Giải pháp khắc phục ảnh hưởng tính phi tuyến của mạch từ đến chất lượng điều khiển vị trí động cơ điện một chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-1-

Mục Lục

Chương I Lý thuyết mờ................................................................................... 5

1.1. Tổng quan về logic mờ........................................................................... 5

1.1.1. Quá trình phát triển của logic mờ ................................................... 5

1.1.2. Khái niệm về tập mờ ....................................................................... 5

1.1.2.1. Tập kinh điển................................................................................ 5

1.1.2.2. Định nghĩa tập mờ........................................................................ 6

1.1.2.3. Các thông số đặc trưng cho tập mờ.............................................. 6

1.2. Các phép toán trên tập mờ...................................................................... 7

1.3. Biến ngôn ngữ và giá trị của biến ngôn ngữ.......................................... 8

1.4. Luật hợp thành mờ. ................................................................................ 9

1.4.1. Mệnh đề hợp thành.......................................................................... 9

1.4.2. Mô tả mệnh đề hợp thành.............................................................. 10

1.4.3. Luật hợp thành mờ ........................................................................ 10

1.4.4 Các cấu trúc cơ bản của luật hợp thành: ........................................ 12

1.4.5. Luật hợp thành đơn có cấu trúc SISO........................................... 12

1.4.5.1. Luật hợp thành MAX-MIN........................................................ 12

1.4.5.2. Luật hợp thành MAX-PROD..................................................... 15

1.4.5.3. Thuật toán xây dựng R............................................................... 16

1.4.5.4. Luật hợp thành đơn có cấu trúc MISO....................................... 17

1.4.6. Luật của nhiều mệnh đề hợp thành. .............................................. 19

1.4.6.1. Luật hợp thành của hai mệnh đề hợp thành. .............................. 20

1.4.6.2. Thuật toán xây dựng luật chung của nhiều mệnh đề hợp thành. 22

1.4.7. Luật hợp thành SUM-MIN và SUM-PROD. ................................ 23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-2-

1.5 GIẢI MỜ............................................................................................... 24

1.5.1. Phương pháp cực đại..................................................................... 25

1.5.1.1. Nguyên lý trung bình ................................................................. 26

1.5.1.2. Nguyên lý cận trái ...................................................................... 26

1.5.1.3. Nguyên lý cận phải..................................................................... 26

1.5.2 Phương pháp điểm trọng tâm......................................................... 27

1.5.2.1. Phương pháp điểm trọng tâm cho luật hợp thành SUM-MIN ... 27

1.5.2.2. Phương pháp độ cao................................................................... 28

1.6. Điều khiển mờ...................................................................................... 28

1.6.1. Cấu trúc của bộ điều khiển mờ ..................................................... 28

1.6.2. Các bước tổng hợp bộ điều khiển mờ ........................................... 29

1.6.3. Bộ điều khiển mờ tĩnh................................................................... 30

1.6.4. Bộ điều khiển mờ động ................................................................. 31

1.7. Hệ điều khiển mờ lai ............................................................................ 33

1.8. Hệ điều khiển thích nghi mờ................................................................ 34

1.8.1. Phân loại........................................................................................ 35

1.8.2. Các phương pháp điều khiển thích nghi mờ ................................. 35

1.9. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi mờ ổn định................................... 36

1.9.1. Cở sở lý thuyết .............................................................................. 36

1.9.2. Thuật toán tổng hợp bộ điều khiển mờ thích nghi........................ 36

Chương II Tổng quan nhận dạng .................................................................... 39

2.1. Tại sao phải nhận dạng và lịch sử phát triển của nó ............................ 39

2.1.1. Tại sao phải nhận dạng.................................................................. 39

2.1.2. Lịch sử phát triển........................................................................... 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-3-

2.2. Phân loại bài toán nhận dạng ............................................................... 40

2.2.1. Phân loại theo tín hiệu vào ............................................................ 40

2.2.2. Phân loại theo điều kiện tiến hành nhận dạng............................... 41

2.2.2.1. Nhận dạng chủ động................................................................... 41

2.2.2.2. Nhận dạng bị động ..................................................................... 41

2.3. Nhận dạng mô hình hệ thống bằng phương pháp quy hoạch thực

nghiệm......................................................................................................... 41

2.3.1. Các khái niệm cơ bản về nhận dạng bằng quy hoạch thực nghiệm

................................................................................................................. 41

2.3. Nhận dạng mô hình bằng phương pháp bình phương cực tiểu............ 44

2.3.1. Xác định số lượng thí nghiệm của k biến số................................. 44

2.3.2. Nội dung phương pháp.................................................................. 45

2.3.3. Mô hình thống kê tuyến tính k biến số.......................................... 45

2.3.3.2. Mô hình tuyến tính k biến số ..................................................... 50

2.4. Áp dụng nhận dạng đường cong từ hoá ............................................... 52

Chương III Tìm hiểu về hệ T-Đ và thiết kế bộ điều khiển PID..................... 56

3.1. Tìm hiểu về hệ T-Đ.............................................................................. 56

3.2. Thiết kế bộ PID kinh điển .................................................................... 59

3.2.1. Mô hình động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.............................. 59

3.2.2. Thiết kế PID điều chỉnh dòng phần ứng ....................................... 61

3.2.3. Thiết kế PID điều chỉnh tốc độ quay............................................. 64

Chương IV Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi ......................................... 67

4.1. Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều khi từ thông thay đổi. ..... 67

4.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi. ................................................. 71

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-4-

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc kiến thiết xây dựng đất nước đang bước vào thời kỳ

công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước đặc biệt trong thời kỳ mở cửa hội nhập

kinh tế với các nước trên thế giới bước đầu có những cơ hội thuận lợi và

những khó khăn thách thức lớn để cho nước ta khẳng định được mình trên

thương trương quốc tế. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ những chủ nhân tương

lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề. Sự phát triển nhanh chóng của cuộc

cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử nói

riêng làm cho bộ mặt xã hội đất nước biến đổi từng ngày từng giờ.

