phanhuyen_60
New Member
Download miễn phí Đề tài Ứng dụng điều khiển mờ cho điều khiển ổn định mức bể xăng chính trong hệ thống kho xăng
Trước đây, ta thường sử dụng các hệ thống điều khiển tự động với các bộ điều chỉnh P, PI, PD, PID . Các bộ điều chỉnh này làm việc rất tốt trong các hệ thống có quán tính lớn như điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức . Các hệ điều khiển tuyến tính hay có mức độ phi tuyến thấp. Tuy nhiên trên thực tế điều khiển mức sử dụng các luật điều khiển kinh điển nên không đáp ứng được các yêu cầu cao về các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống điều khiển (như thời gian quá độ ngắn, độ chính xác cao .).
Ngày nay do tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong điện tử và tin học các hệ thống điều khiển tự động được phát triển và có sự thay đổi lớn . Công nghệ vi mạch phát triển khiến cho việc sản xuất các thiết bị điện tử ngày càng hoàn thiện .Các bộ biến đổi điện tử trong các hệ thống không những đáp ứng được khả năng tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần giảm kích thước và hạ giá thành của hệ thống. Đặc biệt trong những thập kỷ gần đây trước sự phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn thiện của lý thuyết tập mờ, hàng loạt các ứng dụng của lý thuyết rập mờ, logic mờ điều khiển mờ đã và đang mở ra một kỷ nguyênmới ngành điều khiển. Tuy là ngành kỹ thuật điều khiển non trẻ nhưng những ứng dụng trong công nghiệp của điều khiển mừ thật là rông rãi như điều khiển nhiệt độ, điều khiển giao thông vận tải, điều khiển mức, điều khiển trong các lĩnh vực dân dụng và ngay cả trong y học đã có sự tham gia của điều khiển mờ. Tới nay đã có rất nhiều sản phẩm công nghiệp được tạora nhờ kỹ thuật điều khiển mờ, rất nhiều nước trên thế giới đã áp dụng thành công đặc biệt là Nhật Bản.
Chính vì thế mà việc đi sâu nghiên cứu và áp dụng lý thuyết tập mờ, logic mờ và điều khiển mờ trong quá trình tổng hợp hệ thống điều khiển mức đã trở nên rất cần thiết và hấp dẫn.
Tuỳ theo các yêu cầu cụ thể mà hệ thống ổn định mức đòi hỏi chỉ tiêu chất lượng cao như: thời gian tác động nhanh, luôn luôn ổn định được lưu lượng xăng có trong bể ( mức xăng trong bể có ổn định hay không phụ thuộc vào lưu lượng chảy vào, lưu lượng chảy ra, áp suất nhiệt độ), có độ chính xác và độ bền cơ học cao.
Trong quá trình tính toán, tổng hợp theo phương pháp kinh điển ta áp dụng các luật điều khiển P, PI, PID để thiết kế hệ thống ổn định mức thoả mãn các chỉ tiêu chất lượng ở mức cao nhất. Nhưng do hệ thống xăng dầu của nước ta đã trải qua chiến tranh và vận hành đã lâu nên không xác định được thông số một cách chính xác. Do đó việc áp dụng các luật điều khiển P, PI, PID kinh điển không đáp ứng được yêu cầu của hệ thống xăng dầu hiện nay. Vì vậy việc áp dụng lý thuyết tập mờ vào để điều khiển hệ thống, ta có thể dễ dàng giải quyết các vấn đề nêu trên.
Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển là hoàn toàn dựa vào sự chính xác tuyệt đối của thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần thiết hay không thể có được, điều khiển mờ chỉ cần sử lý những thông tin (không chính xác) hay không đầy đủ, những thông tin mà sự chính xác của nó chỉ nhận thấy được giữa các quan hệ của chúng với nhau và chỉ có thể mô tả được bằng ngôn mgữ, đã có thể cho ra những quyết định chính xác. Chính khả năng này đã làm cho điều khiển mờ sao chụp được cách sử lý thông tin và điều khiển của con người, đã giải quyết thành công những tồn tại mà hệ thống xăng dầu trước đó không thể giải quyết được. Các luật điều khiển của bộ điều khiển mờ được viết dưới dạng biểu thức ngôn ngữ nên nó rất thích hợp cho hệ thống điều khiển phi tuyến, hệ thống khó xác định thông số đối tượng hay các thông số đo đạc phải chấp nhận sai số lớn. Do đó việc áp dụng điều khiển mờ vào hệ thống ổn định mức là việc cần làm.
