Bài tập tổng hợp Điều khiển mờ

Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập
BÀI TẬP LỚN

Với thông số: k = 10, T = 13, τ = 7
Ta có đối tượng là: =
I. Khảo sát hệ thống khi chưa có nhiễu tác động
Bài 1.HTĐK sử dụng bộ PI kinh điển
a. Thiết kế bộ PI
Xấp xỉ đối tượng thành khâu quán tính bậc 2 ta có:

=
Áp dụng phương pháp tối ưu đọ lớn, ta có:
Kp= = 0.93
TI = T1 = 13
GPI = 0.93(1 + )
b. Mô phỏng hệ thống
- Sơ đồ hệ thống


-

Thông số tín hiệu đầu vào

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 1

Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Nhóm 5 : Bài tập

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

c. Kết luận
- Thời gian quá độ:
GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 2


Khoa Điện-Điện Tử
lớn
-

Nhóm 5 : Bài tập

Tqd = 18 giây
Độ quá điều chỉnh:
Ϭ% = x 100% = 5%
Sai lệch tĩnh:
St = 0
Số dao động trước khi tác động:
n=1
Thời gian trễ:

t = 5 giây
Nhận xét: Hệ thống hoạt động tương đối ổn định với BĐK PI, khi triệt

tiêu được sai lệch tĩnh, số lần dao động trước khi tác động chỉ là 1 làn, độ quá
điều chỉnh nhỏ (5%), thời gian quá độ của hệ thống còn khá lớn, lên tới 18
giây.Nhưng hệ thống vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng của một hệ
thông ổn định.
Bài 2. Hệ thống sử dụng BĐK mờ chỉnh định tham số Kp
a. Xây dựng BĐK mờ

Kp = Kp(module)+∆Kp
Vói Kp(module)=0.04

-

Tập mờ đầu vào (e/e*)

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 3


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Nhóm 5 : Bài tập

Trong đó:

N: nagative
P: positive
Z: zero
Tập mờ đầu ra (∆Kp)

S: small
M: medium
B: big

Trong đó:
S: small
B: big

-

Ma trận trạng thái các luật

e

NB

NM

NS

ZE

PS

PM

PB

NB

B

B

B

B

B

B

B

NM

S

B

B

B

B

B

S

NS

S

S

B

B

B

S

S

ZE

S

S

S

B

S

S

S

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 4


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

PS

S

S

B

B

B

S

S

PM

S

B

B

B

B

B

S

PB

B

B

B

B

B

B

B

b. Mô phỏng hệ thống
- Sơ đồ hệ thống

-

Thông số tín hiệu đầu vào

-

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 5


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

c. Kết luận
- Thời gian quá độ:

Tqd = 18 giây

-

Độ quá điều chỉnh:
Ϭ% = x 100% = 5%
Sai lệch tĩnh:
St = 0
Số dao động trước khi tác động:
n=1
Thời gian trễ:
t = 5 giây
Nhận xét: Hệ thống hoạt động tương đối ổn định với BĐK mờ chỉnh đingj

tham số Kp, khi triệt tiêu được sai lệch tĩnh, số lần dao động trước khi tác động
chỉ là 1 làn, độ quá điều chỉnh nhỏ (5%), thời gian quá độ của hệ thống còn khá
lớn, lên tới 18 giây.Nhưng hệ thống vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng
của một hệ thông ổn định. Tuy nhiên, với sự phức tạp của BĐK mờ (2 t/h vào –
1 t/h ra với 49 luật) nên việc sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng có sự hạn
chế, khi chỉ mô phỏng được đến 77.113s.
Bài 3. Hệ thống sử dụng BĐK mờ chỉnh định tham số Pi
a. Xây dựng BĐK mờ
GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 6


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

Pi = Pi(module)+∆Pi
Vói Pi(module)=6.0

-

Tập mờ đầu vào (e/e*)

-

Trong đó:
N: nagative
P: positive
Z: zero
Tập mờ đầu ra (∆Pi)

