goodnight_8x
New Member
Download miễn phí Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động lò điển trở
Mục lục
Lời nói đầu 3
Mục lục 5
Danh mục các hình vẽ 9
Phần mở đầu 12
Chương I:Tổng quan về lý thuyết điều khiển mờ 15
1.1. Lịch sử phát triển lý thuyết mờ 15
1.2. Bộ điều khiển mờ và ưu điểm của nó 15
1.3. Những khái niệm cơ bản 16
1.3.1 Khái niệm về tập mờ 16
1.3.1.1. Định nghĩa tập mờ 16
1.3.1.2. Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ 18
1.3.1.3 Các phép toán trên tập mờ 19
1.3.1.4 . Biến ngôn ngữ và giá trị của nó 19
1.4. Luật hợp thành 20
1.4.1. Mệnh đề hợp thành 20
1.4.2 Mô tả mệnh đề hợp thành 20
1.4.3 Luật hợp thành 21
1.4.4. Thuật toán thực hiện luật hợp thành 23
1.4.4.1. Luật hợp thành MAX - MIN 23
1.4.4.2. Luật hợp thành MAX-PROD. 23
1.4.4.3. Thuật toán xây dựng R 23
1.4.4.4 Thuật toán xác định luật hợp thành đơn có cấu trúc MISO (Multi inputs- Single output) 24
1.4.4.5 Thuật toán xác định luật hợp thành kép max- Min, max- PROD 24
1.4.4.6 Thuật toán xác định luật hợp thành sum - MIN và sum-PROD. 26
1.4.5.các phương pháp giải mờ (rõ hoá) 27
1.4.5.1. Phương pháp cực đại 27
1.4.5.2. Phương pháp điểm trọng tâm 29
1.5. Các khâu điều khiển mờ 31
1.5.1 . Bộ điều khiển mờ cơ bản 31
1.6. nguyên lý điều khiển và phương pháp tổng hợp bộ điều khiển mờ 32
1.6.1 Nguyên lý và cấu trúc của một hệ thống điều khiển mờ 32
1.6.2. Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ 33
1.6.2.1. Định nghĩa các biến vào/ra 34
1.6.2.2. Xác định tập mờ 34
1.6.2.3. Xây dựng các luật điều khiển 35
1.6.2.4. Chọn thiết bị hợp thành. 35
1.6.2.5. Chọn nguyên lý giải mờ 35
1.7.Các bộ điều khiển mờ . 36
1.7.1. Bộ điều khiển mờ tĩnh 36
1.7.1.1 .Thuật toán tổng hợp một bộ điều khiển mờ tĩnh 36
1.7.1.2. Tổng hợp bộ điều khiển mờ tuyến tính từng đoạn 37
1.7.2 .Bộ điều khiển mờ động 39
1.7.2.1.Bộ điều khiển mờ theo luật PID 39
1.7.2.2. Bộ điều khiển mờ theo luật I 40
1.7.2.3. Bộ điều khiển mờ theo luật PD 40
1.7.2.4 Bộ điều khiển mờ theo luật PI 41
Chương 2: Đặc điểm công nghệ của lò điện trở 43
2.1 Mô tả mô hình lò điện trở 43
2.1.1. Cấu tạo của lò điện trở 43
2.1.2. Phân loại lò điện trở 45
2.1.3.Cấu tạo lò điện trở 46
2.1.3.1Vỏ lò 46
2.3.1.2 Lớp lót 46
2.1.3.3 Dây nung 47
2.1.4 Các phương pháp điều chỉnh lò điện trở 48
2.1.4.1 Phương pháp dùng máy biến áp. 48
2.1.4.2 Phương pháp dùng rơle 48
2.1.4.3 Phương pháp dùng rơle kết hợp với Thysistor. 48
2.1.4.4 Phương pháp dùng hai Thysistor mắc đối xứng. 49
2.1.4.5 Phương pháp dùng Triac. 49
2.1.5 Ưu điểm của lò điện trở 50
2.1.6 Một ứng dụng điển hình của lò điện trở 50
2.2. Nhận dạng đối tượng 50
Chương 3 : Thiết kế bộ điều khiển mờ điều khiển tự động lò điện trở 54
3.1 Dùng bộ mờ điều khiển trực tiếp đối tượng lò điện trở 54
3.1.1 Định nghĩa các biến vào/ ra 54
3.1.2 Xác định tập mờ 54
