Luận văn nghiên cứu thiết kế, khảo sát hệ thống điều khiển sử dụng thuật toán mờ lai

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

NGUYỄN THỊ HẢI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, KHẢO SÁT HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN SỬ DỤNG THUẬT TOÁN MỜ LAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : ðIỆN NÔNG NGHIỆP

Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HÒA

HÀ NỘI - 2011

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn thị Hải

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn : “Nghiên cứu thiết kế, khảo sát hệ thống ñiều khiển

sử dụng thuật toán mờ lai” ñược hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân,

sự giúp ñỡ của thầy giáo hướng dẫn và các bạn ñồng nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hoà ñã hướng

dẫn, ñịnh hướng, giúp ñỡ cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo Bộ môn ðiều khiển tự ñộng - ðại học Bách Khoa, các thầy cô Bộ môn ðiện Trường ðH Nông nghiệp Hà Nội ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tôi trong công tác nghiên cứu

Với thời gian và kiến thức có hạn chắc chắn luận văn sẽ còn thiếu sót, kính mong thầy, cô và các bạn ñồng nghiệp ñóng góp ý kiến ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn /

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iii

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ THUẬT TOÁN PID VÀ

1.1.2 Các phương pháp xác ñịnh tham số của bộ ñiều khiển PID 10

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ðIỀU KHIỂN MỜ LAI 28

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iv

2.3.2 Cấu trúc của bộ ñiều khiển mờ tự chỉnh hệ số khuếch ñại 40

2.3.3 Cấu trúc của bộ ñiều khiển mờ tự chỉnh hằng số tích phân 40

2.3.4 Cấu trúc của bộ ñiều khiển mờ tự chỉnh hằng số tích phân và hệ

2.5.1 Mô phỏng thuật toán PID cho ñối tượng lò gia nhiệt 48

2.5.2 Mô phỏng thuật toán mờ lai cho ñối tượng lò gia nhiệt 56

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, KHẢO SÁT HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN MỜ

3.2 Thiết kế bộ ñiều khiển mờ lai cho lò nhiệt 85

3.2.3 Mô phỏng hệ thống ñiều khiển lò gió nóng 85

3.2.4 Kết quả thực nghiệm ñiều khiển lò gió nóng tại phòng thí nghiệm

Viện ñiện – ðHBK khi sử dụng thuật toán PI 87

3.2.5 Sơ ñồ khối hệ thống mờ hiệu chỉnh thông số K: 88

3.2.6 Sơ ñồ khối hệ thống mờ hiệu chỉnh hằng số Ti: 92

3.2.7 Sơ ñồ khối hệ thống mờ hiệu chỉnh hằng số Ti và K 95

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… v

3.2.8 Sơ ñồ khối hệ thống mờ 2 ñầu vào hiệu chỉnh hằng số K 97

3.2.9 Sơ ñồ khối hệ thống mờ 2 ñầu vào hiệu chỉnh Ti 100

3.2.10 Sơ ñồ khối hệ thống mờ 2 ñầu vào hiệu chỉnh Ti và K 103

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vi

DANH MỤC HÌNH

1.2 Sai số ñiều khiển và tích phân của sai số ñiểu khiển 5

1.3 ðặc tính tần số biên pha logarit của bộ ñiều khiển tích phân I 6

1.5 Sơ ñồ nguyên lý ñiều khiển với bộ ñiều khiển PID 8

1.7 Xác ñịnh tham số của bộ PID theo Ziegler – Nichols thứ nhất 11

1.11 Thiết kế bộ ñiều khiển PID theo phương pháp tối ưu ñối xứng 18

1.13 Hàm phụ thuộc µA(x) của tập kinh ñiển A 20

1.14 Hàm phụ thuộc µB(x) của tập "mờ" B 20

1.15 Miền xác ñịnh, miền tin cậy của tập mờ 21

1.20 các nguyên lý giải mờ theo phương pháp cực ñại 26

1.21 Hàm liên thuộc B’có miền G không liên thông 27

1.22 Giá trị rõ y' là hoành ñộ của ñiểm trọng tâm 27

2.3 Bộ ñiều khiển mờ có khâu P, khâu D trong giao diện ñầu vào và

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ vii

2.4 Hệ ựiều khiển mờ với 2 thiết bị hợp thành nối song song 33

2.5 Cấu trúc bộ mờ ựiều chỉnh hệ số khuếch ựại mờ 1 ựầu vào 40

2.6 Cấu trúc bộ mờ chỉnh ựịnh hệ số khuếch ựại mờ 2 ựầu vào 40

2.7 Cấu trúc bộ mờ ựiều chỉnh hằng số Ti một ựầu vào 40

2.8 Cấu trúc bộ mờ ựiều chỉnh hằng số Ti 2 ựầu vào 41

2.9 Cấu trúc bộ mờ 1 ựầu vào ựiều chỉnh hệ số khuếch ựại và hằng

2.10 Cấu trúc bộ mờ 2 ựầu vào ựiều chỉnh hệ số khuếch ựại và hằng

2.16 Suface quan hệ vào ra bộ mờ 2 ựầu vào 48

2.18 đáp ứng hệ PI lò sấy sử dụng phương pháp Halman 50

2.19 đặc tắnh của lò nhiệt sử dụng PI theo Zieglerv-Nichols 1 51

2.20 đặc tắnh của lò nhiệt sử dụng PID theo Zieglerv-Nichols 1 51

2.22 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống (H- C- R)PI 53

2.23 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống (H- C- R)PID 53

2.24 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống (H- C- R 2)PI 54

2.25 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống theo phương pháp (H- C- R 3) PI 54

2.26 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống theo phương pháp (HC-

2.27 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống theo phương pháp PI (C Ờ H Ờ R4) 55