Xuất pháp từ những vấn đề mà thực tiễn đặt ra, được sự đồng ý của trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, bộ môn Đo Lường- Điều Khiển và cô giáo hướng dẫn Th.S Hoàng Thị Chiến, chúng tui đã chọn đề tài: ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển ổn định mức cho bể xăng chính trong hệ thống kho xăng.
Nội dung của đề tài này được chia làm 5 chương:
Chương I: Trình bày những tồn tại của hệ thống xăng dầu Việt Nam và phương hướng cải tạo và phát triển.
Chương II: Trong chương này trình bày tổng quan về hệ thống quản lý tự động hoá xăng dầu của hãng ENRAF (Đức). Đã đưa ra các thiết bị chuyên dùng trong ngành xăng dầu. Chúng tui thấy đây là một hệ thống tương đối hoàn chỉnh cả về thiết bị và phần mềm quản lý. Trong chương này chúng tui đưa ra hai thiết bị đo là:
+ Thiết bị đo mức tuỳ động ATG 854.
+ Thiết bị đo Radar linh hoạt 872.
Phần mềm quản lý ENTIS+ là phần mềm quản lý hiệu quả và sử dụng đơn giản.
Chương III: Tổng hợp hệ thống giữ ổn định mức theo phương pháp kinh điển. Trong chương này chúng tui đã trình bày khái quát về đối tượng và tính toán thông số cuả hệ thống và thiết kế hệ thống ổn định mức theo các luật điều khiển P, PI, PID. Đặc biệt đã mô phỏng kết quả thiết kế bằng phần mềm Winfact.
Chương IV: Hệ thống lại một số kiến thức cơ sở của lý thuyết Logic mờ. Các cơ sở toán học của Logic mờ được trình bày theo phương pháp mở rộng các kiến thức đã có trên Logic kinh điển. Đồng thời đưa vào các tiên đề từ đó dẫn ra các khái niệm, định nghĩa trên tập mờ. Trong phần này chúng tui còn trình bày các phép toán cơ bản trên tập mờ, thông qua các biến ngôn ngữ và các giá trị ngôn ngữ, nghiên cứu
luật hợp thành. Trình bày cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển mờ.
Chương IV: Trình bày việc ứng công cụ thể của bộ điều khiển mờ trong điều khiển mức. Phân tích cụ thể từng bước của quá trình thiết kế bộ điều khiển mờ. Đặc biệt chúng tui đã đưa ra phương án thiết kế bộ điều khiển mờ động. Dựa vào kết quả thiết kế bộ điều khiển theo luật P, PI, PID kinh điển đã thực hiện ở chương III. Chúng tui đã thiết kế bộ điều khiển mờ theo thuật toán chỉnh định PID mờ. Để thấy được kết quả thiết kế, chúng tui đã mô phỏmg và khảo sát hệ thống bằng phần mềm Winfact.
Trong quá trình thực hiện đồ án đã phát sinh nhiều khó khăn như: Lý thuyết tập mờ còn chưa hoàn thiện, nguồn tài liệu còn hạn chế, tài liệu phần lớn là tiếng nước ngoài. Việc áp dụng việc điều khiển mờ ở Việt Nam là đang còn mới mẻ. Do đó việc thiết kế và xây dựng hệ thống chỉ mang tính chất lý thuyết.
Để đặt được kết quả này chúng tui nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thày, các cô và bạn bè. Chúng tui vô cùng biết ơn sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hướng dẫn Th.S Hoàng Thị Chiến và các thầy, cô giáo khoa Điện, ngành Đo lường- Điều khiển trường ĐH Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho chúng tui hoàn thành đồ án này đúng thời hạn.
Do thời gian thực hiện đề tài và trình độ bản thân có hạn nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tui rất biết ơn và trân trọng mọi ý kiến đóng góp, xây dựng của các thầy giáo, cô giáo và bạn bè để bản đồ án này hoàn thiện hơn.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
p t¬ng ®¬ng, kÝ hiÖu lµ Û.Trªn b¶ng 4- 1lµ b¶ng gi¸ trÞ ch©n lý cña phÐp to¸n tuyÓn, héi, phñ ®Þnh, phÐp kÐo theo vµ phÐp t¬ng ®¬ng phô thuéc vµo gi¸ trÞ ch©n lý cña c¸c mÖnh ®Ò P, Q.
Sö dông nh÷ng ®Þnh nghÜa trªn, trong logic kinh ®iÓn, c¸c luËt suy diÔn quan träng sau ®©y gi÷ vai trß quyÕt ®Þnh trong c¸c lËp luËn truyÒn thèng.
