tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật mô tả toán học và thiết kế bộ điều khiển mờ lai để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Quan hệ vào/ra của bộ điều khiển mờ dạng hình khối...85 Hình 4.8: Kết nối các khối trong Simatic đến module mờ Fuzzy module...86... Về thực tiễn: Việc tích hợp điều khiển mờ vào PLC S7-3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Ánh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

PHẦN MỞ ĐẦU 9

1 Lý do lựa chọn đề tài 9

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 9

2.1 Ý nghĩa khoa học: 9

2.2 Về thực tiễn: 9

3 Mục tiêu nghiên cứu: 9

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: 10

5 Nội dung nghiên cứu: 10

Chương IV : Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300 10

CHƯƠNG 1 11

TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 11

1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC ( Programmable Logic Control): 11

1.2 PHÂN LOẠI PLC 13

1.3 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 13

1.3.1 Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder logic) 13

1.3.2 Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List) 13

1.3.3 Ngôn ngữ “ hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram) 14

1.3.4 Ngôn ngữ GRAPH 14

1.3.5 Ngôn ngữ High GRAPH 15

1.4 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC S7-300 15

1.4.1 Các tính năng của PLC S7-300 15

1.4.2 Các Module của PLC S7-300 15

1.4.3 Các module mềm trong S7-300 18

1.5 CHƯƠNG TRÌNH FCPA 20

1.5.1 Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA 20

1.5.2 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 20

1.5.3 Thanh ghi báo trạng thái làm việc của FB30 21

1.6 TẬP LỆNH CỦA S7-300 22

1.6.1 Bảng lệnh của PLC S7 – 300 (Siemens) 22

1.7 PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM 31

1.7.1 Phạm vi ứng dụng 31

1.7.2 Ưu nhược điểm 32

1.7.3 So sánh hệ điều khiển PLC với hệ điều khiển khác 33

CHƯƠNG II 34

TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 34

2.1 LOGIC MỜ 34

2.1.1 Lịch sử phát triển logic mờ 34

2.1.2 Khái niệm tập mờ 35

2.2 ĐIỀU KHIỂN MỜ 43

2.2.1 Cấu trúc bộ điều khiển mờ 43

2.2.2 Nguyên lý bộ điều khiển mờ 43

2.2.3 Phân loại điều khiển mờ và các mờ cơ bản 44

2.2.4 Các bộ điều khiển mờ nâng cao 44

2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 48

2.3.1 Bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân, tích phân 48

2.3.2 Các bộ điều khiển tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân, tỷ lệ vi tích phân 53

2.4 Các bộ điều khiển PID số 57

2.4.1 Tích phân xấp xỉ liên tục 57

2.4.2.Vi phân xấp xỉ liên tục 58

2.4.3 Xấp xỉ PID 58

Kết luận Chương 2 59

CHƯƠNG 3 61

MÔ TẢ TOÁN HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 61

3.1 Khái quát 61

3.2 Hệ chấp hành T-D 61

3.2.1 Vai trò và ưu khuyết điểm của hệ chấp hành T-Đ 61

3.2.2 Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập 62

3.3 Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định PID tốc độ động cơ điện một chiều64

3.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ PID cho động cơ điện một chiều65

3.3.2 Bộ chỉnh lưu 66

3.3.3 Máy phát tốc: 66

3.3.4 Biến dòng: 67

3.4 Cấu trúc hệ điều khiển tốc độ và phương pháp tổng hợp mạch vòng 67

3.4.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện: 67

3.4.2 Sơ đồ simulink của hệ như sau: 70

3.5 Tính phi tuyến của bộ điều khiển tốc độ 74

3.6 Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 75

3.6.1 Đặt vấn đề 75

3.6.2 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 76

CHƯƠNG 4 81

TÍCH HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀO PLC S7 300 81

4.1 Phương pháp tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7 300 81

4.1.1 Chương trình phần mềm tích hợp FCPA 81

4.2 Tiến hành tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC 84

4.2.1 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1 Kết luận 87

2 Kiến nghị 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số vật lý của động cơ điện một chiều 63

Bảng 3.1.Luật điều khiển Kp 76

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1.Nguyên lý chung về cấu trúc bộ điều khiển khả trình PLC 11

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 12

Hình.1.3 Ngôn ngữ lập trình LAD 13

Hình 1.4 Ngôn ngữ lập trình STL 13

Hình 1.5 Ngôn ngữ lập trình FBD 14

Hình 1.6 Ngôn ngữ lập trình GRAPH 14

Hình 1.7 Ngôn ngữ lập trình high GRAPH 15

Hình 1.8 Cổng giao tiếp các PLC 16

Hình 2.1.Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ 36

Hình 2.2 (a, b) Hàm liên thuộc kiểu tam giác, hình thang 37

Hình 2.3 Nguyên lý giải mờ theo phương pháp cực đại 40

Hình 2.4 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ 43

Hình 2.5 Nguyên lý bộ điều khiển mờ 43

Hình 2.6 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 45

Hình 2.7 Cấu trúc bộ điều khiển thích nghi 46

Hình 2.8 Cấu trúc bộ điều khiển mờ thích nghi trực tiếp 47

Hình 2.9 Cấu trúc bộ điều khiển mờ thích nghi gián tiếp 47

Hình 2.10 Cấu trúc bộ điều khiển tỷ lệ Kp 49

Hình 2.11 Cấu trúc bộ điều khiển tích phân Ki 50

Hình 2.12 Cấu trúc bộ điều khiển vi phân Kd 52

Hình 2.13 Cấu trúc bộ điều khiển PID 56

Hình 2.14 Mô hình điều khiển đối tượng bằng PID số 59

Hình 3.1 Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tốc độ sử dụng hệ chấp hành T-D 61

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập 62

Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi 64

Hình 3.6 Mô hình vòng điều chỉnh dòng phần ứng của ĐCMC trong vùng dòng điện liên tục 70