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ viii

2.28 Mô phỏng ựặc tắnh hệ thống theo phương pháp PID (C

2.30 đáp ứng ựầu ra khi sử dụng mờ nối tiếp K 56

2.31 Bộ ựiều khiển mờ ựiều khiển hằng số K 56

2.32 đặc tắnh ra của bộ ựiều chỉnh hằng số K 57

2.33 Bộ ựiều khiển mờ lai ựiều khiển hằng số k khi thay ựối tượng 57

2.34 đáp ứng ra khi thay ựối tượng khác trong bộ ựiều khiển dùng bộ

2.35 So sánh ựiều khiển mờ lai dùng bộ mờ cơ sở cho 2 ựối tượng

2.36 đáp ứng thu ựược khi so sánh ựiều khiển mờ lai dùng bộ mờ cơ

2.37 Sơ ựồ bộ ựiều khiển mờ hiệu chỉnh thông số Ti 59

2.38 đáp ứng ra cuả hệ khi hiệu chỉnh hằng số Ti 59

2.39 So sánh sử dụng bộ mờ cơ sở cho 2 ựối tượng khác nhau 59

2.40 đáp ứng ra khi so sánh dùng 2 ựối tượng khác nhau 60

2.42 Sơ ựồ dùng 2 bộ mờ hiệu chỉnh thông số K và Ti 61

2.43 đáp ứng ra khi sử dụng 2 bộ mờ hiệu chỉnh thông số K và Ti 61

2.44 Sơ ựồ bộ ựiều khiển dùng 2 bộ mờ chỉnh ựịnh 2 thông số K và Ti 61

2.45 đáp ứng ựầu ra khi sử dụng 2 bộ mờ hiệu chỉnh 2 thông số Ti và K 62

2.46 Bộ ựiều khiển mờ hiệu chỉnh K song song 62

2.49 đáp ứng ra khi sử dụng mờ hiệu chỉnh K và PI với giá trị ựặt là 1 63

2.50 đáp ứng ra khi sử dụng mờ hiệu chỉnh K và PI với giá trị ựặt là 5 63

2.51 Sơ ựồ bộ mờ hiệu chỉnh thông số K nối tiếp Ti 64

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ ix

2.54 đáp ứng ra của bộ ựiều khiển mờ 2 vào hiệu chỉnh thông số K 66

2.55 Sơ ựồ ựiều khiển mờ chỉnh ựịnh thông số K của bộ PI 67

2.56 đáp ứng ra của ựiều khiển mờ chỉnh ựịnh thông số K của bộ PI 67

2.57 Bộ ựiều khiển mắc song song vi phân với bộ mờ 67

2.58 đáp ứng ra mờ 2 vào song song với khâu vi phân 68

2.59 Dùng bộ mờ ựể thay ựổi thông số K của bộ PI 68

2.60 đặc tắnh ra khi dùng bộ mờ ựiều chỉnh K 69

2.61 Sơ ựồ của hệ thống dùng phương pháp mờ chỉnh ựịnh Ti của bộ PI 69

2.62 đáp ứng ra của hệ thống dùng phương pháp mờ 2 ựầu vào chỉnh

2.63 Sơ ựồ của hệ thống dùng phương pháp mờ chỉnh ựịnh Ti và K

2.64 đáp ứng ra khi sử dụng bộ mờ ựiều chỉnh thông số Ti và K 70

3.10 Sơ ựồ ựiều khiển PI cho ựối tượng lò gió nóng 86

3.11 đáp ứng của hệ thống khi ựiều khiển PI 86

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ x

3.12 đáp ứng ra thực nghiệm ựiều khiển lò gió nóng khi sử dụng

3.13 đáp ứng ra khi sử dụng khâu PI (KP= 6, Ti = 120) 87

3.14 đáp ứng ra khi sử dụng khâu PI (KP= 6, Ti = 100) 87

3.15 Sơ ựồ khối ựiều khiển mờ lai tự chỉnh thông số K 88

3.16 đáp ứng ra mô hình mô phỏng bằng Matlab 88

3.17 Sơ ựồ ựiều khiển mờ lai hiệu chỉnh thông số K 89

3.19 đáp ứng ra của lò gió nóng với bộ mờ input [-1 1] 90

3.20 Quan hệ vào ra của bộ mờ thay ựổi luật hợp thành 90

3.21 đáp ứng ra của lò gió nóng với bộ mờ có suface như trên 90

3.23 đáp ứng ra của lò nóng với K = 6, Ti = 190 91

3.24 đáp ứng ra khi sử dụng mờ cơ sở với K = 9, Ti = 120 92

3.31 Sơ ựồ ựiều khiển mờ lai hiệu chỉnh thông số Ti và hằng số K 95

3.32 đáp ứng ra khi sử dụng bộ mờ hiệu chỉnh 2 thông số 95

3.33 Sơ ựồ ựiều khiển mờ lai hiệu chỉnh thông số Ti và hằng số K 96

3.34 đáp ứng thực của hệ thống ựiều khiển lò gió nóng với Ti = 210,

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ xi

3.37 đáp ứng ra khi dùng bộ mờ 2 vào hiệu chỉnh K 98

3.38 Sơ ựồ ựiều khiển dùng bộ mờ 2 ựầu vào hiệu chỉnh thông số K 98

3.39 đáp ứng ra khi dùng bộ mờ 2 vào hiệu chỉnh K với K = 8, Ti

3.43 Sơ ựồ khối hệ thống mờ 2 ựầu vào hiệu chỉnh Ti 100

3.44 đáp ứng ra khi dùng mờ 2 vào hiệu chỉnh Ti 101

3.45 Sơ ựồ khối hệ thống mờ 2 ựầu vào hiệu chỉnh Ti 101

3.46 đáp ứng ra thực của bộ ựiều khiển mờ 2 vào hiệu chỉnh Ti với K

3.47 đáp ứng ra thực của bộ ựiều khiển mờ 2 vào hiệu chỉnh Ti với K

3.48 Sơ ựồ khối hệ thống mờ 2 ựầu vào hiệu chỉnh Ti và K 103

3.49 đáp ứng ra thực của bộ ựiều khiển mờ 2 vào hiệu chỉnh Ti và K 103

3.50 đáp ứng ra thực của bộ ựiều khiển mờ 2 vào với K = 10.5, Ti =

3.51 đáp ứng ra thực của bộ ựiều khiển mờ 2 vào 104

3.52 đáp ứng ra thực của bộ ựiều khiển mờ 2 vào K= 9, Ti = 160 104

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 1

LỜI NÓI ðẦU

Mục tiêu của ñiều khiển là ngày càng nâng cao chất lượng các hệ thống ñiều khiển tự ñộng Tuy nhiên, trên thực tế có rất nhiều ñối tượng ñiều khiển khác nhau với ñặc tính khá phức tạp Do ñó cần phải tiến hành nghiên cứu tìm

