Ứng dụng điều khiển mờ chỉ định tham số bộ điều khiển PID

1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA





ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH
THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID









THÁI NGUYÊN  2011

2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH

THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID







 60.52.60

Ng















THÁI NGUYÊN  2011
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Tên đề tài :
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH
THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID






 






4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN
  


Tác giả luận văn

Giang Thị Châm















LỜI NÓI ĐẦU
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên










 
 



: 


 

- 






Em xin chân thành 

MỤC LỤC


6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên






       
 2
1.1       
.3
1.2      
3
1.2.1    
3
1.2.2    
 4
1.3 Các luật điều
khiển6
    
 6
     
.6
       
phân7
       
8
        

1.4 Các phương pháp chỉnh định tham số
PID
    
 13
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
     Hrones 

     

    

             

1.5. Kết luận chương 1

      
 32
2.1. Lịch sử phát triển của logic
mờ
2.2. Logic mờ

   

       

          

2.3. Thiết kế bộ điều khiển
mờ
       

2.3  

     


8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  

2.4. Các bộ điều khiển mờ
 45
    

    

    

           

      
 53
   
 54
         

3.1. Cơ sở thiết kế bộ điều khiển mờ
PID 56
3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số
PID 57
3.2.1.    

3.2.2.    

3.2.3.   


3.3 Ứng dụng PID mờ điều khiển hệ truyền động T-Đ

3.3.1      -
 66
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.3.2       
………………………………………
3.3.3.      

3.3.4       -
 73
3.3.5   

     

3.4 Kết luận chương
3
 

  

TÓM



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU
STT
Kí hiệu

Diễn giải
1


2


3
-
 
4
e
xl

5
axm



6
t
qd

7
N

8
K

9

T
I

10
T
d

10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
L

12
T

13
h


14
e(t)

15
u(t)

16
T-

17



18


19
R
I

20
R



21
S
i

22
F

23
T
f

24
T
vo

25
T

dk

26
T
u

27
T
i

28
M
c

29
T



30
L


31
I
cp

32
K



33
J
Momen quán tính
34
CL

35
K
CL

36
Urcm

37
Kbd

38
FT

39
E

40
R
u


11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên








DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
Kí hiệu
Diễn giải
1


p

2


d

3





4


5


6

 
S
K
P
7


S
K
I

12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên







DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
1
Hình 1.1

2
Hình 1.2

3
Hình1.3

4
Hình1.4

5
Hình1.5

6
Hình1.6


7
Hình1.7

8
Hình1.8
 
9
Hình1.9

10
Hình1.10

11
Hình 1.11

12
Hình1.12

13
Hình1.13
Chien Hrones- Reswick
14
Hình1.14

15
Hình1.15

16
Hình1.16


17
Hình 1.17

18
Hình 2.1

19
Hình 2.2

20
Hình2.3

21
Hình 2.4

22
Hình 2.5

23
Hình 2.6

24
Hình 2.7

25
Hình 2.8

13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

26
Hình 2.9
-
27
Hình 2.10

28
Hình 2.11

29
Hình 2.12

30
Hình 2.13

31
Hình 2.14

32
Hình 2.15

33
Hình 3.1

34
Hình 3.2

35
Hình 3.3
 

36
Hình 3.4

37
Hình 3.5

p

d

38
Hình 3.6



39
Hình 3.7

40
Hình 3.8
Giao 
41
Hình 3.9

42
Hình 3.10

43
Hình 3.11


44
Hình 3.12

45
Hình 3.12

46
Hình 3.13
 
47
Hình 3.14
-
48
Hình 3.15

49
Hình 3.16

50
Hình 3.17

51
Hình 3.18

52
Hình 3.19

53
Hình 3.20
-

54
Hình 3.21

55
Hình 3.22

56
Hình 3.23

57
Hình 3.24

58
Hình 3.25

59
Hình 3.26

60
Hình 3.27

61
Hình 3.28

S
K
P

14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

62
Hình 3.29

S
K
I

63
Hình 3.30

64
Hình 3.31

65
Hình 3.32

66
Hình 3.33

67
Hình 3.34

68
Hình 3.35

69
Hình 3.36


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài



P
, T
I
, T
D

15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





v


  