Hình 3.7 Đáp ứng dòng điện trong vùng dòng điện liên tục 70

Hình 3.8 Đáp ứng dòng điện khi K cl =20 71

Hình 3.9 Đáp ứng dòng điện khi K cl =19 71

Hình 3.10 Đáp ứng dòng điện khi K cl =17 72

Hình 3.11 Đáp ứng dòng điện khi K cl =17 và khi K cl =22 72

Hình 3.12 Mô hình vòng điều chỉnh tốc độ của ĐCMC 73

Hình 3.13 Đáp ứng tốc độ trong vùng liên tục 73

Hình 3.14 So sánh vận tốc đặt và đáp ứng tốc độ trong vùng liên tục 74

Hình 3.17 Mô hình mạch điều khiển dung chỉnh tốc độ của ĐCMC 79

Hình 3.18 Đáp ứng tốc độ khi có bộ điều khiển mờ 80

Hình 3.19 Đáp ứng so sánh bộ điều khiển tốc độ bộ PID và bộ điều khiển Fuzzy-PID 81

Hình 4.1: Khai báo biến ngôn ngữ vào/ ra 82

Hình 4.2 Cửa sổ soạn thảo biến ngôn ngữ vào ra và luật hợp thành 83

Hình 4.3 Cửa sổ soạn thảo các hàm liên thuộc của đầu vào K cl 84

Hình 4.4 Cửa sổ soạn thảo các hàm liên thuộc đầu ra K p 84

Hình 4.5 Màn hình soạn thảo luật điều khiển 84

Hình 4.6 Quan hệ vào/ra của bộ điều khiển mờ dạng hình khối 85

Hình 4.8: Kết nối các khối trong Simatic đến module mờ (Fuzzy module) 86

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Ngày nay hệ truyền động điện một chiều đang được dùng khá phổ biến trongnhiều ngành công nghiệp Hệ truyền động điện một chiều có những ưu điểm nhưđiều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, đặc tính cơ cứng … Tuy nhiên hệ truyềnđộng T-D cũng có nhiều nhược điểm là có vùng dòng điện gián đoạn và khi điệncảm phần ứng không đủ lớn, dòng điện tải lại nhỏ thì vùng gián đoạn càng bị mởrộng, làm cho việc điều chỉnh động cơ trong vùng gián đoạn gặp nhiều khó khăn,chất lượng điều chỉnh kém

Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại để nâng cao chấtlượng của hệ truyền động T-Đ là vấn đề cấp thiết, được nhiều người quan tâm Trong thời gian của khóa học cao học, chuyên ngành Tự Động Hóa tại trườngĐại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, được sự giúp đỡ của nhà trường vàPhó Giáo Sư Tiến Sĩ Lại Khắc Lãi em đã lựa chọn đề tài của mình là: “ Tích hợp bộđiều khiển mờ lai vào PLC S7-300 để điều khiển động cơ điện một chiều”

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

2.1 Ý nghĩa khoa học: Bằng cách sữ dụng bộ điều khiển mờ, đề tài góp phần

khắc phục nhược điểm của hệ thống T-Đ khi làm việc trong vùng dòng điện bị giánđoạn Đồng thời mở ra khả năng ứng dụng modul mở rộng ( Fuzzy modul) của PLCS7- 300 để nâng cao chất lượng các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

2.2 Về thực tiễn: Việc tích hợp điều khiển mờ vào PLC S7-300 để điều khiển hệ

thống , góp phần khai thác triệt để năng lực của thiết bị, giảm vốn đầu tư nâng caochất lượng hệ thống điều khiển

3 Mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu nắm chắc các modul mở rộng của PLC S7-300

- Thiết kế bộ điều khiển mờ lai điều chỉnh động cơ điện một chiều đảm bảo chấtlượng đề ra kể cả trong vùng dòng điện bị gián đoạn

- Cài đặt bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu trên PLC S7-300 và hệ thống T-Đ

- Nghiên cứu lý thuyết mờ lai ( Fuzzy-PID ) để xây dựng thuật toán điều khiển

- Mô phỏng để kiểm tra thuật toán

5 Nội dung nghiên cứu:

Chương 1 : Tìm hiểu về PLC S7-300

Chương 2 : Tổng quan về bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PID

Chương 3 : Mô tả toán học và thiết kế bộ điều khiển mờ lai để điều chỉnh tốc

độ động cơ điện một chiều

Chương 4 : Tích hợp bộ điều khiển mờ vào PLC S7-300

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC ( Programmable Logic Control):

Ý tưởng thiết kế bộ PLC được hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors với ý tưởng ban đầu là thiết kế bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

 Dễ dàng sửa chữa và thay thế

 Ổn định trong môi trường công nghiệp

 Giá cả cạnh tranh

Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linhhoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việcthể hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy với chương trình điều khiển trongmình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dể thay đổi thuật toán và đặcbiệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặcmáy tính khác) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLCdưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện theochu kỳ của vòng quét

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải cótính năng như một máy tính, nghĩa là nó phải có một bộ vi xứ lý (CPU), một hệ điềuhành, bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giaotiếp với các dối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh

Hình 1.1.Nguyên lý chung về cấu trúc bộ điều khiển khả trình PLC

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC

MemoryCPU

Cảm biến, cơ cấu chấp hành

I/O

1.2 PHÂN LOẠI PLC

PLC được phân loại theo 2 cách sau

 Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi,Alenbratlay …

 Version:

Ví dụ : PLC Siemen có các dòng: Logo, Zen, S7-200, S7-300, S7-400

PLC Misumishi có các dòng: Fx, Fx0, FxON

1.3 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụcác đối tượng sử dụng khác nhau PLC S7-300 có 5 loại ngôn ngữ lập trình cơ bản

1.3.1 Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu LAD (Ladder logic)

Hình.1.3 Ngôn ngữ lập trình LADĐây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic

1.3.2 Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List).

Hình 1.4 Ngôn ngữ lập trình STL

Đây là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chường trình đượcghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm mỗi hàng vàđiều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “ toán hạng”.

1.3.3 Ngôn ngữ “ hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).

Hình 1.5 Ngôn ngữ lập trình FBD Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển số

1.3.5 Ngôn ngữ High GRAPH

Hình 1.7 Ngôn ngữ lập trình high GRAPH

Đây là ngôn ngữ được phát triển từ ngôn ngữ GRAPH

 Các Bus nối tích hợp phía sau các Module

 Có thể nối mạng Multipoint Interface (MPI), Profibus hoặc IndustrialEthernet

 Thiết bị lập trình trung tâm có thể truy cập đến các Module

 Không hạn chế rãnh

 Cài đặt cấu hình và thông số với công cụ trợ giúp “HW-Config”

1.4.2 Các Module của PLC S7-300

 Module CPU

Module CPU là module chứa bộ vi xữ lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ địnhthời, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) … và còn có một vài cổng vào/ra số Cáccổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau Chúng được đặt tên theo bộ

vi xữ lý có trong nó

Những module cùng sữ dụng một loại bộ vi xữ lý, nhưng khác nhau về cổng vào

ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệđiều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhautrong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổngtruyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Nhưmạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) Các loại CPU này được phân biệt với cácloại CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port)

Hình 1.8 Cổng giao tiếp các PLC Các loại module mở rộng:

 PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại loại 2A, 5A và 10A

 SM ( Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:

 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số với số lượngcổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24V/DC

và 120/230V/AC

 DO (Digital Out): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng

có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24V/DC vàngắt điện từ

 DI/DO (Digital Input/Digital Output): Module mở rộng các cổng vào/

ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra, 16 vào/16 ra tùy theotừng loại module

 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Về bảnchất chúng là những bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

có độ dài 12 bits Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùytheo từng loại module Tín hiệu vào có thể là điện áp, dòng điện hayđiện trở

 AO (Analog Output): Là module mở rộng các cổng ra tương tự.Chúng là những bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự 12bits Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo từng loạimodule Tín hiệu ra có thể là điện áp, dòng điện

 IM (Interface Module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng

có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối

và được quản lý chung bởi CPU Thông thường các module mở rộng được gá

trên một thanh đở gọi là rack Trên mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8

module mở rộng Mỗi module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp vớinhiều nhất là 4 racks và các rack này được nối với nhau bằng module IM

Hình 1.9 Sơ đồ phân bố các rack

 CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng(MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữaPLC với máy tính

 FM ( Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, như modulediều khiển động cơ servo, module diều khiển động cơ bước, module PID,module điều khiển vòng kín, module đếm, module điều khiển hồi tiếp…

1.4.3 Các module mềm trong S7-300

 Module mềm PID

Trong phần mềm Step7 cung cấp các module mềm PID để điều khiển các đốitượng có mô hình liên tục như lò, động cơ, mức … Đầu ra của đối tượng được đưavào đầu vào của bộ điều khiển thông qua các cổng vào tương tự của module tương

tự của S7-300 Tín hiệu ra của bộ điều khiển có nhiều dạng và được đưa đến các cơcấu chấp hành qua các module vào ra khác nhau như:

 Qua cổng ra tương tự của module ra tương tự (AO)

 Qua cổng ra số của module ra số (DO)

 Qua các cổng phát ra xung tốc độ cao.

Phụ thuộc vào cơ cấu chấp hành, người sử dụng có thể chọn được modulemềm PID tương thích Ba module được tích hợp trong phần mềm Step7 phù hợp với

ba kiểu cơ cấu chấp hành sau:

1) Điều khiển liên tục với module mềm FB41 (tên hình thức CONT_C) 2) Điều khiển bước với module mềm FB42 (tên hình thức CONT_S) 3) Điều khiển kiểu phát xung với khối hàm hổ trợ FB43 (tên hình thứcPULSEGEN)

Mỗi module mềm PID đều có một khối dữ liệu riêng (DB) để lưu dữ các dữliệu để phục vụ cho chu trình tính toán thực hiện luật điều khiển Các khối hàm FBcủa module mềm PID đều cập nhật được những khối dữ liệu này ở mọi thời điểm Module mềm FB “PULSEGEN” được sử dụng kết hợp với module mềm FB

“CONT_C” nhằm tạo ra bộ điều khiển có tín hiệu ra dạng xung tốc độ cao thích ứngvới cơ cấu chấp hành kiểu tỷ lệ

 Điều khiển liên tục với FB41”CONT_C”

FB41 “CONT_C” được sử dụng để điều khiển các quá trình kỹ thuật với các biếnđầu vào và đầu ra tương tự trên cơ sở thiết bị khả trình Simatic Trong khi thiết lậptham số, có thể tích cực hoặc không tích cực một số thành phần chức năng của bộđiều khiển PID cho phù hợp với đối tượng

 Điều khiển bước với FB42 “CONT_S”

FB42 ”CONT_S ” là một module mềm được tích hợp sẵn trong phần mềmSTEP7.FB42 “CONT_S” được sử dụng trên cơ sở Simatic S7-300 để điều khiển cácđối tượng kỹ thuật với đầu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số.Tín hiệu số hoàn toànthích hợp đối với các cơ cấu chấp hành kiểu tích phân Trong thiết lập tham số, thìngười thiết kế có thể tích cực hoặc không tích cực bộ điều khiển PI bước cho phùhợp với yêu cầu của bài toán đặt ra Ta có thể sữ dụng FB42 như bộ điều khiển theoluật PI với tín hiệu chủ đạo đặt trước hoặc có thể sử dụng nó trong mạch vòng điềukhiển phụ trong hệ thống thiết kế dựa trên nguyên tắc điều khiển cascade Chức

năng của bộ điều khiển này hoàn toàn tuân theo thuật điều khiển PI với tín hiệu quátrình là tín hiệu tương tự và tín hiệu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số.