ra các phương pháp ñiều khiển khác nhau ñể ñiều khiển các ñối tượng trong công nghiệp Trong công nghiệp ñiều khiển ñối tượng có tham số biến thiên chậm tồn tại rất nhiều vấn ñề cần ñề cập tới Ví dụ: ðiều khiển thông số nhiệt

ñộ của lò ñiện trở, lò nung, lò sấy ñã có nhiều công trình nghiên cứu trước ñây, nhiều kết quả nghiên cứu cho ứng dụng rất tốt

Ngày nay các hệ thống ñiều khiển tự ñộng ñược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, thuật toán cơ bản ñược sử dụng trong công nghiệp là PID ðể hệ thống ñáp ứng ñược chất lượng cần xác ñịnh ñược các thông số của bộ ñiều khiển PID ðây là bài toán phức tạp và nhiều khi không ñáp ứng ñược yêu cầu chất lượng Sự khó khăn này làm cho nhiều người quan tâm, nghiên cứu, tìm ra các công cụ ñiều khiển thích hợp Chẳng hạn như phối hợp ñiều khiển kinh ñiển PID và thích nghi hay trong những năm gần ñây lý thuyết ñiều khiển mờ phát triển mạnh nên kết hợp PID và kỹ thuật mờ nhằm mục ñích tăng chất lượng ñiều khiển

Vì vậy ñể làm luận văn tốt nghiệp Em chọn ñề tài “Nghiên cứu thiết

kế, khảo sát hệ thống ñiều khiển sử dụng thuật toán mờ lai”

Luận văn tập trung nghiên cứu, khảo sát các thuật toán kinh ñiển PID và thuật toán mờ lai ñặc biệt thiết kế bộ ñiều khiển mờ cơ sở áp dụng cho các ñối tượng khác nhau Ứng dụng ñiều khiển ñối tượng thực như lò gío nóng tại Bộ môn ðiều khiển tự ñộng - ðại học Bách Khoa – Hà Nội

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 2

ðể hoàn thành mảng nghiên cứu này là nhờ sự nỗ lực giúp ñỡ rất lớn của thầy giáo – TS.Nguyễn Văn Hoà, Bộ môn ðiều khiển tự ñộng - ðại học Bách Khoa – Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy, ñồng cảm ơn các thầy cô bộ môn ðiều khiển tự ñộng Trường Bách Khoa Hà nội, các thầy cô thuộc bộ môn ðiện - Trường ðại học Nông Nghiệp I Hà Nội ñã tạo ñiều kiện

về cơ sở vật chất, nghiên cứu và tận tình chỉ bảo giúp ñỡ

Luận văn gồm 3 chương với nội dung như sau:

Chương 1 Nghiên cứu lý thuyết về thuật toán PID và thuật toán mờ

Chương 2 Phân tích cấu trúc ñiều khiển mờ lai

Chương 3 Thiết kế, khảo sát hệ thống ñiều khiển mờ lai

Với thời gian hạn chế, mảng ñiều khiển là một lĩnh vực rất rộng và sâu sắc, do ñó nội dung của bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, khiểm nhã Kính mong ñược sự góp ý, sửa ñổi, bổ xung của các thầy cô và ñồng nghiệp ñể mảng nghiên cứu ñược hoàn thiện hơn

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 3

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ THUẬT TOÁN

PID VÀ THUẬT TOÁN MỜ

1.1 Thuật toán PID

Tên gọi PID là chữ viết tắt của ba thành phần cơ bản có trong bộ ñiều

khiển gồm: Khâu khuếch ñại (P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D) PID

là một bộ ñiều khiển hoàn hảo gồm ba tính chất sau:

- Phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ ñược giao (tỉ lệ)

- Làm việc có tích luỹ kinh nghiệm ñể thực hiện tốt nhiệm vụ (tích

phân)

- Luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh nhậy với sự thay ñổi tình

huống trong quá trình thực hiện nhiệm vụ (vi phân)

1.1.1 ðặc ñiểm bộ ñiều khiển PID

Bộ ñiều khiển PID gồm ba quy luật ñiều khiển

Hình 1.1 Sơ ñồ khối bộ ñiều khiển PID

Quy luật ñiều khiển tỷ lệ

Quy luật ñiều khiển tích phân

Quy luật ñiều khiển vi phân

Từ các quy luật trên thì ta sẽ có các bộ ñiều khiển sau: Bộ ñiều khiển P,

I, PI, PD, PID

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 4

ðiều khiển kiểu tỷ lệ cho phép nhanh chóng ñạt giá trị yêu cầu nhưng thường có sai lệch ðể giảm sai lệch người ta tăng ñộ lợi K, nhưng K tăng dẫn ñến ñộ quá ñiều chỉnh δmax tăng và hệ có thể mất ổn ñịnh Trong thực tế việc dung hợp exl và δmax% nhiều khi khó thỏa mãn, người ta phải lựa chọn kiểu ñiều khiển khác

Quy luật ñiều chỉnh tích phân (I)