2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.1 Ý nghĩa khoa học



Nâng cao 
2.2 Ý nghĩa thực tiễn

Thay 











16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID


















Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
1.1. Cấu trúc chung của bộ điều khiển



TBK

K
L
e(t)
x(t)
Z(t)
y(t)
U(t)
17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Hình 1.1 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển



- 

 





1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điều khiển
1.2.1. Chỉ tiêu chất lượng tĩnh


Sai số xác lập:



lim ( ) lim ( )
xl xl
ts
e e t e sE s
 
  
[1.1]


e
ht
(t)
18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.2. Đặc tính thể hiện sai số xác lập
1.2.2. Chỉ tiêu chất lượng động

- 
-  
- 
1.2.2.1. Lượng quá điều chỉnh
Lượng quá điều chỉnh


Hình1.3. Đặc tính thể hiện lượng quá điều chỉnh
ax (Percent of Overshoot  


max
max
100%
xl
xl
ee
e



[1.2]
1.2.2.2. Thời gian quá độ




e
max
e
xl
e
xl
e(t)

19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình1.4. Đặc tính thể hiện thời gian quá độ
1.2.2.3. Số lần dao động



Hình1.5. Đặc tính thể hiện số lần dao động





1.3. Các luật điều khiển
1.3.1. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ (P)


U = K.e [1.3]


20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
W(p) = K [1.4]
- 
- 
 


 



1.3.2. Quy luật điều chỉnh tích phân (I)


1
I
U edt
T



Ke
du
dt

[1.5]

1
I
T
K

ích phân
- 
1
()
I
Wp
Tp


- 
2
1 1 1

()
j
W j j e
Tj T T


  

   

- 
1
()A
T




- 
()
2






2




sai



21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1.3.3. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD)


 
 
 
 
12 md
tt
de t de t
U t K e K K e t T
dd

   


[1.6]


2
1

d
K
T
K



- 
- 
- Hàm tru) = Km(1+jTd.) = A().ej()

2
( ) 1 ( )
d
AT


và () = arctgTd () <
2




Trong







22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình1.6: Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân
1.3.4. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân (PI)

phân sau:

     
12
1
m
i
U t K e K edt K e t e t dt
T

   



[1.7]


1
2
I
K
T
K






- 
11
( ) (1( ) 1( ) ) (1 )
mm
II
h t K t t dt K t
TT
   


- 
1
( ) (1 )
m
I
W p K
Tp


- 
1
( ) (1 )
m
I
W j K j

T




- 
2
( ) ( ) 1
m
I
I
K
AT
T




23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 
1
()
I
arctg
T




 -

/2
 



m
và T
I
. Khi T
I


m

-







Hình1.7: Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân



m
, T

I

 


24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.3.5. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID)


1 2 3
0
( ) 1 ( )
( ) ( ) ( ) [ ( ) ( ) ]
t
md
i
de t de t
U t K e t K e t dt K K e t e t dt T
dt T dt
     

[1.8]

m
= K
1


1

2
I
K
T
K



3
1
D
K
T
K


- 
1
( ) (1( ) ( ))
mD
I
h t K t t T t
T
   

- 
1
W( ) (1( ) )
mD
I

p K t T p
Tp
  

- 
1
W( ) (1( ) ( ))
mD
I
j K t j T
T


  

- 
2 2 2
A( ) ( ) ( 1)
m
I D I
I
K
T T T
T
  

  

- 
1

( ) ( )
D
I
arctg T
T
  



-

/20 

/2

25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình1.8: Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân

PI, 
0
1
ID
TT






m
, T
I
, T
D


- Khi T
D
= 0 và T
I

- Khi T
D

- Khi T
I


 

I
, T
D
.