 Khối hàm tạo xung FB43 “PULSEGEN”

Khối hàm FB43”PULSEGEN” có tác dụng hổ trợ việc thiết kế một bộ điềukhiển PID hai hoặc ba vị trí với bộ tạo xung theo nguyên tắc điều biên Nó biến đổitín hiệu đầu vào INV dạng số thực thành một dãy xung có chu kỳ cố định và độrộng tương ứng với độ lớn đầu vào

Khối hàm FB43 “PULSEGEN” thường sử dụng cùng với FB41 “CONT_C”

để có bộ điều khiển PID với tín hiệu đầu ra dạng xung

1.5 CHƯƠNG TRÌNH FCPA

1.5.1 Chuẩn bị một Project cho việc khai báo bộ điều khiển mờ bằng FCPA

Chương trình FCPA (Fuzzy Control Parameter Assignment) là phần mềm hỗtrợ việc tạo lập bộ điều khiển mờ cho PLC Simatic S7-300 Nó được tích hợp vàoPLC S7-300 để điều khiển đối tượng theo trình tự các bước như sau:

 Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào/ra

 Định nghĩa tập mờ cho các biến vào/ra

 Xây dựng luật điều khiển

 Chọn động cơ suy diễn

 Chọn phương pháp giải mờ

Bộ điều khiển mờ được tổng hợp với FCPA có dạng một khối dữ liệu (DB) Khối

DB được tạo ra bởi FCPA được gọi là khối DB mờ và được sử dụng cùng với FBFuzzy Control có trong Project FuzConEx khi cài đặt chương trình Fuzzy/FB vớitên mặc định là FB30

1.5.2 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control)

Bộ điều khiển mờ được soạn thảo xong cần phải được cất giữ vào Projectbằng lệnh File/save Nó sẽ được lưu trữ vào Project dưới dạng một khối DB mà tađặt tên Khối dữ liệu mờ này được sử dụng cùng với khối hàm FB30 đã được lấy từProject FuzConEx trong thư viện Simatic Manager Bởi vậy khi sử dụng khối dữ

liệu mờ ta phải kết thúc FCPA và quay lại Simatic Manager Ta sủ dụng cấu trúc

sau:

CALL FB30 ,DBx Trong đó: DBx: Là khối dữ liệu mờ FB30 (tên hình thức Fuzzy Control) có 8 đầu vào INPUT1÷ INPUT8, kiểu số thực, 5 biến ra OUTPUT1÷ OUTPUT4 cũng kiểu số thực và INFO kiểu byte Khi thực hiện lệnh gọi như trên thì toàn bộ 8 biến đầu vào và 5 biến hình thức đầu ra sẽ hiện trên màn hình chờ truyền tham trị: CALL FB 30 , DBx INPUT1 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu vào INPUT2 := //

INPUT3 := //

INPUT4 := //

INPUT5 := //

INPUT6 := //

-INPUT7 := // -

INPUT8 := // Chỉ gán ngôn ngữ cho những biến đầu vào OUTPUT1 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu ra OUTPUT2 := //

OUTPUT3 := //

-OUTPUT4 := // Chỉ gán những giá trị cho biến đầu ra INFO := // Thanh ghi báo trạng thái của FB30 1.5.3 Thanh ghi báo trạng thái làm việc của FB30 Giá trị trả về có tên INFO với kích thước một byte là mã báo trạng thái thực hiện công việc của khối hàm FB30 Nó được quy định như sau: B#16#00 Khối hàm FB30 đã thực hiện bình thường B#16#01 Khối hàm FB30 không được thực hiện Giá trị trả về ở đầu ra vẫn là giá trị cũ

B#16#11 Không tìm thấy khối DB mờ đã chỉ thị Có thể khối

DB mờ này không được đổ vào CPU

B#16#21 Khối dữ liệu DB mờ được gọi theo hàm FB30 không cùng kích thước về biến vào ra

1.6 TẬP LỆNH CỦA S7-300

1.6.1 Bảng lệnh của PLC S7 – 300 (Siemens)

1 + n Cộng các số được viết ở điểm n

2 - n Nội dung của RLOhiện hành được gán cho đối tượng n

lệnh này không có đối tượng

4 +AR1 n Cộng nội dung của ACCUI hoặc nội dung tại con trỏ n

với nội dung có địa chỉ ở thanh ghi 1

5 +AR2 n Cộng nội dung của ACCUI hoặc nội dung tại con trỏ n

với nội dung có địa chỉ ở thanh ghi 2

quả để ở ACCU1

ACCU1 kết quả để ở ACCU1

quả để ở ACCU1

ACCU1 kết quả để ở ACCU1

bằng nhau không

11 <> D So sánh hai số nguyên 32 bit ở ACCU1 và ACCU2 có

khác nhau không

12 > D So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn số

nguyên 32 bit ở ACCU1 không

nguyên 32 bit ở ACCU1 không

bằng số nguyên 32 bit ở ACCU1 không

15 <▪D So sánh số nguyên 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay

bằng số nguyên 32 bit ở ACCU1 không

quả để ở ACCU1

ACCU1, kết quả để ở ACCU1

quả để ở ACCU1

19 /1 Chia số nguyên 16 bit ở ACCU2 cho số nguyên 16 bit ở

ACCU1 kết quả để ở ACCU1

bằng nhau không

21 <>1 So sánh hai số nguyên 16 bit ở ACCU1 và ACCU2 có

khác nhau không

22 >1 So sánh số nguyên 16 bit ở ACCU2 có lớn hơn số

nguyên 16 bit ở ACCU1 không

nguyên 16 bit ở ACCU1 không

bằng số nguyên 16 bit ở ACCU1 không

bằng số nguyên 16 bit ở ACCU1 không

32 > R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn số thực 32

bit ở ACCU1 không

33 < R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn số thực 32

bit ở ACCU1 không

34 >▪R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có lớn hơn hay bằng

số thực 32 bit ở ACCU1 không

35 <▪R So sánh số thực 32 bit ở ACCU2 có nhỏ hơn hay bằng

số thực 32 bit ở ACCU1 không

36 A n Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị

của điểm n, chỉ dẫn trong lệnh kết quả ghi vào RLO

toán trong ngoặc (đơn vị bit) kết quả nạp vào RLO

38 ABS Lấy trị tuyệt đối của số thực 32 bit

ACCU2 kết quả để ở ACCU1 (32 bit)

40 AN n Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của điểm n (đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnh,kết quả ghi vào RLO

41 AN( Thực hiện lệnh AND giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của biểu thức trong ngoặc (có đóng ngoặc),kết quả ghi vào RLO

ACCU2 kết quả để ở ACCU1 (16 bit)

43 BEC Lệnh kết thúc có điều kiện giữa khối (RLO:I)

44 BEU Lệnh kết thúc khối không điều kiện, không phụ thuộc

vào RLO

49 CAR Chuyển nội dung thanh ghi 1 với nội dung thanh ghi 2

không phụ thuộc vào RLO nữa

54 CDB Chuyển khối dữ liệu chung thành khối dữ liệu riêng

không phụ thuộc vào RLO nữa

62 FR T Khởi động bộ thời gian TIME cả khi không có biến đổi

sườn để khởi động bộ thời gian

63 FR C Khởi động bộ đếm COUTER cả khi không có biến đổi

sườn để đặt một bộ đếm, đếm lên hoặc đếm xuống

69 JBI n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 1

70 JC n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu RLO = 1

71 JCB n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 1 và RLO =1

72 JNC n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu RLO = 0

73 JL n Nhảy đến ghi nhãn ở n

hoặc 0, CC0 = 0 hoặc 1)

76 JN Nhảy nếu kết quả là khác không ( CC1 = 1 hoặc 0, CC0

= 0 hoặc 1)

77 JNB n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu RLO =0 và BR = 0

78 JNBI n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu BR = 0

79 JO n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu VO = 1

80 JOS n Nhảy sang làm việc ở nhãn n nếu OS = 0

82 JPZ Nhảy nếu kết quả là lớn hơn hoặc bằng không ( CC1 =0

hoặc 1, CC0 = 0 hoặc 1 )

83 JU n Nhảy sang làm việc ở nhãn n không phụ thuộc vào

RLO và RLO không bị ảnh hưởng

85 JZ Nhảy nếu ( CC1 = 0, CC0 = 0)

86 L n Nội dung của đối tượng lệnh ( đơn vị byte) được sao

chép vào ACCU1 không phụ thuộc vào RLO, nội dungtrước đó của ACCU1 chuyển sang ACCU2

87 LC Nạp giá trị tức thời (số nguyên) của bộ đếm vào

ACCU1

88 LT Nạp giá trị tức thời (số nguyên) của bộ thời gian vào

ACCU1

90 L DBNO Nạp số của khối dữ liệu DB vào ACCU1

91 L DILG Nạp độ dài của khối dữ liệu DI vào ACCU1

92 L DINO Nạp số của khối dữ liệu DI vào ACCU1

93 L STW Nạp từ trạng thái vào ACCU1

95 LAR 1 n Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ vị trí n ghi trong lệnh

96 LAR 1 AR2 Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ thanh ghi 2

97 LAR 1 P# Nạp địa chỉ vào thanh ghi 1 từ địa chỉ tại con trỏ (số

thực kép)

99 LAR 2 n Nạp địa chỉ vàothanh ghi 2 từ vị trí ghi trong lệnh

100 LAR 2 P# Nạp vào thanh ghi 2 từ địa chỉ tại con trỏ ( số thực kép)

101 LC C Nạp số đệm hiện thời dạng mã BCD vào ACCU1

102 LC T Nạp số giá trị hiện thời dạng mã BCD vào ACCU1

108 MOD Phép chia lấy phần dư của số nguyên 32 bit ở ACCU2

cho số nguyên 32 bit ở ACCU1, kết quả để ở ACCU1

109 NEGD Lấy số bù hai của số nguyên 32 bit

110 NEGI Lấy số bù hai của số nguyên 16 bit

112 NOP 0 Mã lệnh 16 bit trong RAM đều bằng 0 (để giữ chổ)

113 NOP 1 Mã lệnh 16 bit trong RAM đều bằng 1 (để giữ chổ)

115 O n Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của điểm n ( đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnh,kết quả ghi vào RLO

116 O( Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với phép

toán trong ngoặc ( có đóng ngoặc), kết quả phép toánnạp vào RLO

ACCU2, kết quả để ở ACCU1 (32 bit)

118 ON n Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo của điểm n (đơn vị bit) chỉ dẫn trong lệnhkết quả ghi vào RLO

119 ON( Thực hiện lệnh OR giữa nội dung của RLO với giá trị

nghịch đảo phép toán trong ngoặc (có đóng ngoặc), kếtquả ghi vào RLO

kết quả để ở ACCU1 (16 bit)