-

Ma trận trạng thái các luật

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

S: small
M: medium
B: big

Page 7


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

e

Nhóm 5 : Bài tập

NB

NM

NS

ZE

PS

PM

PB

NB

S

S

S

S

S

S

S

NM

B

B

S

S

S

B

B

NS

B

B

B

S

B

B

B

ZE

B

B

B

B

B

B

B

PS

B

B

B

S

B

B

B

PM

B

B

S

S

S

B

B

PB

S

S

S

S

S

S

S

b. Mô phỏng hệ thống
- Mô hình hệ thống

-

Thông số tín hiệu đầu vào

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 8


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Nhóm 5 : Bài tập

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

c. Kết luận
- Thời gian quá độ:

Tqd = 18 giây
GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 9


Khoa Điện-Điện Tử
lớn
-

Nhóm 5 : Bài tập

Độ quá điều chỉnh:
Ϭ% = x 100% = 5%
Sai lệch tĩnh:
St = 0
Số dao động trước khi tác động:
n=1
Thời gian trễ:
t = 5 giây

Nhận xét: Hệ thống hoạt động tương đối ổn định với BĐK mờ chỉnh đingj
tham số Pi, khi triệt tiêu được sai lệch tĩnh, số lần dao động trước khi tác động
chỉ là 1 làn, độ quá điều chỉnh nhỏ (5%), thời gian quá độ của hệ thống còn khá
lớn, lên tới 18 giây.Nhưng hệ thống vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng
của một hệ thông ổn định. Tuy nhiên, với sự phức tạp của BĐK mờ (2 t/h vào –

1 t/h ra với 49 luật) nên việc sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng có sự hạn
chế, khi chỉ mô phỏng được đến 83.435s.
Khảo sát nhiễu .
4.1. Nhiễu đầu vào.
Thông số tín hiệu đầu vào

Nguyên tắc thêm nhiễu:
GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 10


Khoa Điện-Điện Tử
lớn
-

Nhóm 5 : Bài tập

T/h nhiễu ≤ T/h đặt
Sơ đồ hệ thống

Khảo sát hệ thống khi nhiễu = 0.1; 0.01

a.

-

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

b. Kết luận

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 11


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

Khi có nhiễu tác động, hệ thống sẽ mất ổn định. Độ ổn định của hệ thống
phụ vào độ lớn của tín hiệu nhiễu, tín hiệu nhiễu càng lớn hệ thống càng mất ổn
định.
Điều này được thể hiện rõ ràng trên sự thay đổi của các thông số đánh giá
sự ổn định của hệ thống khi hệ thống chịu tác động của nhiễu:
-

Độ quá điều chỉnh (Ϭ%) tăng tỷ lệ thuận với độ lớn của tín hiệu

-

nhiễu
Số dao động và giá trị dao động quanh đường làm việc ổn định cũng
tăng tỷ lệ với tín hiệu nhiễu. Điều này kéo theo sai lệch tĩnh (St) cũng

-

lớn dần
Riêng thời gian quá độ của hệ thống thì ít chịu ảnh hưởng bởi nhiễu
hơn, chỉ số này vẫn xấp xỉ giá trị khi chưa có sự tác động của nhiễu.

4.2. Nhiễu tín hiệu điều khiển.
-

Thông số tín hiệu đầu vào

Nguyên tắc thêm nhiễu:
T/h nhiễu ≤ T/h đặt
- Sơ đồ hệ thống

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 12


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

a. Khảo sát hệ thống khi nhiễu = 0.01; 0.001; 0.0001
- Thông số tín hiệu nhiễu

-

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

b. Kết luận

Khi có nhiễu tác động, hệ thống sẽ mất ổn định. Độ ổn định của hệ thống

phụ vào độ lớn của tín hiệu nhiễu, tín hiệu nhiễu càng lớn hệ thống càng mất ổn
định. Hơn nữa, nhiễu tín hiệu điều khiển còn khiến cho hệ thống dao động và
mất ổn định gấp nhiều lần so với nhiễu đầu vào. Bởi vì nhiễu tín hiệu điều khiển
GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 13


