- 1 I.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển tuyến tớnh. - 2 I.2.2 Tổng hợp hệ điều khiển phi tuyến. - Bộ điều khiển mờ tĩnh. - Bộ điều khiển mờ động. - Hệ điều khiển mờ lai F-PID. - Hệ điều khiển mờ trượt. - Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng Q và dũng điện điều khiển I. - Thiết kế hệ thống điều khiển III.3.1 Mụ hỡnh của bể chứa III.3.2 Kết quả mụ phỏng III.4. - 6 Hỡnh 1.2: hệ điều khiển mờ theo luật PI. - 8 Hỡnh 1.3: hệ điều khiển mờ theo luật PD. - 9 Hỡnh 1.4 : hệ điều khiển mờ PID. - 13 Hỡnh 1.8: Bộ điều khiển mờ trượt hai đầu vào. - 15 Hỡnh 1.9: Bộ điều khiển mờ trượt ba đầu vào. - 18 Hỡnh 2.2: Sơ đồ nguyờn lý của bộ phận điều khiển con trượt của van servo. - 23 Hỡnh 2.5: Kết cấu của van servo một cấp điều khiển. - 24 Hỡnh 2.6: Kết cấu của van servo 2 cấp điều khiển. - 24 Hỡnh 2.7: Kết cấu của van servo 2 cấp điều khiển cú cảm biến. - 25 Hỡnh 2.8: Kết cấu của van servo 3 cấp điều khiển cú cảm biến Hỡnh 2.9: Đặc tớnh thể hiện quan hệ giữa hành trỡnh của càng và ỏp suất ở hai cửa của ống phun. - 27 Hỡnh 2.10: Đặc tớnh Q - I của van trượt điều khiển. - 57 Hỡnh 3.14 : Biểu diễn tập cỏc luật điều khiển dưới dạng ma trận Hỡnh 3.15 : Cỏc luật điều khiển trong matlab. - 58 Hỡnh 3.16 : Đồ hỡnh quan sỏt ảnh hưởng cỏc luật điều khiển Hỡnh 3.17 : Đồ hỡnh quan sỏt dạng bề mặt hàm liờn thuộc. - Việc điều khiển cửa mở đập, chắn đập cú ý nghĩa vụ cựng quan trọng. - Chỳng ta cú thể sử dụng một số thuật toỏn để điều khiển như dựng PID hoặc Logic mờ. - Việc nõng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động luụn là chỉ tiờu được quan tõm đầu tiờn của cỏc nhà thiết kế. - Chớnh vỡ vậy, điều khiển mờ đó giải quyết thành cụng nhiều bài toỏn điều khiển phức tạp mà trước đõy chưa giải quyết được. - Núi rằng, điều khiển mờ khụng cần biết chớnh xỏc mụ hỡnh đối tượng nhưng khi thiết kế lại rất cần kiến thức và kinh nghiệm vận hành của cỏc chuyờn gia. - Hiện nay đó cú rất nhiều nghiờn cứu theo cỏc hướng khỏc nhau nhằm chuẩn húa việc thiết kế và tối ưu húa bộ điều khiển mờ. - X Nhỡn chung khi thiết kế bộ điều khiển mờ ta cần phải trải qua 5 bước với cỏc khả năng ở mỗi bước như sau. - Ta thấy rằng, từ bước 1 đến bước 4 mỗi bước đều cú nhiều khả năng để chọn và với mỗi cỏch chọn bộ điều khiển mờ sẽ cho chất lượng khỏc nhau. - Do đú việc sử dụng điều khiển mờ trong mụ hỡnh là tốt nhất. - Xõy dựng mụ hỡnh điều khiển cho hệ thống. - Về khoa học: luận văn đó gúp phần hoàn thiện việc sử dụng thuật toỏn logic mờ để điều khiển cửa mở đập, chắn đập. - Xõy dựng mụ hỡnh hệ thống điều khiển sử dụng van servo. - Giải quyết bài toỏn điều khiển tự động cửa mở đập, chắn đập bằng logic mờ. - Khảo sỏt lý thuyết cỏc phương phỏp điều khiển hiện cú. - Tỡm hiểu phương phỏp điều khiển bằng logic mờ. - Thiết kế hệ thống điều khiển tự động. - Chương 1 là ”Tổng quan về cỏc hệ thống điều khiển tự động”. - Chương này trỡnh bày một số vấn đề cơ bản về hệ điều khiển kinh điển, hệ điều khiển mờ. - Chương 3: Trỡnh bầy về “thiết kế hệ thống điều khiển và mụ phỏng chương trỡnh”. - 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Để cú thể điều khiển được đối tượng, ta sử dụng cỏc hệ điều khiển nhằm thu được những đặc tớnh mong muốn. - Ta cú thể dựng cỏc hệ thống điều khiển kinh điển như hệ điều khiển tuyến tớnh, phi tuyến … hay sử dụng hệ điều khiển mờ để thực hiện nhằm thu được kết quả điều khiển tốt hơn. - Hệ điều khiển kinh điển cú ưu điểm là đơn giản, khối lượng tớnh toỏn ớt hơn. - Hệ điều khiển mờ cần tớnh toỏn nhiều hơn nhưng cú khả năng cho kết quả điều khiển tốt hơn trong cho một số đối tượng. - Vỡ vậy việc nõng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động luụn là đề tài được nhiều tỏc giả trong và ngoài nước quan tõm. - 2 I.