MÔN HỌC NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Đề tài Nhận dạng cho bồn nước đơn và sử dụng giải thuật Fuzzy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO CUỐI KỲ MÔN HỌC: NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Đề tài: Nhận dạng cho bồn nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO CUỐI KỲ

MÔN HỌC: NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

Đề tài: Nhận dạng cho bồn nước đơn và sử dụng giải thuật Fuzzy

GVHD: TS Vũ Văn Phong

SV thực hiện:

Phan Anh Duy MSSV: 19151106

Lớp: Tối thứ 3 (Tiết 13-15)

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6, năm 2022

Giới thiệu đề tài

Trong những năm qua, khoa học máy tính và xử lý thông tin có những bước tiến vượt bậc và ngày càng có những đóng góp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn Nó góp phần rất lớn trong việc đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế

và đời sống xã hội Từ những hệ thống máy tính lớn đến những hệ thống máy tính cá nhân, từ những việc điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị phục vụ đời sống hằng ngày của con người Mô hình bồn nước đơn được sử dụng trong các thí nghiệm về điều khiển ở hầu hết các trường đại học kỹ thuật vì nó là một mô hình dễ xây dựng và là một ví

dụ điển hình về kỹ thuật điều khiển

Hệ thống bồn nước đơn là một hệ phi tuyến khó điều khiển và một

số ứng dụng thực tế đòi hỏi mực chất lỏng trong bồn phải được kiểm soát ở một mức nhất định

Vấn đề kiểm soát mực chất lỏng tại vị trí xác định được đặt ra sao cho ổn định nhất Chính từ đó hình thành các phương pháp điều khiển kiểm soát mực nước của bồn chứa

Phương pháp mô hình hóa đối tượng trong hệ thống bằng Fuzzy có nhiều ưu điểm thông dụng trong công nghiệp, không cần biết rõ cấu trúc

hệ thống mà có thể điều khiển dựa trên số liệu, kinh nghiệm thực tế

1 Mô hình đối tượng hệ bồn nước đơn

Ta có u(t ) là điện áp cấp cho máy bơm

q¿ là lượng nước vào bồn

q out là lượng nước chảy ra khỏi bồn

h là chiều cao của bồn nước

Dựa vào mô hình trên ta có:

A(h) ˙h(t )=Qin(t)−Qout(t)

Trong đó:

Qin(t)=k U(t)

Qout(t)=C D a√2gh(t )

Thêm vào đó tiết diện bồn:

A(h) =A max − A min

h max h(t)+ A min (1) Phương trình vi phân :

˙h(t) = 1

A (h) (ku(t)−C D a√2gh(t ))(2)

Từ (1) và (2) ta có công thức hệ bồn đơn:˙h(t)=k u A max(t −A)−C min D .a.√2gh(t )

h max .h(t)+ A min

˙h(t) Biến trạng thái thể hiện sự thay đổi của mực

nước theo thời gian cm

h(t) Độ cao mực nước theo thời gian cm

A(h) Tiết diện ngang bồn nước cm2

h max Độ cao cực đại bồn nước cm

A max , A min Tiết diện ngang cực đại và cực tiểu của bồn

k Hệ số tỷ lệ với công suất máy bơm cm3/sec

g Gia tốc trọng trường cm/ sec2

Ta chọn thông số cho bài như sau:

Mô hình bồn nước đơn mô phỏng trên Matlab Simulink:

Các khối bên trong hệ:

Sử dụng tool Identification của Matlab để nhận dạng

- Dùng khối To workspace trong Simulink để xuất dễ liệu sang Workspace Matlab

- Xuất dữ liệu ra bằng cách nhập lệnh out.x và out.y sau đó mở tool identification

- Import data vào để tool nhận dạng Ta thu được hàm truyền sau:

- Hệ thống mới được nhận dạng có dạng:

- Kết quả so sánh giữa mô hình gốc và mô hình nhận dạng được

- Sai số giữa 2 mô hình là khoảng rất nhỏ -0.006469:

2 Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy cho hệ bồn đơn.

Mục tiêu cần đặt ra:

 Thời gian xác lập: t xl ≤ 5s

 Sai số với điểm đặt: e max <0.5cm

 Độ vọt lố: POT ≤ 1%

 Ta chọn đầu vào dưới dạng mực nước:

Các trạng

thái

Dạng hình

Dải giá trị

thang

[-20 -10 0 10]

Vừa5 Tam giác [30 40 50]

thang

[50 60 70 80]

- Đầu vào với dạng điện áp cấp vào

Các trạng thái Dải giá trị(linear)

Vừa (1) [0.3111 0.4]

Cuối cùng ta có mô hình điều khiển như sau:

 So sánh hệ khi chưa có điều khiển và khi có điều khiển Fuzzy ở mức điều khiển tại 35 cm

Chưa có điều khiển

Kết luận: Ta thấy khi chưa có bộ điều khiển thì bồn đơn chưa đạt giá

trị xác lập mong muốn (35cm) tuy nhiên khi có bộ điều khiển đã làm cho bồn đạt giá trị mong muốn tuy nhiên bộ điều khiển thời gian xác lập cao hơn, có xảy ra sai số nhưng trong khoảng cho phép, hệ không vọt lố