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

tác động trực tiếp vào đối tượng, còn nhiễu đầu vào tác động ngay ở đầu vào qua
bộ điều khiển nên phần nào giảm bớt sự tác động lên đối tượng
Điều này được thể hiện rõ ràng trên sự thay đổi của các thông số đánh giá
sự ổn định của hệ thống khi hệ thống chịu tác động của nhiễu:
-

Độ quá điều chỉnh (Ϭ%) tăng mạnh tỷ lệ thuận với độ lớn của tín

-

hiệu nhiễu.
Số dao động và giá trị dao động quanh đường làm việc ổn định cũng
tăng tỷ lệ với tín hiệu nhiễu. Điều này kéo theo sai lệch tĩnh (St) cũng

-

lớn dần.

Với trường hợp này, thời gian quá độ của hệ thống cũng chịu nhiều

tác động từ nhiễu và rất khó để xác định.
4.3.
Nhiễu tín hiệu đầu ra.
- Thông số tín hiệu đầu vào

Nguyên tắc thêm nhiễu:
T/h nhiễu ≤ T/h đặt
- Sơ đò hệ thống

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 14


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

a. Khảo sát hệ thống khi nhiễu = 0.01
- Thông số tín hiệu nhiễu

-

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

b. Kết luận
GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 15


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

Khi có nhiễu tác động, hệ thống sẽ mất ổn định. Độ ổn định của hệ thống
phụ vào độ lớn của tín hiệu nhiễu, tín hiệu nhiễu càng lớn hệ thống càng mất ổn
định. Hơn nữa, nhiễu tín hiệu ra còn khiến cho hệ thống dao động và mất ổn
định gấp nhiều lần so cả với nhiễu đầu vào và nhiễu tín hiệu điều khiển. BĐK
không thể ổn định hệ thống khi gặp nhiễu này tác động. Bởi vì nhiễu tín hiệu
đầu ra tác động trực tiếp vào đẩu ra của hệ thông, còn nhiễu đầu vào tác động
ngay ở đầu vào qua bộ điều khiển nên phần nào giảm bớt sự tác động lên đối
tượng hay nhiễu tín hiệu điều khiển tác động ở đầu ra của BĐK qua đối tượng
nên cũng phần nào giảm bớt ảnh hưởng tới tín hiệu đầu ra của hệ thống.
Điều này được thể hiện rõ ràng trên sự thay đổi của các thông số đánh giá
sự ổn định của hệ thống khi hệ thống chịu tác động của nhiễu:
-

Độ quá điều chỉnh (Ϭ%) tăng mạnh tỷ lệ thuận với độ lớn của tín

-

hiệu nhiễu.
Số dao động và giá trị dao động quanh đường làm việc ổn định cũng
tăng tỷ lệ với tín hiệu nhiễu. Điều này kéo theo sai lệch tĩnh (St) cũng

-

-

lớn dần.
Với trường hợp này, thời gian quá độ của hệ thống cũng chịu nhiều
tác động từ nhiễu và rất khó để xác định.
Số dao động và giá trị dao động quanh đường làm việc ổn định cũng
tăng tỷ lệ với tín hiệu nhiễu. Điều này kéo theo sai lệch tĩnh (St) cũng
lớn dần.
Với trường hợp này, thời gian quá độ của hệ thống cũng chịu nhiều
tác động từ nhiễu và rất khó để xác định.