B¶ng 4-1: TrÞ ch©n lý cña c¸c phÐp to¸n c¬ b¶n
P
Q
È
Ç
Þ
Û
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
§ã lµ c¸c luËt:
* Modus ponens: ( P Ù ( P Þ Q )) Þ Q
* Modus tollens: (( P Þ Q ) Ù ) Þ
* Syllogism: (Suy luËn) (( P Þ Q ) Ù ( Q Þ R)) Þ ( P Þ R)
* Contraposition: ( PÞ Q ) Þ ( Þ )
Ta h·y lÊy luËt Modus ponens lµm vÝ dô. LuËt nµy cã thÓ gi¶i thÝch
nh sau:
NÕu mÖnh ®Ò P lµ ®óng vµ nÕu ®Þnh lý “ P kÐo theo Q ” ®óng, th× mÖnh ®Ò Q còng ®óng.
N¨m 1973, L. Zadeh ®· ®a vµo kh¸i niÖm “ biÕn ng«n ng÷ ” vµ bíc ®Çu ®· ®îc øng dông vµo suy diÔn mê –phÇn tö c¬ b¶n cña logic mê . §©y lµ bíc khëi ®Çu rÊt quan träng cho c«ng viÖc tÝnh to¸n c¸c suy diÔn chñ yÕu trong c¸c hÖ mê.
C¸c phÐp to¸n logic c¬ b¶n ®îc më réng cho logic mê víi c¸c mÖnh ®Ò cã gi¸ trÞ ch©n lý m(P) liªn tôc trong ®o¹n [0, 1], (thay cho m(P) chØ nhËn gi¸ trÞ 1 hoÆc 0 nh ë logic kinh ®iÓn ).
Ta sÏ ®a vµo c¸c phÐp to¸n c¬ b¶n cña logic mê qua con ®êng tiªn ®Ò ho¸ nh vËy sÏ tù nhiªn vµ høa hÑn sÏ cã c«ng nghÖ lín.
3. Më réng thuyÕt tËp hîp kinh ®iÓn -Lý thuyÕt tËp mê
Cho c¸c tËp P,Q, .. gi¸ trÞ ch©n lý m(P), m(Q), .. sÏ nhËn trong ®o¹n
[0,1] ta gäi tËp nµy lµ tËp mê trong logic mê vµ gäi c¸c gi¸ trÞ ch©n lý nµy lµ c¸c hµm liªn thuéc cña tËp mê P, Q, .. VËy mét tËp mê P trong miÒn x¸c ®Þnh U ®îc ®Æc trng bëi mét hµm liªn thuéc mP(x), gi¸ trÞ c¸c hµm liªn thuéc nµy t¬ng øng víi gi¸ trÞ bÊt kú trong kho¶ng [0,1]. Nãi c¸ch kh¸c hµm liªn thuéc cña mét mÖch ®Ò th«ng thêng chØ mang mét trong hai gi¸ trÞ lµ 0 hoÆc 1 trong khi hµm liªn thuéc cña tËp mê lµ mét hµm liªn tôc tong ®o¹n [0,1]. Râ rµng kh«ng gièng nh tªn gäi cña tËp mê, ®Þnh nghÜa tËp mê kh«ng “ mê ” chóc nµo, nã ®¬n gi¶n nh mét tËp cã hµm liªn thuéc liªn tôc trong ®o¹n [0,1].
TËp mê trong miÒn x¸c ®Þnh U cã thÓ ®îc xem nh mét tËp cña c¸c cÆp gi¸ trÞ x vµ hµm liªn thuéc nã. NghÜa lµ:
P = {(x, mp(x))|xÎ U} (4-1)
Trong ®ã P lµ miÒn liªn tôc vµ P thêng viÕt lµ:
P =mp(x)/x (4-2)
Trong ®ã dÊu ò kh«ng ph¶i chØ lµ phÐp to¸n lÊy tÝch ph©n mµ nã chØ ra r»ng cÇn lÊy mäi ®iÓm x trong U víi hµm liªn thuéc t¬ng øng mP(x).
§«i nÐt vÒ lý thuyÕt tËp mê ( Fuzzy- Logic)
§Þnh nghÜa tËp mê
TËp mê P x¸c ®Þnh trªn tËp kinh ®iÓn U lµ mét tËp hîp mµ mçi
phÇn tö cña nã lµ mét cÆp c¸c gi¸ trÞ ( x, mP(x) ) trong ®ã x Î U vµ mPlµ mét ¸nh x¹:
mP: U ® [ 0,1] (4-3)
¸nh x¹ mP ®îc gäi lµ hµm liªn thuéc ( hoÆc hµm phô thuéc) cña tËp mê P, tËp kinh ®iÓn U gäi lµ tËp c¬ së cña P.
