Tham khảo tài liệu 'quá trình hình thành giáo trình mô phỏng tương tác điều khiển mã nguồn bằng hệ thống p4', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: quá trình hình thành giáo trình mô phỏng tương tác điều khiển mã nguồn bằng hệ thống p4
- Luaän vaên toát nghieäp 41
3. y' sup y
yG
cho phöông phaùp cöïc ñaïi theo nguyeân lyù caän phaûi,
y ( y )dy
B'
S
4. y '
( y )dy
B'
S
cho phöông phaùp ñieåm troïng taâm,
n n
y ( y )dy M
B' k
5. y '
k 1 S k 1
n
n
A
B ' ( y )dy k
k 1
k 1 S
cho phöông phaùp ñieåm troïng taâm vaø nguyeân taéc trieån khai SUM-MIN,
6.
cho phöông phaùp ñieåm troïng taâm vaø nguyeân taéc trieån khai SUM-MIN vôùi quy öôùc
singleton (phöông phaùp ñoä cao), trong ñoù yk laø ñieåm maãu thoaû maõn B’k(yk) = Hk.
* Quan heä truyeàn ñaït y(x):
Quan heä truyeàn ñaït y(x) cuûa boä ñieàu khieån môø nhaän ñöôïc thoâng qua vieäc gheùp
noái hai aùnh xaï x B’(y) vaø B’(y) y’ vôùi nhau ñeå coù x y’.
Coâng thöùc bieåu dieãn aùnh xaï tích nhaän ñöôïc phuï thuoäc vaøo thieát bò hôïp thaønh vaø
phöông phaùp giaûi môø ñöôïc söû duïng.
Tích cuûa hai aùnh xaï
x B’(x) y’
n
Ngöôøi ta ñaõ chöùng minh ñöôïc raèng vôùi moät mieàn comp act X R (vôùi n laø soá
caùc ñaàu vaøo), caùc giaù trò vaät lyù cuûa bieán ngoân ngöõ ñaàu vaøo vaø moät ñöôøng cong phi
tuyeán g(x) tuyø yù nhöng lieân tuïc cuøng caùc ñaïo haøm cuûa noù treân X thì bao giôø cuõng toàn
taïi moät boä ñieàu khieån môø cô baûn coù quan heä truyeàn ñaït y(x) thoaû maõn:
sub y ( x) g ( x)
Trong ñoù laø moät soá thöïc döông baát kyø cho tröôùc. Nhö vaäy ta coù theå toång hôïp
ñöôïc moät boä ñieàu khieån môø coù quan heä truyeàn ñaït “gaàn gioáng” vôùi quan heä truyeàn
ñaït cho tröôùc. Ñieàu ñoù cho thaáy kyõ thuaät ñieàu khieån môø coù theå giaûi quyeát ñöôïc moät
baøi toaùn toång hôïp ñieàu khieån phi tuyeán baát kyø.
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 42
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 43
6. Keát luaän veà ñieàu khieån môø:
* Öu ñieåm:
- Ñaûm baûo ñöôïc tính oån ñònh cuûa heä thoáng maø khoâng caàn khoái löôïng tính toaùn
lôùn vaø phöùc taïp trong khaâu thieát keá nhö caùc loaïi ñieàu khieån coå ñieån nhö PID, ñieàu
chænh sôùm treã pha.
- Coù theå toång hôïp boä ñieàu khieån vôùi haøm truyeàn ñaït phi tuyeán baát kyø.
- Giaûi quyeát ñöôïc caùc baøi toaùn ñieàu khieån phöùc taïp, caùc baøi toaùn maø tröôùc ñaây
chöa giaûi quyeát ñöôïc nhö: heä ñieàu khieån thieáu thoâng tin, thoâng tin khoâng chính xaùc
hay nhöõng thoâng tin maø söï chính xaùc cuûa noù chæ nhaän thaáy giöõa caùc quan heä cuûa
chuùng vôùi nhau vaø cuõng chæ coù theå moâ taû ñöôïc baèng ngoân ngöõ. Nhö vaäy ñieàu khieån
môø ñaõ sao chuïp ñöôïc phöông thöùc xöû lyù thoâng tin cuûa con ngöôøi vaø ta coù theå taän
duïng ñöôïc caùc tri thöùc, kinh nghieäm cuûa con ngöôøi vaøo trong quaù trình ñieàu khieån.
