Báo cáo sơ bộ về bộ điều khiển mờ theo luật PID

Báo cáo sơ bộ về bộ điều khiển mờ theo luật PID A Lí thyết Bộ điều khiển mờ PID được thiết kế theo hai thuật toán: - Thuật toán chỉnh định PID mờ - Thuật toán PID tốc độ Bộ điều khiển mờ

Báo cáo sơ bộ về bộ điều khiển mờ theo luật PID

A Lí thyết

Bộ điều khiển mờ PID được thiết kế theo hai thuật toán:

- Thuật toán chỉnh định PID mờ

- Thuật toán PID tốc độ

Bộ điều khiển mờ được thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID gồm

- Đầu vào: 3 đầu vào gồm sai lệch ET giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu

ra, đạo hàm DET của sai lệch và tích phân IET của sai lệch

- Đầu ra: chính là tín hiệu điều khiển u(t)

Bộ điều khiển mờ với thuật toán PID tốc độ bao gồm

- Đầu vào: 3 đầu vào gồm sai lệch ET giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu

chủ đạo, đạo hàm bậc nhất DET1 và đạo hàm bậc hai DET2 của sai

lệch

- Đầu ra: là đạo hàm du

dt của tínhiệu điều khiển u( t)

d dt



Bộ điều khiển

DET

IET

u(t)

d dt

d dt

Bộ điều khiển mờ

ET

DET 1

DET 2

nhiễu

du dt

 Đối tượng

u

Do trong thực tế thường một hoặc hai thành phần của bộ điều khiển PID được bỏ qua nên thay vì thiết kế một bộ điều khiển PID hoàn chỉnh người ta lại thường tổng hợp các bộ điều khiển kiểu PI hay PD

B Ví dụ

Ví dụ về bộ điều khiển mờ theo luật PD:

I Yêu cầu:

2 đầu vào E- sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra của bộ cảm biến từ -20 đến 20, DET là đạo hàm của sai lệch,đầu ra là P-công suất làm mát hay sưởi ấm từ -5kW đến 5kW

Phần cứng gồm 1 cảm biến nhiệt độ phản hồi về chân đọc ADC của vi điều khiển coi máy lạnh là một thiết bị có thể điều khiển công suất bằng điện áp

từ 0 đến 10 V tương ứng với công suất từ -5000W đến 5000 W Điều khiển nhiệt độ bằng biến trở nối với một kênh ADC của vi điều khiển Chọn chu

kì trích mẫu là 10s

II Thiết kế:

1 Đối tượng: nhiệt độ phòng 10oC - 40oC

2 Cảm biến nhiệt độ : 10oC - 40oC ứng với điện phản hồi Uph = 0V-10V

3 Bộ điều khiển: dùng vi điều khiển

- 2 đầu vào Analog một đầu vào cho Uđ một đầu cho Uph

- 1 đầu ra Analog dùng Uđk để đặt công suất điều khiển cho máy lạnh

ADC1

ADC2

VĐK

Uđ

Uph

cảm biến nhiệt độ

Biến

Sơ đồ khối hệ thống

4 Cơ cấu chấp hành máy lạnh với công suất -5000W đến 5000W tương ứng với điện áp đặt 0-10V

* Thuật toán cho vi điều khiển:

- đọc giá trị ADC1;

- đọc giá trị ADC2;

- tính chệnh lệch nhiệt độ ET và sai phân DET

- từ chênh lệch nhiệt độ và đạo hàm dùng bộ điều khiển mờ tính toán được giá trị đặt cho công suất của máy lạnh

- từ giá trị công suất tính được tính ra giá trị cần nạp cho DAC đưa ra điện áp điều khiển

* Thiết kế bộ điều khiển mờ cho máy lạnh:

ET

d

tượng

ET

DET

P

Tc

Ts

Sơ đồ khối bộ điều khiển

Thiết bị hợp thành của bộ điều khiển thực hiện các luật điều khiển sau: Nếu ET=NM và DET=ZE thì P=PM hoặc

Nếu ET=ZE và DET=ZE thì P=ZE hoặc

Nếu ET=PM và DET=ZE thì P=NM hoặc

Nếu ET=NM và DET=NM thì P=PM hoặc

Nếu ET=ZE và DET=NM thì P=PM hoặc

Nếu ET=PM và DET=NM thì P=ZE hoặc

Nếu ET=NM và DET=PM thì P=ZE hoặc

Nếu ET=ZE và DET=PM thì P=NM hoặc

Nếu ET=PM và DET=PM thì P=NM

Sử dụng thiết bị hợp thành MAX-MIN và giải mờ theo phương pháp trọng tâm để tính P với mỗi ET và DET tính được công suất điều khiển P

P

DET

ví dụ:

với chu kì trích mẫu 10s trong chu kì đầu nhiệt độ đặt là 20oC, nhiệt độ đo được là 30oC tính được ET = -10, lúc này DET=0

ta tính ET (-10) = { 0.5, 0.5, 0 };

DET

 (0) = { 0, 1, 0 };

0.5*

NM

ZE

ET

PM DET











0.5*

ZE

ZE

ET

ZE DET











tính được công suất cho điều khiển là:

0.5*5000

2500 0.5 0.5

 W

Sau đó 10s tức là ở chu kì trích mẫu tiếp theo ta đo được nhiệt độ phòng là

29oC nhiệt độ đặt vẫn là 20o

C ta tính được ET= -9; DET= 9 ( 10) 0.1

10

   

tiếp tục tính ( 9) 0.45, 0.55, 0 ; (0.1) 0, 0, 1

0.45*

NM

PM

ET

ZE DET











0.55*

ZE

PM

ET

NM DET











tính được công suất điều khiển là:

0.55*5000

2750 0.45 0.55

 W

tương tự ta có bảng một số giá trị tính toán được: