Điều khiển mở thang máy nhóm

GIỚI THIỆUNgày nay có rất nhiều toà nhà cao tầng được mọc lên và việc đi lại trong những toà nhà này chủ yếu là thang máy .Vấn đề đặt ra là làm sao để điều khiển thật tối ưu các thang má

Trang 1

GIỚI THIỆU

Ngày nay có rất nhiều toà nhà cao tầng được mọc lên và việc đi lại trong những toà nhà này chủ yếu là thang máy Vấn đề đặt ra là làm sao để điều khiển thật tối ưu các thang máy này ,đặc biệt là những thang máy nhóm Trước đây một số chỉ tiêu được dùng trong điều khiển thang máy nhóm như:Thời gian đáp ứng lời gọi thang là ngắn nhất (tức là kể từ khi nhấn nút gọi thang cho đến khi

có buồng thang tới đón là ngắn nhất) hoặc là quãng đường đi của buồng thang đến đáp ứng lời gọi thang là ngắn nhất Nhưng cùng một lúc các chỉ tiêu đó không thể thực hiện được trong các bộ điều khiển thang máy thông thường Ngày nay nhiều phương pháp được đề xuất để áp dụng vào việc điều khiển thang máy nhóm, có khả năng tổng hợp nhiều chỉ tiêu cùng một lúc như :Logic

mờ (Fuzzy Logic –FL),Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence-AI) hay giải thuật

di truyền (Genectic Algorithm –GA)… phần nào giải quyết bài toán tối uu thang máy nhóm theo một khía cạnh nào đó và kết quả chấp nhận được Cùng với sự phát triển của công nghệ vi xử lý và các bộ điều khiển khả trình PLC khả năng thực hiện các phương pháp này dễ dàng hơn và có tính linh hoạt hơn

Nhằm đánh giá được mức độ hiệu quả của một phương pháp của một mô hình điều khiển ,thông thường ta xây dựng một chương trình mô phỏng để có thể phân tích các số liệu cụ thể ,từ đó suy ra được các kết luận cụ thể Phương pháp này nhanh chóng và đặc biệt là chi phí thấp

Trong khuôn khổ báo cáo tốt nghiệp này, em xin trình bày về lý thuyết điều khiển mờ, ứng dụng điều khiển mờ vào trong bài toán điều khiển thang máy nhóm và lập trình chương trình mô phỏng thang máy nhóm có khả năng mở rộng

đến m buồng n tầng(1<n<5,2<m<20) và tải trọng của mỗi buồng thang (5-24

người) Nhưng em chỉ xét trường hợp 2 buồng 10 tầng,tải trọng mỗi buồng là 24 người Còn các trường hợp khác khi thay đổi thì ta phải thay đổi lại các thông số của bộ điều khiển mờ cho thích hợp.

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót, kính mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy cô để đồ án này được hoàn thiện hơn Em xin tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo đã hướng dẫn và giúp đỡ

em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đặc biệt em xin cảm ơn

cô giáo ĐỖ THỊ NGA, người đã trực tiếp quan tâm, giúp đỡ tận tình để em hoàn

thành đồ án này đúng thời hạn.

Đà Nẵng, ngày 30 / 05 / 2006

Sinh viên

VÕ ĐẠI BÌNH

Trang 2

MỤC LỤC

PHẦN 1 4

TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 4

PHẦN 2 20

ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ ỨNG DỤNG 20

PHẦN 3 48

CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 48

PHỤ LỤC 70

Trang 3

PHẦN 1TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

Trang 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệuv.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng <l50 so với phương thẳng đứng theomột tuyến đã định sẵn Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phứctạp, hệ truyền động và hệ thống khống chế rất phức tạp nhằm nâng cao năng suất,vận hành tin cậy, an toàn Tất cả các thiết bị điện được lắp đặt trong buồng thang

và buồng máy Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy.Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnhviện, đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Đặcđiểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện khác là thời gian vậnchuyển của một chu kỳ bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục

Ngoài ý nghĩa vận chuyển thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng

vẻ đẹp và tiện nghi của mỗi công trình

1.1.2 PHÂN LOẠI THANG MÁY

Tuỳ thuộc vào chức năng và mục đích sử dụng của từng công trình mà thangmáy có thể phân loại theo các nhóm sau :

1.1.2.1 Phân loại theo công dụng

• Chuyên chở người:

Loại thang máy này dùng để chuyên chở hành khách trong các khách sạn,

công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, tháp truyền hình

• Chuyên chở người có tính hàng đi kèm:

Loại này dùng trong các siêu thị, khu triển lãm .

• Thang máy chuyên chở bệnh nhân:

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, khu điều dưỡng Đặc điểm của

nó là kích thước thông thoáng của buồng thang phải đủ lớn để chứa băng

ca, giường bệnh nhân cùng với các bác sĩ, nhân viên cùng các dụng cụ cấpcứu đi kèm Hiện nay trên thế giới chế tạo theo tiêu chuẩn kích thước vàtải trọng cho loại máy này

• Chuyên chở hàng có người đi kèm:

Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng, v.v chủ yếu đểchở hàng nhưng có người phục vụ

• Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm:

Loại này chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong khách sạn lớn hoặc nhà ăn tập thể Đặc điểm của loại này chỉ điều khiển ở ngoài buồng thang (trước các cửa tầng) Còn các loại thang khác nêu ở trên vừa điều khiển cả trong và ngoài

buồng thang

Trang 5

Đề tài tốt nghiệp ĐIỀU KHIỂN MỜ THANG MÁY NHÓM

Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng khác như: Thang máy cứu hoả, chở ôtô

1.1.2.2 Phân loại theo hệ thống dẫn động

• Thang máy dẫn động điện:

Loại này dẫn động buồng thang lên xuống nhờ động cơ điện truyền quahộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp, chính nhờ buồng thangđược treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế.Ngoài ra còn có các loại dẫn động bằng bánh răng, thanh răng (chuyêndùng để chở người phục vụ cho các công trình xây dựng cao tầng)

• Thang máy thuỷ lực (dẫn động bằng xilanh pittông):

Đặc điểm của loại thang máy này là buồng thang được đẩy từ dưới lênnhờ xilanh pittông thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máythuỷ lực có hành trình tối đa là 18m Vì vậy không thể trang bị cho cáccông trình cao tầng mặc dù kết cấu đơn giản, tiết kiệm và có giếng thangnhỏ hơn khi thang máy có cùng trọng tải với thang máy dẫn động cáp,chuyển động êm

• Thang máy khí nén:

1.1.2.3 Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo

• Bộ tời kéo đặt ở phía trên giếng thang

• Bộ tời kéo đặt ở phía dưới giếng thang

• Dẫn động buồng thang lên xuống bằng bánh răng, thanh răng thì bộ tời đặt

• Theo tổ hợp điều khiển

- Điều khiển đơn

- Điều khiển kép

- Điều khiển theo nhóm

• Theo vị trí điều khiển

- Điều khiển trong buồng thang

- Điều khiển ngoài buồng thang

- Điều khiển cả trong và ngoài buồng thang

1.1.2.5 Phân loại theo các thông số cơ bản

• Theo tốc độ di chuyển của buồng thang

- Loại tốc độ thấp v < 1 m/s

- Loại tốc độ trung bình v = 1 ÷ 1,25 m~s

SVTH - VÕ ĐẠI BÌNH - Lớp 01Đ2A - ĐHBKĐN Trang 6

Trang 6

- Loại tốc độ cao v = 2,5 ÷ 4 m/s

- Loại tốc độ rất cao v > 4 m/s

• Phân loại theo trọng tải

- Thang máy loại nhỏ Q < 1 60 kg

- Thang máy loại trung bình Q = 500 ÷ 2000 kg

- Thang máy loại lớn Q > 2000 kg

1.1.2.6 Phân loại theo kết cấu các cụm cơ bản

• Theo kết cấu của bộ tời kéo

- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc

- Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc, thường dùng cho các thang máy