Khi ñáp ứng quá ñộ của một hệ thống ñiều khiển tự ñộng có phản hồi thỏa mãn nghĩa là các khía cạnh của quá trình quá ñộ của hệ thống kín thỏa mãn các chỉ tiêu chất lượng ñộng, nhưng sai số tĩnh quá lớn thì có thể giảm sai số bằng cách cho hệ số khuếch ñại của hệ hở tăng cao ở tần số thấp Tuy nhiên dạng bù này cần phải ít làm thay ñổi ñáp ứng mạch hở ở vùng lân cận tần số vượt của hệ số khuếch ñại nghĩa là không ñược thay ñổi tần số cắt

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 5

Trong ñó: Ti là hằng số thời gian tích phân

- Hàm truyền ñạt dạng :

s T s W

i

1 ) ( = (2)

- Hàm truyền tần số :

2 1 1 1

) (

π ω ω ω

i

e T T

j j

T j

Trước hết ta xét ý nghĩa của việc ñưa tích phân vào quy luật ñiều chỉnh Trên hình 1.2 giới thiệu ñường cong biến thiên của tín hiệu sai số e(t) và tích phân của sai số ñiều khiển

Hình 1.2 Sai số ñiều khiển và tích phân của sai số ñiểu khiển

Nếu tín hiệu ñầu ra của bộ ñiều khiển u(t) tỷ lệ với tín hiệu sai số e(t) thì khi tác ñộng chủ ñạo x(t) biến thiên với một tốc ñộ không ñổi sẽ sinh ra

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 6

một sai số tốc ñộ không ñổi Nếu ta ñưa sai số e(t) vào một bộ ñiều khiển có cấu trúc tích phân (I) trước rồi lấy tín hiêu ra của bộ ñiều khiển ñể tác ñộng vào khâu chấp hành của ñối tượng thì sai số sẽ giảm nhỏ

ðiều ñó ñược giải thích như sau: Tín hiệu ñầu ra của bộ ñiều khiển tích phân u(t) =∫e(t)dtsẽ tăng ñến khi bằng giá trị tương ứng với lúc tốc ñộ biến thiên của lượng ñược ñiều chỉnh y(t) ñạt ñược tốc ñộ biến thiên của tác ñộng chủ ñạo x(t), lúc ñó sai số sẽ bằng không Thực tế người ta có thể làm cho sai

số bằng không nếu ta ñưa vào bộ ñiều khiển một thành phần hoạt ñộng tích phân lý tưởng Từ hình 1.2 ta thấy trong chế ñộ quá ñộ ñường cong tích phân chậm sau so với sự biến thiên của tín hiệu sai số dẫn ñến việc giảm chất lượng của ñặc tính quá ñộ

Hình 1.3 ðặc tính tần số biên pha logarit của bộ ñiều khiển tích phân I

Từ ñặc tính trên hình 1.3 ta thấy bộ ñiều khiển có biên ñộ giảm 20db/dec Tần số

số cao nhưng nó vẫn có ảnh hưởng tại các tần số cao

Rõ ràng quy luật tích phân phản ứng kém với tín hiệu có tần số cao

π

−

) ( ω ϕ

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 7

Trong cả dải tần số tín hiệu ra chậm pha so với tín hiệu vào một góc bằng π/2, như vậy quy luật tích phân phản ứng chậm

Ưu ñiểm của quy luật ñiều chỉnh tích phân là có khả năng triệt tiêu sai lệch dư vì quy luật ñiều chỉnh I chỉ ngừng tác ñộng khi e = 0

Nhược ñiểm cơ bản của quy luật tích phân là tốc ñộ tác ñộng chậm nên

hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng sử dụng quy luật tích phân sẽ kém ổn ñịnh, thời gian ñiều khiển kéo dài Trong thực tế, quy luật ñiều chỉnh tích phân chỉ sử dụng cho các ñối tượng có ñộ trễ và hằng số thời gian nhỏ

Quy luật ñiều khiển tỷ lệ - tích phân (PI)

ðể nâng cao ñộ chính xác của hệ thống người ta thêm khâu ñiều khiển tích phân

Hình 1.4 Sơ ñồ khối bộ ñiều khiển PI

Trong ñó tín hiệu tác ñộng: u(t) = Ke(t) + KI

Hàm truyền: W(s) = Kp(1+ )

Quy luật PI có hai tham số hiệu chỉnh là Km và Ti Khi Ti = ∞ thì quy luật PI trở thành quy luật P, khi K =0 quy luật PI trở thành I Khi tần số biến thiên từ 0 ñến ∞, góc lệch pha của tín hiệu ra so với tín hiệu vào biến thiên trong khoảng - π/2 ñến 0, do ñó quy luật PI tác ñộng nhanh hơn quy luật tích phân song chậm hơn quy luật tỉ lệ

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 8

Ưu ñiểm của quy luật tỉ lệ tích phân là tác ñộng nhanh do có thành phần tỉ lệ và có khả năng triệt tiêu sai lệch tĩnh do có thành phần tích phân Nếu ta chọn các tham số Km và Ti thích hợp thì quy luật ñiều chỉnh PI có thể ñược áp dụng cho phần lớn các ñối tượng trong công nghiệp

Nhược ñiểm của quy luật tích phân là tốc ñộ tác ñộng nhỏ hơn quy luật

tỉ lệ, vì vậy nếu ñối tượng yêu cầu tác ñộng nhanh do nhiễu thay ñổi liên tục thì quy luật tích phân không ñáp ứng ñược yêu cầu

Quy luật ñiều khiển PID

Luật ñiều khiển PID là thuật toán tính toán tín hiệu ñiều khiển từ sai số giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu ño ñược, tín hiệu ra là tổng của ba thành phần P (tỷ lệ với sai số), I (tích phân của sai số) và D (vi phân của sai số): Trong ñó tín hiệu tác ñộng: u(t) = Ke(t) + Td + KI

Hàm truyền: W(s) = Kp(1+Tds + )

