tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu THIẾT kế bộ điều KHIỂN PID mờ

HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYÊN VĂN THIỆN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ
Chuyên ngành : Tự Động Hóa
Mã số :
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2010
LUẬN VĂN CAO HỌC
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : TS Nguyễn Văn Vỵ
Phản biện 1 : PGS.TS. Nguyễn Như Hiển
Phản biện 2 : TS. Phạm Hữu Đức Dục
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 8 giờ 30 phút ngày 06 tháng 11 năm 2010.
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
1
LUẬN VĂN CAO HỌC
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc ứng dụng lý
thuyết điều khiển hiện đại vào thực tế đang ngày càng phát triển mạnh mẽ
trong đó có lý thuyết điều khiển mờ, trong công nghiệp hiện nay đến 90% các
bộ điều khiển trong thực tế là dựa trên luật điều khiển PID, để bộ điều khiển
PID phát huy tốt hiệu quả của nó là thì việc xác định và hiệu chỉnh các tham
số của nó là rất quan trọng tuy nhiên việc hiệu chỉnh các tham số của bộ điều

khiển PID còn thụ động. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ để
xác định và hiệu chỉnh tham số cho bộ điều khiển PID cho phù hợp với các
trạng thái làm việc là cần thiết và hiện nay đang được nghiên cứu và phát
triển mạnh mẽ
Với đề tài “ Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID mờ ” được chia làm
3 chương như sau :
Chương I : Tổng quan về bộ điều khiển PID
Chương II : Bộ điều khiển mờ
Chương III : Thiết kế bộ điều khiển PID mờ
Lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ để xác định và hiệu chỉnh
tham số cho bộ điều khiển PID là một lĩnh vực khá phức tạp mặt khác do
trình độ và thời gian có hạn nên bản than luận văn của em không tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô để
bản than luận văn của em được hoàn thiện hơn tạo tiền đề cho những bước
nghiên cứu tiếp theo
Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Ts. Nguyễn Văn Vỵ đã tận
tình giúp đỡ cho em hoàn thành luận văn đúng thời hạn . Em xin chân thành
cám ơn các thầy cô của khoa Điện, trường đại học Thái Nguyên đã trang bị
cho em những kiến thức cần thiết để hoàn thành bản luận văn này cũng như
quá trình công tác sau này
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
2
LUẬN VĂN CAO HỌC
Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn
Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều
kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Thái Nguyên, ngày 30 tháng 08 năm 2010
Người thực hiện
Nguyễn Văn Thiện

HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
3
LUẬN VĂN CAO HỌC
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
1.1. CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN
Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tự động như Hình1.1.
1.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN
1.2.1. Chỉ tiêu chất lượng tĩnh
1.2.2. Chỉ tiêu chất lượng động
1.2.2.1. Lượng quá điều chỉnh
1.2.2.2. Thời gian quá độ
1.2.2.3. Số lần dao động
1.3. CÁC LUẬT ĐIỀU KHIỂN
1.3.1. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ (P)
Trong quy luật điều chỉnh tỷ lệ tác động điều chỉnh được xác định theo
công thức:
U = K.e (1.3)
Hàm truyền đạt của bộ điều chỉnh tỷ lệ có dạng:
W(p) = K (1.4)
1.3.2. Quy luật điều chỉnh tích phân (I)
Quy luật điều chỉnh tích phân được mô tả bởi phương trình vi phân :
U =
I
T
1
∫
edt
hoặc
dt

du
= K.e (1.5)
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
4
TBĐK
ĐTĐK
TBĐL
CĐTH
U(t) y(t)
Z(t)
e(t) x(t)
Hình1.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển
LUẬN VĂN CAO HỌC
Hàm truyền đạt có dạng: W(p) =
pT
I
.
1
1.3.3. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD)
Là quy luật điều chỉnh được mô tả bởi phương trình vi phân:
U = K
1
.e + K
2
dt
de
= K
m







+
dt
de
Te
d
(1.6)
Hàm truyền đạt của quy luật PD có dạng : W(p) = K
m
(1+T
d
.p)
1.3.4. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân (PI)
Quy luật PI là sự kết hợp của hai quy luật P và I được mô tả bằng
phương trình vi phân sau :
U = K
1
.e + K
2
∫edt = K
m