P = {(1,1),(2,1),(3,0.8),(4,0.07)}
Sè tù nhiªn 1 vµ 2 cã ®é phô thuéc: mP(1) = mP(2) =1
C¸c sè tù nhiªn 3 vµ 4 cã ®é phô thuéc nhá h¬n 1.
mP(3) = 0,8 vµ mP(4) =0,07
Nh÷ng sè kh«ng ®îc liÖt kª ®Òu cã ®é phô thuéc b»ng 0
0
1
0,8
0,078
2
6
xx
mP(x)
H×nh 4-1: Hµm phô thuéc
cña tËp mê P
VÝ dô: Mét tËp mê P gåm c¸c sè tù nhiªn x Î N < 6 víi hµm phô thuéc nh h×nh vÏ 4-1
Tham sè cña tËp mê
*§é cao : §é cao cña tËp mê P (®Þnh nghÜa trªn c¬ së U) lµ gi¸ trÞ
H = sup mP(x) x Î U (4-4)
Tøc lµ ®é cao cña tËp mê P t¹i ®iÓm x0 Î U chÝnh lµ gi¸ trÞ cña hµm liªn thuéc t¹i ®iÓm x0 Î U
Mét tËp mê víi Ýt nhÊt mét phÇn tö cã gi¸ trÞ hµm liªn thuéc b»ng 1 ®îc gäi lµ tËp mê chÝnh t¾c, tøc lµ H =1. Ngîc l¹i mét tËp mê P víi
H < 1 ®îc gäi lµ tËp mê kh«ng chÝnh t¾c.
MiÒn x¸c ®Þnh: MiÒn x¸c ®Þnh cña tËp mê P (®Þnh nghÜa trªn c¬
së U ) ®îc ký hiÖu bëi S lµ tËp con cña tËp U tho¶ m·n:
S = { x Î U êmP(x) > 0} (4-5)
* MiÒn tin cËy: MiÒn tin cËy cña tËp mê P (®Þnh nghÜa trªn c¬ së U)
®îc ký hiÖu bëi T lµ tËp con cña U tho¶ m·n:
T = { x Î U êmP(x) = 1} (4-6)
x
MiÒn tin cËy
MiÒn x¸c ®Þnh
mP(x)
0
H×nh 4-2: Minh ho¹ vÒ miÒn x¸c ®Þnh
vµ miÒn tin cËy cña tËp mê
4.3. C¸c phÐp to¸n c¬ b¶n trªn tËp mê
4.3.1. PhÐp hîp cña hai tËp mê
Gäi f: [0,1] ® [0,1] lµ mét ¸nh x¹ lµm t¬ng øng hµm liªn thuéc cña c¸c tËp mê P vµ Q tíi hµm liªn thuéc cña tËp mê hîp cña P vµ Q
(P È Q ) nghÜa lµ:
f [ mP(x), mQ(x) ] = mP È Q(x) (4- 7)
§Þnh nghÜa: Hîp cña hai tËp mê P vµ Q cã cïng c¬ së U lµ mét
tËp mê còng x¸c ®Þnh trªn c¬ së U víi hµm liªn thuéc
mP È Q(x) = MAX [ mP(x), mQ(x) ] (4-8)
mP(x)
mQ(x)
m
x
mP È Q(x)
m
x
H×nh 4-3a: Hµm liªn thuéc cña
hîp hai tËp hîp kinh ®iÓn
mP(x)
mQ(x)
m
x
mP È Q(x)
m
x
H×nh 4-3b: Hµm liªn thuéc cña
hîp hai tËp mê
Còng cÇn ph¶i nãi thªm r»ng ngoµi c«ng thøc (4-8) cßn cã nhiÒu c«ng thøc kh¸c nhau ®îc dïng ®Ó tÝnh hµm liªn thuéc mP È Q(x) cña hîp hai tËp hîp nh:
mP È Q(x) = (4-9)
mP È Q(x) = min{1, mP (x) + m Q(x)} ( PhÐp hîp Lukasiewicz) (4-10)
mP È Q(x) = (Tæng Einstein) (4-11)
mP È Q(x) = mP (x) + m Q(x) - mP (x) .m Q(x) (Tæng trùc tiÕp...) (4-12)
4.3.2. PhÐp giao hai tËp mê
Gäi g: [0,1] ® [0,1] lµ mét ¸nh x¹ lµm t¬ng øng hµm liªn thuéc cña c¸c tËp mê P vµ Q tíi hµm liªn thuéc cña tËp mê giao cña P vµ Q,
(P Ç Q) nghÜa lµ:
[ mP(x), mQ(x) ] = mP Ç Q(x) (4- 13)
§Þnh nghÜa:
Giao cña hai tËp mê P vµ Q cã cïng c¬ së U lµ mét tËp hîp mê còng x¸c ®Þnh trªn c¬ së U víi hµm liªn thuéc:
mP Ç Q(x) = MIN [mP(x), mQ(x)] (4- 14)
mP(x)
mQ(x)
m
x
mP Ç Q(x)
m
x
a: PhÐp giao hai tËp
hîp kinh ®iÓn
mP(x)
mQ(x)
m
x
mP Ç Q(x)
m
x
H×nh 4-4: Hµm liªn thuéc cñagiao hai tËp hîp cã cïng c¬ së
b: PhÐp giao hai
tËp mê
Ngoµi c«ng thøc (4-14) cßn cã nhiÒu c«ng thøc kh¸c ®Ó tÝnh hµm liªn thuéc mP Ç Q(x) cña giao hai tËp hîp mê nh:
mP Ç Q(x) = (4-15)
mP Ç Q(x) = max{0, mP (x) + m Q(x)- 1} ( PhÐp giao Lukasiewicz) (4-16)
mP Ç Q(x) = (Tæng Einstein) (4-17)
mP Ç Q(x) = mP (x) .m Q(x) (TÝch ®¹i sè...) (4-18)
......