Quy luật PID là quy luật hoàn hảo nhất, ñộ tác ñộng nhanh hơn cả quy luật P, nó ñáp ứng ñược hầu hết các yều cầu về chất lượng của các quá trình công nghệ

Bộ ñiều khiển PID ñược dử dụng khá rộng rãi ñể ñiều khiển ñối tượng SISO theo nguyên lý hồi tiếp

Hình 1.5 Sơ ñồ nguyên lý ñiều khiển với bộ ñiều khiển PID

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 9

Lý do bộ ñiều khiển PID ñược sử dụng rộng rãi là tính ñơn giản của nó

về cả cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc Bộ PID có nhiệm vụ ñưa sai lệch tĩnh e(t) của hệ thống về không, sao cho quá trình quá ñộ thỏa mãn yêu cầu cơ bản

- Nếu sự thay ñổi của sai lêch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần

uD(t), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh (vai trò của thành phần TD)

Bộ ñiều khiển PID ñược mô tả bằng mô hình vào ra:

Trong ñó e(t) là tín hiệu ñầu vào, u(t) là tín hiệu ñầu ra, kp ñược gọi là

hệ số khuếch ñại, TI là hằng số tích phân, TD là hằng số vi phân

Từ mô hình vào ra trên ta có hàm truyền ñạt của bộ ñiều khiển PID: 

s T k

s

I p

1 1 )

(

Trong thực tế không phải mọi trường hợp ứng dụng ñều phải xác ñịnh

cả ba tham số Kp, TI, TD Khi bản thân ñối tượng có thành phần tích phân thì trong bộ ñiều khiển không cần phải có khâu tích phân mới làm cho sai lệch tĩnh bằng 0, khi ñó chỉ cần sử dụng bộ ñiều khiển PID là ñủ:

R(s) = KP(1 + TDs) hoặc khi tín hiệu trong hệ thống thay ñổi chậm và bản thân bộ ñiều khiển không cần phải có phản ứng thật nhanh với sự thay ñổi của sai lệch e(t) thì ta có thể cần sử dụng bộ ñiều khiển PI (TD) ta có hàm truyền ñạt : R(s)= Kp(1+1/TIs)

Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào các tham số Kp ,TI, TD Muốn cho

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 10

hệ thống có chất lượng theo yêu cầu thì phải phân tích ñối tượng rồi trên cơ

sở ñó chọn các tham số cho phù hợp Hiện có nhiều phương pháp xác ñịnh tham số Kp ,TI, TD cho bộ ñiều khiển PID, song tiện ích hơn cả trong ứng dụng ñó vẫn là:

 Phương pháp Ziegler – Nichols

 Phương pháp Chien – Hrones – Reswick

 Phương pháp tổng T của Kuhn

 Phương pháp tối ưu ñộ lớn và phương pháp tối ưu ñối xứng

 Phương pháp tối ưu theo sai lệch bám

 Phương pháp Hamal

 Phương pháp Smith

1.1.2 Các phương pháp xác ñịnh tham số của bộ ñiều khiển PID

ðể xác ñịnh ñược mô hình của ñối tượng, cần phải thực hiện việc xác ñịnh thông số quá trình hoạt ñộng của hệ thống Nếu bằng phương pháp thực nghiệm, ñưa tín hiệu vào ở ñầu vào và lấy tín hiệu ở ñầu ra ta sẽ có thông tin

vào/ra trong suốt quá trình hoạt ñộng của ñối tượng

1.1.2.1 Phương pháp Ziegler – Nichols

Ziegler - Nichols ñưa hai phương pháp thực nghiệm ñể xác ñịnh tham

số bộ ñiều khiển PID Trong khi phương pháp thứ nhất sử dụng mô hình xấp

xỉ quán tính bậc nhất có trễ của ñối tượng ñiều khiển: S(s) = K e1.Ts Ls

− +

Phương pháp thứ hai nổi trội hơn ở chỗ hoàn toàn không cần ñến mô hình toán học của ñối tượng Tuy nhiên có hạn chế chỉ áp dụng với một số ñối tượng nhất ñịnh

a) Phương pháp Ziegler – Nichols thứ nhất

Trong phương pháp thứ nhất sử dụng mô hình xấp xỉ quán tính bậc nhất có trễ của ñối tượng ñiều khiển

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 11

Ts

ke s S

+

= 1 )

Phương pháp thực nghiệm này có nhiệm vụ xác ñịnh các tham số kp,TI,

TD cho bộ ñiều khiển PID trên cơ sở xấp xỉ hàm truyền ñạt S(s) của ñối tượng thành dạng (1.1), ñể hệ kín nhanh chóng trở thành chế ñộ xác lập và ñộ quá ñiều chỉnh ∆h không vượt quá giới hạn cho phép khoảng 40% so với

) ( lim h t

h∞ = t→∞ tức là có ∆ ≤ 0 , 4

∞

h h

Hình 1.6.Nhiệm vụ của bộ ñiều khiển PID

Ba tham số: L (hằng số thời gian trễ), k (hệ số khuếch ñại) và T (hằng

số thời gian quán tính) của mô hình xấp xỉ (1.1) có thể xác ñịnh gần ñúng từ

ñồ thị hàm quá ñộ h(t) của ñối tượng

Trường hợp hàm quá ñộ không có dạng lý tưởng thì ba tham số k, T,

L của mô hình toán học (1.1) ñược xác ñịnh như sau:

+) K là giá trị giới hạn h∞ = limt→∞h(t)

+ Kẻ tiếp tuyến của h(t) tại ñiểm uốn của nó Khi ñó L là hoành ñộ giao

ñiểm của tiếp tuyến với trục hoành và T là khoảng thời gian cần thiết ñể ñường tiếp tuyến ñi ñược từ giá trị 0 tới giá trị k

