Tài liệu luận văn nghiêng cứu hệ thống điều khiển mờ bằng MATLAB, chương 7 pdf

Chương 7:
Các kiểu điều khiển cổ điển
a. Điều khiển tỉ lệ P:
Điều khiển tỉ lệ cho phép nhanh chóng đạt trò số yêu cầu
nhưng thường có sai lệch. Để giảm sai lệch người ta tăng độ lợi
K, nếu tăng K quá dẫn đến vọt lố

max
lớn và hệ có thể mất ổn
đònh.
b. Điều khiển tỉ lệ – vi phân PD:
Trong hệ thống mà độ vọt lố quá lớn thì người ta thường
thêm khâu điều khiển vi phân:
dt
tde
TtKetU
d
)(
)()(

K
u(t)
G(p)
H(p)
C(t)
r(t)
e(t)
f(t)
-
K
u(t)

G(p)
T
d
p
C(t)r(t)
e(t)
H(p)
+
+
Nếu C(t) tăng (độ vọt lố lớn) thì e(t) giảm 
0
)(

dt
tde
, nên
dt
tde
TtKetU
d
)(
)()(

giảm nhiều không cho C(t) tăng quá. Vì vậy
điều khiển
PD làm giảm chấn của hệ thống tăng lên, giảm vọt
lố nhưng thời gian trễ sẽ lâu hơn.
Điều khiển
PD chỉ ảnh hưởng tới sai số xác lập E
xl

, nếu E
xl
biến thiên theo thời gian (
0
dt
d
) mà không ảnh hưởng nếu E
xl
(t)
= C
te
. Nếu E
xl
tăng theo t, tín hiệu tác động có thành phần tỉ lệ
với
dt
tde )(
làm giảm biên độ sai số.
c. Điều khiển tỉ lệ – tích phân PI:
Để nâng cao độ chính xác của hệ thống, người ta thêm khâu
điều khiển tích phân. Tín hiệu tác động:


t
i
dtteK e
Bao lâu còn sai lệch, tín hiệu tác động còn duy trì để làm
giảm sai lệch này. Điều khiển
PI làm cho hệ hữu sai thành vô
sai. Loại của hệ thống được tăng lên nghóa là bậc của nó cũng

tăng lên, do đó độ ổn đònh của hệ kém đi.
d. Điều khiển tỉ lệ – tích phân – vi phân PID:
-
K
u(t)
G(p)
K
i
p
C(t)r(t)
e(t)
H(p)
+
+
Để cải thiện hệ thống ở xác lập và quá độ thì tín hiệu tác
động:


t
id
dtteK
dt
tde
TtKetU
0
)(
)(
)()(
5. Bộ điều khiển mờ:
a. Bộ điều khiển mờ cơ bản:

Những thành phần cơ bản của một bộ điều khiển mờ bao
gồm khâu Fuzzy hóa, thiết bò thực hiện luật hợp thành và khâu
giải mờ. Một bộ điều khiển mờ chỉ gồm ba thành phần như vậy
có tên gọi là
bộ điều khiển mờ cơ bản.
x
1
x
q
...

...
R
1
: NẾU ... THÌ ...
R
q
: NẾU ... THÌ ...
...
H
1
H
q
B’ y’
Bộ điều khiển mờ cơ bản.
-
K
u(t)
G(p)T
d

p
C(t)
r(t)
e(t)
H(p)
+
+
K
i
p
+
Do bộ điều khiển mờ cơ bản chỉ có khả năng xử lý các giá
trò tín hiệu hiện thời nên nó thuộc nhóm các
bộ điều khiển tónh.
Tuy vậy để mở rộng miền ứng dụng của chúng vào các bài toán
điều khiển động, các khâu động học cần thiết sẽ được nối thêm
vào bộ điều khiển mờ cơ bản. Các khâu động đó chỉ có nhiệm
vụ cung cấp thêm cho bộ điều khiển mờ cơ bản các giá trò đạo
hàm hay tích phân của tín hiệu. Với những khâu động bổ sung
này, bộ điều khiển cơ bản sẽ được gọi là
bộ điều khiển mờ động.
b. Tổng hợp bộ điều khiển mờ:
* Đònh nghóa các biến vào ra:
Xác đònh các biến ngôn ngữ vào/ra và đặt tên cho chúng.
* Xác đònh tập mờ:
Đònh nghóa các biến ngôn ngữ vào/ra bao gồm số các tập
mờ và dạng các hàm liên thuộc của chúng, cần xác đònh:
 Miền giá trò vật lý (cơ sở) của các biến ngôn ngữ vào/ra
 Số lượng tập mờ (giá trò ngôn ngữ)
Về nguyên tắc, số lượng các giá trò ngôn ngữ cho mỗi biến

ngôn ngữ nên nằm trong khoảng từ 3 đến 10 giá trò. Nếu số
lượng giá trò ít hơn 3 thì có ít ý nghóa, vì không thực hiện được
việc lấy vi phân. Nếu lớn hơn 10, khó có khả năng bao quát vì
Bộ điều
khiển mờ cơ
bản
...
dt
d

dt...
x(t) y’(t)
Bộ điều khiển mờ động.
phải nghiên cứu đầy đủ để đồng thời phân biệt khoảng 5 đến 9
phương án khác nhau và có khả năng lưu giữ trong một thời gian
ngắn.
 Xác đònh hàm liên thuộc:
Chọn các hàm liên thuộc có phần chồng lên nhau và phủ
kín miền giá trò vật lý để trong quá trình điều khiển không xuất
hiện “lỗ hổng”. Trong trường hợp với một giá trò vật lý rõ
x
0
của
biến đầu vào mà tập mờ
B’ đầu ra có độ cao bằng 0 (miền xác
đònh là một tập rỗng) và bộ điều khiển không thể đưa ra một
quyết đònh điều khiển nào, lý do là hoặc không đònh nghóa được
nguyên tắc điều khiển phù hợp hoặc là do các tập mờ của biến
ngôn ngữ có những “lỗ hổng”. Cũng như vậy đối với biến ra,
các hàm liên thuộc dạng hình thang với độ xếp chồng lên nhau

rất nhỏ, nhìn chung không phù hợp với bộ điều khiển mờ vì
những lý do trên. Nó tạo ra một vùng “chết” (
dead zone) trong
trạng thái làm việc của bộ điều khiển. Trong một vài trường
hợp, chọn hàm liên thuộc dạng hình thang hoàn toàn hợp lý, đó
là trường hợp mà sự thay đổi các miền giá trò của tín hiệu vào
không kéo theo sự thay đổi bắt buộc tương ứng cho miền giá trò
của tín hiệu ra. Nói chung, hàm liên thuộc được chọn sao cho
miền tin cậy của nó chỉ có một phần tử, hay chỉ tồn tại một điểm
vật lý có độ phụ thuộc bằng độ cao của tập mờ.
Rời rạc hóa các tập mờ:
Độ phân giải của các giá trò phụ thuộc được chọn trước hoặc
là cho các nhóm điều khiển mờ loại dấu phẩy động hoặc số
nguyên ngắn (giá trò phụ thuộc là các số nguyên có độ dài 2
byte) hoặc theo byte (giá trò phụ thuộc là các số không dấu có
độ dài 1 byte). Các khả năng để tổng hợp các hệ thống là rất