124 R n Nếu nội dung của RLO là một trạng thái tín hiệu o sẽ

được gán cho đối tượng n và trạng thái này không đổikhi RLO thay đổi

125 R T Xóa bộ thời gian nếu RLO = 1

126 R C Xóa bộ đếm nếu RLO = 1

127 RLD n Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang trái n bit

128 RLDA Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang trái 1 bit qua CC 1

129 RND Đổi số thực 32 bit thành số nguyên 32 bit

130 RND+ Đổi số thực 32 bit thành số nguyên 32 bit, nếu là số

dương thì làm tròn tăng, là số âm thì bỏ phần thập phân

131 RND- Đổi số thực 32 bit thành số nguyên 32 bit, nếu là số âm

thì làm tròn tăng, là số dương thì bỏ phần thập phân

132 RRD n Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang phải n bit

133 RRDA Quay tròn từ kép ở ACCU1 sang phải 1 bit qua CC 1

134 S n Nếu nội dung RLO là 1 thì trạng thái tín hiệu 1 sẽ được

gán cho đối tượng n và trạng thái này không thay đổikhi RLO thay đổi

135 S C Đặt bộ đếm nếu RLO = 1

136 SAVE Cất kết quả của phép tính logic vào thanh ghi BR

bằng thời gian đặt, khi RLO về 0 thì bộ thời gian về 0ngay

138 SE Bộ thời gian lên 1, khi RLO chuyển từ 0 lên 1 (sườn

lên) và duy trì đủ thời gian đặt, không phụ thuộc RLOnữa

140 SF Bộ thời gian lên 1 tại sườn lên RLO, khi RLO về 0 thì

bộ thời gian còn duy trì một khoảng thời gian bằng thờigian đặt

141 SLD n Dịch từ kép trong ACCU1 sang trái n bit hoặc số bit

dịch được nạp vào ACCU2

142 SLW n Dịch từ đơn trong ACCU1 sang trái n bit hoặc số bit

dịch được nạp vào ACCU2

143 SP Bộ thời gian lên 1khi RLO chuyển từ 0 lên 1 ( sườn lên

và duy trì cho đến khi đạt thời gian đã đặt RLO = 1),khi RLO = 0 thì bộ thời gian về 0 ngay

144 SRD n Dịch từ kép trong ACCU1 sang phải n bit hoặc số bít

dịch được nạp vào ACCU2

145 SRW n Dịch từ đơn trong ACCU1 sang phải n bit hoặc số bít

dịch được nạp vào ACCU2

bằng thời gian đặt và không phụ thuộc vào RLO nữa,

nó chỉ về 0 khi có lệnh xóa R

147 SSD n Dịch số nguyên 32 bít trong ACCU1 sang phải n bít

hoặc số bít dịch được nạp vào ACCU2, các bít trốngđược chèn bít dấu của số nguyên

148 SSI n Dịch số nguyên 16 bít trong ACCU1 sang phải n bít

hoặc số bít dịch được nạp vào ACCU2, các bít trốngđược chèn bít dấu của số nguyên

149 T n Nội dung của ACCU1 truyền cho đối tượng n (đơn vị

byte) không phụ thuộc RLO, ví dụ truyền cho vùngđệm đầu ra

150 T STW Truyền từ trạng thái tới ACCU1

151 TAK Lệnh trao đổi nội dung trong ACCU1 và ACCU2

152 TAR1 Truyền địa chỉ trong thanh ghi 1 đến ACCU1

153 TAR1 n Truyền địa chỉ trong thanh ghi 1 đến vị trí được chỉ

trong lệnh

154 TAR1 AR2 Truyền địa chỉ trong thanh ghi 1 đến thanh ghi 2

155 TAR2 Truyền địa chỉ trong thanh ghi 2 đến ACCU1

156 TAR1 n Truyền địa chỉ trong thanh ghi 2 đến vị trí được chỉ

trong lệnh

157 TRUNC Chuyển số thực 32 bít trong ACCU1 thành số nguyên

32 bít có dấu

159 X n Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung của RLO

với giá trị của điểm n (đơn vị bít) chỉ dẫn trong lệnh,kết quả ghi vào RLO

phép toán trong ngoặc (có đóng ngoặc), kết quả nạp vàoRLO

161 XN n Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung RLO với

giá trị nghịch đảo của điểm n, kết quả ghi vào RLO

162 XN( Thực hiện lệnh OR (đặc biệt) giữa nội dung RLO với

giá trị nghịch đảo của phép toán ( có đóng ngoặc), kếtquả ghi vào RLO

163 XOD Thực hiện lệnh OR đặc biệt giữa các bít của hai từ kép

164 XOW Thực hiện lệnh OR đặc biệt giữa các bít của hai từ đơn

1.7 PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM

1.7.1 Phạm vi ứng dụng

PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, Máy côngnghiệp, Thiết bị y tế, công nghệ ôtô …

1.7.2 Ưu nhược điểm

trước đây, bộ PLC thường rất đắt, khả năng hoạt động hạn chế và quy trìnhlập trình phức tạp Vì những lý do đó mà PLC chỉ được dùng trong các nhà máy và

các thiết bị đặc biệt, ngày nay do giảm giá liên tục, kèm theo tăng khả năng củaPLC dẫn đến kết quả là ngày càng được áp dụng rộng rãi cho các thiết bị máy móc

Có thể kể đến các ưu điểm của PLC như sau

 Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu Module cho phép thích nghinhanh với mọi chức năng điều khiển Khi đã được lắp ghép thì PLC sẳnsàng làm việc ngay

 Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ điện Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng vì vậy việc bảo dưỡng định kỳkhông cần thiết

 Dể dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình được tiếnhành đơn giản Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiểnđang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập lệnh khác, gần nhưkhông cần mắc nối lại dây (tuy nhiên có nhiều trường hợp vẫn có thể đấunối lại) Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả

 Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết được các đầu vào và các đầu ra thì cóthể đánh giá được kích cở yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài của chươngtrình Do đó có thể dể dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp vớicác yêu cầu công nghệ đặt ra

 Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thìchi phi lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với các bộ rơ le, đó là dogiảm phần lớn lao động lắp ráp

 Tiết kiệm không gian

 Có nhiều chức năng:PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết

bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Người ta thườngdùng PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dể dàng thuận tiện trongtính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thayđổi các thông số

 Về giá trị kinh tế: Khi xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến sốlượng đầu ra và đầu vào Quan hệ về giá thành với số lượng đầu vào/ra

nếu số lượng vào/ra qua ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, nhưng khi lượngđầu vào/ra tăng thì hệ PLC kinh tế hơn hẳn.

