BÁO CÁO HỌC PHẦN LÍ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN II ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO LÒ NHIỆT Giảng viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thị Chính Nhóm thực hiện : NHÓM 5 1. Thái Mai Thao 1651050117 TD16B 2. Phạm Ngọc Thảo 1651050049 TD16A 3. Trương Nguyễn Duy Thiên 1651050053 TD16A 4. Hồ Tấn Thức 1651050054 TD16A 5. Trần Thị Thủy Tiên 1651050040 TD16A 6. Nguyễn Lê Phước Trí 1551030340 TD15B 7. Nguyễn Ngọc Trinh 1651050056 TD16A 8. Mai Xuân Trường 1651050057 TD16A 9. Nguyễn Trần Minh Tú 1651050041 TD16A 10. Hà Thúc Tuấn 1651050043 TD16A TP.HCM tháng 05 năm 2020 LỜI NÓI ĐẦU Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đóng một vai trò rất quan trọng. Năng lượng nhiệt có thể được dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung nấu vật liệu: nấu gang thép, khuôn đúc…Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cách hợp lí và hiệu quả là rất cần thiết. Lò nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng được nhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra. Ở lò nhiệt, yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất là phải điều chỉnh và khống chế được nhiệt độ của lò. Chúng em chọn đề tài “Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt” trên cơ sở những lý thuyết đã học được chủ yếu trong môn học lí thuyết điều khiển, kèm theo đó là kiến thức của các môn học cơ sở ngành và các môn học có liên quan như Kĩ thuật đo II, Lí thuyết điều khiển I… Vì lí do lượng kiến thức còn hạn hẹp và học online nên trong quá trình làm chúng em còn gặp nhiều khó khăn, khúc mắc chưa rõ và chưa giải quyết được. Đề tài được chia làm 5 phần như sau: 1. Tìm hàm truyền của đối tượng 2. Vẽ quỹ đạo nghiệm số. Nhận xét về tính ổn định của đối tượng 3. Thiết kế bộ điều khiển PID 4. Thiết kế bằng phương pháp không gian trạng thái 5. Thiết kế bộ điều khiển mờ Qua một thời gian thực hiện cùng với sự nổ lực của các thành viên trong nhóm cũng như sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn, nhóm chúng em đã hoàn thành bài tiểu luận đúng thời hạn. Tuy nhiên với một lĩnh vực tương đối khó và đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn chắc chắn báo cáo này còn nhiều điều thiếu sót, chúng em xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Chính đã giúp đỡ nhóm hoàn thành bài tiều luận này này.
HÀM TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG
Mô tả toán học của lò nhiệt trong phòng thí nghiệm:
Hình 1.1 Thí nghiệm xác định hàm truyền lò nhiệt
Lò nhiệt hoạt động dựa trên điện áp hoặc công suất cung cấp cho dây đốt, với ngõ ra là nhiệt độ của sản phẩm cần nung hoặc nhiệt độ của vùng sử dụng.
Hàm truyền của lò nhiệt được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm, với cấp nhiệt tối đa đạt 100% công suất vào Nhiệt độ lò tăng dần cho đến khi đạt giá trị bão hòa sau một khoảng thời gian Đặc tính nhiệt độ theo thời gian được thể hiện trong hình 1.2a, tuy nhiên, do tính chất phức tạp của lò nhiệt, ta sử dụng đáp ứng gần đúng như trong hình 1.2b để đơn giản hóa mô hình.
Hình 1.2 Đặc tính của lò nhiệt a Đặc tính chính xác; b Đặc tính gần đúng (lí tưởng)
Nhiệt độ đầu vào C(s) tăng theo công suất điện áp cấp vào theo phương trình tuyến tính, tức là theo dạng hàm nấc đơn vị với P = 100%.
Tín hiệu ra gần đúng (H.1.2.b) chính là hàm:
−t c(t) = f(t – T1) trong đó f(t) = K(1 - e 2 ) K: hệ số tỉ lệ cho biết quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra ở trạng thái xác lập
T1: thời gian trễ Nếu xem thời gian trễ là lí tưởng thì T1 = 0
T2: hằng số thời gian thể hiện quán tính của hệ thống
Biến đổi Laplace hàm f(t) được: F(s) Áp dụng định lí chậm trễ, ta được: C(s) Suy ra hàm truyền của lò nhiệt là: G(s) K s(1+T 2 s)
Bao gồm 1 khâu quán tính hệ số khuếch đại K và thời hằng T2, và khâu trễ thời gian
Hệ số khuếch đại K được tính như sau:
Nhiệt độ xáC lập−Nhiệt độ ban đầu
Khi nhiệt độ ban đầu không bằng 0, hệ số K được xác định dựa trên sự gia tăng nhiệt độ đầu ra so với môi trường Để áp dụng cho hệ tuyến tính, ta sử dụng khai triển Taylor của hàm số e^(-x) Theo định lý Taylor, ta có thể biểu diễn hàm e^x dưới dạng khai triển S.
Vậy ta được hàm truyền sẽ là hệ thống tuyến tính bậc 2:
Chọn thông số thực tế:
Suy ra hàm truyền của lò nhiệt:
VẼ QUỸ ĐẠO NGHIỆM SỐ
Tính toán và vẽ quỹ đạo nghiệm số
Hàm truyền kín của hệ thống:
Với H(s)=1 ta có PTĐT là:
= 0 num = [200] den = [513000 1730 1] g = tf(num,den) rlocus(g) grid on
Tìm K để hệ thống ổn định
Phương trình đặc trưng của hệ thống:
Hệ thống ổn định khi tất cả các phần tử ở cột 1 bảng Routh đều dương
Giao với điều kiện K > 0, suy ra hệ thống ổn định khi K∈ (0;+∞)
Nhận xét tính ổn định của hệ thống
Ta thấy quỹ đạo nghiệm số nằm hoàn toàn về bên trái trục ảo nên hệ thống luôn ổn định với mọi K>0
PHẦN III : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN P, PI, PID
I Vẽ đáp ứng vòng hở của hệ thống
Ta có ngõ vào là hàm nấc đơn vị: R(s) =1
Đáp ứng ngõ ra của đối tượng:
. num = [200] den = [513000 1730 1] g = tf(num,den) step(g)
Hình 3.2 Đáp ứng nấc của hệ hở lò nhiệt
II Vẽ đáp ứng vòng kín của hệ thống
Hàm truyền kín của hệ thống:
Với ngõ vào là hàm nấc đơn vị:
R(s) = 1 Đáp ứng ngõ ra của đối tượng: �
Biểu diễn trên Matlab num = [200] den = [513000 1730 201] g = tf(num,den) step(g)
Hình 3.4 Đáp ứng nấc của hệ kín lò nhiệt
III Phương pháp Ziegler-Nichols Đây là phương pháp phổ biến nhất để chọn thông số cho bộ điều khiển PID thương mại hiện nay Phương pháp này dựa vào thực nghiệm để thiết kế bộ điều khiển P, PI, PID bằng cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển
Tổng hợp ba khâu P, I, D ta được bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID được mô tả bằng hảm truyền đạt sau:
Nhắc lại hàm truyền lò nhiệt:
Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt có đáp ứng quá độ của hệ hở khi tín hiệu vào là hàm nấc, thể hiện qua dạng chữ S như trong hình 3.5.
Hình 3.5 Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S
Theo Nichols – Ziegler đề xuất các hằng số KP, thời hằng tích phân Ti và hằng số vi phân Td cho hàm hiệu chỉnh phù hợp với hàm truyền, giúp xác định các thông số K, T1, T2.
Khi đó ta có thể xác định các thông số của bộ điều khiển P, PI, PID theo bảng sau:
Bộ ĐK KP TI TD
Thay các thông số thực tế vào bảng trên, ta được:
PI (tích phân tỉ lệ) 0,9 T 2 = 0,9 1350
PID (vi tích phân tỉ 1,2 T 2 = 1,2 1350
IV Thiết kế bộ điều khiển P
Chọn thông số: KP = 0.0178, KI = 0, KD = 0
2 Nhập các thông số trên PID Controler
3 Kết quả đáp ứng của hệ thống dùng bộ điều khiển P
− Chưa bám giá trị đặt
− Thời gian lên trise lớn
• Nhập các thông số trên PID Controler
− Đã bám giá trị đặt nhưng thời gian xác lập txl còn lớn
− Sai số xác lập lớn
− Thời gian lên trise giảm
V Thiết kế bộ điều khiển PI
2 Nhập các thông số trên PID Controler
3 Kết quả đáp ứng của hệ thống dùng bộ điều khiển PI
Với thông số PID tính toán được thì kết quả cho ra hệ thống chưa đạt yêu cầu
=> Cần phải chọn lại bộ thông số khác cho phù hợp.
• Nhập các thông số trên PID Controler
- Nhìn chung hệ thống đã bám vào giá trị đặt, tuy nhiên thời gian xác lập còn lớn,Sai số xác lập cao.
VI Thiết kế bộ điều khiển PID
2 Nhập các thông số trên PID Controler
3 Kết quả đáp ứng ngõ ra của hệ dùng bộ điều khiển PID
- Ta thấy hệ thống càng về sau càng dao động(Sai số xác lập lớn), đồng thời chưa bám theo giá trị đặt(yr)
• Nhập các thông số trên PID Controler
Sau điều chỉnh ta thấy hệ thống khá ổn định với
Độ vọt lố nhỏ POT= 8%
Bám giá trị đặt(yr)
Thời gian xác lập rất nhỏ T = 0.1s
Hệ thống hầu như không có dao động(Sai số xác lập rất ít)
PHẦN IV : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ĐẶT CỰC, BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI
I Thành lập hệ phương trình trạng thái mô tả hệ thống
Vi phân 2 vế (2) ta được:
10−3 ] [ 2 ] 0,39 10 −3 Đáp ứng của hệ thống: c(t) = x1(t) = [1 0] [ x 1 (t)
II Kiểm tra tính điều khiển và quan sát của hệ thống
1 Kiểm tra tính điều khiển
Ta có ma trận điều khiển được: M = [B AB]
0,39 10 1,31 10Vậy: Hệ thống điều khiển được
2 Kiểm tra tính quan sát
Ma trận quan sát được: N = [C T A T C T ]
Vậy: Hệ thống quan sát được hoàn toàn0 1
III Thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực
1 Xác định các cặp cực phức và cặp cực thực
Giả sử hệ thống được thiết kế với các yêu cầu về thông số:
Thời gian quá độ tqđ < 0,5s (theo tiêu chuẩn 2%)
Phương trình đặc tính của hệ thống là:
Từ phương trình đặc tính ban đầu ta có: a1 = 1, a2 = 1,83, a3 = 0,71 Đa thức đặc trưng mong muốn:
{ ẋ1(t) = x2(t) ẋ 2 (t) = −144,6x 1 (t) − 17x 2 (t) (10) Đa thức cực mong muốn:
Cân bằng các hệ số của (4) và (5) ta được:
3 Thiết kế hệ thống bằng phương pháp đặt cực
Xét hệ thống: ̇(t) = Ax(t) + Bu (7)
Tín hiệu điều khiển: u = -Kx (8)
10 −3 k 2 Thay cái giá trị K1 = 370642,5; K2 = 43596,35 vào (9) ta được:
Ta thiết kế để so sánh hệ thống trước (4) và sau khi thay giá trị K (10)
• Giao diện thiết kế trên Simulink
• Kết quả so sánh trên cùng một Scope
Giảm thời gian đáp ứng nhưng chưa bám giá trị đặt => chọn lại cặp cực
Phương trình đặc tính của hệ thống là:
Từ phương trình đặc tính ban đầu ta có: a1 = 1, a2 = 1,83, a3 = 0,71 Đa thức đặc trưng mong muốn:
10−6 (11) Đa thức cực mong muốn:
Cân bằng các hệ số của (4) và (5) ta được:
Phương pháp phản hồi trạng thái (đặt cực) cho phép đặt các cực vòng kín tại s*1,2 = -9,5 ± j6,3, đạt được giá trị mong muốn ξ = 0,83 và ωn = 11,4 rad/s Qua đó, hệ thống ban đầu không ổn định đã trở nên ổn định.
Thiết kế hệ thống bằng phương pháp đặt cực
Xét hệ thống: �̇(t) = Ax(t) + Bu (13)
Tín hiệu điều khiển: u = -Kx (14)
Thay cái giá trị K1 = 333333,3; K2 = 48709,31 vào (15) ta được:
Ta thiết kế để so sánh hệ thống trước và sau khi thay giá trị K Giao diện thiết kế trên Simulink
Sau khi áp dụng luật điều khiển u = -Kx, đồ thị cho thấy độ vọt lố giảm, thời gian đáp ứng nhanh hơn và thời gian lên đỉnh t_peak được rút ngắn.
− Hệ ít bị dao động ổn định hệ thống làm việc tốt, đáp ứng nhu cầu sử dụng cao.
IV Thiết kế bộ điều khiển bằng bộ quan sát trạng thái
Phương trình đặc tính bộ quan sát:
Khi đó phương trình trở thành:
Cân bằng các hệ số của (16) và (17) ta được:
K e2 144,4 ] Phương trình cho bộ quan sát bậc đủ là: x˜̇ = (A – KeC)x˜ +Bu + Key ˜ ̇ −17
Ta thiết kế để so sánh hệ thống trước và sau khi thay giá trị K
• Giao diện thiết kế trên Simulink
• Kết quả so sánh trên cùng một Scope
Dựa trên đồ thị ta thấy sau khi hiệu chỉnh thì thời gian đáp ứng nhanh hơn và thời gian lên đỉnh tpeak ngắn lại.
Hệ ít bị dao động ổn định hệ thống làm việc tốt, đáp ứng nhu cầu sử dụng cao.
PHẦN V : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
I Thiết lập biến vào ra Đại lượng vào của bộ điều khiển mờ đang xét là sai lệch e(t) và vi phân của sai lệch de(t); biến ra là nhiệt độ.
II Xác định tập mờ e(t)= edot(t) = { NE, ZE, PO}
• Đầu tiên, ta vào Matlab sau đó gõ từ khóa “fuzzy”, hộp thoại Fuzzy xuất hiện.
• Ta vào File, chọn New FIS và chọn đầu ra là Sugeno (đầu ra có dạng là F(u)).
• Sau đó ta vào mục Edit, chọn Add Variable chọn số Input, ta chọn 2 đầu vào.
• Ta sẽ được bảng như sau:
Hình 2 Thiết lập cho Fuzzy
• Ta khai báo 2 ngõ vào input là e và edot: Công suất cấp cho lò nhiệt.
− Đầu ra output: là giá trị nhiệt độ ta đặt.
− Khối e và edot: ta sẽ khai báo các giá trị NE ZE PO là các cấp điện áp mà ta cấp vào cho lò nhiệt
• Chọn và khai báo mờ:
Hình 3: Khai báo e và edot
− Ta khai báo ngõ ra output là các cấp điện áp ZE, LO, ME, HI lần lượt là các giá trị nhiệt độ rất thấp, thấp, vừa, cao.
Đầu ra của hệ thống được xác định bởi giá trị biến theo đường đặc tính, với các khoảng giá trị đầu ra được giới hạn trong khoảng từ [0, 1] để đảm bảo rằng giá trị điện áp không bao gồm các giá trị âm.
Hình 4: khai báo ngõ ra output
III Luật hợp thành hệ thống của lò nhiệt: e(t) edot(t)
IV Thiết kế bộ điều khiển Simulink
- Khối hàm truyền của hệ thống
- Sau đó vào matlab khai báo các giá trị K, T1, T2 của hệ thống.
Ta vào Simulink, sau đó gọi các khối Fuzzy, constant, sum,….
- Qua thực nghiệm ta chọn P= 1; I= 1,2;
Qua thực nghiệm và nghiên cứu, ta chọn được các thông số P= 0.2; D= 1.5; I= 2;
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN P, PI, PID
Phương pháp Ziegler-Nichols
Phương pháp phổ biến nhất hiện nay để chọn thông số cho bộ điều khiển PID thương mại là dựa vào thực nghiệm Phương pháp này thiết kế các bộ điều khiển P, PI, và PID dựa trên đáp ứng quá độ của đối tượng điều khiển.
Tổng hợp ba khâu P, I, D ta được bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID được mô tả bằng hảm truyền đạt sau:
Nhắc lại hàm truyền lò nhiệt:
Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt thể hiện đáp ứng quá độ của hệ hở với tín hiệu vào là hàm nấc, tạo ra hình dạng chữ S như minh họa trong hình 3.5.
Hình 3.5 Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S
Theo Nichols – Ziegler xác định các hằng số KP, thời hằng tích phân Ti và hằng số vi phân Td cho hàm hiệu chỉnh thích hợp, dựa trên hàm truyền các thông số K, T1 và T2.
Khi đó ta có thể xác định các thông số của bộ điều khiển P, PI, PID theo bảng sau:
Bộ ĐK KP TI TD
Thay các thông số thực tế vào bảng trên, ta được:
PI (tích phân tỉ lệ) 0,9 T 2 = 0,9 1350
PID (vi tích phân tỉ 1,2 T 2 = 1,2 1350
Thiết kế bộ điều khiển P
Chọn thông số: KP = 0.0178, KI = 0, KD = 0
2 Nhập các thông số trên PID Controler
3 Kết quả đáp ứng của hệ thống dùng bộ điều khiển P
− Chưa bám giá trị đặt
− Thời gian lên trise lớn
• Nhập các thông số trên PID Controler
− Đã bám giá trị đặt nhưng thời gian xác lập txl còn lớn
− Sai số xác lập lớn
− Thời gian lên trise giảm
Thiết kế bộ điều khiển PI
2 Nhập các thông số trên PID Controler
3 Kết quả đáp ứng của hệ thống dùng bộ điều khiển PI
Với thông số PID tính toán được thì kết quả cho ra hệ thống chưa đạt yêu cầu
=> Cần phải chọn lại bộ thông số khác cho phù hợp.
• Nhập các thông số trên PID Controler
- Nhìn chung hệ thống đã bám vào giá trị đặt, tuy nhiên thời gian xác lập còn lớn,Sai số xác lập cao.
Thiết kế bộ điều khiển PID
2 Nhập các thông số trên PID Controler
3 Kết quả đáp ứng ngõ ra của hệ dùng bộ điều khiển PID
- Ta thấy hệ thống càng về sau càng dao động(Sai số xác lập lớn), đồng thời chưa bám theo giá trị đặt(yr)
• Nhập các thông số trên PID Controler
Sau điều chỉnh ta thấy hệ thống khá ổn định với
Độ vọt lố nhỏ POT= 8%
Bám giá trị đặt(yr)
Thời gian xác lập rất nhỏ T = 0.1s
Hệ thống hầu như không có dao động(Sai số xác lập rất ít)
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẶT CỰC, BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI
Thành lập hệ phương trình trạng thái mô tả hệ thống
Vi phân 2 vế (2) ta được:
10−3 ] [ 2 ] 0,39 10 −3 Đáp ứng của hệ thống: c(t) = x1(t) = [1 0] [ x 1 (t)
Kiểm tra tính điều khiển và quan sát của hệ thống
1 Kiểm tra tính điều khiển
Ta có ma trận điều khiển được: M = [B AB]
0,39 10 1,31 10Vậy: Hệ thống điều khiển được
2 Kiểm tra tính quan sát
Ma trận quan sát được: N = [C T A T C T ]
Vậy: Hệ thống quan sát được hoàn toàn0 1
Thiết kế bộ điều khiển bằng phương pháp đặt cực
1 Xác định các cặp cực phức và cặp cực thực
Giả sử hệ thống được thiết kế với các yêu cầu về thông số:
Thời gian quá độ tqđ < 0,5s (theo tiêu chuẩn 2%)
Phương trình đặc tính của hệ thống là:
Từ phương trình đặc tính ban đầu ta có: a1 = 1, a2 = 1,83, a3 = 0,71 Đa thức đặc trưng mong muốn:
{ ẋ1(t) = x2(t) ẋ 2 (t) = −144,6x 1 (t) − 17x 2 (t) (10) Đa thức cực mong muốn:
Cân bằng các hệ số của (4) và (5) ta được:
3 Thiết kế hệ thống bằng phương pháp đặt cực
Xét hệ thống: ̇(t) = Ax(t) + Bu (7)
Tín hiệu điều khiển: u = -Kx (8)
10 −3 k 2 Thay cái giá trị K1 = 370642,5; K2 = 43596,35 vào (9) ta được:
Ta thiết kế để so sánh hệ thống trước (4) và sau khi thay giá trị K (10)
• Giao diện thiết kế trên Simulink
• Kết quả so sánh trên cùng một Scope
Giảm thời gian đáp ứng nhưng chưa bám giá trị đặt => chọn lại cặp cực
Phương trình đặc tính của hệ thống là:
Từ phương trình đặc tính ban đầu ta có: a1 = 1, a2 = 1,83, a3 = 0,71 Đa thức đặc trưng mong muốn:
10−6 (11) Đa thức cực mong muốn:
Cân bằng các hệ số của (4) và (5) ta được:
Phương pháp phản hồi trạng thái, hay còn gọi là phương pháp đặt cực, cho phép đặt các cực vòng kín tại s*1,2 = -9,5 ± j6,3, đạt được giá trị mong muốn ξ = 0,83 và ωn = 11,4 rad/s Nhờ đó, hệ thống ban đầu không ổn định đã trở nên ổn định.