• Hệ thống cân bằng

- Có đối trọng

- Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy eo hànhtrình lớn

- Không có cáp hoặc xích cân bằng

• Theo cách treo buồng thang và đối trọng

- Treo trực tiếp vào dầm trên của buồng thang

- Có palăng cáp (không qua các pu li trung gian) vào dầm trên của

buồng thang

• Theo hệ thống của buồng thang

- Đóng, mở buồng thang khi buồng thang đang đóng đúng tầng thì

phải có người ở trong hoặc ở ngoài buồng thang

- Đóng, mở cửa bán tự động: khi buồng thang dừng đúng tầng thìcửa buồng thang tự mở, khi đóng phai dùng bằng tay hoặc ngượclại

* Cả hai loại này thường dùng cho loại thang máy chở hàng có người

đi kèm, thang chở hàng không có người đi kèm, hoặc thang máydùng cho nhà riêng

Trang 7

- Đóng, mở cửa tự động: khi buồng thang dừng đúng tầng thì cửabuồng thang và cửa tầng tự động mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ởđầu cua cửa buồng thang Thời gian và tốc độ đóng mở đều có thểthay đổi được

• Theo kết cấu của cửa

- Cánh cửa dạng xếp lùa về một phía hoặc hai phía

- Cánh cửa dạng tấm

* Hai loại này dùng cho thang máy chở hàng có hoặc không có người

đi kèm hoặc dùng cho nhà riêng

- Cánh cửa dạng tấm : mở về hai phía được dùng đối với thang máy

có đối trọng bên cạnh

- Cánh cửa dạng tấm có hai hoặc ba tấm mở lùa lên phía trên, loạinày dùng cho thang máy chở ôtô và chở hàng

- Các thông số của buồng thang :

+ Thang máy có một cửa.

+ Thang máy có hai cửa đối xứng nhau.

+ Thang máy có hai cửa vuông góc nhau.

• Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn cho buồng thang

- Hãm tức thời, loại này thường dùng cho thang máy có tốc độ thấp

45 m/p

- Hãm êm, loại này dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45 m/p vàthang máy chở bệnh nhân

1.1.2.7 Phân loại theo vị trí của buồng thang và đối trọng giếng thang:

• Đối trọng bố trí phía sau

• Đối trọng bố trí một bên

Trong một số trường hợp có thể bố trí đối trọng một vị trí khác mà khôngcùng chung giếng thang với buồng thang

1.1.2.8 Phân loại theo quỹ đạo di chuyển của buồng thang

• Phương thẳng đứng: Là loại thang máy có buồng thang di chuyển theo

phương thẳng đứng Hầu hết các thang máy đang sử dụng thuộc loại này

• Phương nghiêng: Là loại thang máy có buồng thang di chuyển theo

phương nghiêng 1 góc so với phương thẳng đứng

• Ziczắc: Là thang máy có phương di chuyển theo đường Ziczắc.

1.1.3 QUY ƯỚC VỀ KÝ HIỆU THANG MÁY

Thang máy được ký hiệu bằng các chữ số, dựa vào các thông số cơ bản sau :

• Loại thang : Theo thông lệ quốc tế người ta dùng các chữ cái la tinh để kýhiệu:

- Thang chở khách : P (Passenger)

Trang 8

- Thang chở bệnh nhân : B (Bed)

- Thang chở hàng : F (Freight)

• Tải trọng : người, kg

• Kiểu mở cửa :

- Mở chính giữa lùa về hai phía : CO (Centre Opening)

- Mở một bên lùa về một phía : 2S (Single Side)

Có nghĩa là : Thang chở khách, tải trọng 9 người, kiểu mở cửa chính giữa lùa

về hai phía, tốc độ di chuyển 90m/ph, có 1 1 diềm dừng trên tổng số 1 4 tầng củatoà nhà, hệ thống điều khiển bằng cách biến đổi điện áp và tần số, hệ thống vậnhành kép

Ngoài ra còn có các thông số khác để bổ sung cho ký hiệu

Trang 9

CHƯƠNG 2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA

1.2.1.2 Tốc độ định mức

Tốc độ định mức của thang là chuyển động của buồng thang theo tính toánthiết kế, trong thực tế vận hành tốc độ sai so với thiết kế không quá 10% Tốc độđịnh mức của thang có thêm tham khảo theo giá trị cho trong bảng:

Tốc độ định mức (m/s) Chiều cao phục vụ (m)

0,40,631,001,62,54,06,6

101520355070100

1.2.1.3 Năng suất vận chuyển

Năng suất vận chuyển của thang máy là số người hay số lượng hàng hoá mà

thang vận chuyển trong một giờ theo một hướng

Năng suất vận chuyển thang máy được tính theo công thức :

∑+

N : Năng suất vận chuyển của thang máy

χ : Hệ số mang tải của buồng thang, χ = 0.7 - 0.8

E : Tải trọng của buồng thang

H : Chiều cao nâng hạ

V : Vận tốc của buồng thang

ΣTi : Chu kỳ làm việc của thang

Có thể tính Ti như sau : Ti = Tl + T2 + T3 + T4

Trong đó :

Trang 10

- T1 : Thời gian hoạt động của thang máy : gồm thời gian mở máy,hãm máy, tăng giảm tốc độ và hoạt động bình thường

- T2 : Thời gian đóng mở cửa, phụ thuộc vào kích thước, phươngthức đóng mở cửa và số lần dừng trong hành trình

- T3 : Thời gian ra vào của khách hàng khoảng (2 - 3)s/1 lần dừngnếu là chở khách, hoặc phụ thuộc vào thời gian xếp dỡ hàng hoá

- T4 : 0,1(T2 + T3) :Thời gian hao phí khác, bao gồm thời gian chậm trễ của hành khách, sự cồng kềnh của hành lý

1.2.1.4 Chất lượng phục vụ:

Chất lượng phục vụ thể hiện qua khoảng thời gian một hành khách phải chờđợi ở bến chính

Thời gian chờ đợi của khách hàng phụ thuộc khoảng thời gian giữa hai lần đi

và đến kế tiếp của thang máy tại bến chính trong giờ cao điểm

Gọi giá trị trung bình của chu kỳ phục vụ của i thang là Ttb

Trong đó :

n: là số lượng thang đổ tại bến chính

Ti: chu kỳ làm việc của thang máy thứ i, tức là khoảng thời giantrung bình của thang bắt đầu từ bến chính đi lên phục vụ các lệnh

từ tầng đầu tiên đến tầng cao nhất và quay trở về bến chính.Ttb : có thể tham khảo như sau :

1.2.2 CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC CỦA THANG MÁY

- Ngày nay, hầu hết thang máy đều sử dụng loại có dây cáp 2 đầu, do tínhchất ưu việt của nó so với loại dây cáp một đầu, loại này có một đầu được nối với

Trang 11

buồng thang, đầu kia nối với đối trọng và sau đó được vắt qua rãnh của trống tời(puly chủ động) Mục đích là khi động cơ quay, kéo theo puly này quay dẫn đếnkéo, hạ buồng thang thì không xảy ra hiện tượng trượt cáp trên rãnh của trống tời

mà vẫn đảm bảo kéo buồng thang theo đúng hướng lên hoặc xuống

Khi độ cao nâng > 40m thì ta cần sử dụng thêm hệ thống cân bằng đó là : cáp

cân bằng + puly cân bằng, điều này đảm bảo giảm bớt độ mất cân bằng khi nâng

hoặc hạ, mục đích tránh cho động cơ không bị quá tải khi buồng thang ở vị trítrên cùng hay dưới cùng, hay quá non tải khi buồng thang ở khoảng giữa cáctầng

