Chương 4 Tổng hợp bộ điều khiển cho ĐCMC trên cơ sở hệ
4.3 Tổng hợp bộ điều khiển PID chỉnh định tham số mờ
4.3.2 Tổng hợp bộ điều khiển PID chỉnh định tham số mờ
4.3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển PID chỉnh định tham số mờ
Bộ điều khiển PID chỉnh định tham số mờ gồm có hai phần là bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PID kinh điển. Trước tiên ta cần đi thiết kế bộ điều khiển kinh điển PID theo công thức tính của Ziegler-nichols. Sau đó ta sẽ thiết kế bộ điều khiển mờ để chỉnh
định tham số bộ điều khiển kinh điển PID vừa tính.
Theo mục 2.1.2 ta tính được hệ số khuyếch đại tới hạn Ku và chu kì dao động tới hạn Tu của động cơ một chiều là
KU = 8.33 ; TU = 0.0185 Và tham số bộ điều khiển PID là:
t h(t)
0 a b
c
d f
H-4.18:Phân tích đáp ứng quá độ của đối tượng
định bởi bộ điều khiển mờ.
1. Định nghĩa biến vào-ra cho bộ điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ gồm có hai đầu vào và hai đầu ra
• Đầu vào thứ nhất là sai lệch giữa tốc độ đặt và tốc độ thực của động cơ, kí hiệu là E2
• Đầu vào thứ hai là tốc độ biến thiên theo thời gian của sai lệch trên , kí hiệu là DE2
• Đầu ra thứ nhất là H1 là biến mờ đầu ra đại diện cho biến α
• Đầu ra thứ hai là H2 là biến mờ đầu ra đại diện cho biến β 2 .Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào- ra
• Xác định miền giá trị vật lý cho các biến vào- ra: Sai lệch E2 và đạo hàm sai lệch DE2 được chọn trong miền giá trị [-1 1]. Biến mờ đầu ra H1 và H1 được chọn trong miền giá trị [-3 3].
• Xác định số lượng tập mờ ( giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào-ra
Chọn số lượng tập mờ cho mỗi biến ngôn là 7 tập mờ. Các tập mờ này được định nghĩa như sau:
- ©m nhiÒu : NB (Negative Big) - ©m : NM ( Negative Medium) - ¢m Ýt : NS ( Negative Small) - Không : Z (Zero)
- Dương ít : PS (Positive Small) - Dương : PM (Positive Medium)
- Dương nhiều : PB ( Positive Big)
Với những kí hiệu như vậy thì miền xác định ( ngôn ngữ) của các biến vào-ra sẽ là : E 2∈ {NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB}
DE2 ∈ {NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB}
H1 ∈ {NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB}
H2∈ {NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB}
• Xác định hàm thuộc
Ta chọn hàm thuộc có dạng hình tam giác cho các biến ngôn ngữ như H-4.19, H- 4.20
H-4.19: Định nghĩa tập mờ cho các biến ngôn ngữ E2, DE2
NB NM NS
Z PS PM PB
-1 1
E2, DE2 0
à
H-4.20: Định nghĩa tập mờ cho các biến ngôn ngữ H1, H2
NB NM NS
Z PS PM PB
-3 3
H1, H2 0
à
Bảng 4.2: Luật điều khiển cho biến ngôn ngữ H1
E2
DE2
H1 NB NM NS Z PS PM PB
NB NB NB NM PB PM PS Z
NM NB NM NS PM PS Z NS
NS NB NM NS PS Z NS NM
Z NB NM NS Z NS NM NB
PS NM NS Z PS NS NM NB
PM NS Z PS PM NS NM NB
PB Z PS PM PB NM NB NB
Bảng 4.3: Luật điều khiển cho biến ngôn ngữ H2
E2
DE2
H2 NB NM NS Z PS PM PB
NB NB NB NB NB NM NS Z
NM NB NB NM NM NS Z PS
NS NB NM NS NS Z PS PM
Z NB NM NS Z PS PM PB
PS NM NS Z PS PS PM PB
PM NS Z PS PM PM PB PB
PB Z PS PM PB PB PB PB
Từ bảng 4.2 và bảng 4.3 ta xây dựng được 49 luật hợp thành mờ cho bộ điều khiển mờ có hai đầu vào, hai đầu ra như sau:
1. Nếu E2 = NB và DE2 = NB thì H1 = NB và H2 = NB hoặc 2. Nếu E2 = NB và DE2 = NM thì H1 = NB và H2 = NB hoặc 3. Nếu E2 = NB và DE2 = NS thì H1 = NM và H2 = NB hoặc 4. Nếu E2 = NB và DE2 = Z thì H1 = PB và H2 = NB hoặc 5. Nếu E2 = NB và DE2 = PS thì H1 = PM và H2 = NM hoặc 6. Nếu E2 = NB và DE2 = PM thì H1 = PS và H2 = NS hoặc 7. Nếu E 2= NB và DE2 = PB thì H1 = Z và H2 = Z hoặc 8. Nếu E2 = NM và DE2 = NB thì H1 = NB và H2 = NB hoặc 9. Nếu E2 = NM và DE2 = NM thì H1 = NM và H2 = NB hoặc 10. Nếu E2 = NM và DE2 = NS thì H1 =NS và H2 = NM hoặc 11. Nếu E2 = NM và DE2 = Z thì H1 = PM và H2 = NM hoặc 12. Nếu E2 = NM và DE2 = PS thì H1 = PS và H2 = NS hoặc 13. Nếu E2 = NM và DE2 = PM thì H1 = Z và H2 = Z hoặc 14. Nếu E2 = NM và DE2 = PB thì H1 = NS và H2 = PS hoặc 15. Nếu E2 = NS và DE2 = NB thì H1 = NB và H2 = NB hoặc 16. Nếu E2 = NS và DE2 = NM thì H1 = NM và H2 = NM hoặc 17. Nếu E2 = NS và DE2 = NS thì H1 = NS và H2 = NS hoặc 18. Nếu E2 = NS và DE2 = Z thì H1 = PS và H2 = NS hoặc 19. Nếu E2 = NS và DE2 = PS thì H1 = Z và H2 = Z hoặc 20. Nếu E2 = NS và DE2 = PM thì H1 = NS và H2 = PS hoặc 21. Nếu E2 = NS và DE2 = PB thì H1 = NM và H2 = PM hoặc 22. Nếu E2 = Z và DE2 = NB thì H1 = NB và H2 = NB hoặc 23. Nếu E2 = Z và DE2 = NM thì H1 = NM và H2 = NM hoặc 24. Nếu E2 = Z và DE2 = NS thì H1 = NS và H2 = NS hoặc 25. Nếu E2 = Z và DE2 = Z thì H1 = Z và H2 = Z hoặc 26. Nếu E2 = Z và DE2 = PS thì H1 = NS và H2 = PS hoặc
32. Nếu E2 = PS và DE2 = Z thì H1 = PS và H2 = PS hoặc 33. Nếu E2 = PS và DE2 = PS thì H1 = NS và H2 = PS hoặc 34. Nếu E2 = PS và DE2 = PM thì H1 = NM và H2 = PM hoặc 35. Nếu E2 = PS và DE2 = PB thì H1 = NB và H2 = PB hoặc 36. Nếu E2 = PM và DE2 = NB thì H1 = NS và H2 = NS hoặc 37. Nếu E2 = PM và DE2 = NM thì H1 = Z và H2 = Z hoặc 38. Nếu E2 = PM và DE2 = NS thì H1 =PS và H2 = PS hoặc 39. Nếu E2 = PM và DE2 = Z thì H1 = PM và H2 = PM hoặc 40. Nếu E2 = PM và DE2 = PS thì H1 = NS và H2 = PM hoặc 41. Nếu E2 = PM và DE2 = PM thì H1 = NM và H2 = PB hoặc 42. Nếu E2 = PM và DE2 = PB thì H1 = NB và H2 = PB hoặc 43. Nếu E2 = PB và DE2 = NB thì H1 = Z và H2 = Z hoặc 44. Nếu E2 = PB và DE2 = NM thì H1 = PS và H2 = PS hoặc 45. Nếu E2 = PB và DE2 = NS thì H1 =PM và H2 = PM hoặc 46. Nếu E2 = PB và DE2 = Z thì H1 = PB và H2 = PB hoặc 47. Nếu E2 = PB và DE2 = PS thì H1 = NM và H2 = PB hoặc 48. Nếu E2 = PB và DE2 = PM thì H1 = NB và H2 = PB hoặc 49. Nếu E2 = PB và DE2 = PB thì H1 = NB và H2 = PB 4. Chọn thiết bị hợp thành và giải mờ
Phương pháp giải mờ được chọn cũng gây ảnh hưởng đến độ phức tạp và trạng thái làm việc của toàn bộ hệ thống. Thông thường trong thiết kế bộ điều khiển mờ, giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm có nhiều ưu điểm hơn cả vì trong kết quả có sự tham gia của tất cả các kết luận của các luật điều khiển. Trong nội dung đề tài thiết bị hợp
thành được chọn là luật Max-Min, nguyên lý giải mờ được chọn theo phương pháp
điểm trọng tâm.
Sử dụng công cụ Toolbox Fuzzy Logic và Simulink của phần mềm Matlab để xây dựng bộ điều khiển mờ theo những thiết kế trên ta được giao diện thiết kế bộ điều khiển mờ có dạng như H- 4.21
Quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ có dạng như H- 4.22
H-4.21: Giao diện thiết kế bộ điều khiển PID chỉnh định tham số mờ xây dựng trên Matlab