+
∫
edt
T
e
I
1
(1.7)
Hàm truyền đạt: W(p) = K
m








+
pT
I
1
1
1.3.5. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID)
Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân được mô tả bởi phương trình:
U = K
1
.e + K

2
∫edt +K
3
dt
de
= K
m








++
∫
dt
de
Tedt
T
e
D
I
1
(1.8)
Hàm truyền đạt: W(p) = K
m









++ pT
pT
D
I
1
1
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ PID

HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
5
Hình1.9: Điều khiển với bộ điều khiển PID
a) b)
k
p
sT
I
1
T
D
s
e
u
p
u

I
u
D
u
Đối tượng
điều khiển
ω
e
_
y
u
PID
LUẬN VĂN CAO HỌC
Bộ điều khiển PID được sử dụng khá rộng rãi để điều khiển đối tượng
SISO theo nguyên lý hồi tiếp Hình1.9b. Lý do bộ PID được sử dụng rộng rãi
là tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc. Bộ PID có
nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa
mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng:
- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần u
p
(t), tín hiệu điều
chỉnh u(t) càng lớn (vai trò của khuếch đại k
p
).
- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần u
I
(t), PID vẫn
còn tồn tại tín hiệu điều chỉnh (vai trò của tích phân T
I
).

- Nếu sự thay đổi của sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần
u
D
(t), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh (vai trò của vi phân)
Bộ điều khiển PID được mô tả bằng mô hình vào ra:
u(t) = k
p
[ e(t) +
I
T
1
∫
t
dte
0
)(
τ
+ T
D
dt
tde )(
] (1.9)
Trong đó e(t) là tín hiệu đầu vào, u(t) là tín hiệu đầu ra, k
p
được gọi là
hệ số khuếch đại, T
I
là hằng số tích phân, T
D
là hằng số vi phân.

Từ mô hình vào ra trên ta có được hàm truyền đạt của bộ điều khiển PID:
R(s) = k
p
(1+
sT
I
1
+ T
D
s ) (1.10)
1.4.1. Phương pháp Ziegler - Nichols
1.4.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick
1.4.3. Phương pháp tổng T của Kuhn
1.4.4. Phương pháp tối ưu
1.4.4.1. Phương pháp tối ưu độ lớn
1.4.4.2. Phương pháp tối ưu đối xứng
1.4.5. Xác định tham số PID dựa trên quá trình tối ưu trên máy tính
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chương 2
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
6
LUẬN VĂN CAO HỌC
BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
2.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA LOGIC MỜ
Lịch sử của điều khiển mờ bắt đầu từ năm 1965, khi đó giáo sư Lofti A
Zadeh ở trường đại học California - Mỹ đưa ra khái niệm về lý thuyết tập mờ
(Fuzzy set theory). Từ đó trở đi các nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng tập mờ
phát triển một cách mạnh mẽ. Với những thời điểm đáng chú ý sau:
- Năm 1972, các giáo sư Terano và Asai đã thiết lập ra cơ sở nghiên
cứu hệ thống điều khiển mờ ở Nhật.

- Năm 1974, Mamdani đã nghiên cứu điều khiển mờ cho lò hơi.
- Năm 1980, hãng Smidth Co. đã nghiên cứu điều khiển mờ cho lò xi măng.
- Năm 1983, hãng Fuji Electric nghiên cứu ứng dụng mờ cho nhà máy
sử lý nước.
- Năm 1984, Hiệp hội hệ thống mờ quốc tế (IFSA) được thành lập.
- Năm 1989, phòng thí nghiệm quốc tế nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật
mờ đầu tiên được thành lập.
2.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LOGIC MỜ
2.2.1. Định nghĩa tập mờ
2.2.2. Các hàm liên thuộc thường được sử dụng
2.2.3. Biến ngôn ngữ và giá trị của biến ngôn ngữ
2.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ trên Hình2.2. bao gồm 4 khối:
- Khối mờ hóa (fuzzifiers).
- Khối hợp thành.
- Khối luật mờ.
- Khối giải mờ (defuzzifiers).
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
7
LUẬN VĂN CAO HỌC
Hình2.2: Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ.
2.3.1. Khâu mờ hóa
2.3.2. Khâu thực hiện luật hợp thành
2.3.3. Khâu giải mờ
Giải mờ theo phương pháp cực
Giải mờ theo phương pháp trọng tâm
Giải mờ theo phương pháp trung bình tâm.
2.4. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TĨNH
2.4.1. Khái niệm
2.4.2. Thuật toán tổng hợp một bộ điều khiển mờ tĩnh