- Việc sử dụng thêm cáp cân bằng mục đích là giảm phụ tải của cơ cấu, tức làgiảm được độ mất cân bằng ở trên, do đó giảm được công suất truyền động

- Để thấy rõ điều này ta cần khảo sát tác dụng của lực lên hệ khi có và không

G0 : Trọng lượng bản thân buồng thang (kg)

G : Trọng lượng của tải trọng (kg)

Gdt : Trọng lượng của đối trọng (kg)

gc : Trọng lượng của một đơn vị dài dây cáp (N/m)

H : Chiều cao nâng hoặc hạ (m)

X : Khoảng cách từ buồng thang đến puly chủ động (m )

=> Lực tác động lên puly chủ động khi nâng và hạ tải :

Trang 12

Đề tài tốt nghiệp ĐIỀU KHIỂN MỜ THANG MÁY NHĨM

a.G -GF

m hạ

m nâng

Từ đĩ ta tính được mơ men tương ứng với lực kéo :

h

Trong đĩ :

R : Bán kính pu ly

i : Tỉ số truyền động của cơ cấu

η : Hiệu suất của cơ cấu

1.2.3 CÁC YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỀU KHIỂN 1.2.3.1 Các yêu cầu truyền động

a) Chuyển động êm

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là đảmbảo cho buồng thang chuyển động êm, tránh hiện tượng dật hẫng quá mạnh gâycảm giác khĩ chịu cho hành khách Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làmviệc của thang máy là :

- Tốc độ di chuyển : V (m/s)

- Gia tốc : a (m/s2)

Trang 13

- Độ dật : p (m/s3)

Trong đó : Thông số tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định tới năngsuất của thang và đặc biệt có ý nghĩa đối với nhà cao tầng Tốc độ di chuyểntrưng bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở và hàm máy,

có nghĩa là tăng gia tốc, nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây khó chịu cho hành khách.Bởi vậy gia tốc tối ưu là a < 2m/s2

Một đại lượng quyết định sự di chuyển êm của thang máy là tốc độ tăng củagia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy, đó là độ dật (đạohàm bậc nhất của gia tốc), khi gia tốc a< 2m/s2 thì độ đật không vượt quá 20m/s3

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình được biểu diễn trênhình trang bên Biểu đồ này chia làm 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độcủa buồng thang : mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thangđến tầng và hãm dừng

Trang 14

Giai đoạn 1 : Giai đoạn này là giai đoạn mở máy, ở đây ngay sau khi mở

máy thì độ dật xuất hiện và đạt giá trị cao nhất, đồng thời gia tốc bắt đầu tăng dần(tuyến tính), đến khi gia tốc đạt giá trị max thì độ dật gần như triệt tiêu, sau mộtthời gian khí giá trị vận tốc gần đạt định mức thì gia tốc bắt đầu giảm dần và triệt

Trang 15

tiêu khi vận tốc đạt được giá trị ổn định, như vậy ở giai đoạn này nếu hệ thốngđiều khiển không được tính toán và xử lý chính xác thì nó là nguyên nhân gây racảm giác khó chịu cho hành khách

Giai đoạn 2 :Thang đang ở chế độ ổn định tức là đang được di chuyển với

vận tốc có giá trị định trước

Giai đoạn 3, 4 : là giai đoạn hãm xuống tốc độ thấp : khi vận tốc bắt đầu

giảm thì xuất hiện độ dật (-) đồng thời xuất hiện gia tốc có giá trị (-) tăng dần, khigia tốc (-) đạt giá trị max thì sau một khoảng thời gian đến khi giá trị vận tốcgiảm tới một giá trị cho phép (theo yêu cầu của người thiết kế) thì gia tốc sẽ giảm

và triệt tiêu, và vận tốc không biến thiên nữa mà ở giá trị thấp ổn định (đến tầng)

Giai đoạn 5 : là giai đoạn hãm dừng, ở giai đoạn này vẫn xuất hiện gia tốc và

độ dật nhưng có giá trị nhỏ hơn vì vận tốc lúc này giảm về 0, giai đoạn này rất có

ý nghĩa cho việc cải thiện cảm giác của hành khách cũng như quyết định đến vấn

Đối với loại chở khách : làm cho khách ra vào khó khăn, không an toàn, làmtăng thời gian vào ra -> giảm năng suất

Đối với loại có thêm chức năng chở hàng : gây khó khăn trong việc di chuyểnhàng hóa

Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm : mô mencủa cơ cấu phanh, mô men quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm vàmột số yếu tố phụ khác

Xét quá trình hãm : Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng thì được cảm biếntầng (thực chất là một công tắc phi tiếp điểm) gắn trên đầu buồng thang báo về

bộ vi xử lý yêu cầu giảm tốc độ trước khi dừng buồng thang Trong khoảng ∆t(thời gian bắt đầu từ lúc có lệnh báo về tốc độ chậm) thì buồng thang đi đượcmột quãng đường là :

S’ = V0 ∆t (m) , (V0 : Tốc độ lúc bắt đầu hãm m/s)

Khi cơ cấu phanh được tác động là quá trình hãm buồng thang, trong thờigian này buồng thang đi được một quãng đường S’’:

(m))

(

.''

c

ph F F

v m S

±

=

2

2 0

Trang 16

c

ph F F

v m t

V

++

∆

2

2 0 0

Như vậy : cảm biến dừng tầng phải được đặt tại hiệu quãng đường trượt khiphanh khi đầy tải và không tải

Sai số lớn nhất ( độ dừng không chính xác lớn nhất ) :

2

1

2 S S

S= −

∆

S1 : Quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 : Quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh

1.2.3.2 Sơ đồ khối điều khiển

Thiết bị điều khiển thang máy phải đảm bảo tác động chính xác, làm việc tin cậy

Sơ đồ phải có khoá liên động bảo vệ nhằm bảo đam thang máy làm việc an toàn,

ở mỗi loại thang máy có sự khác nhau về sơ đồ điều khiển, tuy nhiên sơ đồ điều

Trang 17

khiển nhìn chung chứa một số khối nhất định

Theo sơ đồ khối ta có thể nhận thấy như sau :

- Tín hiệu gọi : bao gồm tín hiệu gọi ở trong, ngoài buồng thangđược đưa tới khối nhớ và xoá lệnh từ những yêu cầu cụ thể thôngqua thao tác bấm nút đăng ký tầng và gọi tầng

- Tín hiệu vị trí : Tín hiệu này là những cảm biến vị trí của buồngthang mục đích : thực hiện yêu cầu của lệnh gọi trong vấn đề dichuyển chính xác

- Khối phối hợp vị trí : Khối này chỉ thực hiện khi có lệnh cụ thể và

nó đóng vai trò quan trọng trong vấn đề quyết định truyền động tời,phanh hãm

- Khối bảo vệ : Khối này nhằm mục đích an toàn cho người và thiết

bị, nên khối này hoàn toàn độc lập với các khối khác (về điện), nóquyết định cho tời hoạt động hay không

- Khối dừng chính xác : có nhiệm vụ điều khiển buồng thang vềđiểm dừng chính xác theo yêu cầu, muốn vậy tín hiệu tác động nóphải là tín hiệu cụ thể và có yêu cầu là giảm tốc độ của truyền độngtời

* * Ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy

SVTH - VÕ ĐẠI BÌNH - Lớp 01Đ2A - ĐHBKĐN Trang

T.Đ cửa

Dừng chính xác

Bảo vệ

Tín hiệu vị trí

Nhớ và xóa lệnh gọi

18

Trang 18

PLC là một thiết bị điều khiển công nghiệp, nó là thành tựu khoa học kỹ thuậttiên tiến được áp dụng trong tự động hoá điều khiển

Ứng dụng PLC đã làm thay đổi hoàn toàn kết cấu mạch điều khiển truyềnthống : Giảm nhỏ mạch điều khiển, không cồng kềnh, có khả năng xử lý nhiều tínhiệu vào và xuất ra nhiều tín hiệu tương ứng theo yêu cầu của người thiết kếtrong thời gian ngắn, thích ứng với môi trường, ít bị tác động nhiễu Nhờ có PLC

mà khả năng vận hành của thiết bị ổn định, đồng thời có thể nắm bắt kiểm soáttoàn bộ trạng thái của mạch

Chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại, nên thiết bị đóng cắt phảiđảm bảo, do vậy người ta thường dùng các khí cụ điện một chiều vì số lần đóngcắt lớn và ít có tia lửa điện Với điều kiện này thì việc dùng PLC là thích hợp

nhất

Ngoài ra trong hệ thống điều khiển thang máy, PLC có ý nghĩa:

- Giảm đáng kể rơ le điện từ

- Giải quyết được nhiều yêu cầu hơn khi dùng mạch rơ le

- Tăng khả năng làm việc an toàn, tin cậy

- Cho phép người vận hành có khả năng xử lý sự cố nhanh chóngbằng phương pháp phân vùng mạch

- Có khả năng kết nối với các thiết bị ngoại vi khác.

1.2.4 YÊU CẦU VỀ AN TOÀN TRONG LẮP ĐẶT

1.2.4.1 Phanh bảo hiểm:

Để đảm bảo an toàn đối với thang máy thì buồng thang có trang bị bộ phanhbảo hiểm Phanh bảo hiểm có tác dụng giữ cho buồng thang ở tại chỗ khi bị đứtcáp, mất điện, và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 - 40)% tốc độ định mức.Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu:

- Phanh bảo hiểm kiểu nêm

- Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm

- Phanh bảo hiểm kiểu kìm

1.2.4.2 An toàn trong lắp đặt hệ thống điện:

Để nâng cao độ an toàn cho thiết bị thang thì cần thiết có những yêu cầu sau:

- Điện áp cung cấp cho mạnh chiếu sáng : ≤ 220V và phải hoàn toànđộc lập được với hệ thống điều khiển

- Điện áp cho mạch tín hiệu, phục vụ công tác sửa chữa cũng khôngđược vượt quá 36V Không sử dụng các biến áp tự ngẫu để cungcấp cho mạch điện chiếu sáng khi sửa chữa

- Các mạch điện và động cơ điện phải hoàn toàn độc lập về chứcnăng, và phải được bảo vệ bằng các rơ le dòng, áp, nhiệt, cầu chì…

Trang 19

PHẦN 2

ĐIỀU KHIỂN MỜ

VÀ ỨNG DỤNG

Trang 20

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KHIỂN MỜ

2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Có lẽ hầu hết mọi người hiện nay, không ai là chưa từng nghe đến khái niệm

điều khiển mờ (Fuzzy control) cũng như tên các thiết bị điều khiển được tích hợp dựa trên nguyên lý tập mờ (Fuzzy set) Những thiết bị làm việc trên cơ sở lý

thuyết tập mờ hiện có khắp mọi nơi trong cuộc sống thường nhật như máy giặt

Fuzzy, máy ảnh Fuzzy, bàn là Fuzzy, nồi cơm điện Fuzzy đã giúp cho sự phổ

thông hóa đó của những khái niệm lý thuyết này

Nhìn lại quãng đường đã đi, kể từ thời điểm ra đời của lý thuyết tập mờ vào

khoảng giữa thập niên 60 do nhà toán học người Mỹ Zahde đưa ra nhằm thay thế,

đơn giản hóa các khái niệm đầy tính lý thuyết của xác suất, của quá trình ngẫunhiên, thì cho tới ngày nay, điều khiển mờ đã có những bước phát triển vượt bậc,đóng góp không nhỏ vào sự tăng trưởng, hiện đại hóa cuộc sống con người.Những khái niệm của điều khiển mờ mà trước đây còn mang đầy tính trừu tượngthì nay nó đã được đưa vào ngôn ngữ cộng đồng như một sự đương nhiên ai cũngbiết hoặc cũng được nghe đến một cách thường xuyên nhờ các phương tiện củathông tin đại chúng như báo, đài, truyền hình quảng cáo Sự phát triển nhanh

mang tính vượt bậc của điều khiển mờ có nguyên nhân của nó:

- Thứ nhất là trên cơ sở suy luận mờ, nguyên lý điều khiển mờ đã chophép con người tự động hóa được kinh nghiệm điều khiển của họ cho

một quá trình, một thiết bị tạo ra được những bộ điều khiển làm việc

tin cậy thay thế được họ song vẫn mang lại chất lượng như họ đã từngđạt được …

- Thứ hai là với nguyên tắc mờ, bộ điều khiển tổng hợp được có cấu trúcđơn giản đến kỳ lạ so với những bộ điều khiển kinh điển khác có cùngchức năng Sự đơn giản đó đã đóng vai trò quan trọng trong việc tăng

độ tin cậy cho thiết bị, giảm giá thành sản phẩm

- Và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng cho sự phát triểnvượt bậc đó của điều khiển mờ là những cải tiến liên tiếp của kỹ thuật

vi xử lý, một cầu nối không thể thiếu giữa kết quả nghiên cứu của lýthuyết điều khiển mờ với thực tế ứng dụng

2.1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:

Trong rất nhiều các bài toán điều khiển, khi mà đối tượng không thể mô tảbởi một mô hình toán học hoặc có thề mô tả được song mô hình của nó lại quáphức tạp, cồng kềnh, không ứng dụng được, thì điều khiển mờ chiếm ưu thế rõrệt Ngay cả ở những bài toán đã điều khiển thành công theo nguyên tắc kinhđiển thì việc áp dụng điều khiển mờ cũng sẽ vẫn mang lại cho hệ thống sự cảitiến về tính đơn giản, gọn nhẹ

Lý do chính dẫn tới suy nghĩ áp dụng logic mờ để điều khiển nằm ở chỗ trongrất nhiều trường hợp, con người chỉ cần dựa vào kinh nghiệm (hoặc ý kiến

chuyên gia) vẫn có thể điều khiển được đối lượng cho dù đối tượng có thông số

Trang 21

kỹ thuật không đúng hoặc thường xuyên bị thay đổi ngẫu nhiên và do đó mô hình toán học của đối tượng điều khiền không chính xác, đó là chưa nói tới chúng có

thể hoàn toàn sai Việc điều khiển theo kinh nghiệm như vậy, có thể đánh giá làkhông chính xác như các yêu cầu kỹ thuật đề ra (ví dụ như điều khiển tối ưu),song đã giải quyết được vấn đề trước mắt là vẫn đảm bảo được về mặt định tínhcác chỉ tiêu chất lượng định trước

Ta hãy xét một ví dụ đơn giản là điều khiển mực nước (hình 1) Không phụthuộc vào lượng nước chảy ra khỏi bình ta phải chỉnh van cho lượng nước chảy

vào bình vào đủ để sao cho mực nước trong bình là h luôn không đổi Tất nhiên

rằng bài toán điều khiển này đã được giải quyết rất

đơn giản và ta có thể bắt gặp nó trong những thiết

bị gia đình thông dụng Nhưng ở đây ta đề cập lại

nó từ phương diện điều khiển mờ để thông qua đó

hiểu rõ hơn về bản chất của bộ điều khiển mờ

Hình dung bộ điều khiển là con người Vậy thì con

người sẽ điều chỉnh van đóng/mở nước vào như

thế nào ? Ta có thể dựa vào kinh nghiệm để nói

rằng họ sẽ điều chỉnh van theo bốn nguyên tắc như

sau:

a) Nếu mực nước là thấp nhiều thì van ở mức độ mở to.

b) Nếu mực nước là thấp ít thì van ở mức độmở nhỏ.

c) Nêu mực nước là cao thì van ở vị trí đóng.

d) Nếu mực nước là đủ thì van ở vị trí đóng.

Một bộ điều khiển làm việc theo luật như trên để thay thế con người sẽ

được gọi là bộ điều khiển mờ Khác hẳn với những phương pháp kinh điển, điều

khiển mờ không cần đến mô hình toán học của đối tượng Bốn nguyên tắc điều

khiển trên, trong điều khiền mờ được gọi là bốn mệnh đề hợp thành Kinh nghiệm điều khiển mực nước chung gồm cả bốn nguyên tắc đó được gọi là luật hợp thành.

Bên cạnh hai khái niệm luật hợp thành và mệnh đề hợp thành vừa được trìnhbày, trong ví dụ về bốn nguyên tắc điều khiển ta còn thấy những tên gọi khác như

mực nước và van Chúng chính là các tín hiệu vào (mực nước) và ra (van) của bộ

điều khiển (mà ở đây là con người) Những tín hiệu vào và ra này được gọi chung

lại thành biến ngôn ngữ Mỗi biến ngôn ngữ lại có nhiều giá trị Chẳng hạn trong

ví dụ trên thì:

- hoặc biến van có ba giá trị là to, nhỏ, đóng.

- biến ngôn ngữ mực nước có bốn giá trị là thấp nhiều, thấp ít, đủ, cao Những giá trị này của các biến ngôn ngữ được gọi chung lại là giá trị ngôn ngữ Như vậy, bộ điều khiển mờ có thể được hiểu là một bộ điều khiển làm việc theo nguyên tắc tự động hoá những kinh nghiệm điều khiển của con người Những kinh nghiệm này phải được đúc kết lại luật hợp thành gồm nhiều mệnh đề hợp thành với cấu trúc chung như sau:

Nếu A = Ai thì B = Bj

Trang 22

trong đó A là biến ngôn ngữ đầu vào, B là biến ngôn ngữ đầu ra, Ai, i = 1 ,2, là

các giá trị ngôn ngữ của biến A và Bj, j = 1 ,2, là các giá trị ngôn ngữ của biến

B

Một bộ điều khiển mờ chỉ có một tín hiệu vào ra như ta đã xét được gọi là bộ

điều khiển SISO (Single Input, Single Output) Song tất nhiên một bộ điều khiển

mờ không nhất thiết là chỉ có một tín hiệu vào và một tín hiệu ra Nó có thể có rấtnhiều tín hiệu đầu vào cũng như có nhiều tín hiệu ra Những bộ điều khiển mờ có

nhiều đầu vào/ra như vậy được gọi là bộ điều khiền MIMO (Multi Input, Multi Output) Nói cách khác cũng giống như một bộ điều khiển kinh điển, một bộ điều

khiển mờ cũng có thể có nhiều tín hiệu vào và nhiều tín hiệu ra Ta phân chiachúng thành các nhóm:

- Nhóm bộ điều khiển SISO nếu nó chỉ có một đầu vào và một đầu ra

- Nhóm MIMO nếu chúng có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra

- Nhóm bộ điều khiển SIMO nếu nó chỉ có một đầu vào nhưng nhiều đầu ra

- Nhóm MISO nếu chúng có một đầu vào và nhiều đầu ra

Nếu một bộ điều khiển mờ có nhiều tín hiệu vào/ra thì tương ứng mệnh đềhợp thành của nó cũng phải có nhiều biến ngôn ngữ vào A1, A2, Am và nhiều

biến ngôn ngữ ra B1, B2, Bm Từng biến ngôn ngữ đó lại có nhiều giá trị ngôn

ngữ Ta ký hiệu Aki, i = 1, 2, là một giá trị của biến Ak, k = 1 ,2, ., m cũng như Bjl, l = 1 ,2, là một giá trị của biến Bj, j = 1 ,2, ., s thì mệnh đề hợp

thành của nó sẽ có dạng :

Nếu A1 = Ai1 và và Am = Aim thì B1 = Bi1 và và Bs = Bis (2)

Bộ não của điều khiển mờ là luật hợp thành Luật hợp thành của bộ điều

khiển mờ SISO với các mệnh đề hợp thành dạng (1) được gọi là luật hợp thành đơn Ngược lại luật hợp thành có các mệnh đề dạng (2) của bộ điều khiển mờ MIMO có tên là luật hợp thành kép.

Ta sẽ dành riêng cho luật hợp thành MISO có mệnh đề theo cấu trúc:

Nếu A1 = Ai1 và và Am = Aim thì B = Bl (3)

Trang 23

của bộ điều khiển có nhiều tín hiệu vào nhưng chỉ có một tín hiệu ra, một sựquan tâm đặc biệt Lý dó nằm ở chỗ mọi luật hợp thành kép (2) đều có thể đượcđưa về dạng hợp song song của nhiều luật hợp thành MISO (hình 3)

2.1.3 LÝ THUYẾT TẬP MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN:

2.1.3.1 Định nghĩa tập mờ:

Quay lại ví dụ về điều khiển mực nước đã nói tới ở phần 1 với những giá trị

ngôn ngữ thấp nhiều, thấp ít, đủ, cao của biến đầu vào mực nước, cũng như to, nhỏ, đóng của biến đầu ra là van Các giá trị đó sẽ gây ra.nhiều cảm giác phân vân cho người thiết kế bộ điều khiển nếu không đưa vào đó khái niệm tập mờ Tại sao lại như vậy ? Để trả lời ta giả sử mực nước trong bình hiện là 2m và

hai người điều khiển có hai quan điểm khác nhau Người thứ nhất thì cho rằng

mực nước như vậy là đủ và do đó phải đóng van , trong khi người thứ hai thì lại cho rằng mực nước 2m là thấp ít nên phải mở nhỏ van Nhằm thống nhất hai

quan điểm trái ngược nhau đó, ta sẽ đưa thêm vào giá trị độ cao 2m một số thựctrong khoảng từ 0 đến 1 để đánh giá mức độ phụ thuộc của nó vào hai quan điểm

trên Chẳng hạn độ cao mực nước 2m sẽ là đủ với độ phụ thuộc 0,7 và thấp ít với

độ phụ thuộc 0,4 Nếu cả hai người cùng thống nhất với nhau rằng mực nước 2m

không thể gọi là thấp nhiều hoặc cao thì mức độ phụ thuộc của nó vào giá trị thấp nhiều cũng như vào giá trị cao sẽ bằng 0.

Một cách tổng quát thì ta phải đưa thêm vào cho mỗi một độ cao x bất kỳ một

số thực µ(x) trong khoảng [0, 1] để đánh giá độ phụ thuộc của nó ứng với từng giá trị ngôn ngữ Việc đưa thêm số thực µ (x) để đánh giá độ phụ thuộc như vậy được gọi là mờ hóa giá trị rõ x Ta đi đến định nghĩa:

Định nghĩa: tập mờ là một tập hợp mà mỗi phần tử cơ bản x của nó được gán thêm một giá trị thực µ(x ) ∈ [0, 1] để chỉ thị độ phụ thuộc của phần tử đó vào

tập đã cho Khi độ phụ thuộc bằng 0 thì phần tử cơ bản đó sẽ hoàn toàn khôngthuộc tập đã cho, ngược lại với độ phụ thuộc bằng 1, phần lử cơ bản sẽ thuộc tậphợp với xác suất 100%

Như vậy, tập mờ là tập hợp của các cặp (x, µ(x)) Tập kinh điển U của các phần tử x được gọi là tập nền của lập mờ Cho x chạy khắp trong tập hợp U, ta sẽ

có hàm µ(x) có giá trị là số bất kỳ trong khoảng [0, 1], tức là

µ : U  [0, 1]

và hàm này được gọi là hàm thuộc.