* Khuyeát ñieåm:
- Cho ñeán nay, caùc lyù thuyeát nghieân cöùu veà ñieàu khieån môø vaãn coøn chöa ñöôïc
hoaøn thieän. Vì vaäy vieäc toång hôïp boä ñieàu khieån môø hoaït ñoäng moät caùch hoaøn thieän
thì khoâng ñôn giaûn.
- Chính vì tính phi tuyeán cuûa heä môø maø ta khoâng theå aùp duïng nhöõng thaønh töïu
cuûa lyù thuyeát heä tuyeán tính cho heä môø. Vaø vì theá nhöõng keát luaän toång quaùt cho heä
môø haàu nhö khoù ñaït ñöôïc.
Töø nhöõng öu khuyeát ñieåm cuûa boä ñieàu khieån môø ta ruùt ra keát luaän:
- Khoâng bao giôø thieát keá boä ñieàu khieån môø ñeå giaûi quyeát moät baøi toaùn toång hôïp
maø coù theå deã daøng thöïc hieän baèng caùc boä ñieàu khieån kinh ñieån thoaû maõn yeâu caàu ñaët
ra.
- Vieäc söû duïng boä ñieàu khieån môø cho caùc heä thoáng caàn ñoä an toaøn cao vaãn coøn
bò haïn cheá do yeâu caàu chaát löôïng vaø muïc ñích cuûa heä thoáng chæ coù theå xaùc ñònh vaø
ñaït ñöôïc qua thöïc nghieäm.
- Boä ñieàu khieån môø phaûi ñöôïc phaùt trieån qua thöïc nghieäm.
- Do coù khaû naêng ñieàu chænh ñöôïc tính oån ñònh vaø beàn vöõng khi löôïng thoâng tin
thu thaäp khoâng chính xaùc neân caùc boä caûm bieán coù theå choïn loaïi reû tieàn vaø khoâng caàn
ñoä chính xaùc cao.
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 44
Chöông III
MOÂ PHOÛNG HEÄ ÑIEÀU KHIEÅN MÔØ BAÈNG MATLAB
I. Giôùi thieäu veà MatLab:
MatLab vöøa laø moâi tröôøng vöøa laø ngoân ngöõ laäp trình ñöôïc vieát döïa treân cô sôû
toaùn hoïc nhö: lyù thuyeát ma traän, ñaïi soá tuyeán tính, phaân tích soá, … nhaèm söû duïng cho
caùc muïc ñích tính toaùn khoa hoïc vaø kyõ thuaät.
MatLab cho pheùp ngöôøi söû duïng thieát keá caùc hoäp coâng cuï cuûa rieâng mình.
Ngaøy caøng nhieàu caùc hoäp coâng cuï ñöôïc taïo ra bôûi caùc nhaø nghieân cöùu treân caùc laõnh
vöïc khaùc nhau. Sau ñaây laø moät soá hoäp coâng cuï trong MatLab öùng duïng trong lónh
vöïc ñieàu khieån töï doäng:
- Control System Toolbox: neàn taûng cuûa moät nhoùm caùc duïng cuï ñeå thieát keá
trong laõnh vöïc ñieàu khieån. Bao goàm caùc haøm daønh cho vieäc moâ hình hoaù, phaân tích,
thieát keá heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng.
- Frequency Domain System Identification Toolbox: bao goàm moät taäp caùc file
.m duøng cho vieäc moâ hình hoaù heä tuyeán tính döïa treân söï ño löôøng ñaùp tuyeán taàn soá
cuûa moät heä thoáng.
- Fuzzy Logic Toolbox: bao goàm moät taäp hoaøn chænh caùc coâng cuï giao dieän vôùi
ngöôøi duøng daønh cho vieäc thieát keá, moâ phoûng vaø phaân tích heä thoáng suy luaän môø.
- Neutral Network Toolbox: bao goàm moät taäp caùc haøm cuûa MatLab daønh cho
vieäc thieát keá vaø moâ phoûng maïng neutral.
- Nonlinear Control Design Toolbox: laø moät giao dieän ñoà hoaï ngöôøi duøng cho
pheùp thieát keá heä ñieàu khieån tuyeán tính vaø phi tuyeán söû duïng kyõ thuaät toái öu trong
mieàn thôøi gian.
- Simulink: Simulink laø phaàn môû roäng cuûa MatLab taïo ra theâm moät moâi tröôøng
ñoà hoaï duøng cho vieäc moâ hình hoaù, moâ phoûng vaø phaân tích heä tuyeán tính vaø phi
tuyeán ñoäng.
- System Identification Toolbox: bao goàm caùc coâng cuï ñeå phoûng tính vaø nhaän
daïng heä thoáng.
