Hỡnh 4.34- Đỏp ứng của cỏc bộ điều khiển khi tớn hiệu đặt cú dạng xung vuụng và cú nhiễu phụ tải
Nhận xột:
Cả 3 bộ điều khiển đều cú ƣu điểm là triệt tiờu đƣợc sai lệch tĩnh, xỏc lập nhanh khi cú nhiễu phụ tải tỏc động.
Khi cú nhiễu phụ tải tỏc động 20% trong thời gian 4(s) thì bộ điều khiển mờ đỏp ứng khụng tốt và thời gian triệt tiờu nhiễu chậm (khoảng 12s).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đỏp ứng của hệ thống khi cú bộ điều khiển DSGT 1 là tốt nhất, triệt tiờu
đƣợc nhiễu trong thời gian khoảng 6 (s).
Hỡnh 4.35- Đỏp ứng của cỏc bộ điều khiển khi tớn hiệu đặt cú dạng bậc thang và cú nhiễu phụ tải
Nhận xột:
Cả 3 bộ điều khiển đều cú ƣu điểm là triệt tiờu đƣợc sai lệch tĩnh, xỏc lập nhanh khi cú nhiễu phụ tải tỏc động.
Khi cú nhiễu phụ tải tỏc động 20% trong thời gian 4(s) thì ỏp ứng của bộ điều khiển DSGT 1 cú độ quỏ điều chỉnh khoảng 20% nhƣng thời gian triệt tiờu nhiễu khoảng 6 (s).
Thời gian triệt tiờu nhiễu của bộ điều khiển DSGT là khoảng 8 (s) và bộ điều khiển mờ là khoảng 12 (s).
Vậy, khi cú nhiễu phụ tải tỏc động khi tớn hiệu đặt cú dạng bậc thang thì ta nờn dựng bộ điều khiển DSGT 1 ().
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.3. Kết luận chƣơng 4
Bộ điều khiển Fuzzy: thụng số của đội tƣợng cho nhƣ trờn, và hàm truyền tƣơng ứng, chúng tụi đó thiết kế bộ điều khiển mờ động PD theo mụ hình Sugeno bậc khụng với hai đầu vào (đầu vào thứ hai là đạo hàm của đầu vào thứ nhất), và một đầu ra. Kết mụ phỏng với đỏp ứng step khỏ tốt, cụ thể sai lệch tĩnh bằng khụng, thời gian quỏ độ bằng khoảng 12 (s).
Kết quả khảo sỏt nhiễu phụ tải, và thay đổi cỏc giỏ trị đặt khỏc nhau, tƣơng ứng tớn hiệu vào step, tớn hiệu bậc thang, .... chúng tụi nhận thấy đỏp ứng của bộ điều khiển Fuzzy tƣơng đối tốt, thời gian đỏp ứng khoảng 10 (s) sau khi cú tớn hiệu ỏp đặt vào mạch vũng điều khiển. Đối với tớn hiệu nhiễu phụ tải cú dạng xung vuụng cú biờn độ vào khoảng 20% điện ỏp đặt, thì thời gian triệt tiờu đƣợc nhiễu phụ tải vào khoảng 80% của biờn độ nhiễu phụ tải tỏc động.
Đối với bộ điều khiển Đại số gia tử, chúng tụi đó thiết kế theo 2 cỏch: cỏch 1 cho = và cỏch 2 cho . Qua quỏ trình khảo sỏt thực nghiệm trờn mỏy tớnh với cỏc tớn hiệu đặt khỏc nhau, dựa trờn quan điểm xột thời gian đỏp ứng, độ quỏ điều chỉnh, thời gian triệt tiờu nhiễu phụ tải với sự tăng giảm và cứng, vớ dụ
nhƣ ( = 0.2, = 0.8); hoặc ( = 0.6, = 0.4) ; ( = 0.4, = 0.6) ...., chỳng tụi nhận thấy rằng = 0.4, = 0.6 cho kết quả khả quan nhất. Với độ quỏ điều chỉnh là
4,3% , thời gian đỏp ứng quỏ độ là 5 (s) và sai lệch tĩnh bằng khụng.
Trong luận văn này chúng tụi đƣa ra đƣợc một phƣơng phỏp thiết kế bộ điều khiển mới dựa trờn phƣơng phỏp luận xấp xỉ trong Đại số gia tử, đó xõy dựng thành cụng một modul S – funtions dành riờng cho lập trình bộ điều khiển ĐSGT dựa trờn phần mềm chuyờn dụng Matlab.