4.3.3. PhÐp bï cña tËp mê
§Ó ®a ra ®îc ®Þnh nghÜa vÒ phÐp bï mê ta h·y më réng kh¸i niÖm vÒ phÐp phñ ®Þnh, mét phÐp to¸n c¬ b¶n trong logic ®iÒu khiÓn. §Ó suy réng chóng ta cÇn tíi to¸n tö m(NOT P) x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ch©n lý cña ®èi víi mçi mÖnh ®Ò P.
Gäi h lµ ¸nh x¹ tõ [0,1] ® [0,1] nã t¬ng øng tõ hµm liªn thuéc cña tËp mê P tíi hµm liªn thuéc cña tËp mê bï cña P ( )
h [ m(x) ] = 1- mP(x) (4-19)
§Þnh nghÜa:
Bï cña tËp mê P cã c¬ së U vµ hµm liªn thuéc mP(x) lµ m«t tËp mê x¸c ®Þnh trªn cïng c¬ së U víi hµm liªn thuéc:
m(x) = 1- mP(x)
mP(x)
m(x)
1
x
x
1
a, Hµm liªn thuéc
cña tËp mê P
b, Hµm liªn thuéc
cña tËp mê
H×nh 4-5: TËp bï mê cña p
4.4. LuËt hîp thµnh mê
4.4.1. MÖnh ®Ò hîp thµnh
Cho hai biÕn ng«n ng÷ X vµ Y. NÕu X nhËn gi¸ trÞ ( mê ) P cã hµm liªn thuéc mP(x) vµ X, Y nhËn gi¸ trÞ ( mê ) Q cã hµm liªn thuéc mQ(y) th× hai biÓu thøc
X = P (4-20)
Y = Q (4-21)
§îc gäi lµ hai mÖch ®Ò
Ký hiÖu mÖch ®Ò (4-20) lµ p vµ (4-21) lµ q th× mÖch ®Ò hîp thµnh:
p Þ q ( tõ p suy ra q )
Hoµn toµn t¬ng øng víi luËt ®iÒu khiÓn ( mÖnh ®Ò hîp thµnh mét ®iÒu kiÖn )
NÕu X = P th× Y = Q
Trong ®ã mÖnh ®Ò p ®îc gäi lµ mÖnh ®Ò ®iÒu kiÖn vµ q lµ mÖnh ®Ò kÕt luËn. MÖnh ®Ò hîp thµnh trªn lµ mét vÝ dô ®¬n gi¶n vÒ bé ®iÒu khiÓn mê. Nã cho phÐp mét gi¸ trÞ ®Çu vµo n0 hay cô thÓ h¬n lµ tõ sù phô thuéc mP(x0) ®èi víi tËp mê P cña gi¸ trÞ ®Çu vµo n0 x¸c ®Þnh ®îc hÖ sè tho¶ m·n mÖnh ®Ò kÕt luËn q cña gi¸ trÞ ®Çu vµo y. BiÓu diÔn hÖ sè tho¶ m·n mÖnh ®Ò q cña y nh mét tËp mê Q’ cïng c¬ së víi Q th× mÖnh ®Ò hîp thµnh chÝnh lµ ¸nh x¹.
mP(x0) ® mQ’(y)
4.4.2. M« t¶ mÖnh ®Ò hîp...