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 45
II. Xaây döïng moâ hình:
1. Yeâu caàu cuï theå:
Ta caàn ñieàu khieån doøng nöôùc ra töø moät boàn nöôùc. Boàn nöôùc goàm moät ñaàu vaøo
laø doøng nöôùc laïnh, moät ñaàu vaøo laø doøng nöôùc noùng. Ñaàu ra seõ laø hoãn hôïp cuûa hai
doøng nöôùc noùng vaø laïnh. Yeâu caàu ñaët ra laø phaûi giöõ nhieät ñoä vaø toác ñoä cuûa doøng
nöôùc ra khoâng ñoåi ôû moät giaù trò xaùc ñònh tröôùc.
doøng nöôùc noùng doøng nöôùc laïnh
BOÄ boàn nöôùc
ÑIEÀU KHIEÅN doøng nöôùc ra
2. Moâ hình vaät lyù:
Duøng Vi xöû lyù 8 bit öùng duïng giaûi thuaät logic môø ñeå ñieàu khieån nhieät ñoä cuûa
löu chaát ra. Caàn coù caùc khaâu caûm bieán ñeå hoài tieáp veà, caùc khaâu bieán ñoåi A/D, D/A
ñeå chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï veà daïng soá ñeå VXL xöû lyù döõ lieäu vaø chuyeån ñoåi tín
hieäu töø daïng soá sang töông töï ñeå ñieàu khieån khoái coâng suaát.
doøng nöôùc noùng doøng nöôùc laïnh
BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN
KÑ
D/A caûm bieán nhieät
boàn nöôùc c aûm bieán löu
KÑ t oác
VXL doøng
nöôùc
KÑ ra
A/D
KÑ
3. Moâ hình toaùn hoïc:
Töø moâ hình vaät lyù ta xaùc ñònh moâ hình toaùn hoïc cuûa caùc phaàn töû rieâng leû:
a. Khaâu D/A: laø khaâu giöõ baäc khoâng (ZOH)
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 46
TS
1
Haøm truyeàn: )
1
1 e TS
Chuyeån sang heä rôøi raïc: G1 ( Z ) Z T
S
b. Khaâu A/D: laø khaâu laáy maãu vôùi thôøi gian laáy maãu laø T.
T
c. Boä ñieàu khieån soá (VXL):
Ñeå caûi thieän chaát löôïng cuûa heä, ta cho theâm khaâu ñieàu khieån I ôû ngoõ ra keát hôïp
vôùi khaâu Fuzzy ñeå ñieàu khieån.
Khaâu I seõ ñöôïc thöïc hieän nhôø phaàn meàm. Vì vaäy trong VXL seõ bao goàm caùc
khaâu sau:
T ín hieäu ñieàu khieån FUZZY I
+
-
Khaâu I: khaâu tích phaân
1
Haøm truyeàn: G2 ( S )
S
Khaâu KÑCS: khaâu khueách ñaïi coâng suaát
Ui Uo
KÑ
Giaû söû coâng suaát cöïc ñaïi cuûa maïch ñoùng môû van laø P
neáu k.U i P
k .U
Uo i
neáu k.U i P
P
Khaâu Fuzzy:
Böôùc 1. Ñònh nghóa caùc bieán vaøo ra:
Ta goïi nhieät ñoä caàn oån ñònh laø to. Giaû söû nhieät ñoä moâi tröôøng caàn ñieàu khieån
thay ñoåi trong khoaûng (to - k, to + k).
Sai leäch giöõa nhieät ñoä caàn ñieàu khieån y1 vaø tín hieäu chuû ñaïo x1.(Kyù hieäu laø et):
et (-k, k) oC.
Choïn k=20 et (-20, 20) oC.
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 47
Goïi vo laø löu toác doøng nöôùc ra caàn giöõ oån ñònh . Giaû söû löu toác caàn ñieàu khieån
thay ñoåi trong khoaûng (vo - V, vo + V). (kg/s)
Sai leäch giöõa löu toác caàn ñieàu khieån y2 vaø tín hieäu chuû ñaïo x2.(Kyù hieäu laø ev):
ev (-V, V) kg/s.
Choïn V=1 ev (-1, 1) kg/s
Ñaïi löôïng ngaõ vaøo cuûa boä ñieàu khieån môø laø tín hieäu sai leäch vaän toác ev vaø tín
hieäu sai leäch nhieät ñoä et.