Kết quả mụ phỏng cho thấy cả 2 bộ điều khiển dựng Đại số gia tử đều đỏp ứng tốt với tớn hiệu step. Nhƣng với bộ điều khiển Đại số gia tử 1 cú = 0.4, = 0.6 là tốt hơn cả. Cụ thể: sai lệch tĩnh bằng khụng, thũi gian quỏ độ bằng khoảng 5 (s) và thời gian triệt tiờu nhiễu nhỏ, khoảng 7 (s).
Kết quả khảo sỏt nhiễu phụ tải và thay đổi cỏc giỏ trị đặt khỏc nhau, tƣơng ứng tớn hiệu vào step, tớn hiệu bậc thang, .... chúng tụi nhận thấy đỏp ứng của bộ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
điều khiển ĐSGT 1 tƣơng đối tốt, thời gian đỏp ứng khoảng 5 (s) sau khi cú tớn hiệu ỏp đặt vào mạch vũng điều khiển. Đối với tớn hiệu nhiễu phụ tải cú dạng xung vuụng cú biờn độ vào khoảng 20% điện ỏp đặt, thì thời gian triệt tiờu đƣợc nhiễu phụ tải vào khoảng 50% của biờn độ nhiễu phụ tải tỏc động.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIấN CỨU TIẾP THEO
Kết luận
Luận văn này đó giải quyết đƣợc một số nội dung sau:
1. Đó nghiờn cứu một phƣơng phỏp mới trong việc thiết kế bộ điều khiển, đú là việc đại số húa ngụn ngữ của cỏc tập mờ hay chớnh là Đại số gia tử. 2. Đó thiết kế bộ điều khiển gƣơng mặt trời trờn cơ sở lý thuyết của Đại số
gia tử.
3. Đó khảo sỏt chất lƣợng của bộ điều khiển với và cứng
4. Cỏc phƣơng phỏp thiết kế đều đƣợc kiểm chứng bằng mụ phỏng và mở ra khả năng ứng dụng một lý thuyết mới trong việc thiết kế cỏc hệ thống tự động trong cụng nghiệp.
Kiến nghị và hƣớng nghiờn cứu tiếp theo
1. Tiến hành thớ nghiệm thực để kiểm tra chất lƣợng của bộ điều khiển bằng ĐSGT.
2. Thiết kế giao diện của bộ điều khiển.
3. Nghiờn cứu tớnh ổn định của cỏc hệ thống điều khiển dựng ĐSGT. 4. Thiết kế bộ điều khiển bằng ĐSGT với và mềm.
5. Nghiờn cứu phƣơng ỏn dựng 2 động cơ điều khiển gƣơng mặt trời theo hai hƣớng: Bắc-Nam, Đụng-Tõy để tăng hiệu suất nhận nhiệt từ mặt trời. 6. Bổ sung Toolbox về ĐSGT trong Matlab.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bựi Cụng Cƣờng & Nguyễn Doón Phƣớc; Hệ mờ, mạng nơron & ứng dụng, NXB KH & KT 2001.
[2] Nguyễn Hoàng Cƣơng, Bựi Cụng Cƣờng, Nguyễn Doón Phƣớc, Phan Xuõn Minh & Chu Văn Hỷ: Hệ mờ và ứng dụng, NXB KH & KT 1998.
[3] Phan Xuõn Minh & Nguyễn Doón Phƣớc: Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KH & KT 2004.
[4] Vũ Nhƣ Lõn: Điều khiển sử dụng logic mờ, mạng nơron và đại số gia tử, NXB KH & KT 2006.
[5] Nguyễn Xuõn Quỏnh: Lý thuyết mạch logic và kỹ thuật số, NXB đại học và giỏo dục chuyờn nghiệp, 1991.
[6] Trần Đình Khang, Ứng dụng đại số gia tử đối sỏnh cỏc giỏ trị ngụn ngữ, Tạp chớ tin học và điều khiển học, 14,3, 1998.
[7] V.N.Lõn, V.C. Hƣng, Đ.T.Phụ: Điều khiển trong điều khiển bất định trờn cơ sở logic mờ và kkả năng sử dụng đại số gia tử trong cỏc luật điều khiển, Tạp chớ “ Tin học và điều khiển học”, T.18, S3 (2002), 211-221.