Việc µ(x) có giá trị là số bất kỳ trong khoảng [0, 1] là điều khác biệt cơ bản giữa tập kinh điển và tập mờ Ở tập kinh điển A, hàm thuộc µ(x) chỉ có hai giá trị

0

Aneáu

1

x

Chính do có sự khác biệt đó mà ta cũng có nhiều công thức khác nhau cùng

mô tả cho một phép tính giữa các tập mờ Đó là những công thức có cùng một

giá trị nếu hàm thuộc µ(x) thỏa mãn (4).

Như đã nói, bất cứ một hàm µ : U [0, 1] cũng đều có thể là hàm thuộc củamột tập mờ nào đó Song trong điều khiển, với mục đích sử dụng các hàm thuộc

Trang 24

sao cho khả năng tích hợp chúng là đơn giản, người ta thường chỉ quan tâm đến

Ví dụ: Thông thường, để chỉ một tập mờ người ta hay sử dụng ngay hàm

thuộc µ(x) của tập mờ đó Với việc đưa khái niệm tập mờ, mỗi một giá trị ngôn

ngữ sẽ là một lập mờ Trong ví dụ về điều khiển mực nước, ta sẽ có tất cả là bốntập mờ cho bốn giá trị ngôn ngữ đầu vào:

- Tập mờ µthấp nhiềâu (x) cho giá trị thấp nhiều.

Hình 5: Các giá trị mờ (ngôn ngữ) của biến vào.

Tương tự, ứng với ba giá trị ngôn ngữ đầu ra to, nhỏ, đóng của biến van ta

cũng có ba tập mờ µto(x), µnhỏ(x) và µđóng(x) như hình 6 mô tả.

25

Trang 25

Hình 6: Các giá trị mờ (ngôn ngữ) của biến ra.

2.1.3.2 Phép suy diễn mờ:

Sau khi đã mờ hóa giá trị rõ x thông qua tập mờ µ(x) thì bước tiếp theo là ta phải thực hiện những nguyên lắc điều khiển đã cho dưới dạng mệnh đề hợp thành Chẳng hạn ở bài toán điều khiển mực nước là việc thực hiện bốn nguyên

tắc:

- Nếu mực nước = thấp nhiều thì van = to.

- Nếu mực nước = thấp ít thì van = nhỏ.

- Nếu mực nước = cao thì van = đóng.

- Nếu mực nước = đủ thì van = đóng.

Chúng đều có chung một cấu trúc đơn:

Nếu A = A thì B = B (5)

Gọi tập mờ của giá trị A là µA(x) và của B là µB(y) Vậy thì mệnh đề hợp

thành (5) sẽ chính là phép suy diễn:

A => B hay µA(x) => µB(y) (6)

Phép suy diễn (6) là một phép tính có đối số x nên nó cũng phải có một giá trị

cụ thể khi mà đối số x, tức là µA(x) đã cho trước Ký hiệu giá trị của phép suy diễn là µA=>B(y) thì ở tập kinh điển, nó sẽ được tính từ µA(x), µB(y) như sau:

hoặc:

Sở dĩ cả hai công thức trên cùng được sử dụng cho tập kinh điển mà không

gây mâu thuẫn là vì với x, y thỏa mãn (4), cả hai công thức đó đều cho cùng một

giá trị, nói cách khác chúng là tương đương

Tập kinh điển µA(x) µB(y) = min{ µA(x), µB(y)}

Tập mờ µA(x) µB(y) ? min{ µA(x), µB(y)}

Với tập mờ µA(x), µB(y) thì điều đó có khác một chút Hai công thức trên sẽ cho hai giá trị mờ có cùng nền với tập mờ B nhưng với hai hàm thuộc khác nhau Vậy thì phải bỏ công thức nào ? Câu trả lời thật khó, và vì khó trả lời như vậy

Trang 26

nên người ta đã đề nghị là không bỏ và có thể chọn một trong hai công thức trên,còn chọn như thế nào là do người thiết kế bộ điều khiển tự quyết định:

- Nếu chọn công thức (7a) thì ta nói phép suy diễn mờ đó là luật suy diễn Prod.

- Ngược lại nếu chọn (7b) thì phép suy diễn mờ có tên là luật suy diễn Min.

Sau khi đã chọn được một công thức thực hiện phép suy diễn là Prod hay Min

thì khi cho trước giá trị rõ xo ở đầu vào ta luôn có được một giá trị cho phép suy diễn A => B Giá trị đó là tập mờ có hàm thuộc µA=>B(y) cùng nền với B và được

tính như sau (hình 7):

trong đó

H =µA(xo)

được gọi là độ thỏa mãn đầu vào.

Ví dụ 1: Quay lại bài toán điều khiển mực nước với 4 quy tắc điều khiển có

dạng của phép suy diễn:+

- Rl: Nếu mực nước = thấp nhiều thì van = to.

- R2: Nếu mực nước = thấp ít thì van = nhỏ.

- R3: Nếu mực nước = cao thì van = đóng.

- R4: Nếu mực nước = đủ thì van = đóng.

Giả sử rằng mực nước hiện thời là 2m và luật thực hiện phép suy diễn được

sử dụng là luật Min với công thức (8b) Vậy thì:

1) Phép suy diễn (mệnh đề hợp thành) Rl có giá trị là

µR1(y) = µthấp nhiều=>to (y) = min { µthấp nhiều (2), µto(y) } = 0

2) Phép suy diễn (mệnh đề hợp thành) R2 có giá trị là (hình 7)

µR2(y) = µthấp ít=>nhỏ (y) = min { µthấp ít (2), µnhỏ(y) } = min { 0,4, µnhỏ(y)}.

Hình 7: Xác định giá trị của phép suy diễn (mệnh đề

hợp thành R 2 ứng với giá trị rõ x 0 = 2m tại đầu vào

3) Phép suy diễn (mệnh đề hợp thành) R3 có giá trị là:

Trang 27

µR3(y) = µcao =>đóngû (y) = min { µcao(2), µđóng(y) } = 0

4) Phép suy diễn (mệnh đề hợp thành) R4 có giá trị là (hình 8)

µR4(y) = µđủ =>đóng (y) = min { µđủ(2), µđóng(y) } = min { 0,7, µđóngû(y)}.

Hình 8: Xác định giá trị của phép suy diễn (mệnh đề

hợp thành R4 ứng với giá trị rõ x 0 = 2m tại đầu vào.