3.1.2.1 Miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ vào/ ra 54
3.1.2.2 Số lượng tập mờ 55
3.1.2.3 Xác định hàm thuộc 55
3.1.2.4 Xây dựng các luật điều khiển 56
3.1.2.5 Chọn thiết bị hợp thành và giải mờ 57
3.2 Dùng bộ mờ chỉnh định thông số của bộ PI điều khiển cho đối tượng lò điện trở. 58
3.2.1 Chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 58
3.2.2 Chỉnh định mờ cho bộ tham số PI 59
Chương 4: Mô phỏng hệ thống điều khiển mờ cho lò điện trở trên phần mềm MatLab và WinFact 63
4.1. Khai thác và ứng dụng phần mềm Winfact để mô phỏng hệ thống điều khiển mờ cho lò điện trở. 63
4.1.1 Giới thiệu chung về phần mềm winfact 63
4.1.1.1 Modul fuzzy- Shell, có tên là FLOP, sử dụng để thiết kế và phân tích một bộ điều khiển mờ. 63
4.1.1.2 Modul mô phỏng BORIS 69
4.1.2 Các bước thực hiện mô phỏng hệ điều khiển mờ. 71
4.2. Mô phỏng trên MatLab 78
4.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm MATLAB 78
4.2.2 Xác định thông số của bộ điều khiển bằng phương pháp tối ưu độ lớn 80
4.2.3 Chỉnh định mờ bộ PI với Kr 80
4.2.4.Thiết kế bộ điều khiển mờ dùng bộ điều khiển PI giữ nguyên Ti=500 thay đổi Kr 88
4.3. Đánh giá chất lượng của hệ thống điều khiển tự động 96
4.3.1 Lý thuyết chung đánh giá chất lượng quá trình điều khiển. 96
4.3.1.1. Đánh giá chất lượng hệ thống ở trạng thái xác lập. 96
4.3.1.2. Chỉ tiêu chất lượng của hệ thống ở trạng thái quá độ 97
4.3.2. Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển lò điện trở. 98
4.3.2.1. Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển lò điện trở trực tiếp bằng bộ điều khiển mờ. 98
4.3.2.2. Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển lò điện trở gián tiếp dùng bộ điều khiển mờ để chỉnh định các thông số của bộ PI. 99
Chương 5: Kết luận và kiến nghị 103
5.1 Kết luận 103
5.2 Kiến nghị 105
Tài liệu tham khảo 106
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:
. , AN11 trên khoảng [?1,?1] của x1có hàm liên thuộc ?Aj1(x1), j = 1,2, . . . , N1 dạng hình thang cho trong (hình 1.13) sau, với a11 = b11 = ?1 và cN11 = dN11 = ?1?Aji(x)
aji bji cji dji xi
Hình 1.13 Hàm liên thuộc của các tập mờ đầu vào với i = 1;2 và j = 1;2, . . . , Ni
N2 tập mờ đầu vào A12, A22, . . . , AN21 trên khoảng [?2,?2] của x2có hàm liên thuộc ? Aj2(x2), j = 1,2, . . . , N2 dạng hình thang cho trong (hình1.13) sau, với a12 = b12 = ?2 và cN22 = dN22 = ?2
Ký hiệu các giá trị e1i = ?i , eNii = ?i và cho i = 1;2và j = 2;3, . . . , Ni-1
b. Chọn thiết bị hợp thành.
Chọn nguyên tắc triển khai SUM- PROD cho mệnh đề hợp thành, tích đại số cho phép giao và công thức Lukasiewicz cho phép hợp thì tập mờ đầu vào là một giá trị rõ .
c. Chọn phương pháp giải mờ
Chọn phương pháp độ cao để giải mờ và để ý rằng các liên thuộc là hình thang cân nên phép lấy tích MIN có thể bỏ qua mà không ảnh hưởng tới kết quả.