Hình 1.7 Xác ñịnh tham số của bộ PID theo Ziegler – Nichols thứ nhất

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 12

Như vậy ta có thể thấy là ñiều kiện ñể áp dụng ñược phương pháp xấp

xỉ mô hình bậc nhất có trễ của ñối tượng là phải ổn ñịnh, không có dao ñộng

và ít nhất hàm quá ñộ của nó phải có dạng hình chữ S

Sau khi ñã có các tham số cho mô hình toán xấp xỉ (1.1) của ñối tượng, Ziegler – Nichols ñã ñề nghị sử dụng các tham số Kp ,TI, TD cho bộ ñiều khiển như sau:

Bảng lựa chọn tham số ñiều khiển PID theo Ziegler – Nichols thứ nhất

Phương pháp Ziegler – Nichols thứ hai

Phương pháp này có ñặc ñiểm là không sử dụng mô hình toán học, ngay cả mô hình xấp xỉ gần ñúng (1.1)

Hình 1.8 Xác ñịnh hằng số tới hạn

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ 13

Phương pháp Ziegler Ờ Nichols thứ hai này có nội dung như sau:

Sử dụng qui luật tỷ lệ (Ti = ∞, Td = 0), tăng hệ số khuếch ựại lên tới giá trị kth ựể hệ kắn ở chế ựộ biên giới ổn ựịnh, tức là h(t) có dạng dao ựộng ựiều hòa Xác ựịnh chu kì Tth của dao ựộng

Xác ựịnh tham số của bộ ựiều khiển như sau:

1.1.2.2 Phương pháp Chien Ờ Hrones Ờ Reswick

Về nguyên lý phương pháp này gần giống phương pháp Ziegler Ờ Nichols, song nó không sử dụng mô hình tham số gần ựúng dạng quán tắnh bậc nhất có trễ cho ựối tượng ựiều mà thay vào ựó là dạng quán tắnh bậc nhất

có trễ cho ựối tượng mà thay vào ựó là trực tiếp dạng hàm quá ựộ của nó Phương pháp này cũng có giả thiết rằng ựối tượng là ổn ựịnh, hàm quá ựộ h(t) không dao ựộng và có dạng hình chữ S như hình b, tức là luôn có ựạo hàm không âm: ( ) = t g( ) ≥ 0

dt

t dh

Hình 1.9 đáp ứng quá ựộ của ựối tượng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 14

Tuy nhiên phương pháp này thích ứng với những ñối tượng bậc cao

sT

k s

S

) 1 ( ) (

+

= và có hàm thỏa mãn > 3

a b

Trong ñó hoành ñộ giao ñiểm của h(t) tại ñiểm uốn U với trục thời gian

và b là khoảng thời gian cần thiết ñể tiếp tuyến ñó ñi từ 0 ñến giá trị xác lập

) ( lim h t

h

k= ∞ = t→∞

Từ dạng của ñồ thị h(t) ñối với các tham số a, b thỏa mãn, Chien – Hrones – Reswick ñã ñưa ra bốn cách ñể xác ñinh các tham số của bộ ñiều khiển cho bốn yêu cầu chất lượng:

a)Yêu cầu tối ưu theo nhiễu (giảm ảnh hưởng nhiễu) và hệ kín không có

b)Yêu cầu tối ưu theo nhiễu (giảm ảnh hưởng nhiễu) và hệ kín có ñộ quá

ñiều chỉnh ∆h không vượt quá 20% so với h∞ = limt→∞h(t):0

10

b ak

PI: R(s) = kp(1+ ) 6

10

b ak

6 5

b

PID:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 15

c) Yêu cầu tối ưu theo tín hiệu ñặt trước (giảm sai lệch bám) và hệ thống không có ñộ quá ñiều chỉnh ∆h :

1.1.2.3 Phương pháp tối ưu ñộ lớn

Một trong những yêu cầu chất lượng ñối với hệ thống ñiều khiển kín

mô tả bởi hàm truyền ñạt G(s)

) 6 1 ( 1 ) (

SR

SR s

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 16

Phương pháp tối ưu ñộ lớn ñược xây dựng chủ yếu chỉ phục vụ việc chọn tham số bộ diều khiển PID ñể ñiều khiển các ñối tượng S(s) có hàm truyền ñạt dạng:

1 Quán tính bậc nhất:

Ts

k s S

+

= 1 ) (

2 Quán tính bậc hai:

) 1 )(

1 ( ) (

2

1s T s T

k s

S

+ +

=

Tuy nhiên cho những ñối tượng có hàm truyền ñạt phức tạp hơn chẳng hạn như (1.4) ta vẫn có thể sử dụng ñược các tham số PID theo tối ưu ñộ lớn bằng cách xấp xỉ chúng về một trong ba dạng cơ bản trên nhờ phương pháp tổng T của Kuhn hoặc phương pháp tổng các hằng số thời gian nhỏ sẽ ñược trình bày dưới ñây

1) ðiều khiển ñối tượng quán tính bậc nhất:

Bộ ñiều khiển là khâu tích phân:

s T

k s R

I

p

= )

+

= 1 )

Như vậy sẽ có:

Hàm truyền ñạt hệ kín:

k s T Ts

k s

G

R + +

=

) 1 ( )

p

I R

T Ts

k s

S s R s G

) 1 ( ) ( ) ( ) (

(

ω ω

ω

T T T

kT T

k

k j

G

R R

p

I

R2 = = 2

Khi ñó hệ kín có hàm truyền ñạt:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 17

2 2

2

2 )

1 ( 2

)

(

n n

n

s D s h Ts kTs

k s

G

ω ω

ω

+ +

= + +

2

1 2

ðịnh lý 1: Nếu ñối tượng ñiều khiển là khâu quán tính bậc nhất (1.9) thì bộ

ñiều khiển tích phân (1.8) với tham số kT

1 )(

S

n

+ +

+

Ta chuyển mô hình này về dạng xấp xỉ quán tính bậc nhất (1.9)

Nó ñược sử dụng chủ yếu cho các hàm truyền S(s) kiểu (1.10) có

T1,…,Tn rất nhỏ

Sử dụng công thức khai triển Vieta cho ña thức mẫu số trong (1.11) ñược:

) (

)

( 1

)

3 1 2 1 2

+

=

s T T T T s T T

T

k s

T T

1

ðịnh lý 2: Nếu ñối tượng ñiều khiển (1.10) có các hằng số thời gian có

T1,…,Tn rất nhỏ thì bộ ñiều khiển tích phân (1.8) với tham số ∑

=

= n

i i p

là bộ ñiều khiển tối ưu ñộ lớn

1.1.2.4 Phương pháp tối ưu ñối xứng

Phương pháp chọn các tham số PID theo nguyên tắc tối ưu ñối xứng ñược xem là một sự bù ñắp cho ñiểm khuyết của phương pháp tối ưu ñộ lớn (ñối tượng S(s) phải ổn ñịnh, hàm quá ñộ của nó phải ñi từ 0 và có dạng chữ S)

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 18

Trước tiên ta xét hệ kín như hình vẽ:

Hình 1.11 Thiết kế bộ ñiều khiển PID theo phương pháp tối ưu ñối xứng

1 ðiều khiển ñối tượng tích phân - quán tính bậc nhất

Từ (1.11) ta thấy ñược, khi ñối tượng S(s) có hàm truyền ñạt dạng khâu tích phân quán tính bậc nhất

) 1 ( )

(

s T s

k s

- Tính TI theo (1.22) tức TI = aT1

- Tính kp theo (1.23) tức là

a kT

k p

1

1

=

2 ðiều khiển ñối tượng tích phân quán tính bậc hai:

ðể ñiều khiển ñối tượng là khâu tích phân quán tính bậc hai:

) 1 )(

1 ( ) (

2

1s T s T

s

k s

S

+ +

Ta sử dụng bộ ñiều khiển PID:

s T

s T s T k s T s T k

s R

I

B A

p D

I p

) 1 )(

1 ( 1

1 )

(1.26)

Có các tham số: T A+T B =T I và T A T B =T I T D, T A =T1 (1.27)

Vì với nó, hệ hở cũng có hàm truyền ñạt dạng (1.17) và (1.18)

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 19

) 1 (

) 1 ( )

1 (

) 1 ( )

( ) ( )

(

2

2 2

2

s T s T

s T k k sT s

T

s T k k s S s R

s

G

B

B p

I

B p

+

= +

T

T k

Xác ñịnh 4>a>1 từ ñộ quá ñiều chỉnh ∆h cần có của hệ kín, hoặc chọ a>1

từ yêu cầu chất lượng ñề ra Giá trị a ñược chọn càng lớn ñộ quá ñiều chỉnh càng nhỏ ðể hệ kín không có dao ñộng thì chọn a≥ 4 Hệ kín sẽ không ổn ñịnh nếu a≤ 1

Tính

a kT

T

T k

k e S

T s

−

= +

Thì theo Halman ta sử dụng bộ ñiều khiển PI có các thông số ñược tính như sau:

Ls s

Thì theo Halman ta sử dụng bộ ñiều khiển PID có các thông số ñược tính như sau:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 20

A={x ∈ R2 < x < 6} (1.2.1)

Cách biểu diễn hàm phụ thuộc như

trên sẽ không phù hợp với những tập

ñược mô tả “mờ” như tập B gồm các số

thực dương nhỏ hơn nhiều so với 6 B

={x ∈ Rx << 6} (1.2.2a) hoặc tập gồm

các số thực gần bằng 3

Tức là với những ñịnh nghĩa “mờ” như vậy chưa ñủ ñể xác ñịnh ñược một số

x = 3,5 có thuộc B hoặc x = 2,5 có thuộc C hay không và nếu ñã không khẳng ñịnh ñược x = 3,5 có thuộc B hay không thì cũng không khẳng ñịnh ñược là x

= 3,5 không thuộc B Vậy thì x = 3,5 thuộc B bao nhiêu phần trăm? Giả sử rằng câu trả lời là có thì hàm phụ thuộc µB(x) tại ñiểm x = 3,5 phải có một

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 21

giá trị trong khoảng [0,1] tức là :

0 ≤ µB(x) ≤1

Nói cách khác µB(x) là một ánh xạ : µB : R → [0,1]

Tập mờ F xác ñịnh trên tập kinh ñiển M là một tập mà mỗi phần tử của

nó là một cặp giá trị (x,µF(x)) Trong ñó x ∈ M và µF là ánh xạ, ánh xạ µF ñược gọi là hàm liên thuộc (hàm phụ thuộc của tập mờ F) Tập kinh ñiển M ñược gọi là cơ sở của tập mờ F

Hình 1.15 Miền xác ñịnh, miền tin cậy của tập mờ

Một tập mờ có ít nhất một phần tử có ñộ phụ thuộc bằng 1 ñược gọi là tập mờ chính tắc ( H = 1), ngược lại một tập mờ F với H < 1 gọi là tập mờ không chính tắc

+ Miền xác ñịnh của tập mờ F (ñịnh nghĩa trên cơ sở M) ñược ký hiệu bởi S là tập con của M thoả mãn

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 22

1.2.1.3 Các dạng hàm liên thuộc của tập mờ

Có rất nhiều cách khác nhau ñể biểu diễn hàm liên thuộc của tập mờ Dưới ñây là một số dạng hàm liên thuộc thông dụng:

+ Hàm liên thuộc hình tam giác

+ Hàm liên thuộc hình thang

+ Hàm liên thuộc dạng Sigm

+ Hàm liên thuộc dạng Gauss

a Hợp của hai tập mờ có cùng cơ sở: Hợp của hai tập mờ A và B có cùng

cơ sở M là một tập mờ cũng xác ñịnh trên cơ sở M với hàm liên thuộc

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 23

b Hợp hai tập mờ khác cơ sở: Hợp của hai tập mờ A với hàm liên thuộc

µA(x) (ñịnh nghĩa trên cơ sở M) và B với hàm liên thuộc µB(x) (ñịnh nghĩa trên cơ sở N) là một tập mờ xác ñịnh trên cơ sở M x N với hàm liên thuộc

µA ∪ B(x,y) = MAX{µA(x,y),µB(x,y)} (1.2.7) trong ñó: µA(x,y) = µA(x) với mọi y∈N

và µB(x,y) = µB(y) với mọi x∈ M

Phép giao của hai tập mờ

a Giao hai tập mờ cùng cơ sở: Giao của hai tập mờ A và B có cùng cơ sở M

là một tập mờ cũng xác ñịnh trên cơ sở M với hàm liên thuộc

µ B(x) = MIN(µA(x),µB(x)) (1.2.8a)

Hình 1.18 Giao của hai tập mờ có cùng cơ sở

b Giao hai tập mờ khác cơ sở: Giao của tập mờ A có hàm liên thuộc µA(x)

ñịnh nghĩa trên cơ sở M với tập mờ B có hàm liên thuộc µB(x) ñịnh nghĩa trên cơ sở N là một tập mờ xác ñịnh trên cơ sở M x N có hàm liên thuộc

µA ∩ B(x,y) =MIN{µA(x,y),µB(x,y)} (1.2.8b)

trong ñó: µA(x,y) = µA(x) với mọi y ∈ N và

µB(x,y) = µB(y) với mọi x ∈ M

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 24

1.2.2 Cấu trúc bộ ñiều khiển mờ

Có nhiệm vụ chuyển ñổi một giá trị rõ hoá ñầu vào x0 thành một véctơ

µ gồm các ñộ phụ thuộc vào các giá trị rõ theo các giá trị mờ (tập mờ) ñã ñịnh nghĩa cho biến ngôn ngữ ñầu vào

1.2.2.2 Khâu thực hiện luật hợp thành

Khâu thực hiện luật hợp thành có tên là thiết bị hợp thành, xử lý vectơ

µ và cho giá trị B' cho tập biến ñầu ra

Cho hai biến ngôn ngữ χ và γ Nếu biến χ nhận giá trị (mờ) A có hàm liên thuộc µA(x) thì γ nhận giá trị (mờ) B có hàm liên thuộc µB(y) thì hai biểu thức

Kí hiệu (1.2.10a) là p và (1.2.10b) là q thì mệnh ñề hợp thành: p ⇒ q (từ p suy ra q) tương ứng với luật ñiều khiển:

Nếu χ = a thì γ = b

Ta gọi ñó là mệnh ñề hợp thành một ñiều kiện (trong ñó p gọi là mệnh

ñề ñiều kiện và q là mệnh ñề kết luận)

Luật hợp thành là tên chung gọi mô hình R biểu diễn (một hay nhiều) hàm liên thuộc µA ⇒ B(x,y) cho (một hay nhiều) mệnh ñề hợp thành A ⇒ B

Một luật hợp thành chỉ có 1 mệnh ñề hợp thành gọi là luật hợp thành ñơn, ngược lại có luật hợp thành kép

Tuỳ theo cách thu nhận các hàm liên thuộc và phương pháp thực hiện

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 25

phép hợp ñể nhận tập mờ mà ta có tên gọi các luật hợp thành khác nhau:

- Luật hợp thành MAX - MIN nếu thu ñược qua phép lấy Min còn phép hợp thực hiện theo luật Max

- Luật hợp thành MAX - PROD nếu thu ñược qua phép PROD còn phép hợp thực hiện theo luật Max

- Luật hợp thành SUM - MIN nếu thu ñược qua phép lấy Min còn phép hợp thực hiện

- Luật hợp thành MAX - MIN nếu thu ñược qua phép lấy PROD còn phép hợp thực hiện theo Lukasiewicz

Có hai cấu trúc cơ bản của luật ñiều khiển: Cấu trúc SISO và cấu trúc MISO

+ Cấu trúc SISO là cấu trúc trong ñó luật hợp thành có các mệnh ñề

ñiều kiện và kết luận ñề là các mệnh ñề ñơn

Ví dụ: R1: nếu x = A1 thì y = B1 hoặc

R2 : nếu x = A2 thì y = B2

+ Cấu trúc MISO là cấu trúc trong ñó luật hợp thành có các mệnh ñề

ñiều kiện là mệnh ñề kép và kết luận ñề là mệnh ñề ñơn

Phương pháp cực ñại

ðể giải mờ theo phương pháp cực ñại, ta cần thực hiện theo hai bước:

- Xác ñịnh miền chứa giá trị rõ y’ Giá trị rõ y’ là giá trị mà tại ñó hàm liên thuộc ñạt giá trị cực ñại (ñộ cao H của tập mờ B’)

- Xác ñịnh y’ có thể chấp nhận từ G

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 26

ðể thực hiện bước này có 3 nguyên lý sau:

G y 2

Cũng giống như nguyên lý cận trái, giá trị rõ y' ở ñây phụ thuộc tuyến tính vào ñộ thoả mãn của luật ñiều khiển quyết ñịnh

Phương pháp ñiểm trọng tâm

Phương pháp ñiểm trọng tâm sẽ cho ra kết quả y' là hoành ñộ của ñiểm

y

y y

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 27

thức xác ñịnh y' theo phương pháp ñiểm trọng tâm như sau:

q B'k k=1 S

M A

∑

thành MAX - MIN và SUM - MIN với thêm một giả thiết là mỗi tập mờ

y HH

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 28

Kết luận chương 1

Nghiên cứu về thuật toán PID ñặc ñiểm của bộ ñiều khiển PI, PD Các phương pháp xác ñịnh thông số của bộ ñiều khiển PID, ưu và nhược ñiểm của các phương pháp xác ñịnh thông số của bộ ñiều khiển PID

Các ñịnh nghĩa của tập mờ và các phép toán trên tập mờ làm cơ sở xây dựng

bộ ñiều khiển mờ cơ sở