Điều Khiển – Tự Động là một trong những nghành mới, đang là một

trong những ngành trọng điểm quan trọng của ngành công nghiệp điện với đà

phát triển một cách tích cực trong nền công nghiệp của nước nhà.

Luận văn tốt nghiệp mà em đang nghiên cứu là một trong những đề tài đã

nói lên được phần nào về vấn đề thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển.

Ngày nay các hệ truyền động Thyristor - Động cơ (T - Đ) đang được ứng

dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ưu điểm của hệ T - Đ là đảm bảo tốt

các chỉ tiêu tĩnh và động của hệ thống, phạm vi điều chỉnh rộng... Tuy nhiên

trong quá trình làm việc các tham số động cơ có thể thay đổi và làm ảnh

hưởng đến chất lượng của các hệ thống. Khi các tham số của động cơ thay đổi

trong giới hạn rộng, hệ thống T - Đ thực chất là một hệ phi tuyến các tham số

thay đổi, việc áp dụng các phương pháp tuyến tính hoá của lý thuyết điều

khiển kinh điển không còn phù hợp nữa. Trong trường hợp này phải áp dụng

phương pháp phân tích và tổng hợp dựa trên hệ phi tuyến.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-5-

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ

1.1. Tổng quan về logic mờ.

1.1.1. Quá trình phát triển của logic mờ

Khái niệm về logic mờ được giáo sư L.A Zadeh đưa ra lần đầu tiên năm

1965, tại trường Đại học Berkeley, bang California - Mỹ. Từ đó lý thuyết mờ

đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi.

Năm 1970 tại trường Mary Queen, London – Anh, Ebrahim Mamdani đã

dùng logic mờ để điều khiển một máy hơi nước mà ông không thể điều khiển

được bằng kỹ thuật cổ điển. Tại Đức Hann Zimmermann đã dùng logic mờ

cho các hệ ra quyết định. Tại Nhật logic mờ được ứng dụng vào nhà máy xử

lý nước của Fuji Electronic vào 1983, hệ thống xe điện ngầm của Hitachi vào

1987.

Lý thuyết mờ ra đời ở Mỹ, ứng dụng đầu tiên ở Anh nhưng phát triển

mạnh mẽ nhất là ở Nhật. Trong lĩnh vực Tự động hoá logic mờ ngày càng

được ứng dụng rộng rãi. Nó thực sự hữu dụng với các đối tượng phức tạp mà

ta chưa biết rõ hàm truyền, logic mờ có thể giải quyết các vấn đề mà điều

khiển kinh điển không làm được.

1.1.2. Khái niệm về tập mờ

1.1.2.1. Tập kinh điển

Khái niệm tập hợp được hình thành trên nền tảng logic và được định

nghĩa như là sự sắp xếp chung các đối tượng có cùng tính chất, được gọi là

phần tử của tập hợp đó.

Cho một tập hợp A, một phần tử x thuộc A được ký hiệu:

x A

Để biểu diễn một tập hợp A trên nền X, ta dùng hàm thuộc

( ) A

 x

, với:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-6-













khi x A

khi x A

x

0

1

( )  A

(1.1)

(x)  A

chỉ nhận một trong 2 giá trị “1” hoặc “0”

Ký hiệu =

x  X x

thoả mãn một số tính chất nào đó



. Ta nói tập A

được định nghĩa trên tập nền X.

1.1.2.2. Định nghĩa tập mờ

Tập mờ B xác định trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi phần tử của

nó là một cặp giá trị (x,B(x)), với x M và B(x) là một ánh xạ :

B(x) : M  [0 1]

trong đó : B gọi là hàm thuộc , M gọi là tập nền.

1.1.2.3. Các thông số đặc trƣng cho tập mờ

Độ cao của một tập mờ B là giá trị lớn nhất trong các giá trị của hàm liên

thuộc :

H (x) B

x M

Sup





(1.2)

Một tập mờ có ít nhất một phần tử có độ phụ thuộc bằng 1 được gọi là

tập mờ chính tắc (H=1). Ngược lại, một tập mờ B với H < 1 được gọi là tập

mờ không chính tắc.

Hình 1.1. miền tin cậy, miền xác định của tập mờ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-7-

Miền xác định của tập mờ B được ký hiệu bởi S là tập con của M có giá

trị hàm liên thuộc khác không:

S =

x  M  B

(x)  0 

(1.3)

Miền tin cậy của tập mờ B được ký hiệu bởi T là tập con của M có giá

trị hàm liên thuộc bằng 1:

T =

xM  B

(x) 1  (1.4)

Các dạng hàm liên thuộc (membership function) trong logic mờ. Có rất

nhiều dạng hàm liên thuộc như : Gaussian, PI-shape, S-shape, Sigmoidal, Z￾shape …

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

trapmf gbellmf trimf gaussmf gauss2mf smf

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

zmf psigmf dsigmf pimf sigmf

Hình 1.2. Các dạng hàm liên thuộc

1.2. Các phép toán trên tập mờ

Cho A, B là hai tập mờ trên không gian nền M, có các hàm liên thuộc

tương ứng là A, B, khi đó:

- Phép hợp hai tập mờ: AB

+ Theo luật Max AB(x) = Max{ A(x) , B(x) } (1.5)

+ Theo luật Sum AB(x) = Min{ 1, A(x) + B(x) } (1.6)