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển tuyến tớnh. - I.1.2 Tổng hợp hệ điều khiển phi tuyến Thực tế cỏc hệ thống và cỏc đối tượng vật lý ớt nhiều đều cú tớnh phi tuyến, chỳng chỉ tuyến tớnh trong 1 vựng làm việc nào đú. - Xuất phỏt từ ý tưởng đú cỏc bộ điều chỉnh cú cấu trỳc thay đổi ra đời, phỏt triển đó đỏp ứng phần nào yờu cầu nõng cao chất lượng hệ điều khiển phi tuyến. - Điều khiển mờ đó tớch hợp kinh nghiệm của cỏc chuyờn gia để điều khiển mà khụng cần hiểu biết nhiều về cỏc thụng số của hệ thống. - Cỏc luật mờ và cỏc thiết bị suy luận mờ là những cụng cụ gắn liền với việc sử dụng kinh nghiệm chuyờn gia trong việc thiết kế cỏc bộ điều khiển. - So với cỏc giải phỏp kỹ thuật từ trước tới nay được ỏp dụng để tổng hợp cỏc hệ thống điều khiển, phương phỏp tổng hợp hệ thống bằng điều khiển mờ cú những ưu điểm rừ rệt sau. - Bộ điều khiển mờ dễ hiểu hơn so với cỏc bộ điều khiển khỏc (Cả về kỹ thuật) và dễ dàng thay đổi. - Đối với bài toỏn thiết kế cú độ phức tạp cao, giải phỏp dựng bộ điều khiển mờ cho phộp giảm khối lượng tớnh toỏn và giỏ thành sản phẩm. - Trong nhiều trường hợp bộ điều khiển mờ làm việc ổn định hơn, bền vững hơn, khả năng chống nhiễu cao hơn và chất lượng điều khiển cao hơn. - Đơn giản trong tớnh toỏn: Đõy là tiờu chuẩn quan trọng vỡ trong điều khiển mờ cỏc tớnh toỏn đều làm việc trong chế độ thời gian thực. - Bộ điều khiển mờ tĩnh Bộ điều khiển mờ tĩnh là bộ điều khiển mờ cú quan hệ vào ra y(x) liờn hệ nhau theo một phương trỡnh đại số (tuyến tớnh hoặc phi tuyến). - Cỏc bộ điều khiển tĩnh điển hỡnh là bộ khuếch đại P, bộ điều khiển rơlay 2 vị trớ, 3 vị trớ. - Bộ điều khiển mờ động Bộ điều khiển mờ động là bộ điều khiển mờ mà đầu vào cú xột tới cỏc trạng thỏi động của đối tượng. - Cỏc bộ điều khiển mờ động hay được dựng hiện nay là bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tớch phõn, tủy lệ vi phõn và tỉ lệ vi tớch phõn (PI, PD và PID). - Một bộ điều khiển mờ theo luật I cú thể thiết kế từ một bộ mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tớnh) bằng cỏch mắc nối tiếp một khõu tớch phõn kinh điển vào trước hoặc sau khối mờ đú. - Hỡnh 1.2 hệ điều khiển mờ theo luật PI Khi mắc nối tiếp ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ một khõu vi phõn sẽ cú được một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phõn PD. - Bộ điều khiển mờ Đối tượng E - (a) Bộ điều khiển mờ Đối tượng E - (b) 9 Hỡnh 1.3 hệ điều khiển mờ theo luật PD Thành phần bộ điều khiển này cũng giống như bộ điều khiển theo luật PD thụng thường bao gồm sai lệch giữa tớn hiệu chủ đạo và tớn hiệu ra của hệ thống e và đạo hàm của sai lệch e'. - Phỏt triển tiếp từ vớ dụ về bộ điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn giản. - Trong kỹ thuật điều khiển kinh điển, bộ điều khiển PID được biết đến như là một giải phỏp đa năng và cú miền ứng dụng rộng lớn. - Định nghĩa về bộ điều khiển theo luật PID kinh điển trước đõy vẫn cú thể sử dụng cho một bộ điều khiển mờ theo luật PID. - Bộ điều khiển mờ theo luật PID được thiết kế theo 2 thuật toỏn. - Bộ điều khiển mờ được thiết kế theo thuật toỏn chỉnh định PID cú 3 đầu vào gồm sai lệch