[8] V.N.Lõn, V.C. Hƣng, Đ.T.Phụ, N.D.Minh: Điều khiển sử dụng đại số gia tử, Tạp chớ “ Tin học và điều khiển học”, T.21, S1 (2005), 23-37.
[9] Phạm Cụng Ngụ, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học kỹ thuật, 1998. [10] Đặng Đình Thụng, Năng lượng mặt trời và ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật, 2005.
[11] Đinh Việt Cƣờng CH-K9, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ngành tự động hoỏ:
Nghiờn cứu ỳng dụng loogic mờ và đại số gia tử cho bài toỏn điều khiển, 2009. [12] N.V.Lan, Vũ Chấn Hƣng, Đặng Thành Phu, Điều khiển trong điều kiện bất định trờn cơ sở logic mờ và khả năng sử dụng đại số gia tử trong cỏc luật điều khiển, tạp chớ “Tin học và điều khiển”, T.18, S.3, 211-212, 2002
[13] J.F. Baldawin, A new approach to approximate reasoning using a fuzzy logic, Fuzzy Sets and Systems 2 (1979) 309 – 325.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
[14] G.Beliakov, “Fuzzy sets and membership functions based on probabilites”
Information Sciences, vol. 91, 95-111, 1996
[15] R.E. Bellman & L.A. Zadeh, Local and fuzzy logic, in: G.J. Klir & B. Yuan (Eds), Fuzzy sets, fuzzy logic, and Fuzzy Systems: Selected papers by L.A. Zadeh (World Scientific, Singapore, 1996) 283 – 335.
[16] N.D. Belnap, A useful four-valued logic, in: J.M. DUNN, G.EPSTEIN(Eds), Modern. Uses of Mutiple-Valued Logic, Dordrecht, Reidel Publishing company, 1977, 9-37.
[17] T.H. Cao, & A, P.N Crộay, Fuzzy types: a framework for handling uncertaity about types of objects, International Journal of Approximate Reasoning, 25, 2000, 217-253.
[18] L.Di lasco, A. Gisolfi & V. Loia, A new model for linguiistic modifiers, Internationl Journal of Approximate Reasoning 15 (1996) 25-47.
[19] D.Dubois and H. Prade,”The three semantics of fuzzy sets”, Fuzzy sets and systems, vol, 141-150, 1997.
[20] Nguyen Cat Ho and Huynh Van Nam, A theory of rfinememt strucuture of hedge algebra and its application to linguistic-valued fuzzy logic, in D. Niwinski and M. Zawadowski(Eds), logic, Algebra and Computer Science, Banach center Publications, PWN-Polish Scientific Publishers> Warsaw, 1998(in press).
[21] Nguyen Cat Ho and Huynh Van Nam, An algebraic approach to linguistic hedges in Zadeh’s fuzzy logic, Fuzzy Sets and Systems 129 (2002) 229-254.
[22] Nguyen Cat Ho, Tran Dinh Khang, Huynh Van Nam & Nguyen Hai Chau, Hegdes algebras, linguistic-valued logic anh their application to fuzzy reasoning , International Journal of Uncertainty, Fuzziness and Knowledge-Based Systems 7 (1999) 347-61.
[23] Nguyen Cat Ho and W.Wechler. Hedge algebras: An algebraic approach to structure of sets of linguistic truth values, Fuzzy Sets and Systems 35, 1990,281-293 [24] Nguyen Cat Ho and W.Wechler, Extended hegde algebras and their application to fuzzy logic, Fuzzy sets and Syystems 52, 1992,259-281.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
[25] V.N. Huynh, T.B. Ho & Y. Nakamori, A parametric representation of linguistic hedges in Zadeh’s fuzzy logic, International Tourna of Approximate Reasoning 30 (2002) 203-223.
[26] Louchene, Benmakhlouf and Chaghi, Solar tracking system with fuzzy reasoning applied to scisp set, revue des Energies Renouvelables Vol 10 No2 (2007) 231 - 240.
[27] Ming Qu, David H.Archer and Sophie V.Masson, A Linear Parabolic Trough Solar Collector Performance Model, Renewable Energy Resources and a Greener Future Vol.VIII-3-3.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
PHỤ LỤC
1. Modul S – funtions cho bộ điều khiển Đại số gia tử cú =
function PPTHA(bock) setup(bock);
%endfunction
function setup(bock)
%% Register number of input and output ports
bock.NumInputPorts = 2; bock.NumOutputPorts = 1;
%% Setup functional port properties to dynamically %% inherited.
bock.SetPreCompInpPotInfoToDnamic; bock.SetPreCompOutPotInfoToDnamic;
%% Set block sample time to inherited
bock.SampleTimes = [-1 0]; %% Run accelerator on TLC bock.SetAccelRunOnTLC(true); %% Register methods
bock.RegBockMethod('Outputs', @Output); %endfunction function Output(bock) %Wind_speed = [0 100]; Temp_fluid = [-1 1]; Position = [-1 1]; %W = block.InputPort(1).Data; P = bock.InputPort(1).Data; T = bock.InputPort(2).Data; Ps = (P-Position(1))/(Position(2)-Position(1));
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Ts = (T-Temp_fluid(1))/(Temp_fluid(2)-Temp_fluid(1)); %Ws = (W-Wind_speed(1))/(Wind_speed(2)-Wind_speed(1)); x=Ps*Ts;%*Ws; Ps_out = Interpolation(x); P_out = Ps_out*(Position(2)-Position(1))+Position(1); %Gui ra OutPort bock.OutputPort(1).Data = P_out; %endfunction
function [y] = Interpolation(x)
xk =[0 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875 1]; %xk = [0 0.015625 0.03125 0.046875 0.0625 0.0625 0.09375 0.09375 0.09375 0.125 0.140625 0.1875 0.28125 0.421875]; %xk = P*W*T yk = [0 0.0625 0.125 0.1875 0.25 0.3125 0.375 0.4375 0.5]; %yk = [0 0 0.166666667 0.166666667 0.166666667 0.333333333 0.333333333 0.5 0.666666667 0.666666667 0.666666667 0.833333333 0.833333333 1]; %yk = P_new sizeof_xk=size(xk); n=sizeof_xk(2); %Tinh Fi(x) Fi_x=1; for i=1:n Fi_x = Fi_x*(x-xk(i)); end %Tinh dau ra y y=0; for k=1:n %Tinh Fi(xk) Fi_xk=x-xk(k); for i=1:n-1 Fi_xk=Fi_xk*(xk(k)-xk(i)); end
%Hoan thanh tinh Fi(xk)
%Tinh gia tri dau ra
y=y+(yk(k)*Fi_x)/(Fi_xk*(x-xk(k))); end
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. Modul S – funtions cho bộ điều khiển Đại số gia tử cú
function PPTHA1(bock)
setup(bock);
%endfunction
function setup(bock)
%% Register number of input and output ports
bock.NumInputPorts = 2; bock.NumOutputPorts = 1;
%% Setup functional port properties to dynamically %% inherited.
bock.SetPreCompInpPotInfoToDnamic; bock.SetPreCompOutPotInfoToDnamic;
%% Set block sample time to inherited
bock.SampleTimes = [-1 0]; %% Run accelerator on TLC bock.SetAccelRunOnTLC(true); %% Register methods
bock.RegBockMethod('Outputs', @Output);
%endfunction function Output(bock) Ch_Cv = [-1 1]; dCh_Cv = [-0.5 0]; Driver = [-5 5]; P = bock.InputPort(1).Data; T = bock.InputPort(2).Data; Ps = (P-0.5*dCh_Cv(1))/(0.5-0.5*dCh_Cv(1)); Ts = (T-0.5*Ch_Cv(1))/(0.5-0.5*Ch_Cv(1)); Ps1=Ps' Ts1=Ts' x=(Ps+Ts)*1/(1.3*2.3);
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn %Ps_out = Interpolation(x) PPT = Noisuy(x); P1=PPT'; P_out = x*(Driver(2)-Driver(1))+Driver(1) %Gui ra OutPort bock.OutputPort(1).Data = P_out; %endfunction function [z]= Noisuy(x) xk =[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1]; yk = [0 0.2 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 0.8 0.8 1]; x_fine=0:0.01:1; z=interp1(xk,yk,x_fine,'linear'); function [y] = Interpolation(x)
xk =[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1]; %xk = [0.015625 0.03125 0.046875 0.0625 0.0625 0.09375 0.09375 0.09375 0.125