1.7.1.2. Tổng hợp bộ điều khiển mờ tuyến tính từng đoạn
Xét đường y(x) có 6 cặp điểm nút (xk,yk) khuyếch đại = 1?6. Để đường đặc tính của bộ điều khiển sẽ tổng hợp cũng liên tục được tại những điểm nút này thì :
+ Mỗi một giá trị rõ đầu vào phải tích cực được hai luật điều khiển
+ Mỗi hàm liên thuộc đầu vào có dạng hình tam giác với đỉnh là một nút thứ khuếch đại và miền xác định là khoảng [xk-1.xk+1] nằm hai phía điểm nút yk.
+ Sử dụng nguyên tắc độ cao để giải mờ .
+ Cài đặt luật hợp thành theo nguyên lý MAX-MIN
y
y6
y4,y5
x1 x2 x3 x4 x5 x5 x
y3
y1,y2
Hình 1.14 Đường đặc tính y(x) cho trước.
Tổng quát lên thì thuật toán tổng hợp bộ điều khiển mờ có đường đặc tính y(x) tuyến tính từng khúc cho trước sẽ như sau:
+ Xác định các nút (xk,yk) , k = 1,2, . . . , n của y(x).
+ Định nghĩa n tập mờ đầu vào Ak, k = 1,2, . . . , n có hàm liên thuộc ?Ak(x) dạng hình tam giác với đỉnh là điểm xk và miền xác định là khoảng [xk-1,xk+1] , trong đó cho B1 và Bn thì các điểm x0, xn+1 là những điểm bất kỳ thoả m•n
x0xn.
+ Xác định n tập điểm đầu ra Bk, k = 1,2 , . . . , n có ?Bk(y) là các hàm Kroecker định nghĩa tại yk.
+ Định nghĩa tập n luật điều khiển dạng
Rk: nếu ? = Ak thì ? = Bk , k = 1,2, . . . , n
+ Sử dụng nguyên tắc độ cao để giải mờ.
1.7.2 .Bộ điều khiển mờ động.
Bộ điều khiển mờ động là những bộ điều khiển phối hợp giữa hệ kinh điển (các khâu P,I,D) với hệ mờ.
Mô hình điều khiển mờ động sử dụng phối hợp các khâuPID.
x1 ET1
u1
DET1 y
ET2 U2
x2 y2
DET2
Hình 1.15 Bộ điều khiển mờ động với 4 đầu vào và 2 đầu ra.
Sự biến đổi tín hiệu sai lệch đầu vào ET theo thời gian có thể xác định bằng đạo hàm của sai lệch. Đạo hàm DET đươc lấy từ đầu của khâu D kinh điển giúp cho bộ điều khiển phản ứng kịp thời với các biến động đột suất cả các đối tượng
1.7.2.1.Bộ điều khiển mờ theo luật PID
Bộ điều khiển mờ được thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID có 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 ET của sai lệch. Đầu ra của bộ điều khiển mờ chính là tín hiệu điều khiển u(t). Mô hình toán học của bộ PID theo thuật toán chỉnh định có dạng :
Thường người ta thiết kế bộ điều khiển mờ theo luật PID có mô hình
hay
1.7.2.2. Bộ điều khiển mờ theo luật I
Một bộ điều khiển mờ theo luật I có thể thiết kế từ một bộ điều khiển mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính ) bằng cách nối tiếp một khâu tích phân kinh điển vào trước hay sau khối mờ đó. Do tính phi tuyến của hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác nhau .
Mô hình điều khiển theo luật I được mắc ở đầu ra như sau:
Nhiễu
x ET P y
_
Hình1.16 Mô hình điều khiển mờ theo luật I
1.7.2.3. Bộ điều khiển mờ theo luật PD
Theo (1.25) thì khi mắc nối tiếp ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỷ kệ một khâu vi phân sẽ có được một bộ điều khiển mờ theo luật PD.