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 16


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

Bài 5. Khảo sát các hệ thống điều khiển
Xét đối tượng: =

=
Ta có sơ đồ cấu trúc tương đương của đối tượng:

1. Hệ thống sử dụng BĐK PI

a. Thiết kế BĐK PI

Áp dụng phương pháp tối ưu đọ lớn, ta có:
Xét K ≈ 1
Kp= = 0.75
TI = T1 = 3
GPI = 0.75(1 + )
b. Mô phỏng hệ thống
- Sơ đồ hệ thống:


-

Thông số tín hiệu vào

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 17


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Nhóm 5 : Bài tập

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 18


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

c. Kết luận

Hệ thống có đối tượng biến thiên ( biến thiên theo sin2u ) nên tín hiệu đầu
ra dạng dao động điều hòa sóng sin:
-

Chu kì: T = 13s
Biên độ nủa dương: A = 0.178
Biên độ nủa âm: B = 0.1655

Đới với đối tượng biến thiên thì BĐK PI vẫn thực hiện việc điều khiển
khá tốt
2. Hệ thống sử dụng BĐK mờ điều chỉnh tham số Kp
a. Xây dựng BĐK mờ

-

Kp = Kp(module)+∆Kp
Vói Kp(module)=0.075
Tập mờ đầu vào (e/e*)

Trong đó:
N: nagative
P: positive
Z: zero
-

S: small
M: medium
B: big

Tập mờ đầu ra (∆Kp)

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 19


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

Trong đó:
S: small
B: big
-

Ma trận trạng thái các luật

e

NB

NM

NS

ZE

PS

PM

PB

NB

B

B

B

B

B

B

B

NM

S

B

B

B

B

B

S

NS

S

S

B

B

B

S

S

ZE

S

S

S

B

S

S

S

PS

S

S

B

B

B

S

S

PM

S

B

B

B

B

B

S

PB

B

B

B

B

B

B

B

b. Mô phỏng hệ thống
- Sơ đồ hệ thống

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 20


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Thông số tín hiêu vào

-

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Nhóm 5 : Bài tập

Page 21


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

Nhóm 5 : Bài tập

c. Kết luận

Hệ thống có đối tượng biến thiên ( biến thiên theo sin2u ) nên tín hiệu đầu
ra dạng dao động điều hòa sóng sin:
-

Chu kì: T = 13s
Biên độ nủa dương: A = 0.178
Biên độ nủa âm: B = 0.1655

Đới với đối tượng biến thiên thì BĐK mờ chỉnh định tham số Kp vẫn thực
hiện việc điều khiển khá tốt
3. Hệ thống sử dụng BĐK mờ chỉnh định tham số Pi
a. Xây dựng BĐK mờ

-

Pi = Pi(module)+∆Pi
Vói Pi(module)=3.0
Tập mờ đầu vào (e/e*)

-

Trong đó:
N: nagative
P: positive
Z: zero
Tập mờ đầu ra (∆Pi)

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

S: small
M: medium
B: big

Page 22


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Nhóm 5 : Bài tập

Ma trận trạng thái các luật

e

NB

NM

NS

ZE

PS

PM

PB

NB

S

S

S

S

S

S

S

NM

B

B

S

S

S

B

B

NS

B

B

B

S

B

B

B

ZE

B

B

B

B

B

B

B

PS

B

B

B

S

B

B

B

PM

B

B

S

S

S

B

B

PB

S

S

S

S

S

S

S

b. Mô phỏng hệ thống
-

Sơ đồ hệ thống

-

Thông số tín hiệu vào

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 23


Khoa Điện-Điện Tử
lớn

-

Nhóm 5 : Bài tập

Dạng sóng tín hiệu đầu ra

c. Kết luận

Hệ thống có đối tượng biến thiên ( biến thiên theo sin2u ) nên tín hiệu đầu
ra dạng dao động điều hòa sóng sin:

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 24


Khoa Điện-Điện Tử
lớn
-

Nhóm 5 : Bài tập

Chu kì: T = 13s
Biên độ nủa dương: A = 0.178
Biên độ nủa âm: B = 0.1655

Đới với đối tượng biến thiên thì BĐK mờ chỉnh định tham số Ti vẫn thực
hiện việc điều khiển khá tốt.

GVGD : Nguyễn Thị Luyến

Page 25