Trên đây là những bước tính thực hiện việc xác định giá trị mờ µA=>B(y) của.phép suy diễn (6) để thực hiện việc cài đặt mệnh đề hợp thành đơn (5) cho một

giá trị rõ x0 đã biết trước của tín hiệu đầu vào Bước tiếp theo, ta sẽ nghiên cứuviệc thực hiện một mệnh đề MISO:

Nếu A1 = A1 và và Am = Am thì B = B (9)

của bộ điều khiển có nhiều tín hiểu vào và một tín hiệu ra

So sánh (5) với (9) ta thấy ở mệnh đề hợp thành MISO (9)có nhiều tập mờđầu vào còn ở mệnh đề (5) chỉ có một đầu vào Điều này làm cho ta chưa thể sửdụng được ngay một trong hai công thức suy diễn (8a) hoặc (8b) để xác định giá

trị mờ µA=>B(y) vì chưa có được một độ thỏa mãn đầu vào H cụ thể Nói cách

khác, trước khi sử dụng hai công thức suy diễn (8a) hoặc (8b) cho mệnh đề hợp

thành (9) ta phải có được độ thỏa mãn đầu vào H chung làm đại diện cho tất cả m

các giá trị tín hiệu vào

Gọi µAk (xk ) lànhững hàm thuộc của các tập mờ đầu vào Ak, k = 1 ,2, ., m ứng với m tín hiệu vào là Ak, k = 1 ,2, ., m và µB(y) là hàm thuộc của tập mờ B ứng với đầu ra B của một bộ điều khiển MISO, trong đó xk là tín hiệu có ở cổng vào thứ k, tức là giá trị của nó sẽ thuộc tập nền của tập mờ Ak Giả sử rằng tại đầu vào của bộ điều khiển có các giá trị rõ xk, k= 1 ,2, ., m Vậy thì mỗi một tập

Khi đã có độ thỏa mãn đầu vào chung H thì tập mờ µA=>B(y) của mệnh đề (9)

ứng với vector các giá trị rõ đầu vào xk, k = l,2, , m sẽ được tính theo công thức

(8a) hoặc (8b), tức là:

- µA=>B(y) = 1mink mµAk(x k0)

≤

≤ .µB(y) nếu chọn luật Prod (10a)

Trang 28

- µA=>B(y) = min { 1mink mµAk(x k0)

Xác định giá trị của luật hợp thành:

Xét luật hợp thành gồm n mệnh đề hợp thành:

R1: Nếu A1=A11 và A2=A12 và Am=A1m thì B=B1 hoặc

R2: Nếu A1=A21 và A2=A22 và Am=A2m thì B=B2 hoặc

Rn: Nếu An=An1 và A2=An2 và Am=Anm thì B=Bn

Nếu vector các giá trị rõ dầu vào x0k , k = 1 ,2, ., m là đã biết trước thì theo

công thức (10a) hoặc (10b), mỗi một mệnh đề hợp thành trong luật hợp thành

trên sẽ có một giá trị là một tập mờ Ri với hàm thuộc µRi(y) = µA=>B(y); i= 1, 2, ., n Vì luật hợp thành đang xét có n mệnh đề hợp thành nên ta cũng có ở đây n tập mờ Ri Vấn đề đặt ra ở đây là từ n tập mờ Ri, i = 1,2, , n đó ta phải xác định được tập mờ kết quả chung R cho toàn bộ luật hợp thành theo phép tính hợp các tập mờ Ri:

i n

Lý do cho việc sử dụng phép hợp là vì các mệnh đề hợp thành trong một luật

hợp thành được liên kết với nhau bảng toán tử "hoặc"

Giống như đã làm với phép suy diễn, để thực hiện công thức (11) cho n tập

mờ Rq, ta bắt đầu với tập kinh điển Cho hai tập hợp kinh điển A và B Gọi µA(y)

và µA(y) là những hàm thuộc của chúng Vậy thì tập AUB là kết quả hợp của hai

yneáu1

0

Aneáu

1(y)

0

Bneáu

1(y)

µB

y y

bằng một trong hai công thức

Trang 29

Khi A và B không phải là tập hợp kinh điển nữa mà là hai tập mờ thì do các hàm thuộc µA(x) và µB(y) của chúng không còn là hàm hai trị 0 hoặc 1 nên tính

tương đương của (12a) và ( 12b) cũng mất Người thiết kế bộ điều khiển mờ phải

lự quyết định lấy cho mình là nên sử dụng công thức nào:

l) Nếu sử dụng công thức (12a) thì người ta nói phép hợp các tập mờ

được thực hiện theo luật Max (cực đại).

2) Nếu sử dụng công thức (12b) thì người ta nói phép hợp các tập mờ đã

được thực hiện theo luật Sum (tổng).

Ví dụ 2: Trở lại bài toán ban đầu là điều khiển mực nước với luật điềâu khiển

đã biết

R1: Nếu mực nước = thấp nhiều thì van = to.

R2: Nếu mực nước = thấp ít thì van = nho.

R3: Nếu mực nước = cao thì van = đóng.

R4: Nếu mực nước = đủ thì van = đóng.

Sau khi đã xây dựng được các hàm thuộc (mục 2.l.2):

a) µthấp nhiều (x), µthấp ít (x), µđủ(x), µđủ(x)

b) µđóng(y), µto(y), µnhỏ(y)

mô tả cho những giá trị ngôn ngữ của các biến vào/ra và nhất là sau khi đãchọn luật Min cho việc thực hiện phép suy diễn thì ứng với mực nước hiện thời2m ta đã có được các kết quả sau của 4 mệnh đề hợp thành trên (mục 2.1.3.2):

a) Phép suy diễn thấp nhiều=> to: µR1(y) = 0

b) Phép suy diễn thấp ít => nhỏ: µR2(y) = min { 0,4, µnhỏ(y)}

c) Phép suy diễn cao => đóng: µR3(y) = 0

d) Phép suy diễn đủ => đóng: µR4(y) = min { 0,7, µđóng(y)}

Bước tiếp theo là ta phải xác định tập mờ chung của cả 4 tập mờ trên để làm

kết quả µR(y) cho luật hợp thành ứng với mực nước đầu vào 2m Nếu chọn phép hợp mờ Max với công thức tính (12a) thì (hình 9):

µR(y) = max { 0, µR2(y), 0, µR4(y)} = max {µR2(y), µR4(y)}

Hình 9: Xác định giá trị mờ của luật hợp thành

2.1.3.4 Giải mờ:

Sau khi thực hiện được xong việc tính giá trị luật hợp thành (nguyên lý điều

khiển) chúng ta thu được kết quả là tập mờ, µR(y) cùng nền với tín hiệu ra Kết

quả đó chưa thể là một giá trị thích hợp để điều khiển Chẳng hạn như ở bài toán

Trang 30

điều khiển mực nước, tuy rằng đã xác định được kết quả của luật điều khiển là

tập mờ có hàm thuộc, µB(y) cho mực nước 2m như ở hình 9, ta vẫn không biết

được phải chỉnh van nước như thế nào, nói cách khác ta vẫn chưa biết phải điềuchỉnh van một góc mở là bao nhiêu

- Công việc xác định một góc mở van cụ thể, hay nói một cách tổng

quát, việc xác định một giá trị rõ y0 từ tập mờ µB(y) của nó, được gọi

là giải mờ Giá trị rõ y0 xác định được có thể được xem như "phần tử đại diện xứng đáng" cho tập mờ.

Căn cứ theo những quan niệm khác nhau về phần tử đại diện xứng đáng mà

ta sẽ có các phương pháp giải mờ khác nhau Trong điều khiển người ta thườnghay sử dụng hai phương pháp chính, đó là:

- Phương pháp điểm cực đại

- Và phương pháp điểm trọng tâm

a) Phương pháp điểm cực đại

Tư tưởng chính của phương pháp giải mờ điểm cực đại là tìm trong tập mờ có

hàm thuộc µR(y) một phần tử rõ y0 với độ phụ thuộc lớn nhất (có xác suất thuộctập mờ lớn nhất trong số những phần tử còn lại), tức là:

)(maxarg

gồm hai bước:

- Xác định miền chứa giá trị rõ y 0 Giá trị rõ y 0 là giá trị mà tại đó hàmthuộc đạt giá trị cực đại (bằng độ thỏa mãn đầu vào H), tức là miền

})(

|

- Xác định yo có thể chạp nhận được từ G.