- Mô hình điều khiển mờ theo luật PD như sau:
Hình 1.17 Hệ thống điều khiển mờ theo luật PD
1.7.2.4 Bộ điều khiển mờ theo luật PI
Bộ điều khiển mờ theo luật PI thường được sử dụng để triệt tiêu sai lệch tĩnh của hệ thống. Bộ điều khiển PI sẽ được thiết kế trên cơ sở của bộ điều khiển PD mờ, bằng cách nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển PD mờ một khâu tích phân .
Mô hình điều khiển theo luật PI như sau:
Nhiễu
DET
x
P y
_
Hình 1.18 Mô hình điều khiển mờ theo luật PI.
* Kết luận chương 1
Trong chương này chúng em đ• đề cập đến những vấn đề sau:
- Lịch sử phát triển lý thuyết mờ.
- Bộ điều khiển mờ và ưu điểm của nó.
- Một số khái niệm cơ bản: khái niệm về tập mờ, độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ.
- Các phép toán trên tập mờ: hợp hai tập mờ, biến ngôn ngữ.
- Luật hợp thành.
- Các phương pháp giải mờ: phương pháp cực đại, phương pháp trọng tâm.
- Các khâu điều khiển mờ.
Đồng thời trong chương này chúng em đ• trình bày các phương pháp toán học để tổng hợp và phân tích một hệ thống tổng hợp mờ cung cấp cho bạn đọc những kiến thức cơ bản nhất để có khả năng tự tổng hợp bộ điều khiển mờ đơn giản.
Chương 2
Đặc điểm công nghệ của lò điện trở
Đặt vấn đề
Đối tượng nghiên cứu là lò điện trở là một đối tượng phi tuyến. Trong thực tế có rất nhiều phương pháp tổng hợp thiết kế bộ điều khiển kinh điển cho đối tượng này. Nhưng do đối tượng thường xuyên thay đổi trạng thái nên hệ điều khiển kinh điển có độ tin cậy không cao và người thiết kế gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình xác định các thông số của bộ điều khiển, khó khăn đó sẽ không còn là vấn đề nan giải khi bộ điều khiển được thiết kế dựa trên cơ sở logic mờ và càng đơn giản hơn trong việc thực hiện giải pháp này.
Trên đây chúng ta đ• nghiên cứu về tổng quan lý thuyết điều khiển mờ: các luật hợp thành, các phương pháp giải mờ….Để có thể điều khiển được đối tượng một cách chính xác chúng ta h•y đi nghiên cứu về đặc điểm công nghệ của đối tượng cụ thể đó là lò điện trở.
Trên yêu cầu công nghệ, sơ đồ đối tượng điều chỉnh được trình bày như sau:
2.1 Mô tả mô hình lò điện trở
2.1.1. Cấu tạo của lò điện trở
Hình 2.1: Sơ đồ đối tượng điều chỉnh
Trong đó:
1. Buồng đốt
2. Quạt gió
3. Nhiệt kế điện trở
4. Dây nung
R/U- chuyển đổi điện trở sang điện áp
A/D - chuyển đổi tương tự sang số
MT - máy tính
D/A- chuyển đổi số sang tương tự
TX - mạch tạo xung
TH - thyristor
- Buồng đốt được chế tạo kín và được cách nhiệt với bên ngoài
- Dây đốt là dây điện trở được đặt trong buồng đốt. Cấp điện cho dây đốt là nguồn điện xoay chiều điều chỉnh được thông qua việc điều chỉnh góc mở của hai thyristor mắc song song ngược T1, T2
- Quạt đặt ở phía đầu buồng đốt dùng để lưu thông luồng không khí được sấy nóng
A/D, D/A nằm trong CARD ghép nối m• hiệu.…dùng để biến đổi tín hiệu tương tự sang số và tín hiệu số thành tín hiệu tương tự đưa vào máy tính (MT) để thực hiện quá trình điều khiển bằ...