e giữa tớn hiệu chủ đạo và tớn hiệu ra, đạo hàm và tớch phõn của sai lệch. - Đầu ra của bộ điều khiển mờ chớnh là tớn hiệu điều khiển u(t). - Đầu ra của hệ là đạo hàm dtdu của tớn hiệu điều khiển u(t). - Đối tượng PID FLC dtd PID FLC e(t) e’(t) 12 Hỡnh 1.6 Vựng tỏc động của cỏc bộ điều chỉnh PID Trong trường hợp này, luật chuyển đổi cú thể viết theo hệ mờ như sau: If (trạng thỏi của hệ) is Ei then (tớn hiệu điều khiển. - Ei là biến ngụn ngữ của tớn hiệu vào, Ui là cỏc hàm với cỏc tham số của tỏc động điều khiển. - Hệ điều khiển mờ trượt I.2.5.1. - Hệ thống điều khiển trượt sẽ nõng cao được độ chớnh xỏc điều khiển so với phương phỏp tuyến tớnh thụng thường. - Hỡnh 1.7 Hệ đối tượng tớch phõn kộp Trong hệ thống điều khiển trượt, tớn hiệu điều khiển luụn đảo cực tớnh giữa hai giỏ trị +u và –u. - Điều khiển mờ trượt Khi xõy dựng hệ điều khiển mờ trượt, ta xột tới hàm chuyển đổi s(e) cú dạng sau: 1)1()(ndtdeS kkknkkndttedCte)()(101. - Tức là: 0)sgn().(.seS (1-7) Đõy được gọi là điều khiển trượt. - Từ đõy ta cú thể chọn tớn hiệu điều khiển u như sau: U=-Umax khi 0. - (1-13) Vậy hệ cú tớn hiệu điều khiển trờn được gọi là hệ điều khiển mờ trượt. - Nú là sự kết hợp của điều khiển mờ và khõu rơle hai vị trớ. - Thuật toỏn tổng hợp bộ điều khiển mờ trượt sử dụng đạo hàm của sai lệch. - Cú thể xõy dựng bộ điều khiển mờ trượt hai hoặc ba đầu vào như hỡnh 1.8: Hỡnh 1.8 Bộ điều khiển mờ trượt hai đầu vào Trong (1.13) ứng với mỗi giỏ trị ta nhận được một mặt trượt. - Bộ điều khiển mờ dễ hiểu hơn so với bộ điều khiển khỏc (cả về kỹ thuật) và dễ dàng thay đổi. - Trong nhiều trường hợp bộ điều khiển mờ làm việc ổn định hơn, bền vững và chất lượng điều khiển cao hơn. - Cỏc xy lanh thủy lực được điều khiển bằng cỏc bộ truyền động thủy lực. - Trong quỏ trỡnh điều khiển hệ thống sẽ gửi đốn thụng bỏo và chuyển mạch khởi động bơm dự phũng khi nú phỏt hiện sự cố. - Nguyờn lý làm việc Hỡnh 2.2 Sơ đồ nguyờn lý của bộ phận điều khiển con trượt của van servo Bộ phận điều khiển con trượt của van servo (torque motor) thể hiện trờn hỡnh 2.2 gồm cỏc bộ phận sau. - 22 Hỡnh 2.3 Sơ đồ nguyờn lý hoạt động của van servo a - Sơ đồ giai đoạn đầu của quỏ trỡnh điều khiển. - b - Sơ đồ giai đoạn hai của quỏ trỡnh điều khiển. - 24 Hỡnh 2.5 Kết cấu của van servo một cấp điều khiển 1- Khụng gian trống. - 5- Càng điều khiển điện thủy lực. - 28 Hỡnh 2.10 Đặc tớnh Q - I của van trượt điều khiển 1 - Vựng bóo hũa (Q = 0). - Hỡnh 2.13c giới thiệu đặc tớnh P - I của van trượt cú mộp điều khiển dương, õm và trung gian. - Đặc tớnh lưu lượng khi tăng và giảm dũng điều khiển I là khụng trựng nhau. - Lưu lượng ra của van phụ thuộc vào chiều tăng hay chiều giảm của tớn hiệu điều khiển. - Độ từ trễ được tớnh theo tỷ lệ phần trăm của I* so với dũng điện điều khiển lớn nhất . - Tuy nhiờn do tiết diện chảy được điều khiển theo dũng điện đầu vào nờn lưu lượng tỷ lệ cũng được xỏc định theo dũng điện đầu vào. - 34 Hỡnh 2.15 Đồ thị đặc tớnh Q - PV a - Đặc tớnh Q - Pv với cỏc dũng điều khiển khỏc nhau b - Đặc tớnh Q - Pv vẽ trong toạ độ logarit. - Ta cú thể lấy tớn hiệu này đưa vào mạch điều khiển hoặc PLC để điều khiển mức nước. - Sử dụng van servo để điều khiển việc nõng hạ cỏnh phai (thay cho cỏc cơ cấu van tay) và cảm biến điện dung để đo mức nước. - Việc đưa hệ thống điều khiển tự động vào nhà mỏy hoặc cỏc ứng dụng tương tự như cỏc hồ điều hũa là điều thớch hợp
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt