Bài thí nghiệm số 5(mờ)

Bài thí nghiệm số 5

THỰC HIỆN MƠ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
1.1. Mục đích thí nghiệm
Dùng simulink để mơ phỏng bộ điều khiển mờ điều khiển nhiệt độ của phòng bằng cách
thay đổi vận tốc quạt

1.2. Yêu cầu
Thực hiện công việc theo hướng dẫn

1.3. Hướng dẫn và tiến hành thí nghiệm
Trên màn hình matlab, thực hiện lệnh sau:
Lúc này xuất hiện giao diện sau:

Lúc này, xuất hiện giao diện sau:


(Nếu khối mờ có 2 ngõ vào hay ngõ ra, ta chọn Edit/Add Variables/... để thêm ngõ ra hay
ngõ vào cho phù hợp).
Chọn cách khai báo tên cho input, output cho phù hợp


Nhấn đúp vào khối “nhietdo” để khai báo việc mờ hoá dữ liệu:


Ta hồn tồn có thể khai báo thêm các biến mờ và các hàm liên thuộc bằng cách chọn
Edit/Add MFs.
Đặt tên các biến mờ, khai báo các tham số của hàm liên thuộc mờ tương ứng với biến mờ
tương ứng như sau:
Ngõ vào:

Khai báo thêm các biến mờ và các hàm liên thuộc mờ ngõ ra như sau:
Ngõ ra(vận tốc quạt):
+ Zero : 0m/s
+ Chậm : 300m/s
+ Nhanh: 600m/s
Tiếp theo, ta khai báo hệ qui tắc mờ như sau:
Nhấp đúp vào khối trắng ở giữa (khối “khai báo hệ qui tắc mờ” ở trên). Ta sẽ có màn
hình xuất hiện như sau:


Khai báo các quy tắc mờ có ý nghĩa sau:
+ Nếu nhiệt độ là “cold” thì vận tốc quạt là “zero”
+ Nếu nhiệt độ là “medium”thì vận tốc quạt là “slow”
+ Nếu nhiệt độ là “hot” thì vận tốc quạt là “fast”
Để tạo 1 khối thực hiện luật mờ từ ngõ vào, xuất ra ngõ ra, ta thực hiện thao tác sau:


Bạn chọn đường dẫn để lưu file là D:\bai6
Sau đó, bạn hãy tạo 1 thư mục. Lưu ý, nếu bạn ở nhóm 1, sáng thứ 6, bạn hãy tạo thư
mục “n1_s6”. Nếu bạn ở nhóm 2, chiều thứ 7, bạn hãy lưu lại tên như sau:”n2_c7”. Hãy
lưu file có đi .fis vừa tạo vào thư mục đó(Lưu ý, tên file .m có các u cầu sau: khơng
cách khoảng, khơng bắt đầu bằng số hay các dấu !,+,=…. ). “Set path” đường dẫn matlab
để matlab có thể đọc được file đó. Lưu ý, nếu đặt tên sai thì cả bài sẽ bị 0 điểm.
Tiếp theo, vào simulink, vẽ sơ đồ sau, lưu lại với tên “bai6” trong thư mục đã tạo để lưu
file .fis trước đó:

Trong đó, khối “Fuzzy Logic Control” được chọn như sau:


Quay trở lại sơ đồ Simulink, ta nhấn đúp vào khối “Fuzzy logic Control”. Lúc này, bảng

sau sẽ hiện ra:

Xong, ta nhấn Ok.
Lần lượt thay đổi nhiệt độ của phòng để xem vận tốc quạt tương ứng
Lưu ý: nếu để ý, sinh viên sẽ nhận ra rằng phương pháp giải mờ ở đây được mặc định là
phương pháp “trung bình có trọng số” ( Weughted Average Method )


Phương pháp trung bình có trọng số sẽ tính ngõ ra như sau:
a  ( a )  b  (b )
y
 ( a )   (b )

1.4. Bài tập
Bài tập 1:
Dùng simulink với khối fuzzy thực hiện bài tập sau:
Để điều khiển tự động máy điều hòa nhiệt độ bằng kỹ thuật logic mờ, người ta dùng hai
cảm biến: Trong phịng là cảm biến nhiệt Ti, bên ngồi là cảm biến nhiệt T0. Việc điều hịa
nhiệt độ thơng qua điều khiển tốc độ quạt làm lạnh máy điều hòa. Biết rằng:
- Tầm nhiệt độ quan tâm là [00C – 500C];
- Tốc độ quạt là v  [0 – 600 vịng/phút].
Ti,To: {Lạnh, Vừa, Nóng) tương ứng với {20, 25, 300C)
V: {Zero, Chậm, Trung bình, Nhanh, Max) tương ứng với {0, 150, 300, 450, 600
vịng/phút}
Chọn các biến ngơn ngữ: T i, To: {Rất lạnh, Lạnh, Vừa, Nóng, Rất nóng} tương ứng
với các nhiệt độ{15,20,25,30,35}.
Tốc độ quạt vẫn là: {Zero, Chậm, Trung bình, Nhanh, Max}
To

Rất lạnh

Lạnh

Vừa

Nóng

Rất nóng

Rất lạnh

Zero

Zero

Zero

Chậm

TB

Lạnh

Zero

Chậm

Chậm

TB

Nhanh

Ti


Vừa

Zero

Chậm

TB

Nhanh

Max

Nóng

Chậm

TB

Nhanh

Nhanh

Max

Rất nóng

TB

Nhanh

Max

Max

Max

Hãy tính tốc độ quạt trong trường hợp sau:
Ti = 270C; T0 = 320C
Bài tập 2:
Xây dựng mơ hình hệ con lắc ngược
Xét hệ thống con lắc ngược như hình vẽ sau:

Thơng số hệ thống:
M - trọng lượng xe (kg)
m – trọng lượng con lắc (kg)
l – chiều dài con lắc (m)
u – lực tác động vào xe (N)
g – gia tốc trọng trừơng (m/s2)
x – vị trí xe
 - góc giữa con lắc và phương thẳng đứng (rad)
Phương trình vi phân mơ tả hệ thống:
u  ml (sin  )&2  mg cos  sin 
&
&

x
M  m  m(cos  ) 2
&
& u cos   ( M  m) g (sin  )  ml (cos  sin  )
&
2
ml (cos  )  ( M  m)l
Thiết kế bộ điều khiển mờ:
1/ Chọn 4 biến vào là góc lệch của con lắc, vận tốc góc của con lắc, vị trí xe và tốc độ xe.
Biến ra là lực tác dụng vào xe. Tập cơ sở của các biến phụ thuộc chủ yếu vào đối tượng,
ta chọn như sau:
Góc lệch: [-0.3 , 0.3 ] (rad)


Vận tốc góc: [-1 , 1 ] (rad/sec)
Vị trí xe: [ -3 , 3 ] (m)
Vận tốc xe: [ -3 , 3 ] (m/sec)
Lực tác dụng : [ - 40 , 40 ] (N)
2/ Chuẩn hoá tập cơ sở của các biến vào / ra về miền [ - 1 , 1 ], do đó, các ma trận hệ số
khuếch đại của các khối tiền xử lí và hậu xử lí như sau:
Các hệ số tiền xử lí : K1=1/0.3 ; K2=1 ; K3=1/3 ; K4=1/3
Hệ số hậu xử lí: K5=40.
3/ Định nghĩa các tập mờ mô tả các giá trị ngôn ngữ của các biến vào và biến ra của bộ
điều khiển mờ. Chọn 3 tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho mỗi biến vào, các tập mờ này được
phân hoạch mờ trên cơ sở chuẩn hoá và hàm liên thuộc dạng tam giác.

Góc lệch

Vị trí xe

Vận tốc góc
Vận tốc xe
Tập mờ chuẩn hoá của các biến ngõ vào

Tập mờ chuẩn hoá của các biến ngõ ra


STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41


NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE

NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE

ZE
ZE


NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE
PO
PO
PO
PO
PO
PO
PO
PO

PO
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
NE
ZE
ZE
ZE
ZE
ZE

x

X
U
STT 
x
NE
NE
NB
42
ZE
ZE
ZE
NE

ZE
NB
43
ZE
ZE
PO
NE
PO
NM
44
ZE
ZE
PO
ZE
NE
NB
45
ZE
ZE
PO
ZE
ZE
NM
46
ZE
PO
NE
ZE
PO
NS

47
ZE
PO
NE
PO
NE
NM
48
ZE
PO
NE
PO
ZE
NS
49
ZE
PO
ZE
PO
PO
ZE
50
ZE
PO
ZE
NE
NE
NB
51
ZE

PO
ZE
NE
ZE
NM
52
ZE
PO
PO
NE
PO
NS
53
ZE
PO
PO
ZE
NE
NM
54
ZE
PO
PO
ZE
ZE
NS
55
PO
NE
NE

ZE
PO
ZE
56
PO
NE
NE
PO
NE
NS
57
PO
NE
NE
PO
ZE
ZE
58
PO
NE
ZE
PO
PO
PS
59
PO
NE
ZE
NE
NE

NM
60
PO
NE
ZE
NE
ZE
NS
61
PO
NE
PO
NE
PO
ZE
62
PO
NE
PO
ZE
NE
NS
63
PO
NE
PO
ZE
ZE
ZE
64

PO
ZE
NE
ZE
PO
PS
65
PO
ZE
NE
PO
NE
ZE
66
PO
ZE
NE
PO
ZE
PS
67
PO
ZE
ZE
PO
PO
PM
68
PO
ZE

ZE
NE
NE
NB
69
PO
ZE
ZE
NE
ZE
NM
70
PO
ZE
PO
NE
PO
NS
71
PO
ZE
PO
ZE
NE
NM
72
PO
ZE
PO
ZE

ZE
NS
73
PO
PO
NE
ZE
PO
ZE
74
PO
PO
NE
PO
NE
NS
75
PO
PO
NE
PO
ZE
ZE
76
PO
PO
ZE
PO
PO
PS

77
PO
PO
ZE
NE
NE
NM
78
PO
PO
ZE
NE
ZE
NS
79
PO
PO
PO
NE
PO
ZE
80
PO
PO
PO
ZE
NE
NS
81
PO

PO
PO
ZE
ZE
ZE
Các quy tắc giữ cân bằng cho hệ con lắc ngược

x
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO

NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO
NE
ZE
PO

U
PS
ZE
PS
PS
PM
NS
PS
ZE
PS
PM

PS
PM
PB
NM
NS
ZE
NS
ZE
PS
ZE
PS
PM
NS
ZE
PS
ZE
PS
PM
PS
PM
PB
ZE
PS
PM
PS
PM
PB
PM
PB
PB