1.7.3 So sánh hệ điều khiển PLC với hệ điều khiển khác

1.7.3.1 Hệ điều khiển rơle – Công tắc tơ

 Nhiều bộ phận đã được chuẩn hóa

 Ít nhạy cảm với nhiễu

 Kinh tế với hệ thống nhỏ

 Thời gian lắp đặt lâu

 Thay đổi khó khăn

 Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn phức tạp

 Cần bảo quản thường xuyên

bị đầu ra

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2.1 LOGIC MỜ

2.1.1 Lịch sử phát triển logic mờ

Từ những năm của đầu thập niên 90 cho đến nay, hệ điều khiển mờ và mạngnoron (Fuzzy system and neural network) được các nhà khoa học và các kỹ sư tronglĩnh vực khoa học kỹ thuật đặc biệt quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất.Tập mờ và logic mờ dựa trên các suy luận của con người về các thông tin “khôngchính xác” hoặc “không đầy đủ” về hệ thống để hiểu biết và điều khiển hệ thốngmột cách không chính xác.Điều khiển mờ chính là bắt chước cách sử lý thông tin vàđiều khiển của con người đối với các đối tượng, do vậy điều khiển mờ đã giải quyếtthành công các vấn đề điều khiển phức tạp mà trước đây giải quyết chưa được Lịch sử của điều khiển mờ bắt đầu từ năm 1965, khi giáo sư Lofti A Zadeh ở

Mỹ đã đưa ra khái niệm về lý thuyết mờ (Fuzzy set theory) Từ đó trở đi các nghiêncứu lý thuyết và ứng dụng tập mờ phát triển một cách mạnh mẽ

 Năm 1972 hai giáo sư Terano và Asai đã thiết lập ra cơ sở nghiên cứu hệ thống mờ ở Nhật

 Năm 1974 Mamdani đã nghiên cứu điều khiển mờ cho lò hơi

 Năm 1980 hãng Smidth Co Đã bắt đầu nghiên cứu điều khiển mờ cho lò xi măng

 Năm 1983 hãng Fuji Electric đã nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ cho nhàmáy xử lý nước

 Năm 1984 Hiệp hội hệ thống mờ quốc tế (IFSA) được thành lập

 Năm 1989 phòng thí nghiệm quốc tế nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mờ đầu tiên được thành lập

Cho đến nay có rất nhiều tài liệu nghiên cứu lý thuyết và các kết quả ứng dụng lý thuyết mờ trong điều khiển hệ thống Tuy vậy tính nhất loạt cho các ứng

dụng thực tế của logic mờ vẫn còn đang thu hút nhiều tranh luận sôi nổi và hứa hẹn

Cho một tập hợp A, một phần tử x thuộc A được ký hiệu xA Để biểu diểnmột tập hợp A trên tập nền X, ta dùng hàm thuộc A(x), với:

A

1 khi x A(x)

 (x) chỉ nhận một trong hai giá trị là “1” hoặc “0”

ký hiệu = (xM x thỏa mãn một số tính chất nào đó) Ta nói tập A được định nghĩatrên tập nền X

2.1.2.2 Định nghĩa tập mờ

Tập mờ B được xác định trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi phân tử của

nó được biểu diễn bởi một cặp giá trị (x, B(x)) Trong đó xM và B(x)là ánh xạ Ánh xạ B(x) được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ B

Tập kinh điển M được gọi là cơ sở của tập mờ B

2.1.2.3 Các thông số đặc trưng cho tập mờ

Các thông số đặc trưng cho tập mờ là độ cao, miền xác định và miền tin cậy

 Miền tin cậy

Miền tin cậy của tập mờ B (được định nghĩa trên cơ sở M) được ký hiệu bởi

T, là tập con của M có giá trị hàm liên thuộc bằng 1:

S = {xM  F(X) = 1}

2.1.2.4 Các hàm liên thuộc của tập mờ

Cấu trúc của tập mờ phụ thuộc vào hai yếu tố:

- Sự nhận dạng vật thể của tập mờ

- Tính chất của hàm liên thuộc

Trong kỹ thuật điều khiển mờ thông thường các hàm liên thuộc thường dùng làcác hàm tuyến tính từng đoạn và gọi chung là hàm liên thuộc có mức chuyển đổituyến tính Đó là các hàm liên thuộc có các kiểu sau:

 Hàm liên thuộc kiểu tam giác (hình 2.2)

Hàm liên thuộc kiểu tam giác được xác định bởi bộ ba tham số {a, b, c}

(2.2)

 Hàm liên thuộc kiểu tam giác (hình 2.3)

Hàm liên thuộc kiểu hình thang được xác định bởi bộ bốn tham số {a, b, c, d}

Hình 2.2 (a, b) Hàm liên thuộc kiểu tam giác, hình thang

Do biểu thức đơn giản và tính toán dễ dàng mà cả hai dạng hàm liên thuộc kiểutam giác và hình thang được sử dụng rộng rãi trong các bài toán điều khiển mờ, đặcbiệt đối hệ điều khiển “thời gian thực” Tuy nhiên các hàm liên thuộc này chỉ gồmcác đoạn thẳng nên không mềm mại ở các điểm gãy Do vậy khi làm những bài toánphức tạp khác ta sẽ sử dụng các loại hàm liên thuộc kiểu khác

 Hàm liên thuộc Gauss: Hàm này được xác định bởi hai tham số {δ, c}

2 2

 Hàm liên thuộc hình chuông: Hàm này được xác định bởi ba tham số

{a, b, c}

A 2b

1(x :a, b,c)

x c1

a



 (2.5)

Trong đó b thường là số dương Ta có thể chỉnh định c và a để thay đổi tâm

và độ rộng, dùng b để điều khiển độ dốc ở các điểm cắt của hàm liên thuộc

 Hàm liên thuộc Sigmoid: Hàm này được xác định bởi hai tham số {a, c} A

1(x :a,c)

1 exp[ a(x c)]

   (2.6) Trong đó a điều khiển độ dốc ở điểm cắt x = c

2.1.2.5 Biến ngôn ngữ và giá trị biến ngôn ngữ:

Khi các biến nhận các giá trị không rõ ràng như “lạnh “, “rất lạnh”, “hơi lạnh” takhông thể dùng giá trị rõ để mô tả được mà phải sử dụng các khái niệm mới để mô

tả gọi là biến ngôn ngữ

Một biến có thể gán bởi các từ trong ngôn ngữ tự nhiên làm rõ giá trị của nó gọi

là biến ngôn ngữ

Một biến ngôn ngữ thường bao gồm 4 thông số X, T, U, M:

- X: Tên của biến ngôn ngữ

- T: Tập của các giá trị ngôn ngữ

- U: Không gian nền mà trên đó biến ngôn ngữ X nhận các giá trị rõ

- M: Chỉ ra sự phân bố của T trên U

Mỗi giá trị ngôn ngữ có tập nền là miền giá trị vật lý Từ một giá trị vật lý củabiến ngôn ngữ ta có được một vecto μ gồm các độ phụ thuộc của x

Luật điều khiển: nếu  = A thì  = B được gọi là mệnh đề hợp thành

 = A gọi là mệnh đề điều kiện

- Luật Max – Min

- Luật Max – Prod

- Luật Sum – Min

- Luật Sum – Prod

Để giải mờ theo phương pháp cực đại, ta thực hiện theo các bước sau

 Xác định miền chứa giá trị rõ y0(miền G) Đó là miền mà tại đó hàm liên thuộc B’(y) đạt giá trị cực đại (độ cao H của tập mờ B’)

Hình 2.3 Nguyên lý giải mờ theo phương pháp cực đại + Nguyên lý trung bình

Giá trị rõ y0 sẽ là trung bình cộng của y1 và y2

Giá trị rõ y0 được lấy cận trái y1 của G

y1 infy G ( )y



 (2.9)+ Nguyên lý cận phải

Giá trị rõ y0 được lấy cận phải y2 của G

 Phương pháp điểm trọng tâm

Điểm y’ được xác định là hoành độ của điểm trọng tâm miền được bao bởi trục hoành và đường B’(y)

 Phương pháp điểm trọng tâm cho luật Sum-Min

Giả sử có m luật điều khiển được triển khai Lúc đó mỗi giá trị đầu ra của bộ điềukhiển sẽ là tổng của m giá trị mờ đầu ra của từng luật hợp thành Ký hiệu mờ đầu racủa luật hợp thành thứ k là B’k(y) với k=1, 2, 3, m Với quy tắc Sum-Min, hàmliên thuộc sẽ là:

không tốt Trong kỹ thuật điều khiển người ta thường sử dụng mô hình Sugeno.

Tagaki-Sugeno đưa ra mô hình mờ sử dụng không gian trạng thái mờ lẫn mô

tả linh hoạt hệ thống theo Tagaki-Sugeno thì vùng mờ LX k được mô tả bởi luật

A(x )x B(x )u

của hệ thống được xây dựng thì có thể mô tả toàn bộ trạng thái của hệ trong toàncục Trong (2.15) ma trận A(x )k và ma trận B(x )k là những ma trận hằng của hệthống ở trọng tâm của miền LXk được xác định từ các chương trình nhận dạng Từ

N

k k

2.2 ĐIỀU KHIỂN MỜ

2.2.1 Cấu trúc bộ điều khiển mờ

Hình 2.4 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờMột bộ điều khiển mờ gồm ba khâu cơ bản sau:

+ Khâu mờ hóa

+ Luật hợp thành

+ Khâu giải mờ

2.2.2 Nguyên lý bộ điều khiển mờ

Hình 2.5 Nguyên lý bộ điều khiển mờ

 Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ

+ Giao diện đầu vào : Gồm các khâu mờ hóa và các khâu hiệu chỉnh như tỷ

lệ, tích phân, vi phân

+ Thiết bị hợp thành: Sự triển khai luật hợp thành R

+ Giao diện đầu ra: Khâu giải mờ và các khâu giao diện trực tiếp với đốitượng

Thiết bị hợp thành

2.2.3 Phân loại điều khiển mờ và các mờ cơ bản

2.2.3.1.Phân loại bộ điều khiển mờ

Cũng giống như bộ điều khiển kinh điển, bộ điều khiển mờ được phân loại dựatrên các quan điểm khác nhau

 Theo số lượng đầu vào và đầu ra

+ Bộ điều khiển mờ một vào một ra ( SISO )

+ Bộ điều khiển mờ nhiều vào một ra (MISO)

+ Bộ điều khiển mờ nhiều vào nhiều ra ( MIMO)

 Theo bản chất của tín hiệu đưa vào bộ điều khiển

+ Bộ điều khiển mờ tĩnh

+ Bộ điều khiển mờ động

2.2.3.2 Các bộ điều khiển mờ cơ bản

+ Bộ điều khiển Mamdani (MCFC)

+ Bộ điều khiển tra bảng (CMFC)

+ Bộ điều khiển Tagaki-Sugeno (TSFC)

2.2.4 Các bộ điều khiển mờ nâng cao

2.2.4.1.Hệ điều khiển thích nghi mờ:

Hệ điều khiển thích nghi mờ là hệ điều khiển thích nghi được xây dựng trên cơ

sở của hệ mờ

 Phân loại hệ điều khiển thích nghi mờ

Hệ điều khiển thích nghi mờ được phân thành hai loại