2.4.3. Tổng hợp bộ điều khiển mờ tuyến tính từng đoạn
2.5. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỘNG
2.6. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI PID
2.6.1. Giới thiệu chung
2.6.2. Bộ điều khiển mờ lai kinh điển
2.6.3. Bộ điều khiển mờ lai cascade
2.6.4. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID
2.6.5. Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương 3
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
8
LUẬN VĂN CAO HỌC
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
3.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID
3.2.1. Cấu trúc bộ điều khiển
Cấu trúc bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID áp dụng cho đối
tượng là khâu dao động bậc hai như sau:
3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển
Để tiện lợi trong việc tính toán ta biến đổi chúng về đơn vị tương đối.
K
p
’ =
minmax
min
pp
pp
KK
KK

−
−
, K
d
’ =
minmax
min
dd
dd
KK
KK
−
−
Hằng số thời gian tích phân: T
I
= T
d
.α
Tương tự ta có : K
I
=
α
.
d
p
T
K
=
α
.

2
d
p
K
K
Giả thiết tín hiệu vào của bộ điều khiển mờ là e(t), e’(t) = de/dt. Thì cấu
trúc bộ điều khiển mờ như Hình3.3.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
9
Hệ
mờ
Hệ
mờ
Hệ
mờ
PID
K
p
’
K
d
’
K
I
e(t)
e’(t)
Hình3.3: Cấu trúc bộ điều khiển PID mờ
Hình3.2: Cấu trúc bộ điều khiển
17.02.0
25.1

2
++
ss
PID
Bộ điều
khiển mờ
LUẬN VĂN CAO HỌC
Hàm liên thuộc của các biến vào ra :

Hàm liên thuộc của các biến vào ra :
Bảng 3.1. Luật điều khiển cho hệ số K
p
’
K
p
’
de/dt
S3 S2 S1 Z0 B1 B2 B3
e(t)
S3 B B B B B B B
S2 S B B B B B S
S1 S S B B B S S
Z0 S S S B S S S
B1 S S B B B S S
B2 S B B B B B S
B3 B B B B B B B
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
10
S
1

S
2
S
3
B
1
B
2
B
3
Z
0
e
2
e’
2
e’
2
e
2
Hình3.4: Hàm liên thuộc của e(t) và de(t)/dt
S B
1
Hình3.5: Hàm liên thuộc của biến K’
p
, K’
d

Hình3.6: Hàm liên thuộc của biến α
S MMS

B
2 3 4 5
1
LUẬN VĂN CAO HỌC
Bảng3.2. Luật điều khiển cho hệ số K
d
’
K
d
’
de/dt
S3 S2 S1 Z0 B1 B2 B3
e(t)
S3 S S S S S S S
S2 B B S S S B B
S1 B B B S B B B
Z0 B B B B B B B
B1 B B B S B B B
B2 B B S S S B B
B3 S S S S S S S
Bảng3.3. Luật điều khiển cho hệ số α
α
de/dt
S3 S2 S1 Z0 B1 B2 B3
e(t)
S3 S S S S S S S
S2 MS MS S S S MS MS
S1 M MS MS S MS MS M
Z0 B M MS MS MS M B
B1 M MS MS S MS MS M