Thiết kế hệ thống bằng phương pháp đặt cực
Xét hệ thống: �̇(t) = Ax(t) + Bu (13)
Tín hiệu điều khiển: u = -Kx (14)
Thay cái giá trị K1 = 333333,3; K2 = 48709,31 vào (15) ta được:
Ta thiết kế để so sánh hệ thống trước và sau khi thay giá trị K Giao diện thiết kế trên Simulink
Sau khi áp dụng luật điều khiển u = -Kx, đồ thị cho thấy độ vọt lố đã giảm, thời gian đáp ứng trở nên nhanh hơn và thời gian lên đỉnh tpeak cũng được rút ngắn.
− Hệ ít bị dao động ổn định hệ thống làm việc tốt, đáp ứng nhu cầu sử dụng cao.
Thiết kế bộ điều khiển bằng bộ quan sát trạng thái
Phương trình đặc tính bộ quan sát:
Khi đó phương trình trở thành:
Cân bằng các hệ số của (16) và (17) ta được:
K e2 144,4 ] Phương trình cho bộ quan sát bậc đủ là: x˜̇ = (A – KeC)x˜ +Bu + Key ˜ ̇ −17
Ta thiết kế để so sánh hệ thống trước và sau khi thay giá trị K
• Giao diện thiết kế trên Simulink
• Kết quả so sánh trên cùng một Scope
Dựa trên đồ thị ta thấy sau khi hiệu chỉnh thì thời gian đáp ứng nhanh hơn và thời gian lên đỉnh tpeak ngắn lại.
Hệ ít bị dao động ổn định hệ thống làm việc tốt, đáp ứng nhu cầu sử dụng cao.
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
Thiết lập biến vào ra
Đại lượng vào của bộ điều khiển mờ đang xét là sai lệch e(t) và vi phân của sai lệch de(t); biến ra là nhiệt độ.
Xác định tập mờ
• Đầu tiên, ta vào Matlab sau đó gõ từ khóa “fuzzy”, hộp thoại Fuzzy xuất hiện.
• Ta vào File, chọn New FIS và chọn đầu ra là Sugeno (đầu ra có dạng là F(u)).
• Sau đó ta vào mục Edit, chọn Add Variable chọn số Input, ta chọn 2 đầu vào.
• Ta sẽ được bảng như sau:
Hình 2 Thiết lập cho Fuzzy
• Ta khai báo 2 ngõ vào input là e và edot: Công suất cấp cho lò nhiệt.
− Đầu ra output: là giá trị nhiệt độ ta đặt.
− Khối e và edot: ta sẽ khai báo các giá trị NE ZE PO là các cấp điện áp mà ta cấp vào cho lò nhiệt
• Chọn và khai báo mờ:
Hình 3: Khai báo e và edot
− Ta khai báo ngõ ra output là các cấp điện áp ZE, LO, ME, HI lần lượt là các giá trị nhiệt độ rất thấp, thấp, vừa, cao.
Đầu ra của hệ thống được xác định bởi giá trị biến theo đường đặc tính, và chúng ta sẽ giới hạn các giá trị đầu ra trong khoảng từ [0, 1], do giá trị điện áp không thể là âm.
Hình 4: khai báo ngõ ra output
Luật hợp thành hệ thống của lò nhiệt
Thiết kế bộ điều khiển Simulink
- Khối hàm truyền của hệ thống
- Sau đó vào matlab khai báo các giá trị K, T1, T2 của hệ thống.
Ta vào Simulink, sau đó gọi các khối Fuzzy, constant, sum,….
- Qua thực nghiệm ta chọn P= 1; I= 1,2;
Qua thực nghiệm và nghiên cứu, ta chọn được các thông số P= 0.2; D= 1.5; I= 2;