Trong ví dụ ở hình 10 thì G là khoảng [y1, y2 ] của tập nền của R.

Hình 10 :Giải mờ bằng phương pháp cực đại

Trong trường hợp có vô số nghiệm của (13) thì để tìm y0 ta có hai cách:

° Xác định điểm trung bình : '

2

2 1 0

y y

Trang 31

rõ đầu vào x0 do đó rất thích hợp với các bài toán có nhiễu biên độ nhỏ tại đầuvào

° Xác định điểm cận trái hoặc phải

Theo phương pháp giải mờ này và nếu các hàm thuộc đều có dạng tam giác

hoặc hình thang thì điểm y0 sẽ phụ thuộc tuyến tính (trong một lân cận) vào giá trị

rõ x0 lại đầu vào

b) Phương pháp điểm trọng tâm

Phương pháp điểm trọng tâm sẽ cho ra kết quả y0 là hoành độ của điểm trọng

tâm miền được bao bởi trục hoành và đường µR(y) - hình 11.

∫

=

S R

dy y

y y

)(

µ

với S = supp µR(y) = {y | µR(y) ? 0 } là miền xác định của tập mờ R.

Đây là phương pháp ưa được sử dụng nhất Nó cho phép ta xác định giá trị y0

với sự tham gia của tất cả các tập mờ đầu ra của luật điều khiển một cách bìnhđẳng và chính xác

Tuy nhiên phương pháp này lại không để ý được tới độ thỏa mãn của mệnh

đề điều khiển cũng như thời gian tính lâu Ngoài ra một trong những nhược điểm

cơ bản của phương pháp điểm trọng tâm là có thể giá trị y0 xác định được lại có

độ thuộc nhỏ nhất, thậm chí bằng 0 (hình 11 bên dưới là một ví dụ minh họa)

Hình 11: Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm

Phương pháp điểm trọng tâm cho thiết bị hợp thành Sum- Min

Xét một luật hợp thành có n mệnh đề Nếu tập mờ đầu ra, µR(y) của nó được

xác định với :

- Luật suy diễn Min (công thức (8b) hoặc (10b)) và,

- Luật hợp Sum (công thức (12b)),

thì người ta nói µR(y) đã được tính theo quy tắc Sum-min Một luật hợp thành có kèm theo quy tắc tính Sum-min được gọi là thiết bị hợp thành Sum-min.

- Với quy tắc Sum-min, và nếu không cần phải để ý tới giá trị cực đại

của hàm thuộc không được lớn hơn 1 (vẫn được áp dụng trong thực tế

ứng dụng của điều khiển mờ) thì giá trị mờ µR(y) đầu ra của luật hợp

Trang 32

thành sẽ chính là tổng của n giá trị mờ đầu ra µRi(y), i = 1, , n của

Thay (15) vào (14), sau đó đổi chỗ của tổng và tích phân cho nhau (hoàn toàn

có nghĩa, vì tổng và tích phân đều hội tụ) thì công thức tính y0 sẽ được đơn giảnnhư sau:

dy y y

dy y

y

1

1 0

)(

)()

(

)(

µ

µµ

y

dy y y

)(

µ

S Ri

i =∫ µ ( )

S Ri

i = ∫µ ( )Đặc biệt với tập mờ có hàm thuộc có hạng hình thang như hình bên, thì ta có:

có một điều đặc biệt ở đây nên chú ý là tuy công thức (16a) được dẫn ra với giả

thiết rằng phép tính thực hiện luật hợp thành là Sum-min song trong thực tế nó vẫn được áp dụng ngay cả khi luật hợp thành được thực hiện theo Max-min (thực hiện hợp mờ theo luật Max và suy diễn mờ theo luật Min).

Ví dụ 4: Quay lại bài toán điều khiển mực nước Khi đầu vào có giá trị rõ là

2m ta đã tính ra được giá trị mờ của luật hợp thành (nguyên tắc điều khiển) theo

Max-Min với hàm thuộc:

µR(y) = max {µR2(y), µR4(y)}

cho trong hình 9 Hình 13 biểu diễn lại hàm thuộc đó một cách chi tiết hơn vớicác giá trị cụ thể của nó

Như đã nói, tuy rằng µR(y) được xác định theo luật Max-min nhưng để giải

mờ với phương pháp điểm trọng tâm người ta vẫn thường sử dụng công thức(16) Từ hình 13 ta suy ra được

a) Với hình thang µR4(y)

Trang 33

57011343543014351343

4353538108364358103

5383

91957

2 4

,,

+

=

A A

M M y

Trang 34

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN

THANG MÁY NHÓM

2.2.1 GIỚI THIỆU:

Trước đây một số chỉ tiêu được dùng trong điều khiển thang máy nhómnhư:Thời gian đáp ứng lời gọi thang là ngắn nhất (tức là kể từ khi nhấn nút gọithang cho đến khi có buồng thang tới đón là ngắn nhất) hoặc là quãng đường đicủa buồng thang đến đáp ứng lời gọi thang là ngắn nhất Nhưng cùng một lúc cácchỉ tiêu đó không thể thực hiện được trong các bộ điều khiển thang máy thôngthường

Ngày nay nhiều phương pháp được đề xuất để áp dụng vào việc điều khiểnthang máy nhóm, có khả năng tổng hợp nhiều chỉ tiêu cùng một lúc như :Logic

mờ (Fuzzy Logic –FL),Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence-AI) hay giải thuật

di truyền (Genectic Algorithm –GA)…phần nào giải quyết bài toán tối ưu thangmáy nhóm theo một khía cạnh nào đó và kết quả chấp nhận được Cùng với sựphát triển của công nghệ vi xử lý và các bộ điều khiển khả trình PLC khả năngthực hiện các phương pháp này dễ dàng hơn và có tính linh hoạt hơn

Nhằm đánh giá được mức độ hiệu quả của một phương pháp của một mô hìnhđiều khiển ,thông thường ta xây dựng một chương trình mô phỏng để có thể phântích các số liệu cụ thể ,từ đó suy ra được các kết luận cụ thể Phương pháp nàynhanh chóng và đặc biệt là chi phí thấp

Trong khuôn khổ báo cáo tốt nghiệp này, em xin trình bày về lý thuyết điềukhiển mờ,hiểu rõ hoạt động của hệ thang máy nhóm và ứng dụng điều khiển mờvào trong bài toán điều khiển thang máy nhóm và lập trình một chương trình mô

phỏng thang máy nhóm có khả năng mở rộng đến m buồng n tầng (1<n<5 ,

1<m<20) và tải trọng của mỗi buồng thang (5-24 người) Đặc biệt chương trình

có khả năng thay đổi các thông số của bộ điều khiển mờ , để cho thích hợp với m buồng n tầng Ở đây em chỉ xét trường hợp 2 buồng 10 tầng ,tải trọng mỗi buồng

là 24 người Kết quả mô phỏng thu được đáng mong đợi

2.2.2 CẤU HÌNH HỆ THANG MÁY NHÓM:

 Khi thang đến một tầng nào đó, các HallCall tương ứng coi như đượcphục vụ và xoá HallCall đó ra khỏi danh sách chờ xử lý của bộ điềukhiển trung tâm Đồng thời, các yêu cầu đến tầng (CarRequest) đượcđưa ra do hành khách nhấn vào các nút từ 0-9 được đưa vào danh sáchchờ xử lý của riêng từng buồng thang đó

Tiêu đề	Điều Khiển Mở Thang Máy Nhóm
Tác giả	Võ Đại Bình
Người hướng dẫn	Cô Giáo Đỗ Thị Nga
Trường học	Trường Đại Học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Điều Khiển và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	4,14 MB