B2 MS MS S S S MS MS
B3 S S S S S S S
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
11
LUẬN VĂN CAO HỌC
3.2.3. Kết quả mô phỏng
Hình3.12: Đặc tính điều chỉnh PID tối ưu
với đối tượng bậc hai(Kp= 130;Kd= 10; Ki=
435.6)
Hình3.13: Đặc tính điều chỉnh PID mờ (K’p=
20.1; K’d = 20.1;Ki= 8.6) so với đặc tính PID
tối ưu
Nhận xét : Từ bộ điều khiển mờ đã xây dựng khi áp dụng điều khiển
đối tượng hàm bậc hai ta xác định bộ tham số PID mờ (K’p = 20.1; K’d=20.1;
Ki = 8.6) so sánh với bộ tham số PID tối ưu (Kp = 132, Kd = 10, Ki = 435.6).
Ta thấy so sánh đặc tính điều chỉnh mờ và đặc tính điều chỉnh theo PID tối ưu
thì bộ điều khiển PID mờ không có quá điều chỉnh thời gian ổn định nhanh
hơn, sai số tĩnh nhỏ.
3.3. ỨNG DỤNG PID MỜ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỆN ĐỘNGT-D
3.3.1. Các yêu cầu đối với hệ truyền động T-D
3.3.2.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện R
I
3.3.3.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ
3.3.3.1. Điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tỷ lệ
3.3.3.2. Điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI
3.3.4. Bài toán ứng dụng cụ thể
Để có ví dụ cụ thể tác giả chọn hệ T- D có sơ đồ nguyên lý như
Hình3.20 và các phần tử có tham số như sau :
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
12

Đặc tính PID
Đặc tính PID mờ
36
cp
I A
=
3
0
0,166 10
v
T
−
= ×
9
rcm
U v
=
3
0,2 10
đk
T
−
= ×
2,34 2,43 220
57,2
9
cl
rc
U
K

U
×
= = =
LUẬN VĂN CAO HỌC

Hình3.20: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T-D một chiều
Động cơ : 2,2kW–220V-12A- 1500vòng/phút.

Ω= 2,1
u
R
;
mHL
u
31=
Dòng điện cho phép lớn nhất:
Hằng số thời gian mạch phần ứng:
Từ thông định mức:
3
3
10.83,25
2,1
10.31
−
−
===
u
u
u
R

L
T
.
đm
uđđuuđđ
đm
uđđ
i
W
IRU
W
E
KF
.−
==
= 1,3089.
Mômen quán tính tính toán kể cả roto của động cơ:
2
.016,0 mkgJ =
.
- Chỉnh lưu CL:
+ Hệ số K
CL
: Vì chỉnh lưu là chỉnh lưu cầu 3 pha m = 3.
+ Hằng số thời gian mạch chỉnh lưu :
+ Máy phát xung răng cưa có biên độ :
+ Hằng số thời gian mạch điều khiển : .
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
13
50:1

bd
K
=
2
1
( )
( )
( ) 1 .
i
I
i
i
K
U p
F p
I p T p
= =
+
100
2
50
d
i
bd
R
K
K
= = =
. 0,0005
i d d

T R C
= =
LUẬN VĂN CAO HỌC
- Đo lường dòng điện:
+ Thông số mạch lọc RC: R
d
= 100 ; C
d
= 0,000005.
+ Tỷ số biến đổi dòng: .
+ Hàm truyền cơ cấu đo dòng điện:
Trong đó: Hệ số tỷ lệ:
Hằng số thời gian bộ lọc:
- Đo lường tốc độ
+ Máy phát tốc FT:
vUphútvòngn
đmđm
24;/3000 ==
.
+ Hàm truyền của máy phát tốc khi có bộ lọc sẽ là:
pT
K
p
pU
pF
f
.1)(
)(
)(
ω

ωω
ω
+
==
Trong đó:
3000
2455,9
55,9
⋅
=
⋅
=
đm
đm
n
U
K
ω
= 0,0764
+ Hằng số thời gian nhỏ:
0005,0=
ω
T
.
3.3.4.1. Tính toán tham số mạch vòng dòng điện
Bộ điều chỉnh dòng điện RI thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu môđun.
paT
R
KK
pT

pR
si
u
icl
u
i
.
1
)(
+
=
=
pT
pT
ri
u
+1
vođkisi
TTTT ++=
= 0,0005+ 0,0002 + 0,000166 = 0,000866
2,1
22,57000866,02
2
×××
=
⋅⋅⋅
=
u
iclsi
ri

R
KKT
T
= 0,16512
3.3.4.2. Tính toán tham số bộ điều khiển tốc độ PI
pT
K
pU
pI
si
i
iđ
21
1
.
)(
)(
+
=
=
p001732,01
5,0
+
Bộ điều chỉnh tốc độ Rω thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
14
LUẬN VĂN CAO HỌC