Ñeå heä thoáng ñaït ñöôïc ñoä chính xaùc cao (sai leäch tónh baèng 0) ta theâm vaøo khaâu
tích phaân phía sau khoái môø. Vaø do ñoù tín hieäu ngoõ ra cuûa boä ñieàu khieån môø laø toác ñoä
bieán ñoåi coâng suaát dp1 töông öùng vôùi toác ñoä ñoùng môû van nöôùc noùng vaø dp2 töông
öùng toác ñoä ñoùng môû van nöôùc laïnh.
Giaû söû dp1 (-p, p) kW/s.
dp2 (-p, p) kW/s.
Choïn p = 1 dp1, dp2 (-1, 1) kw/s.
Böôùc 2. Choïn soá löôïng taäp môø:
Ta choïn 3 giaù trò cho caùc bieán ngoõ vaøo
Ñoái vôùi et: Cold, Good, Hot.
Ñoái vôùi ev: Soft, Good, Hard.
Choïn 5 giaù trò cho caùc bieán ngoõ ra: CloseFast, CloseSlow, Steady, OpenSlow,
OpenFast.
Böôùc 3. Xaùc ñònh haøm lieân thuoäc:
Ta choïn taäp môø coù hình thang vaø hình tam giaùc caân:
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 48
Böôùc 4. Xaây döïng caùc luaät ñieàu khieån:
0 1 2
Cold Good Hot
flow temp
OpenSlow O penSlow OpenFast
Soft
0
CloseSlow Steady OpenSlow
Good
1
C loseFast CloseSlow C loseSlow
Hard
2
Baûng luaät ñieàu khieån cho bieán ra Cold
0 1 2
Cold Good Hot
flow temp
OpenFast O penSlow OpenSlow
Soft
0
OpenSlow Steady C loseSlow
Good
1
CloseSlow CloseSlow CloseFast
Hard
2
Baûng luaät ñieàu khieån cho bieán ra Hot
Rôøi raïc hoùa haøm lieân thuoäc:
Ñoái vôùi bieán vaøo sai leäch nhieät ñoä et (temp):
cold=trapmf [–30 –30 –15 0]
good=trimf [–10 0 10]
hot=trapmf [0 15 30 30]
Ñoái vôùi bieán vaøo sai leäch löu toác ev (flow):
soft=trapmf [–3 –3 –0.8 0]
good=trimf [–0.4 0 0.4]
hard=trapmf [0 0.8 3 3]
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 49
Ñoái vôùi bieán ra toác ñoä ñoùng môû van nöôùc laïnh vaø noùng:
CloseFast=trimf [–1 – 0.6 –0.3]
CloseSlow=trimf [– 0.6 –0.3 0]
Steady=trimf [–0.3 0 0.3]
OpenSlow=trimf [0 0.3 0.6]
OpenFast=trimf [0.3 0.6 1]
Ñoái vôùi bieán ra thöù nhaát:
Ñaët ev=y ; et = x ; dp1 = z
Ñoä thoûa maõn cuûa luaät thöù k:
Hkij = Min(k(xi), k(yj)) i = -20… 20 ; j= -1… 1
Moâ hình cho luaät ñieàu khie ån:
Rk = (rkl,i,j)3 ; l = -1 … 1
rkl,i,j = MIN(Hki,j, k(zl))
z
1
l
x
i 20
j
1
Rk rlk(i, j) = MIN(k(xi), k(y j), k(z l))
k
rl (i ,j)
Moâ hình luaät ñieàu khieån thöù k
8
U Rk
R=
k 0
R = (max (rkl (i, j))3 ;k = 0… 8
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
- Luaän vaên toát nghieäp 50
z
1
l
x
i 20
j
1
R rl(i, j) = max rlk(i, j)
rl(i, j) 0k8
Moâ hình luaät ñieàu khieån chung
Ñoái vôùi bieán ra thöù hai
Töông töï nhö bieán thöù nhaát
Böôùc 5. Giaûi môø:
Duøng phöông phaùp troïng taâm
y ( z)dz
S
z'
( z)dz
S
Ñoái töôïng caàn ñieàu khieån:
Goïi to laø nhieät ñoä ngaõ ra
vo laø vaän toác doøng chaûy ngaõ ra
Tn laø nhieät ñoä doøng nöôùc noùng
Tl laø nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh
vn laø vaän toác doøng nöôùc noùng
vl laø vaän toác doøng nöôùc laïnh
Ta coù moái quan heä sau:
vn .Tn vl .Tl
to
v n vl
vo v n vl
Vaäy moâ hình toaùn hoïc cuûa heä laø:
Nghieân cöùu ñieàu khieån môø – Moâ phoûng heä thoáng ñieàu khieån môø baèng MatLab
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