+⋅
⋅
⋅⋅
=
pTTKR
TKFK
pR
swswu
cii
8
1
1
4
1
)(
ω
ω

pTTKR
TKFK
TKR
TKFK
pR
swswu
cii

swu
cii
8
1
4
1
4
1
)( ⋅
⋅
⋅⋅
+⋅
⋅
⋅⋅
=
ωω
ω
( )
2
2
wsi
sw
TT
T
+⋅
=
= 0,001116
2
i
u

c
KF
RJ
T
⋅
=
= 0,011207
swu
cii
n
TKR
TKFK
KP
4
1
⋅
⋅
⋅⋅
=
ω
= 71,685
swswu
cii
n
TTKR
TKFK
KI
8
1
4

1
⋅
⋅
⋅⋅
=
ω
= 8029,3
3.3.5. Thiết kế hệ điều khiển mờ lai
Hình3.24: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PI
3.3.5.1. Xác định các biến vào ra
- Hai đầu vào là sai lệch tốc độ (ERROR) và tốc độ biến thiên theo thời
gian của tốc độ thực của hệ thống (dw/dt.)
- Hai đầu ra là tín hiệu điều khiển Hs K
P
và Hs K
I
.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
15
LUẬN VĂN CAO HỌC
3.3.5.2. Xác định giá trị cho các biến vào và ra
- Xác định miền giá trị vật lý cho các biến vào và ra:
+ Sai lệch ERROR được chọn trong miền giá trị [-15,+15].
+ Tốc độ biến đổi dw/dt được chọn trong miền giá trị [-5000,+5000]
+ Đầu ra Hs K
P
có miền giá trị nằm trong khoảng [1,10].
+ Đầu ra Hs K
I
có miền giá trị nằm trong khoảng [1,10].

- Xác định số lượng tập mờ:
+ ERROR ∈ {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}.
+ dw/dt ∈ {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}.
+ Hs K
P
∈ {S, MS, M, B}.
+ Hs K
I
∈ {S, MS, M, B}.
Trong đó ký hiệu:
+ NB – Âm nhiều ; NM – Âm vừa ; NS – Âm ít ; ZE – Zero.
+ PB – Dương nhiều ; PM – Dương vừa ; PS – Dương ít.
+ S – Nhỏ ; MS – Nhỏ vừa ; M – Vừa ; B – Lớn.
Bảng 3.4. Hàm liên thuộc của biến đầu vào
Biến
ngôn ngữ
Hàm liên
thuộc của
biến ERROR
Thông số
của biến
ERROR
Hàm liên
thuộc của
biến dw/dt
Thông số của biến dw/dt
NB Trimf -20, -15, -10 Trapmf -1e
+009
, -5167,-4833, -3501
NM Trimf -15 , -10 , -5 Trimf -5000 , -3334 , -1666

NS Trimf -10 , -5 , 0 Trimf -3334 , -1666 , 0
ZE Trimf -5 , 0 , 5 Trimf -1666 , 0 , 1666
PS Trimf 0 , 5 , 10 Trimf 0 , 1666 , 3334
PM Trimf 5 , 10 , 15 Trimf 1666 , 3334 , 5000
PB Trimf 10 , 15 , 20 Trapmf 3510, 4833,5167, 1e
+009
Bảng 3.5. Hàm liên thuộc của biến đầu ra
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
16
LUẬN VĂN CAO HỌC
Biến
ngôn ngữ
Hàm liên thuộc
của biến HsK
P
Thông số của
biến HsK
P
Hàm liên thuộc
của biến HsK
I
Thông số của
biến HsK
I
S Trimf -1.999 , -1 , 4 Trimf -1.999 , -1 , 4
MS Trimf 1 , 4 , 7 Trimf 1 , 4 , 7
M Trimf 4 , 7 , 10 Trimf 4 , 7 , 10
B Trimf 7 , 10 , 13.01 Trimf 7 , 10 , 13.01
Đáp ứng đầu ra khi Mômen tải hằng số
Hình3.26: Xác định tập mờ cho biến vào

ERROR
Hình3.27: Xác định tập mờ cho biến vào
dw/dt
Hình3.28: Xác định tập mờ cho biến ra HsK
P
Hình3.29: Xác định tập mờ cho biến ra HsK
I
Xây dựng các luật điều khiển.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
17
LUẬN VĂN CAO HỌC
Bảng 3.6. Luật điều khiển cho HsK
P
HsK
P
dw/dt
NB NM NS ZE PS PM PB
ERROR
NB B B B B B B B
NM M M B B B M M
NS S S MS M MS S S
ZE S S S MS S S S
PS S S MS M MS S S
PM M M B B B M M
PB B B B B B B B
Bảng3.7. Luật điều khiển cho HsK
I
HsK
I
dw/dt

NB NM NS ZE PS PM PB
ERROR
NB B B B B B B B
NM M M B B B M M
NS S MS M M M MS S
ZE S S MS MS MS S S
PS S MS M M M MS S
PM M M B B B M M
PB B B B B B B B
3.3.6. Mô phỏng đánh giá chất lượng
3.3.6.1. Xây dựng sơ đồ mô phỏng
Mô hình mô phỏng được xây dựng trên phần mềm Matlab Simulink.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
18
LUẬN VĂN CAO HỌC
Hình3.32: Cấu trúc của hệ điều khiển mờ lai PI
3.3.6.2. Kết quả mô phỏng
Đáp ứng đầu ra khi Mômen tải hằng số
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )

Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI
Hình3.36: Đặc tính của bộ điều khiển PI khi
mômen tải hằng số
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI-Mo
Hình3.37:Đặc tính của bộ điều khiển PI-mờ
khi mômen tải hằng số
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
19
LUẬN VĂN CAO HỌC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0. 8 0.9 1
-200
0
200
400

600
800
1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( v ong/phut )
n-dat
n-P I
n-P I-Mo
Hình3.38: Đặc tính của bộ điều khiển PI-mờ
so với bộ điều khiển PI khi mômen tải hằng số
Đáp ứng đầu ra khi Mômen tải thay đổi.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI
MOMEN TAI THAY DOI

Hình3.36: Đặc tính của bộ điều khiển PI khi
mômen tải hằng số
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1. 4 1.6 1.8 2
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI-Mo
MOMEN TAI THAY DOI
Hình3.37:Đặc tính của bộ điều khiển PI-mờ
khi mômen tải hằng số
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
20
LUẬN VĂN CAO HỌC
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-200
0
200
400
600
800

1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI
n-PI-Mo
MOMEN TAI THAY DOI
Hình3.38: Đặc tính của bộ điều khiển PI-mờ so
với bộ điều khiển PI khi mômen tải hằng số
Đáp ứng đầu ra khi tốc độ đặt thay đổi.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI
Hình3.36: Đặc tính của bộ điều khiển PI khi
mômen tải hằng số

0 0 .2 0 .4 0.6 0 .8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-20 0
0
20 0
40 0
60 0
80 0
10 00
12 00
14 00
16 00
Th oi G ian t ( s )
To c do n ( vong/ phut )
n-d at
n-P I-M o
Hình3.37:Đặc tính của bộ điều khiển PI-mờ
khi mômen tải hằng số
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
21
LUẬN VĂN CAO HỌC
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400

1600
Thoi Gian t ( s )
Toc do n ( vong/phut )
n-dat
n-PI
n-PI-M o
Hình3.38: Đặc tính của bộ điều khiển PI-mờ so
với bộ điều khiển PI khi mômen tải hằng số
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Chương 3 luận văn đã trình bày cơ sở lý thuyết và các bước thiết kế bộ
điều khiển mờ chỉnh định tham số của PID. Từ đó ứng dụng PID mờ điều
khiển hệ truyền động T- D.
Đưa ra các yêu cầu đối với hệ truyền động T-D, Tổng hợp mạch vòng
dòng điện và mạch vòng tốc độ của hệ truyền động T-D
Xây dựng bộ điều khiển PI mờ với tham số đầu vào là sai lệch điều
khiển e(t) và đạo hàm của nó nhằm xác định các tham số cho bộ điều khiển PI.
Từ đặc tính mô phỏng ta thấy bộ điều khiển PI mờ ta thiết kế tạo ra sai
lệch tĩnh, độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ, số lần dao động của hệ truyền
động đều tốt hơn rất nhiều so với việc dùng bộ điều khiển PI, nhất là độ quá
điều chỉnh và thời gian quá độ rất nhỏ. Như vậy, bộ điều khiển PID mờ hoàn
toàn đáp ứng được thực tế điều khiển.
KẾT LUẬN CHUNG
Qua quá trình thực hiện đề tài “ Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID
mờ ” được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo T.s Nguyễn Văn Vỵ
đề tài đã được hoàn thành theo đúng tiến độ và đề cương đề ra.
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
22
LUẬN VĂN CAO HỌC
Thông qua nghiên cứu, tìm hiểu đề tài ta thu được kết quả như sau:
Nghiên cứu về luật điều khiển PID. Nghiên cứu các bộ điều khiển dạng

PID như tác động của bộ điều khiển PID dạng P, dạng I, dạng PI, dạng PD và
dạng PID quá trình nghiên cứu nhằm so sánh ưu và nhược điểm của các bộ
điều khiển. Nghiên cứu và tổng hợp các phương pháp xác định tham số cho bộ
điều khiển PID. Từ đó, lựa chọn các phương pháp xác định tham số bộ điều
khiển PID phù hợp cho các đối tượng cụ thể. Để nâng cao tính chất điều khiển
đặc biệt là điều khiển những đối tượng phi tuyến thì em đã thực hiện việc xác
định và hiệu chỉnh các tham số của bộ điều khiển PID theo lý thuyết mờ.
Điều khiển PID mờ dựa trên những kinh nghiệm thực tế, mô phỏng tư
duy của con người và thể hiện tính mềm dẻo trong phân tích và thiết kế nên
được ứng dụng nhiều trong điều khiển.
Kết quả quan trọng nhất là em đã thực hiện tổng hợp xây dựng một bộ
điều khiển PI mờ để điều khiển hệ truyền động T-D.
Kết quả mô phỏng thu được hoàn toàn phù hợp với các kết quả nghiên
cứu lý thuyết. Điều này chứng tỏ rằng, thuật toán và cách thức xây dựng bộ
điều khiển mờ lai là đúng đắn và chính xác.
Sai lệch tĩnh, độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ, số lần dao động của
hệ truyền động đều tốt hơn rất nhiều so với việc dùng bộ điều khiển PID, nhất
là độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ rất nhỏ.
Kết quả mô phỏng một lần nữa đã minh chứng và khẳng định rằng lý
thuyết điều khiển mờ lai PID hoàn toàn có thể đảm ứng được yêu cầu chất
lượng điều khiển của hệ truyền động phi tuyến.
Do thời gian có hạn, năng lực chuyên môn còn hạn chế bản thân luận
văn mới dừng lại ở việc tổng hợp và xây dựng bộ điều khiển PI mờ để điều
khiển đối tượng động cơ một chiều. Việc ứng dụng lý thuyết điều khiển PID
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
23
LUẬN VĂN CAO HỌC
mờ để điều khiển các đối tượng có chất lượng điều khiển tốt hơn rất nhiều so
với điều khiển PID truyền thống.
KIẾN NGHỊ

Trong khuôn khổ của luận văn này mới chỉ nghiên cứu tác dụng của bộ
điều khiển PID mờ. Để phát triển hơn nữa có thể thay bộ điều khiển PID bằng
bộ điều khiển thông minh như mờ trượt, mờ - Nơron
Phân tích và tổng hợp hệ thống cho một chuyển động cụ thể nào đó với
nhiều đối tượng phức tạp hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] Nguyễn Thị Phương Hà (1996), Điều khiển tự động, NXB KHKT Hà Nội
[2] Nguyễn Như Hiển, Lại Khắc Lãi: Hệ mờ và nơ ron trong kỹ thuật điều
khiển, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ.
[3] Nguyễn Văn Hoà (2007), Cơ sở tự động điều khiển quá trình, NXB giáo dục.
[4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi
(1996), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB KHKT Hà Nội
[5] Phạm Công Ngô: Lý thuyết điều khiển tự động
[6] Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính
[7] Nguyễn Doãn Phước; Phan Xuân Minh: Lý thuyết điều khiển mờ
[8] Nguyễn Phùng Quang: Matlab & Simulink
[9] Nguyễn Trọng Thuần: Điều khiển lôgic và ứng dụng
[10] Đoàn Quang Vinh: Điều khiển số
Tiếng Anh:
[11] Katsuhiko Ogata ( 2002) : Modern Control Enginering, Fourth Edition,
University of Minnesota
HV: Nguyễn Văn Thiện K11- TĐH
24