Đố án thiết bị điều chỉnh tự động

hèng ®­îc thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn ®èi xøng: VËy khi T1 cµng lín so víi Tb , sÏ t¨ng ®é qu¸ ®iÒu chØnh gi¶m thêi gian ®¸p øng Tm ®é t¸c ®éng nhanh chñ yÕu phô thuéc vµp Tb . ®Ón gi¶m l­îng qu¸ ®iÒu chØnh , dïng bé läc ®Çu vµo víi môc ®Ých lµ bï trõ ®iÓm 0 Ngoµi ra cßn mét sè ph­¬ng ph¸p n÷a nh­: ph­¬ng ph¸p kuhn, ph­¬ng ph¸p dïng matlap, ph­¬ng ph¸p Zieler-Nichols, ph­¬ng ph¸p modul… Ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé bï. X¸c ®Þnh bé ®iÒu khiÓn Wdc(p) dùa trªn c¬ së biÕt tr­íc hµm truyÒn cña ®èi t­îng vµ biÕn hµm truyÒn cña c¶ hÖ thèng W*(p), W*(p) ®­îc x¸c ®Þnh tõ yªu cÇu chÊt l­îng cña bµi to¸n ®iÒu khiÓn Gi¶ sö ®èi t­îng cã hµm truyÒn d¹ng: s §iÒu kiÖn : D(p) – C(p) ph¶i lµ ®a thøc HaraWith (hÖ æn ®Þnh : tÊt c¶ c¸c ®iÓm kh«ng vµ ®iÓm cùc ph¶ n»m bªn tr¸i trôc ¶o) Gäi nA lµ bËc cña A(p) Gäi nB lµ bËc cña B(p) Gäi nC lµ bËc cña C(p) Gäi nD lµ bËc cña D(p) VËy Muèn tÝch hîp ®­îc bé ®iÒu khiÓn bï th× bËc cña ®èi t­îng cña hÖ kÝn t­¬ng ®èi kh«ng nhá h¬n bËc t­¬ng ®èi cña ®èi t­îng. -xÐt tr­êng hîp W*(p) cã d¹ng: Muèn cho hÖ kh«ng cã sai lÖch tÜnh : xÐt mµ vËy ®Ó hÖ kÝn kh«ng cã sai lÖch tÜnh bé ®iÒu khiÓn thiÐt kÕ theo ph­¬ng ph¸p bï chøa thµnh phÇn tÝch ph©n. nÕu ®èi t­îng ch­a cã thµnh phÇn ®ã, ng­îc l¹i. khi ®èi t­îng ®· cã s½n thµnh phÇn tÝch ph©n th× bé ®iÒu khiÓn sÏ kh«ng chøa thµnh phÇn tÝch ph©n n÷a. Ch­¬ng III bé ®iÒu khiÓn mê Kh¸i niÖm chung. C¸c bé ®iÒu khiÓn mê ®­îc thiÕt kÕ dùa trªn logic mê ®­îc gäi lµ bé ®iÒu khiÓn mê (FLC : Fuzzy Logic Control) 3.1.1. Bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n H×nh 3-1. Bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n Bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n cã d¹ng nh­ h×nh 3-1. gåm 3 phÇn: Khèi 1: lµm mê ho¸ Khèi 2: x¸c ®Þnh luËt hîp thµnh Khèi 3: Gi¶i mê Bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n gåm ba kh©u chÝnh lµ kh©u mê ho¸, thiÕt bÞ thùc hiÖn luËt hîp thµnh vµ kh©u gi¶i mê. H×nh 3-2. Bé ®iÒu khiÓn mê ®éng Do bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n chØ cã kh¶ n¨ng xö lý c¸c gi¸ trÞ tÝn hiÖu hiÖn thêi nªn nã thuéc nhãm c¸c bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh. Tuy vËy, ®Ó më réng miÒn øng dông cña chóng vµo c¸c bµi to¸n ®iÒu khiÓn ®éng, c¸c kh©u ®éng häc cÇn thiÕt sÏ ®­îc nèi thªm vµo bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n h×nh 3-2. C¸c kh©u ®éng cã nhiÖm vô cung cÊp thªm cho bé ®iÒu khiÓn mê cã b¶n c¸c gi¸ trÞ ®¹o hµm hay tÝch ph©n cña tÝn hiÖu. Cïng víi c¸c kh©u ®éng bæ sung nµy, bé ®iÒu khiÓn mê c¬ b¶n sÏ ®­îc gäi lµ bé ®iÒu khiÓn mê. 3.1.2. ¦u ®iÓm nh­îc ®iÓm cña ®iÒu khiÓn mê - Khçi l­îng c«ng viÖc thiÕt kÕ gi¶m ®I nhiÒu do kh«ng cÇn sö dông m« h×nh ®èi t­îng trong viÖc tæng hîp hÖ thèng. - Bé ®iÒu khiÓn mê dÔ hiÓu h¬n so víi c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¸c vµ dÔ dµng thay ®æi. - §èi víi c¸c bµi to¸n thiÕt kÕ cã ®é phøc t¹p cao, gi¶I ph¸p dïng bé ®iÒu khiÓn mê cho phÐp gi¶m khèi l­îng tÝnh to¸n vµ gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm. - Trong nhiÒu tr­êng hîp bé ®iÒu khiÓn mê lµm viÖc æn ®Þnh h¬n, bÒn v÷ng h¬n vµ chÊt l­îng ®iÒu khiÓn cao h¬n. - §iÒu khiÓn mê cã thÓ sö dông cho c¸c hÖ thèng kh«ng cÇn biÕt chÝnh x¸c m« h×nh ®èi t­îng. - V× hÖ thèng ®iÒu khiÓn mê gÇn víi nguyªn lý ®iÒu khiÓn cña con ng­êi (con ng­êi kh«ng cã c¸c c¶m biÕn ®Ó c¶m nhËn chÝnh x¸c ®èi t­îng), do ®ã c¸c bé c¶m biÕn sö dông cã thÓ kh«ng cÇn ®é chÝnh x¸c cao. + ViÖc nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt ®èi víi lý thuyÕt mê ch­a thËt hoµn thiÖn (tÝnh æn ®Þnh, tÝnh phi tuyÕn, tèi ­u). + Cho ®Õn nay ch­a cã nguyªn t¾c chuÈn mùc cho viÖc thiÕt kÕ còng nh­ ch­a thÓ kh¶o s¸t tÝnh æn ®Þnh, tÝnh bÒn v÷ng, chÊt l­îng, qu¸ tr×nh qu¸ ®é còng nh­ qu¸ tr×nh ¶nh h­ëng cña nhiÔu cho c¸c bé ®iÒu khiÓn mê. 3.1.3. Yªu cÇu khi thiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn mê - Kh«ng thiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn mê cho c¸c bµi to¸n mµ hÖ ®iÒu khiÓn kinh ®iÓn cã thÓ dÔ dµng thùc hiÖn ®­îc nh­ c¸c bé ®iÒu khiÓn P, PI, PD, PID. - H¹n chÕ sö dông ®iÒu khiÓn mê cho c¸c hÖ thèng cÇn ®¶m b¶o ®é an toµn cao do nh÷ng yªu cÇu vÒ chÊt l­îng vµ môc ®Ých cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn mê chØ cã thÓ x¸c ®Þnh vµ ®¹t ®­îc qua thùc nghiÖm. - HÖ thèng ®iÒu khiÓn mê lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn mang tÝnh chuyªn gia, gÇn víi nguyªn lý ®iÒu khiÓn cña con ng­êi, do ®ã ng­êi thiÕt kÕ ph¶I hoµn toµn ®ñ hiÓu biÕt vµ kinh nghiÖm vÒ hÖ thèng cÇn ®iÒu khiÓn míi cã thÓ thiÕt kÕ ®­îc hÖ ®iÒu khiÓn mê. 3.2 Mê ho¸. Mê ho¸ ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ lµ sù ¸nh x¹ ( sù lµm t­¬ng øng), tõ tËp mê c¸c gi¸ trÞ thùc x* Î U thµnh c¸c gi¸ trÞ mê A’ Î U, nguyªn t¾c chung viÖc thùc hiÖn mê ho¸ lµ: Tõ tËp gi¸ trÞ thùc x ®Çu vµo sÏ t¹o ra tËp mê A’ víi hµm liªn thuéc cã gi¸ trÞ ®ñ réng t¹i c¸c ®iÓm râ x NÕu cã nhiÔu ë ®Çu vµo th× viÖc mê ho¸ sÏ gãp phÇn khö ®­îc nhiÔu ViÖc mê ho¸ ph¶i t¹o ®iÒu kiÖn ®¬n gi¶n tÝnh to¸n cho sau nµy Cã 3 ph­¬ng ph¸p mê ho¸: + Mê ho¸ ®¬n vÞ (Singleten fuzzifier) lµ tõ c¸c ®iÓm gi¸ trÞ thùc xÎ U lÊy c¸c gi¸ trÞ ®¬n vÞ cña tËp mê A’ nghÜa lµ hµm liªn thuéc d¹ng: + Mê ho¸ Gaus (Gaussian fuzzifier) : lµ tõ c¸c ®iÓm gi¸ trÞ thùc x*Î U lÊy c¸c gi¸ trÞ trong tËp mê A’ víi hµm liªn thuéc d¹ng h×nh tam gi¸c hoÆc vu«ng 3.3. Quy luËt suy diÔn vµ c¬ chÕ suy diÔn mê 3.3.1. MÖnh ®Ò hîp thµnh LuËt mê c¬ b¶n lµ luËt m« t¶ bëi quan hÖ: NÕu ... Th×...(IF....THEN....), mét c¸ch tæng qu¸t cã d¹ng: NÕu TH× Mét mèi quan hÖ NÕu.... Th× ..... gäi lµ mét mÖnh ®Ò hîp thµnh, trong mét mÖnh ®Ò hîp thµnh cã thÓ cã mét mÖnh ®Ò ®iÒu kiÖn hoÆc nhiÒu mÖnh ®Ò ®iÒu kiÖn vµ mét hoÆc nhiÒu mÖnh ®Ò kÕt luËn. Mét sè d¹ng mÖnh ®Ò mê: x = A vµ x1 = A1 vµ x2 ¹ B. x1 = A1 vµ x2 = A2 vµ ... vµ xn = An x1 = A1 hoÆc x2 = A2 hoÆc ... hoÆc xn = An (3.1) (l­u ý r»ng c¸c phÐp logic vµ (and), hoÆc (or), Phñ ®Þnh (not) trong logic mê t­¬ng øng c¸c phÐp giao, hîp, bï). Trong hÖ mê luËt mê lµ bé n·o cña nã, ng­êi thiÕt kÕ ph¶i dùa vµo kinh nghiÖm cña m×nh mµ ph¸t biÓu vµ x©y dùng cho ®­îc mét tËp mê d¹ng nµy lµm c¬ së cho viÖc triÓn khai thiÕt kÕ tiÕp theo. 3.3.2 Qui t¾c hîp thµnh Tõ mét gi¸ trÞ ®Çu vµo x0 hay cô thÓ h¬n lµ ®é phô thuéc mA(x0) ta ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc ®Çu ra hay ®é phô thuéc cña ®Çu ra. §é phô thuéc ®Çu ra sÏ lµ mét tËp mê gäi lµ tËp mê mB'(y), tËp mê B' cïng c¬ së víi tËp mê kÕt luËn B. Nh­ vËy, biÓu diÔn hÖ sè tháa m·n mÖnh ®Ò kÕt luËn nh­ mét tËp mê B' cïng c¬ së víi B th× mÖnh ®Ò hîp thµnh chÝnh lµ ¸nh x¹. mA(x0) ® mB'(y). (3.2) M« t¶ mÖnh ®Ò hîp thµnh chÝnh lµ m« t¶ ¸nh x¹ trªn, cã nghÜa lµ ph¶i t×m ®­îc hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) cho mÖnh ®Ò hîp thµnh AÞ B, cã nhiÒu c¸ch m« t¶ mÖnh ®Ò hîp thµnh gäi lµ c¸c qui t¾c hîp thµnh ®ã lµ: 1- C«ng thøc Zadeh: (qui t¾c hîp thµnh Zadeh) mAÞB(x,y) = MAX{MIN{mA(x), mB(y)}, 1 - mA(x)}. (3.3a) 2- C«ng thøc Lukasiewicz: (qui t¾c hîp thµnh Lukasiewicz) mAÞB(x,y) = MIN{1, 1 - mA(x) + mB(y)}. (3.3b) 3- C«ng thøc Kleene-Dienes: (qui t¾c hîp thµnh Kleene-Dienes) mAÞB(x,y) = MAX{1 - mA(x), mB(y)}. (3.3c) Theo nguyªn t¾c cña Mandani " §é phô thuéc cña kÕt luËn kh«ng ®­îc lín h¬n ®é phô thuéc cña ®iÒu kiÖn" ta cã c¸ch x¸c ®Þnh hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) cho mÖnh ®Ò hîp thµnh AÞ B nh­ sau. 4- C«ng thøc MIN: (qui t¾c hîp thµnh MIN cña Mandani, s¸ch gäi lµ qui t¾c hîp thµnh MAX-MIN) mAÞB(x,y) = MIN{mA(x), mB(y)}. (3.3d) 5- C«ng thøc PROD: (qui t¾c hîp thµnh MIN cña Mandani, s¸ch gäi lµ qui t¾c hîp thµnh MAX-PROD) mAÞB(x,y) = mA(x)mB(y). (3.3e) C¸c c«ng thøc (3.3a, ..., 3.3e) cho mÖnh ®Ò hîp thµnh AÞB ®­îc gäi lµ c¸c quy t¾c hîp thµnh. Hai quy t¾c hîp thµnh theo Mamdani lµ MIN (MAX-MIN) vµ PROD (MAX-PROD) hay ®­îc sö dông h¬n c¶. XÐt mÖnh ®Ò hîp thµnh mét ®iÒu kiÖn: NÕu x = A th× y = B, (x cã thÓ lµ tèc ®é xe, y lµ bµn ®¹p ga, A lµ chËm, B lµ t¨ng) x ®­îc x¸c ®Þnh bëi c¸c hµm liªn thuéc mA(x), vµ y ®­îc x¸c ®Þnh bëi c¸c hµm liªn thuéc mB(y) th× hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) sö dông quy t¾c MIN vµ quy t¾c PROD t¹i mét gi¸ trÞ râ ®­îc chØ ra trªn h×nh 3-3 a vµ b. H×nh 3-3: Hµm liªn thuéc cña luËt hîp thµnh mAÞB(x,y) a, Hµm liªn thuéc b, Víi qui t¾c MAX-MIN c, Víi qui t¾c MAX-PROD b, mA(x) mB(y) x0 H mAÞB(x0,y) m m x y mA(x) mB(y) x0 H mAÞB(x0,y) m m x y c, a, mA(x) mB(y) m m x y 3.3.3. LuËt hîp thµnh §Ó ®¬n gi¶n ng­êi ta ký hiÖu mÖnh ®Ò hîp thµnh AÞB t¹i mét gi¸ trÞ râ lµ R. Tªn gäi chung cña m« h×nh R (ma trËn) lµ luËt hîp thµnh. Hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) cña m« h×nh R ®­îc biÓu diÔn theo c¸ch tæ hîp c¸c mÖnh ®Ò hîp thµnh nµo, theo quy t¾c hîp thµnh nµo th× luËt hîp thµnh cã tªn gäi lµ tªn ghÐp cña c¸ch tæ hîp vµ tªn quy t¾c hîp thµnh ®ã. + Hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) ®­îc tæ hîp theo phÐp hîp mAÈB(x) = MAX{mA(x), mB(x)} vµ quy t¾c MIN th× ta cã luËt hîp thµnh MAX-MIN. + Hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) ®­îc tæ hîp theo phÐp hîp mAÈB(x) = MAX{mA(x), mB(x)} vµ quy t¾c PROD th× ta cã luËt hîp thµnh MAX-PROD. + Hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) ®­îc tæ hîp theo phÐp hîp Lukasiewier: mA ÈB(x) = min{1, mA(x) + mB(x)} vµ quy t¾c MIN th× ta cã luËt hîp thµnh SUM-MIN. + Hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) ®­îc tæ hîp theo phÐp hîp Lukasiewier: mA ÈB(x) = min{1, mA(x) + mB(x)} vµ quy t¾c PROD th× ta cã luËt hîp thµnh SUM-PROD…. Chó ý: NÕu luËt hîp thµnh chØ cã mét mÖnh ®Ò hîp thµnh (kh«ng ph¶i tæ hîp) th× thùc chÊt ch­a thÓ hiÖn ®­îc kh¸i niÖm MAX hoÆc SUM, khi ®ã luËt hîp thµnh MAX-MIN t­¬ng ®­¬ng SUM-MIN, MAX-PROD t­¬ng ®­¬ng SUM-PROD. Ký hiÖu gi¸ trÞ mê ®Çu ra lµ B' th× hµm liªn thuéc cña B' t¹i mét gi¸ trÞ râ x0 víi quy t¾c MAX-MIN sÏ lµ: mB'(y) = mR(x0,y) = MIN{mA(x0) mB(y)} (3.4) Tõ c«ng thøc (3.4) ta thÊy khi ®é cao cña tËp mê B lµ 1 th× ®é cao cña tËp mê B' sÏ chÝnh lµ ®é cao cña tËp mê A t¹i x0, h×nh 3-3b. Nh­ vËy: Ta gäi lµ ®é tháa m·n mÖnh ®Ò ®iÒu kiÖn hay gäi t¾t lµ ®é tháa m·n. Th× hai luËt hîp thµnh MAX-MIN vµ MAX-PROD ®­îc viÕt nh­ sau: 1- LuËt hîp thµnh MAX-MIN: mB'(y) = mR(x0,y) = MIN{, mB(y)}. (3.5a) 2- LuËt hîp thµnh MAX-PROD: mB'(y) = mR(x0,y) = mB(y). (3.5b) Do ®ã ®Ó x¸c ®Þnh hµm liªn thuéc mB'(y) ta ph¶i x¸c ®Þnh ®é tháa m·n sau ®ã cã thÓ sö dông c¸c c«ng thøc (3.5a) hoÆc (3.5b). * C¸ch x¸c ®Þnh ®é tháa m·n C¸ch x¸c ®Þnh ®é tháa m·n ®­îc chØ ra trªn h×nh 3-4. H×nh 3-4: X¸c ®Þnh ®é tháa m·n a, Víi gi¸ trÞ vµo râ x0 b, Víi gi¸ trÞ vµo mê cã hµm liªn thuéc mA'(x) mA(x) x0 m x a, mA(x) m x b, mA'(x) + Khi tÝn hiÖu vµo lµ mét gi¸ trÞ râ x0 h×nh 3-4a. + Khi tÝn hiÖu vµo lµ mét gi¸ trÞ mê víi hµm liªn thuéc mA'(x) h×nh 3-4b. 3.3.3.1. LuËt hîp thµnh mét ®iÒu kiÖn Tõ c¸c kh¸i niÖm vÒ luËt hîp thµnh vµ tËp mê ®Çu ra mB'(y) nh­ trªn ta cã thÓ x©y dùng thuËt to¸n ®Ó x¸c ®Þnh luËt hîp thµnh vµ tËp mê ®Çu ra. a. ThuËt to¸n x©y dùng luËt hîp thµnh R LuËt hîp thµnh R chÝnh lµ m« h×nh ma trËn R cña mÖnh ®Ò hîp thµnh AÞB, øng víi mçi c«ng thøc tÝnh hµm liªn thuéc mAÞB(x,y) kh¸c nhau ta cã c¸c luËt hîp thµnh kh¸c nhau. Nh­ng nh×n chung ®Ó x©y dùng luËt hîp thµnh R (mét ®iÒu kiÖn) ta cã thÓ tiÕn hµnh theo c¸c b­íc sau: B­íc 1: Rêi r¹c hãa c¸c hµm liªn thuéc mA(x), mB(y), sè ®iÓm rêi r¹c hãa víi tÇn sè ®ñ lín sao cho kh«ng bÞ mÊt tÝn hiÖu. Ch¼ng h¹n rêi r¹c hµm mA(x) víi n ®iÓm , hµm mB(y) víi m ®iÓm y1, y2 ... yj ...ym . B­íc 2: X¸c ®Þnh hµm liªn thuéc rêi r¹c vµ lµ: (T lµ chuyÓn vÞ) (3.6) B­íc 3: X©y dùng ma trËn hîp thµnh R, ma trËn nµy cã n hµng vµ m cét: (3.7) trong ®ã: rij = mR(xi, yj) ®­îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc (3.3a) ®Õn (3.3e). Thùc tÕ hay dïng hai c«ng thøc MIN vµ PROD cña Mandani (3.3d) vµ (3.3e) lµ: - Theo c«ng thøc MIN (víi luËt hîp thµnh MAX-MIN): rij = mR(xi, yj) = MIN {mA(xi), mB(yj)}. (3.8a) - Theo c«ng thøc PROD (víi luËt hîp thµnh MAX-PROD): rij = mR(xi, yj) = mA(xi).mB(yj). (3.8b) * C«ng thøc tæng qu¸t ®Ó x©y dùng luËt hîp thµnh R Tõ c¸c c«ng thøc (3.6) ®Õn (3.8b) ta thÊy cã thÓ ®­a ra c«ng thøc tæng qu¸t (c«ng thøc dyadic) ®Ó tÝnh ma trËn hîp thµnh R nh­ sau: (3.9) Trong c«ng thøc (3.9) nÕu ¸p dông quy t¾c MAX-MIN th× phÐp nh©n ®­îc thay b»ng phÐp lÊy cùc tiÓu (min), víi quy t¾c MAX-PROD th× thùc hiÖn phÐp nh©n nh­ b×nh th­êng. b. X¸c ®Þnh hµm liªn thuéc ®Çu ra mB'(y) khi cã luËt hîp thµnh Tõ ma trËn R ta thÊy hµm liªn thuéc ®Çu ra mB'(y) øng víi mét gi¸ trÞ ®Çu vµo x0 chÝnh lµ mét hµng cña ma trËn R. §Ó ®¬n gi¶n ta gäi a lµ vector x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña gi¸ trÞ râ x0, vector x¸c ®Þnh vÞ trÝ chØ cã mét gi¸ trÞ b»ng 1 t¹i vÞ trÝ cã x0 cßn c¸c gi¸ trÞ kh¸c ®Òu b»ng 0. Do vËy cho mét gi¸ trÞ râ bÊt kú ta sÏ cã mét vector chuyÓn vÞ aT víi: aT = (a1, a2, ... ai ..., an) Trong ®ã chØ cã mét phÇn tö ai duy nhÊt cã chØ sè i lµ vÞ trÝ cña x0 trong x cã gi¸ trÞ b»ng 1, c¸c phÇn tö cßn l¹i ®Òu b»ng kh«ng. Nh­ vËy hµm liªn thuéc mB'(y) sÏ ®­îc x¸c ®Þnh: mB'(y) = aT.R = (a1, a2, ... ai ..., an) = (l1, l 2, ..., l j, ..., l m) víi: (3.10) Trong thùc tÕ ®Ó tr¸nh ph¶i sö dông thuËt to¸n nh©n ma trËn (t¨ng tèc ®é xö lý) th× phÐp nh©n ma trËn kiÓu (3.10) ®­îc thay bëi luËt max-min cña Zadeh víi max (lÊy cùc ®¹i) thay vµo vÞ trÝ phÐp céng, min (lÊy cùc tiÓu) thay vµo vÞ phÐp nh©n. (3.11) KÕt qu¶ cña hai phÐp tÝnh (3.10) vµ (3.11) víi ®Çu vµo lµ gi¸ trÞ râ lµ hoµn toµn nh­ nhau. *Chó ý: Khi l­îng vµo lµ tËp mê A' víi hµm liªn thuéc mA'(x), th× vector x¸c ®Þnh vÞ trÝ a gåm c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c cña hµm liªn thuéc mA'(x) t¹i c¸c ®iÓm khi nµy kh«ng sö dông c«ng thøc (3.11) ®­îc, ph¶i sö dông c«ng thøc (3.10). 3.3.3.2. LuËt hîp thµnh nhiÒu ®iÒu kiÖn ThuËt to¸n x©y dùng luËt hîp thµnh R: + Rêi r¹c hãa miÒn x¸c ®Þnh c¸c hµm liªn thuéc , , ..., cña c¸c mÖnh ®Ò ®iÒu kiÖn, vµ mÖnh ®Ò kÕt luËn. + X¸c ®Þnh ®é tháa m·n H cho tõng vector c¸c gi¸ trÞ râ ®Çu vµo lµ vector tæ hîp d ®iÓm mÉu thuéc miÒn x¸c ®Þnh cña c¸c hµm liªn thuéc , . Ch¼ng h¹n víi mét vector c¸c gi¸ trÞ râ ®Çu vµo trong ®ã ci, i = 1, ..., d lµ mét trong c¸c ®iÓm mÉu ë miÒn x¸c ®Þnh cña , th×: (3.12) + LËp m« h×nh ma trËn R gåm c¸c hµm liªn thuéc gi¸ trÞ mê ®Çu ra cho tõng vector c¸c gi¸ trÞ ®Çu vµo theo nguyªn t¾c: nÕu quy t¾c sö dông lµ MAX-MIN (3.3d). nÕu quy t¾c sö dông lµ MAX-PROD (3.3e). Kh«ng nh­ luËt hîp thµnh mét ®iÒu kiÖn, luËt hîp thµnh R cña d mÖnh ®Ò ®iÒu kiÖn kh«ng thÓ biÓu diÔn d­íi d¹ng ma trËn ®­îc n÷a mµ thµnh mét l­íi trong kh«ng gian d +1 chiÒu. 3.3.3.3. LuËt cña nhiÒu mÖnh ®Ò hîp thµnh Trong thùc tÕ Ýt cã hÖ mê nµo chØ lµm viÖc víi mét mÖnh ®Ò hîp thµnh mµ th­êng víi nhiÒu mÖnh ®Ò hîp thµnh, hay cßn gäi lµ mét tËp c¸c mÖnh ®Ò hîp thµnh Rk. VËy ta ph¶i liªn kÕt c¸c luËt hîp thµnh riªng rÏ l¹i, cã hai kiÓu liªn kÕt lµ liªn kÕt theo kiÓu "cùc ®¹i" (MAX-MIN, MAX-PROD) vµ kiÓu "tæng" (SUM-MIN, SUM-PROD) t­¬ng øng víi hai phÐp hîp lµ phÐp hîp b×nh th­êng vµ phÐp hîp Lukasiewicz. a. Liªn kÕt luËt hîp thµnh kiÓu "cùc ®¹i" (MAX) Khi ®· cã c¸c luËt hîp thµnh thµnh phÇn R1, R2 ,... , Rp ta cã luËt hîp thµnh tæng hîp: (3.13) *Chó ý: tõng mÖnh ®Ò thµnh phÇn nªn ®­îc m« h×nh hãa thèng nhÊt theo mét quy t¾c chung, cïng theo quy t¾c MAX-MIN hoÆc cïng theo quy t¾c MAX-PROD... khi ®ã luËt hîp thµnh chung sÏ cã tªn lµ luËt hîp thµnh MAX-MIN hoÆc luËt hîp thµnh MAX-PROD... LuËt hîp thµnh MAX-MIN mét ®iÒu kiÖn ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 3-5c b. Liªn kÕt luËt hîp thµnh kiÓu "tæng" (SUM) LuËt hîp thµnh chung liªn kÕt theo kiÓu "cùc ®¹i" (MAX) kh«ng cã tÝnh thèng kª. Ch¼ng h¹n khi ®a sè c¸c mÖnh ®Ò hîp thµnh thµnh phÇn cã cïng mét gi¸ trÞ ®Çu ra nh­ng v× kh«ng ph¶i lµ gi¸ trÞ líp nhÊt nªn sÏ kh«ng ®­îc ®Ó ý ®Õn vµ bÞ mÊt trong kÕt qu¶ chung. Cã nhiÒu c¸ch kh¾c phôc nh­îc ®iÓm nµy, mét trong c¸c c¸ch lµ sö dông phÐp HOÆC Lukasiewicz ®Ó liªn kÕt c¸c mÖnh ®Ò thµnh phÇn. H×nh 3-5: C¸ch kÕt hîp c¸c mÖnh ®Ò a, b, LuËt hîp thµnh cña mét mÖnh ®Ò. c, LuËt hîp thµnh kÕt hîp kiÓu MAX-MIN d, LuËt hîp thµnh kÕt hîp kiÓu SUM-MIN y a, y b, y c, y d, (3.14) Víi c¸ch liªn kÕt nµy ta cã luËt hîp thµnh SUM-MIN vµ SUM-PROD. LuËt hîp thµnh SUM-MIN mét ®iÒu kiÖn ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 3-5d. c. ThuËt to¸n x©y dùng luËt hîp thµnh chung cña nhiÒu mÖnh ®Ò ThuËt to¸n ®Ó x©y dùng luËt hîp thµnh chung cña nhiÒu mÖnh ®Ò nãi chung t­¬ng tù nh­ cña mét mÖnh ®Ò, chØ thªm b­íc tæng hîp c¸c mÖnh ®Ò. XÐt mÖnh ®Ò hîp thµnh chung cho p mÖnh ®Ò hîp thµnh mçi mÖnh ®Ò hîp thµnh cã 1 ®iÒu kiÖn gåm: R1: nÕu ,…, th× hoÆc R2: nÕu ,…, th× hoÆc ... Rp: nÕu ,…, th× hoÆc Trong ®ã c¸c gi¸ trÞ mê A1, A2, …, Ap cã cïng c¬ së X B1, B2, …, Bp cã cïng c¬ së Y Gäi hµm liªn thuéc Ak vµ Bk lµ vµ víi C¸c b­íc thuËt to¸n: B­íc 1: Rêi r¹c hãa c¸c hµm liªn thuéc ®iÒu kiÖn X vµ kÕt luËn Y, sè ®iÓm rêi r¹c hãa víi tÇn sè ®ñ nhá sao cho kh«ng bÞ mÊt tÝn hiÖu. Ch¼ng h¹n rêi r¹c hµm víi n ®iÓm , hµm víi m ®iÓm y1, y2 ... yj ...ym . B­íc 2: X¸c ®Þnh hµm liªn thuéc rêi r¹c vµ lµ: (3.15) B­íc 3: X©y dùng ma trËn hîp thµnh R, (theo c«ng thøc c«ng thøc dyadic) , vµ ma trËn nµy cã n hµng vµ m cét: (3.16) trong ®ã: - phÐp nh©n ®­îc gi÷ nguyªn nÕu sö dông nguyªn t¾c MAX-PROD hoÆc SUM-PROD. - phÐp nh©n ®­îc thay b»ng phÐp lÊy cùc tiÓu khi sö dông nguyªn t¾c MAX-MIN hoÆc SUM-MIN. B­íc 4: X¸c ®Þnh luËt hîp thµnh chung Theo MAX-PROD vµ MAX-MIN (c«ng thøc 3.12) Theo SUM-PROD vµ SUM-MIN (c«ng thøc 3.13) d, X¸c ®Þnh hµm liªn thuéc ®Çu ra t¹i c¸c ®Çu vµo Víi c¸c gi¸ trÞ ®Çu vµo ®­îc x¸c ®Þnh bëi vecto vÞ trÝ ta còng cã: (3.17) Chó ý: ThuËt to¸n trªn viÕt cho p mÖnh ®Ò hîp thµnh víi 1 ®iÒu kiÖn, cã thÓ më réng cho p mÖnh ®Ò hîp thµnh víi q ®iÒu kiÖn. 3.4. Gi¶i mê Víi bé ®iÒu khiÓn mê th× ®Çu ra lµ mét tËp mê, vËy ®­a cho c¸c bé ®iÒu khiÓn thùc tÕ ch­a lµm viÖc ®­îc. CÇn ph¶i gi¶i mê tøc lµ cÇn râ ho¸ tËp mê ®Çu ra B’. H×nh 3-6: X¸c ®Þnh miÒn chøa gi¸ trÞ râ y y1 y2 Gi¶i mê lµ qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh mét gi¸ trÞ râ y' nµo ®ã cã thÓ chÊp nhËn ®­îc tõ hµm liªn thuéc cña gi¸ trÞ mê B'. Cã hai ph­¬ng ph¸p gi¶i mê chÝnh lµ. ph­¬ng Ph¸p cùc ®¹i vµ ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m. 3.4.1: Ph­¬ng ph¸p cùc ®¹i §Ó gi¶i mê theo ph­¬ng ph¸p cùc ®¹i ph¶i tiÕn hµnh theo hai b­íc: + X¸c ®Þnh miÒn chøa gi¸ trÞ râ y': MiÒn chøa gi¸ trÞ râ y' lµ miÒn mµ t¹i ®ã hµm liªn thuéc ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i: H×nh 3-7: Nguyªn lý trung b×nh y y1 y2 y' G = { yÎY, = H} (3.18) MiÒn chøa gi¸ trÞ râ trªn h×nh 3-6 + X¸c ®Þnh gi¸ trÞ râ y’ cã thÓ chÊp nhËn ®­îc trong miÒn G theo mét trong ba nguyªn lý: 3.4.1.1. Nguyªn lý trung b×nh Theo nguyªn lý trung b×nh cho kÕt qu¶ y’ lµ hoµnh ®é cña ®iÓm trung b×nh gi÷a cËn tr¸i y1 vµ cËn ph¶i y2 cña miÒn G: (3.19) Nguyªn lý trung b×nh ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 3-7. Nguyªn lý trung b×nh th­êng dïng khi G lµ miÒn liªn th«ng. Nh­ vËy, y' sÏ cã ®é phô thuéc lín nhÊt. Trong tr­êng hîp B' cã d¹ng ®Òu th× y' kh«ng phô thuéc vµo ®é tháa m·n cña luËt ®iÒu khiÓn (h×nh 3-7 nÕu H cao thÊp kh¸c nhau ®Òu cã y' nh­ nhau). 3.4.1.2. Nguyªn lý cËn ph¶i Theo nguyªn lý cËn ph¶i cho kÕt qu¶ y’ lµ hoµnh ®é cña ®iÓm cËn ph¶i y2 cña miÒn G: (3.20) H×nh 3-8: a, Nguyªn lý cËn ph¶i. b, Nguyªn lý cËn tr¸i y y1 y2 y y1 y2 a, b, Nguyªn lý cËn ph¶i ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 3-8a. Gi¸ trÞ râ theo nguyªn lý cËn ph¶i phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo ®¸p øng cña luËt ®iÒu khiÓn. 3.4.1.3. Nguyªn lý cËn tr¸i Theo nguyªn lý cËn tr¸i cho kÕt qu¶ y’ lµ hoµnh ®é cña ®iÓm cËn tr¸i y1 cña miÒn G: (3.21) H×nh 3-9: Hµm liªn thuéc B’ cã G kh«ng liªn th«ng Nguyªn lý cËn tr¸i ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 3-8b. Gi¸ trÞ râ theo nguyªn lý cËn tr¸i còng phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo ®¸p øng cña luËt ®iÒu khiÓn. NhËn xÐt: + Sai lÖch cña ba gi¸ trÞ râ, x¸c ®Þnh theo trung b×nh, cËn tr¸i, cËn ph¶i sÏ cµng lín nÕu ®é tho¶ m·n H cña luËt ®iÒu khiÓn cµng nhá. + Ph­¬ng ph¸p cùc ®¹i cã thÓ kh«ng cã lîi khi G lµ miÒn kh«ng liªn th«ng v×: - Gi¸ trÞ râ y' theo trung b×nh sÏ cã thÓ cã ®é phô thuéc nhá h¬n H, thËm chÝ cã thÓ b»ng kh«ng h×nh 3-9 - Víi kh¸i niÖm cËn tr¸i vµ cËn ph¶i vÉn cßn thõa c¸c cËn nh­ cËn y3 vµ y4 h×nh 3-9. + Trong tr­êng hîp G kh«ng liªn th«ng cã thÓ chän mét kho¶ng con liªn th«ng trong G lµm kho¶ng cã møc ­u tiªn cao vµ xÐt y' trong kho¶ng ®ã hoÆc chän ph­¬ng ph¸p kh¸c. H×nh 3-10: Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m y y' + Víi luËt hîp thµnh MAX-PROD, th× miÒn G chØ cã mét ®iÓm duy nhÊt do ®ã kÕt qu¶ cña c¶ ba ph­¬ng ph¸p trung b×nh, cËn tr¸i, cËn ph¶i lµ nh­ nhau. 3.4.2. Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m cho kÕt qu¶ y’ lµ hoµnh ®é cña ®iÓm träng t©m miÒn ®­îc bao phñ bëi trôc hoµnh vµ ®­êng mB’(y) h×nh 3-10. (3.22) Trong ®ã S lµ miÒn x¸c ®Þnh cña tËp mê. H×nh 3-11: MiÒn kh«ng liªn th«ng cã thÓ y’ = 0 y’ NhËn xÐt: + X¸c ®Þnh y’ theo biÓu thøc nµy cho ta gi¸ trÞ y’ víi sù tham gia cña tÊt c¶ c¸c tËp mê ®Çu ra cña mäi luËt ®iÒu khiÓn mét c¸ch b×nh ®¼ng vµ chÝnh x¸c. + Kh«ng ®Ó ý ®­îc tíi ®é tháa m·n cña luËt ®iÒu khiÓn cã tÝnh quyÕt ®Þnh, thêi gian tÝnh to¸n l©u. + §Æc biÖt cã thÓ x¶y ra tr­êng hîp y’ r¬i vµo ®iÓm cã sù phô thuéc nhá nhÊt thËm chÝ sù phô thuéc cã thÓ b»ng 0 h×nh 3-11 Bëi vËy, khi ®Þnh nghÜa hµm liªn thuéc cho tõng gi¸ trÞ mê cña biÕn ng«n ng÷ nªn ®Ó ý sao cho miÒn x¸c ®Þnh cña c¸c gi¸ trÞ mê ®Çu ra lµ mét miÒn liªn th«ng. Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m trong mét sè tr­êng hîp ®Æc biÖt cã d¹ng biÕn thÓ lµ tr­êng hîp luËt hîp thµnh SUM-MIN vµ mét biÕn thÓ thµnh ph­¬ng ph¸p ®é cao. 3.4.2.1. Ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m cho luËt hîp thµnh SUM-MIN Gi¶ sö cã q luËt ®iÒu khiÓn. Nh­ vËy mçi gi¸ trÞ mê ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn sÏ lµ tæng cña q gi¸ trÞ ®Çu ra cña tõng luËt hîp thµnh (tæng hîp theo SUM). Ký hiÖu c¸c gi¸ trÞ mê ®Çu ra cña luËt ®iÒu khiÓn thø k lµ víi . Th× víi quy t¾c SUM-MIN hµm liªn thuéc ®Çu ra sÏ lµ: (3.24) Thay (3.24) vµ c«ng thøc ®iÓm träng t©m (3.23), sau ®ã ®ái chç cña tæng vµ tÝch ph©n cho nhau (hoµn toµn cã nghÜa v× tæng vµ tÝch ph©n ®Òu héi tô) ta cã c«ng thøc tÝnh y’ ®¬n gi¶n sau: (3.25) H×nh 3-12: TËp mê cã hµm liªn thuéc h×nh thang trong ®ã: (3.26) XÐt riªng cho c¸c hµm liªn thuéc d¹ng h×nh thang (®©y còng lµ d¹ng phæ biÕn) h×nh 3-12. Ta cã: (3.27) H×nh 3-13: X¸c ®Þnh gi¸ trÞ râ cho bé §K y1 y2 C«ng thøc (3.27) rÊt tiÖn lîi ®Ó tÝnh nhanh y’. Chó ý: MÆc dï c«ng thøc (3.25) chØ x©y dùng cho luËt hîp thµnh kiÓu SUM-MIN, song trong thùc tÕ nã vÉn ®­îc dïng cho c¶ luËt hîp thµnh MAX-MIN. 3.4.2.2. Ph­¬ng ph¸p ®é cao H×nh 3.14: TÝnh y' b»ng ph­¬ng ph¸p ®é cao 0,66 y1 mB’ 0,25 y2 y 2 12 §iÓm mÉu 6 100 Ph­¬ng ph¸p nµy gi¸ trÞ mçi tËp mê ®­îc xÊp xØ b»ng mét cÆp gi¸ trÞ (yk, Hk) duy nhÊt (singleton), trong ®ã Hk lµ ®é cao cña , vµ yk lµ mét ®iÓm mÉu trong miÒn gi¸ trÞ cña , ®iÓm mÉu ®­îc chØ ra trªn h×nh 3-14 (th­êng lµ gi¸ trÞ trung b×nh) lóc ®ã gi¸ trÞ râ y’ ®­îc tÝnh theo biÓu thøc: (3.28) Ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ ¸p dông cho mäi luËt hîp thµnh (MAX-MIN, SUM-MIN, MAX-PROD, SUM-PROD). 3.5.ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê. 3.5.1 Bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh C¸c bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh lµ nh÷ng bé ®iÒu khiÓn cã quan hÖ vµo/ra y(x) trong ®ã x lµ ®Çu vµo vµ y lµ ®Çu ra , theo d¹ng mét ph­¬ng tr×nh ®¹i sè (tuyÕn tÝnh hay phi tuyÕn). C¸c bé ®iÒu khiÓn tÜnh ®iÓn h×nh lµ nh÷ng bé khuÕch ®¹i P, bé ®iÒu chØnh Relay hai vÞ trÝ . . . - ThiÕt kÕ mét bé ®iÒu khiÓn mê chØ cã thÓ thùc hiÖn ®­îc nÕu nh­ chuyÓn ®­îc nh÷ng kinh nghiÖm vµ hiÓu biÕt vÒ hÖ thèng thµnh c¸c luËt ®iÒu khiÓn. Trong tr­êng hîp viÖc chuyÓn ®æi ®ã kh«ng thùc hiÖn ®­îc ngay , viÖc thiÕt kÕ vÉn cã thÓ ®­îc tiÕn hµnh theo ph­¬ng ph¸p häc nh­ Neuro-Fuzzy-Logic hoÆc m¹ng Neuron, nh­ng nh÷ng ph­¬ng ph¸p ph­¬ng tr×nh ²tù häc² nµy ®Òu ®ßi hái hoÆc lµ bé ®iÒu khiÓn ®· biÕt tr­íc hoÆc lµ nã sÏ tù ®i t×m vµ x©y dùng m« h×nh nghÞch ®¶o cña ®èi t­îng. Bëi vËy còng kh«ng nªn tr«ng ®îi nhiÒu vµo nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy v× nhËn d¹ng hÖ phi tuyÕn rÊt khã kh¨n. - M« h×nh bé ®iÒu khiÓn tÜnh dïng bé ®iÒu khiÓn mê tû lÖ cho ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. Bé ®iÒu khiÓn mê tû lÖ Gi¶i mê §èi t­îng ThiÕt bÞ ®o x ET p y - H×nh 3.15 Bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh * ThuËt to¸n tæng hîp mét bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh Bµi to¸n ®Æt ra Gi¶ sö X lµ mét tËp compact trong R2 cã d¹ng : X = [a1,b1].[a2,b2]. Cho tr­íc hµm hai biÕn g(x), x = cã miÒn x¸c ®Þnh lµ X. H·y tæng hîp mét bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh trªn X cã ®­êng ®Æc tÝnh y(x) cña quan hÖ truyÒn ®¹t ²gÇn gièng² ®­êng g(x) ®· cho. Bµi to¸n chØ xÐt trªn ph¹m vi bé ®iÒu khiÓn cÇn tæng hîp tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ x1,x2 vµ 1 tÝn hiÖu ra lµ y. VËy bµi to¸n tæng hîp cã thÓ më réng nhiÒu ®Çu vµo vµ mét ®Çu ra. mAji(x) aji bji cji dji xi H×nh 3.16 ThuËt to¸n tæng hîp bé ®iÒu khiÓn mê 1) §Þnh nghÜa tËp mê N1 tËp mê ®Çu vµo A11,A21, . . . , AN11 trªn kho¶ng [a1,b1]cña x1cã hµm liªn thuéc mAj1(x1), j = 1,2, . . . , N1 d¹ng h×nh thang cho trong (h×nh 3.16) sau, víi a11 = b11 = a1 vµ cN11 = dN11 = b1 Hµm liªn thuéc cña c¸c tËp mê ®Çu vµo víi i = 1;2 vµ j = 1;2, . . . , Ni N2 tËp mê ®Çu vµo A12,A22, . . . , AN21 trªn kho¶ng [a2,b2]cña x2cã hµm liªn thuéc mAj2(x2), j = 1,2, . . . , N2 d¹ng h×nh thang cho trong (h×nh 3.16) sau, víi a12 = b12 = a2 vµ cN22 = dN22 = b2 Ký hiÖu c¸c gi¸ trÞ e1i = ai, eNii = bI vµ cho i = 1; 2 vµ j = 2; 3,. , Ni-1. H×nh 5.3 biÓu diÔn c¸c tËp mê ®· ®Þnh nghÜa. C¸c tËp mê ®Çu ra Bpq ®­îc ®Þnh nghÜa d¹ng Singleton (hµm Kronecker ) t¹i ®iÓm: ypq = g(epq) víi epq = e1i e2i eNii xi mAi(xi) H×nh 3.17 TËp c¸c hµm liªn thuéc c¸c tËp mê ®Çu vµo (i = 1;2) 2).X©y dùng c¸c luËt ®iÒu khiÓn . ThiÕt lËp tÊt c¶ N1xN2 c¸c luËt ®iÒu khiÓn theo cÊu tróc : nÕu c1 = Ap1 vµ c2 th× g = Bpq, Trong ®ã p = 1,2, . . . , N1 vµ q = 1,2, . . . , N2 3) Chän thiÕt bÞ hîp thµnh. Chän nguyªn t¾c triÓn khai SUM-PROD cho mÖnh ®Ò hîp thµnh , tÝch ®¹i sè cho phÐp giao vµ c«ng thøc Lukasiewicz cho phÐp hîp th× tËp mê ®Çu vµo lµ mét gi¸ trÞ râ. x0 = (3.29) §Ó ý r»ng lµ mét hµm Kronecker nªn : (3.30) 4) Chän ph­¬ng ph¸p gi¶i mê Chän ph­¬ng ph¸p ®é cao ®Ó gi¶i mê vµ ®Ó ý r»ng c¸c liªn thuéc lµ h×nh thang c©n nªn phÐp lÊy tÝch Min trong c«ng thøc (3.30) cã thÓ bá qua mµ kh«ng ¶nh h­ëng tíi kÕt qu¶ , vËy th× tõ c«ng thøc: Cho ph­¬ng ph¸p ®iÓm träng t©m vµ nguyªn t¾c triÓn khai Sum – Min víi quy ­íc Singleton ( ph­¬ng ph¸p ®é cao ), trong ®ã yk lµ ®iÓm mÉu tho¶ m·n vµ (3.31) cã ®­îc (3.31) §­êng ®Æc tÝnh cña quan hÖ truyÒn ®¹t bé ®iÒu khiÓn mê võa thiÕt kÕ ®­îc suy ra tõ (3.31) ta cã: (3.32) Sai sè: Sai sè gi½y g(x) vµ y(x) cña bé ®iÒu khiÓn mê tæng hîp ®­îc cã c«ng thøc : (3.33) Trong ®ã ký hiÖu ®­îc hiÓu lµ chuÈn v« cïng , tøc lµ xÎX vµ nÕu tån t¹i , i = 1,2 mµ ®iÒu nµy sÏ x¶y ra nÕu ®ã lµ hµm liªn tôc (trong kh«ng gian Compact, th× víi mét eij thÝch hîp sao cho 3.5.2 bé ®iÒu khiÓn mê ®éng. Bé ®iÒu khiÓn mê ®éng lµ nh÷ng bé ®iÒu khiÓn phèi hîp gi÷a hÖ kinh ®iÓn (c¸c kh©u P,I,D) víi hÖ mê. M« h×nh ®iÒu khiÓn mê ®éng sö dông phèi hîp c¸c kh©uPID. LuËt ®iÒu khiÓn ThiÕt bÞ hîp thµnh vµ gi¶i mê P1 D1 P2 D2 ET1 DET1 ET2 DET2 I1 I2 §èi t­îng ThiÕt bÞ ®o - - y1 y2 x1 x2 H×nh 3.18 Bé ®iÒu khiÓn mê ®éng víi 2 ®Çu vµo vµ 2 ®Çu ra. Sù biÕn ®æi tÝn hiÖu sai lÖch ®Çu vµo ET theo thêi gian cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ®¹o hµm cña sai lÖch . §¹o hµm DET ®­îc lÊy tõ ®Çu cña kh©u D kinh ®iÓn gióp cho bé ®iÒu khiÓn ph¶n øng kÞp thêi víi c¸c biÕn ®éng ®ét suÊt c¶ c¸c ®èi t­îng . Víi luËt ®iÒu khiÓn tÝch ph©n hÖ thèng cã kh¶ n¨ng ®¹t sai lÖch tÜnh b»ng kh«ng , hay nãi mét c¸ch kh¸c , hÖ thèng sÏ cã ®é chÝnh x¸c cao nhÊt. §Çu ra cña thiÕt bÞ hîp thµnh ®­îc nèi ghÐp víi c¸c kh©u tÝch ph©n ký hiÖu I1,I1.Tr­íc c¸c ®Çu vµo DET1,DET2 lµ c¸c kh©u vi ph©n D1,D2. C¸c ®Çu vµo ET1,ET2 cña hÖ mê thu thËp c¸c tÝn hiÖu sai lÖch tøc thêi gi÷a c¸c tÝn hiÖu chñ ®¹o x1,x2 vµ tÝn hiÖu ra y1,y2 cña hÖ thèng . Cßn c¸c ®Çu vµo DET1,DET2 cung cÊp c¸c th«ng tin vÒ ®¹o hµm cña sai lÖch gi÷a tÝn hiÖu chñ ®¹o vµ tÝn hiÖu ra. §Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn mê kh«ng ph¶i lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u1,u2 mµ lµ ®¹o hµm cña tÝn hiÖu ®ã . chØ sau khi qua kh©u tÝch ph©n I1,I2 lóc ®ã míi ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u1 vµ u2 cho ®èi t­îng. 3.5.2.1.Bé ®iÒu khiÓn mê theo lu©t PID Bé ®iÒu khiÓn mê ®­îc thiÕt kÕ theo thuËt to¸n chØnh ®Þnh PID cã 3 ®Çu vµo gåm sai lÖch ET gi÷a tÝn hiÖu chñ ®¹o vµ tÝn hiÖu ra , ®¹o hµm DET cña sai lÖch vµ tÝch ph©n ET cña sai lÖch . §Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn mê chÝnh lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u(t) . M« h×nh to¸n häc cña bé PID theo thuËt to¸n chØnh ®Þnh cã d¹ng : (3.34) Víi thuËt to¸n PID tèc ®é , bé ®iÒu khiÓn PID cã 3 ®Çu vµo : Sai lÖch ET gi÷a tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ tÝn hiÖu chñ ®¹o , ®¹o hµm bËc nhÊt DET1 vµ ®¹o hµm bËc hai DET2 cña sai lÖch . §Çu ra cña hÖ mê lµ ®¹o hµm bËc cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u(t) . Bé ®iÒu khiÓn PID theo thuËt to¸n tèc ®é cã m« h×nh (3.35) Do trong thùc tÕ th­êng cã mét trong hai thµnh phÇn trong (3.34), (3.35) ®­îc bá qua nªn thay v× thiÕt kÕ mét bé ®iÒu khiÓn PID hoµn chØnh ng­êi ta l¹i th­êng tæng hîp c¸c bé ®iÒu khiÓn PI víi m« h×nh sau. hoÆc (3.36) hay bé ®iÒu khiÓn PD víi m« h×nh hoÆc (3.37) 3.5.2.2.Bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt I Mét bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt I cã thÓ thiÕt kÕ tõ mét bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt P (bé ®iÒu khiÓn mê tuyÕn tÝnh ) b»ng c¸ch nèi tiÕp mét kh©u tÝch ph©n kinh ®iÓn vµo tr­íc hoÆc sau khèi mê ®ã . Do tÝnh phi tuyÕn cña hÖ mê , nªn viÖc m¾c kh©u tÝch ph©n tr­íc hay sau hÖ mê hoµn toµn kh¸c nhau . M« h×nh ®iÒu khiÓn theo luËt I ®­îc m¾c ë ®Çu ra nh­ sau: LuËt hîp thµnh NhiÔu ThiÕt bÞ hîp thµnh vµ gi¶i mê §èi t­îng I Fuzzy ho¸ ET - H×nh 3.19 M« h×nh ®iÒu khiÓn mê theo luËt I 3.5.2.3. Bé ®iÒu khiÓn mê PI ThiÕt bÞ hîp thµnh vµ gi¶i mê I §èi t­îng ThiÕt bÞ ®o P ET x - y H×nh 3.20 Bé ®iÒu khiÓn mê PI Mê ho¸ LuËt hîp thµnh Bé ®iÒu khiÓn mê PI cã thÓ thiÕt kÕ tõ bé ®iÒu khiÓn mê P (bé ®iÒu khiÓn mê tuyÕn tÝnh) b»ng c¸ch m¾c nèi tiÕp mét kh©u tÝch ph©n kinh ®iÓn vµo tr­íc hoÆc sau khèi mê ®ã. Do tÝnh phi tuyÕn cña hÖ mê, nªn viÖc m¾c kh©u tÝch ph©n tr­íc hay sau hÖ mê hoµn toµn kh¸c nhau. S¬ ®å h×nh 3.20 dïng kh©u tÝch ph©n m¾c ë ®Çu ra cña hÖ mê. Víi bé ®iÒu khiÓn mê h×nh 3.20 th× ®Çu vµo bé ®iÒu khiÓn mê vÉn lµ sai lÖch ET ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®èi t­îng. 3.5.2.4. Bé ®iÒu khiÓn mê PD Khi m¾c thªm ë ®Çu vµo bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt tØ lÖ mét kh©u vi ph©n ta cã mét bé ®iÒu khiÓn mê theo luËt PD h×nh 3.21. Thµnh phÇn cña bé ®iÒu khiÓn nµy gåm sai lÖch gi÷a tÝn hiÖu chñ ®¹o vµ tÝn hiÖu ra ET cïng ®¹o Bé ®iÒu khiÓn mê §èi t­îng ThiÕt bÞ ®o P ET x - y H×nh 3.21. Bé ®iÒu khiÓn mê PD DET hµm cña sai lÖch DET. Thµnh phÇn vi ph©n gióp cho hÖ thèng ph¶n øng chÝnh x¸c h¬n víi nh÷ng biÕn ®æi lín cña sai lÖch theo thêi gian. Nh­ vËy, ®Çu vµo bé ®iÒu khiÓn cã c¸c biÕn ng«n ng÷ ET vµ biÕn ng«n ng÷ DET, ®Çu ra bé ®iÒu khiÓn mê lµ c¸c biÕn ng«n ng÷ P ®Ó ®iÒu khiÓn ®èi t­îng. Víi c¸c luËt ®iÒu khiÓn x¸c ®Þnh ta sÏ tæ hîp ®­îc bé ®iÒu khiÓn. Ch­¬ng IV øng dông bé ®iÒu khiÓn kinh ®iÓn vµ bé ®iÒu khiÓn mê cho ®èi t­îng c«ng nghiÖp - lß nung liªn tôc Tæng quan vÒ lß nung liªn tôc 4.1.1 Kh¸i qu¸t vÒ lß nung liªn tôc: Lß nung liªn tôc lµ kiÓu lß mµ vËt nung ®­îc chuyÓn ®éng däc theo chiÒu dµi cña lß, th­êng ng­îc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña luång nhiÖt trªn nh÷ng xe ®Èy, trªn c¸c xµ ®ì, trªn ®¸y liÒn hoÆc trªn c¸c ®¸y b­íc, ®¸y chuyÓn ®éng. khi mét ph«i hoÆc mét xe chë vËt nung ®­îc ®Èy vµo th× mét ph«i hoÆc mét xe sÏ ®­îc ®Èy ra khái lß. nhiÖt ®­îc cung cÊp vµo nh÷ng vïng nhÊt ®Þnh theo chiÒu dµi. Lß nung liªn tôc ®­îc sö dông trong nhiÒu lÜnh vùc c«ng nghÖ nh­: Nung g¹ch, gèm, sóe, (lß hÇm, lß tuynen) vµ nung c¸c ph«i kim lo¹i cho m¸y c¸n nãng lµ mét kiÓu lß nung ®­îc dïng phæ biÕn nhÊt trong c¸c x­ëng c¸n, ë ®©y chóng t«i chØ ®Ò cËp ®Õn c¸c lß nung liªn tôc dïng ®Ó nung c¸c ph«i kim lo¹i cho c¸c m¸y c¸n. tuú theo sù ph©n bè nhiÖt ®é trong lß mµ ng­êi ta chia thµnh c¸c lo¹i lß hai, ba vïng hoÆc nhiÒu h¬n (bèn, n¨m vïng....) tuú theo kh«ng gian cña lß ®­îc bè trÝ c¸c thiÕt bÞ ®èt nh­ thÕ nµo. Trong c¸c lß hai vïng, kh«ng gian ®­îc chia thµnh vïng sÊy vµ vïng nung. trong ®¹i ®a sã c¸c tr­êng hîp, thiÕt bÞ ®èt ®­îc bè trÝ trong vïng nung ë phÝa t­êng chÝnh diÖn hoÆc cã thÓ ®­îc bè trÝ thªm ë hai phÝa t­êng bªn khi cÇn ®¶m b¶o nhiÖt ®é cao ttheo chiÒu dµi vïng hoÆc ®Ó c­êng ho¸ qu¸ tr×nh nhiÖt. VÒ cÊu t¹o, chiÒu cao vïng sÊy ®­îc h¹ thÊp h¬n vïng nung ®Ó tr¸nh sù bøc x¹ trùc tiÕp tõ vïng nung sang. vïng sÊy ®­îc thiÕt kÕ ®Ó sö dông nhiÖt cña s¶n vËt ch¸y tõ vïng nung ®i qua nªn nhiªn liÖu cÇn ph¶i ®­îc ch¸y hoµn toµn trong vïng nung. nhiÖt ®é vïng nung ®­îc duy tr× kho¶ng 1300 ®Õn 1350oc. ®Ó tr¸nh lµm ch¶y bÒ mÆt kim lo¹i. khi nung hai mÆt, cã thªm vïng nung d­íi, nhiÖt ®é vïng nµy th­êng trong kho¶ng 1250 ®Õn 13000c. nh÷ng giíi h¹n trªn cña c¸c nhiÖt ®é ®­îc sö dông khi dïng quy tr×nh lÊy xØ nung d¹ng láng. khi nung c¸c vËt ®Çy, ng­êi ta th­êng nung c­êng ho¸ ®Õn nhiÖt ®é yªu cÇu cña bÒ mÆt kim lo¹i sau ®ã sÏ ®­a sang vïng ®ång nhiÖt ®Ó lµm ®ång ®Òu nhiÖt ®é theo tiÕt diÖn. theo nguyªn lý, vïng ®ång nhiÖt nhiÖt ®é s¶n vËt ch¸y ®­îc duy tr× kh«ng ®æi. Nh­ vËy, vÒ cÊu t¹o cÇn thªm vïng thø ba lµ vïng ®ång nhiÖt. khi nãi ®Õn c¸ lß nung nhiÒu vïng (nhiÒu h¬n ba) cÇn ph¶i hiÓu ®ã lµ thªm c¸c vïng nung , kh«ng ph¶i thªm c¸c vïng ®ång nhiÖt hoÆc vïng sÊy. trong vïng ®ång nhiÖt, nÕu nhiªn liÖu kh«ng ch¸y hÕt, sÏ tiÕp tôc ch¸y trong vïng nung. Nãi chung, ®èi víi c¸ lß nung liªn ba vïng th­êng dïng c¸c chÕ ®é nhiÖt nh­ sau: vïng ®ång nhiÖt 1250 ®Õn 13000c vïng nung trªn 1280 ®Õn 13800c vïng nung d­íi 1250 ®Õn 13400c Ph¹m vi nhiÖt ®é cña vïng nung kh¸ réng lµ do nhÞp ®é lµm viÖc cña m¸y c¸n kh«ng ®Òu nªn n¨ng suÊt lß thay ®æi râ rÖt. Nhiªn liÖu dïng trong c¸c lß nung liªn tôc th­êng lµ c¸c khÝ hçn hîp cã nhiÖt trÞ kho¶ng 1800 ®Õn 1900 kcal/m3 hoÆc nhiªn liÖu láng (dÇu madut). trong thùc tÕ ®Ó sö dông nhiªn liÖu cã hiÖu qu¶ vµ ®¹t ®­îc nhiÖt ®é cao, trong c¸c lß nung liªn tôc ng­êi ta dïng c¸c má ®èt ®¶m b¶o trén lÉn tèt khÝ ®èt víi kh«ng khÝ nh­ má ®èt tù hót ®Ó kÕt thóc qu¸ tr×nh ch¸y trong c¸c vïng riªng biÖt. c¸c má ®èt lång èng vÉn ®­îc dïng, nh­ng ®é trén lÉn kÐm h¬n nªn còng nh­ khi dïng nhiªn liÖu láng, qu¸ tr×nh ch¸y th­êng kÐo dµi sang vïng sÊy. 4.1.2.C¸c th«ng sè kü thuËt, kinh tÕ: 4.1.2.1 NhiÖt ®é cña kim lo¹i: §Ó ®¶m b¶o nhiÖt ®é ph«i khi c¸n, nhiÖt ®é mÆt kim lo¹i khi ra lß th­êng ph¶i lín h¬n 12000c (kho¶ng 1200 ®Õn 13000c) víi ®é chªnh nhiÖt ®é trong thái trong ph¹m vi cho phÐp cña c«ng nghÖ. NhiÖt ®é bÒ mÆt cña ph«i th­êng ®­îc ®o b»ng ho¶ kÕ, vÝ dô ho¶ kÕ quang ®iÖn. nh­ng phÐp ®o sÏ kh«ng chÝnh x¸c, th­êng m¾c c¸c sai sè do ph¶i ®o qua m«i tr­êng khÝ hÊp thô bøc x¹ vµ thùc tÕ kh«ng ®o nhiÖt ®é b¶n th©n kim lo¹i mµ lµ nhiÖt ®é cña xØ nung trªn bÒ mÆt kim lo¹i, ngoµi ra cßn chÞu ¶nh h­ëng cña bøc x¹ t­êng lß. mÆc dï vËy nh­ng ®o nhiÖt ®é kim lo¹i trùc tiÕp trong lß còng cho phÐp ta cã nh÷ng sè liÖu t­¬ng ®èi, ®Æc tr­ng cho qu¸ tr×nh nung kim lo¹i ë nh÷ng vïng kh¸c nhau tuú thuéc nhÞp ®é c¸n vµ c«ng suÊt nhiÖt cña lß. còng rÊt cÇn thiÕt ph¶i ®o nhiÖt ®é cña tõng ph«i trong qu¸ tr×nh chuyÓn dÞch trong lß vµ nhiÖt ®é cña t­êng lß ë vïng mµ ph«i ®ã ®ang ®­îc nung. Cïng víi sè ®o nhiÖt ®é cña thái kim lo¹i khi c¸n trªn m¸y, c¸c sè liÖu trªn rÊt cÇn thiÕt ®Ó x¸c ®Þnh n¨ng suÊt lß, ph¸t hiÖn c¸c sù cè còng nh­ quyÕt ®Þnh chÕ ®é nhiÖt ®é cña lß. NhiÖt ®é bÒ mÆt cña ph«i nung kh«ng ®Æc tr­ng cho nhiÖt ®é ph«i nung theo tiÕt diÖn. thùc tÕ ®é chªnh nhiÖt ®ä theo tiÕt diÖn dao ®éng trong mét kho¶ng lín vµ vÊn ®Ò ®é chªnh nhiÖt ®é cho phÐp còng ch­a râ rµng, phô thuéc voµ nhiÒu yÕu tè nh­ m¸c thÐp, c¸c chñgn lo¹i ph«i, c¸c chñgn lo¹i s¶n phÈm c¸n. C¸c nhµ m¸y th­êng cã c¸c yªu cÇu cao vÒ ®é chªnh nhiÖt ®é cho phÐp cña ph«i nung do ®ã yªu cÇu vÒ vËn hµnh, ®iÒu khiÓn chÕ ®é nhiÖt cña lß còng rÊt chÆt chÏ. th«ng th­êng ®èi víi thái cã chiÒu dÇy 100mm ®é chªnh nhiÖt ®ä cho phÐp kh«ng qu¸ 20 ®Õn 250c, víi thái cã chiÒu dÇy 400mm ®é chªnh nhiÖt ®é cho phÐp kh«ng qu¸ 50 ®Õn 600c. 4.1.2.2 L­îng kim lo¹i bÞ o xy ho¸: C¸c s¶n vËt ch¸y sÏ o xy ho¸ kim lo¹i khi nung. viÖc x¸c ®Þnh l­îng kim lo¹i bÞ o xy ho¸ (xØ nung) rÊt khã thùc hiÖn b»ng phÐp c©n. tuy nhiªn trong nhiÒu tr­êng hîp, cã thÓ khö xØ nung khái kim lo¹i vµ lÊy nã ra ë mét vµi chç sÏ cho ta mét ­íc l­îng nµo ®ã vÒ l­îng (chiÒu dÇy) xØ nung vµ thµnh phÇn cña nã. th«ng th­êng xØ nung kÓ c¶ lç rçng cã träng l­îng riªng 4 ®Õn 4,2 g/cm3. Hµm l­îng s¾t trong xØ kho¶ng 75%. Nh­ vËy, líp xØ nung dÇy 1mm vµ diÖn tÝch 1m2 sÏ lµm tæn hao l­îng s¾t 3,15kg/m2 bÒ mÆt kim lo¹i. Trong mét lß nung liªn tôc lµm viÖc ë chÕ ®é c­êng ho¸, khi ph«i nung cã mÆt trong lß 2 giê th­êng sÏ t¹o ra xØ nung dÇy kho¶ng 2mm. khi thêi gian nung 3,5 giê (tuú theo nhiÖ ®é c¸n ) víi chÕ ®é c­êng ho¸, líp xØ nung sÏ vµo kho¶ng 2,6 ®Õn 3mm. N¨ng suÊt lß: Khi ®¸nh gi¸ n¨ng suÊt lß nung ng­êi ta th­êng dïng kh¸i niÖm thêi gian nung riªng vµ c­êng ®é nung ®¸y lß hiÖu dông. Thêi gian nung riªng ®­îc biÓu thÞ b»ng c«ng thøc: Z = t: thêi gian nung cña mét ph«i trong lß, tÝnh b»ng giê s: chiÒu dÇy cña ph«i nung, tÝnh b»ng cm Z: thêi gian nung riªng, ®¬n vÞ phót/cm Theo c«ng thøc trªn khi nung trong lß liªn tôc 3 vïng cã thÓ tÝnh thêi gian nung riªng Z theo c«ng thøc: Z = (5 + 0,1.S) phót/cm C­êng ®é nung ®¸y lß hiÖu dông ( ®¸y lß hiÖu dông b»ng chiÒu dµi lß nh©n víi chiÒu dµi vËt nung nghÜa lµ diÖn tÝch xÕp vËt nung ) ®­îc tÝnh theo: HHD = 0,6. (kg/m2h) V× khèi l­îng riªng cña thÐp: =7850 (kg/m3) nªn: HHD = (kg/m2h) Trong thùc tÕ, cã thÓ ®¹t ®­îc Z = 5,5 ®Õn 6 phót/cm vµ t­¬ng øng lµ c­êng ®é nung ®¸y lß hiÖu dông 780 ®Õn 860 kg/m2h. SuÊt tiªu hao nhiÖt ( do ®èt nhiªn liÖu ): SuÊt tiªu hao nhiÖt do ®èt nhiªn liÖu b ®­îc x¸c ®Þnh thªo c«ng thøc: b = (kcal/kg) MH : l­îng nhiÖt do ®èt nhiªn liÖu sinh ra, kcal/h G : N¨ng suÊt lß, kg/h SuÊt tiªu hao nhiÖt do ®èt nhiªn liÖu khi ph«i ®­a vµo ë tr¹ng th¸i nguéi( nhiÖt ®é th­êng ) vµo kho¶ng 700 ®Õn 800 kcal/h, tuú thuéc t×nh tr¹ng lß. ¸p suÊt trong lß cÇn duy tr× mét gi¸ trÞ d­¬ng kh«ng lín l¾m ®Ó tr¸nh hót kh«ng khÝ l¹nh vµo lß. Th«ng th­êng ¸p suÊt ë d­íi nãc vïng ®ång nhiÖt ®­îc gi÷ kho¶ng + 2,2 ®Õn 2,5 mm n­íc. 4.1.3 HÖ thèng ®o vµ ®iÒu chØnh lß nung liªn tôc: Trong c¸c lß nung liªn tôc hiÖn nay c¸c ®¹i l­îng cÇn ®iÒu chØnh c¬ b¶n lµ: NhiÖt ®é lß, tû lÖ nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®Ó ®èt ch¸y, ¸p suÊt lß. Tuú theo ®é phøc t¹p, vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c thiÕt bÞ lß, d¹ng nhiªn liÖuvµ hÖ thèng cung cÊpnhiªn liÖu, c¸c hÖ thèng ®o vµ ®iÒu chØnh cã thÓ kh¸c nhau vµ cã thªm nh÷ng phÇn chøc n¨ng kh¸c nh­ ®iÒu chØnh ¸p suÊt khÝ ®èt, dÇu madót, ®iÒu chØnh nhiÖt ®é nung kh«ng khÝ. S¬ ®å ®o vµ ®iÒu chØnh lß nung liªn tôc 3 vïng phæ biÕn hiÖn nay ®­îc tr×nh bµy ë h×nh vÏ trang sau: Trong s¬ ®å nµythiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu ( má ®èt ) kiÓu tù hót nªn kh«ng cã hÖ thèng ®iÒu chØnh tû lÖ l­u l­îng gi÷a khÝ ®èt vµ kh«ng khÝ. Nh÷ng ghi chó trªn h×nh vÏ: TH : ®iÖn thÕ kÕ chØ thÞ nhiÖt ®é bÒ mÆt thái c¸n ( tÝn hiÖu tõ ho¶ kÕ quang ®iÖn ®Æt sau gi¸ c¸n ®Çu ). C¸c dông cô ®o hiÓn thÞ nhiÖt ®é: TI 31: nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng vïng ®ång nhiÖt. TI 32: nhiÖt ®é khÝ ®èt vïng nung d­íi. TI 33: nhiÖt ®é khÝ th¶i vµo buång trao ®æi nhiÖt khÝ ®èt. TI 34: nhiÖt ®é khÝ th¶i tr­íc khi vµo thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kh«ng khÝ. TI 35: nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng vïng nugn trªn. TI 36: nhiÖt ®é cuèi vïng sÊy. TI 37: nhiÖt ®é khÝ th¶i sau buång trao ®æi nhiÖt khÝ ®èt . TIC 4 ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ nhiÖt ®é vïng ®ång nhiÖt . HC 4 ®iÒu khiÓn b»ng tay nhiÖt ®é vïng ®ång nhiÖt. TIC 5 ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ nhiÖt ®é vïng nung trªn. HC 5 ®iÒu khiÓn b»ng tay nhiÖt ®é vïng nung trªn. TIC 6 ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ nhiÖt ®é vïng nung d­íi. HC 6 ®iÒu khiÓn b»ng tay nhiÖt ®é vïng nung d­íi. 7: C¸c c¬ cÊu chÊp hµnh. PIR 81, PIR 82 vµ PIR 83 hiÓn thÞ vµ ghi ¸p suÊt. PT 9 ®o ¸p suÊt vµ truyÒn tÝn hiÖu. PY 9 thu vµ tÝnh to¸n. FT 10: §o l­u l­îng vµ truyÒn tÝn hiÖu . FY 10 thu vµ chuyÓn ®æi. FIR 10: hiÓn thÞ vµ ghi l­u l­îng. PRA 11: Ghi ¸p suÊt vµ b¸o ®éng. Hc 12: Nót ®iÒu kihÓn xa. 13: Chu«ng b¸o. PC 14: Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt d­íi nãc vïng ®ång nhiÖt. HC 15: Bé chuyÓn m¹ch tõ ®iÒu khiÓn tù ®éng sang ®iÒu khiÓn tay. Hc 16: Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt kiÓu thuû lùc b»ng tay. 19: C¬ cÊu chÊp hµnh thuû lùc. PT 201, PT 202, PT 203 vµ PT 204 ®o ¸p suÊt vµ truyÒn tÝn hiÖu. PY 201, PY 202, PY 203 vµ PY 204 thu vµ tÝnh to¸n. PIR 201, PIR 202, PIR 203 vµ PIR 204 hiÓn thÞ vµ ghi ¸p suÊt. 21: buång hoµn nhiÖt kh«ng khÝ. 22: buång hoµn nhiÖt khÝ ®èt. S¬ ®å ®iÒu khiÓn kiÓu lß nung liªn tôc 4.1.4 X©y dông hÖ thèng tù ®éng kh©u lß nung – m¸y c¸n: Lß nung liªn tôc ®øng vÒ mÆt chøc n¨ng lµ kh©u phôc vô cho m¸y c¸n. trong tõng kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh ph¶i cung cÊp cho m¸y c¸n sè l­îng thái cÇn thiÕt víi chÊt l­îng nug yªu cÇu (nhiÖt ®é, ®é ®ång nhiÖt, Ýt xØ nung). §a sè c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn chÕ ®é nhiÖt lß nung liªn tôc nh­ s¬ ®å dÉn ra ë trªn chØ cã hiÖu qu¶ ®èi víi tr­êng hîp n¨ng suÊt lß kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi Ýt. §èi víi nh÷ng lß n¨ng suÊt thay ®æi trong ph¹m vi réng th× kh«ng thÝch hîp. Trong vËn hµnh thùc tÕ, lß nung liªn tôc cã n¨ng suÊt thay ®æi tuú thuéc nhÞp ®é c¸n mµ th«ng sè nµy th­êng thay ®æi trong ph¹m vi réng. viÖc ngõng m¸y c¸n cã thÓ theo kÕ ho¹ch hoÆc cã thÓ ngÉu nhiªn. Ngõng m¸y c¸n ngÉu nhªn th­êng do nh÷ng sù cè thiÕt bÞ hoÆc lçi cña ng­êi thao t¸c sÏ dÉn tíi ngõng yªu cÇu cÊp ph«i nung trong lß ®ang lµm viÖc b×nh th­êng. NÕu c¸c bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é duy tr× nhiÖt ®é cña c¸c vïngkh«ng ®æi sÏ dÉn tíi sai kh¸c gi÷a nhiÖt ®é thùc tÕ vµ nhiÖt ®é yªu cÇu cña kim lo¹i. ®Ó duy tr× nhiÖt ®é cña kim lo¹i khi ra lß, cÇn thay ®æi nhiÖt ®é trong c¸c vïng ®èt nihªn liÖu. hiÖu chØnh nhiÖt ®é ®Æt cña c¸c bé ®iÒu chØnh theo kinh nghiÖm th­êng thiÕu chÝnh x¸c. NÕu m¸y c¸n ngõng hoÆc nhÞp ®é lµm viÖc chËm l¹i mµ nhiÖt ®é lß kh«ng gi¶m thÝch hîp, sÏ dÉn ®Õn t¨ng l­îng kim lo¹i bÞ o xy ho¸. Ng­îc l¹i, nÕu nhiÖt ®é lß gi¶m qu¸ møc dÉn tíi thêi gian nung l©u, l­îng kim lo¹i bÞ o xy ho¸ còng t¨ng. V× nh÷ng lý do trªn, trong nh÷ng hÖ thèng ®iÒu khiÓn lß nung liªn tôc hiÖn nay, ng­êi ta x©y dùng nh÷ng kh©u hiÖu chØnh nhiÖm vô ( gi¸ trÞ ®Æt ) cho c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®éc¸c vïng ( còng nh­ víi hÖ thèng ®iÒu chØnh ¸p suÊt ), tuú theo nhÞp ®é c¸n hoÆc n¨ng suÊt lß. §øng vÒ mÆt tù ®éng ho¸, lß nung liªn tôc lµ ®èi t­îng cã th«ng sè ph©n bè r·i. Nung kim lo¹i lµ mét qu¸ tr×nh liªn tôc, c¸c ph«i nung ®­îc chuyÓn dÞch tõ ®Çu vµo qua c¸c vïng sÊy, vïng nung, vµ vïng ®ång nhiÖt. §¹i l­îng ®iÒu chØnh, nhiÖt ®é lß trong c¸c vïng ph©n bè theo kh«ng gian vµ t¸c ®äng theo chiÒu dµi cña vïng ®ång thêi lªn tÊt c¶ c¸c ph«i ë nh÷ng nhiÖt ®é kh¸c nhau n»m trong vïng ®ã. Khi nhÞp ®é c¸n kh«ng ®Òu, tr¹ng th¸i nhiÖt ®é cña tõng thái theo kh«ng gian còng sÏ kh¸c nhau. Cho nªn trong c¸c hÖ thèng nµy, ®iÒu quan träng vµ c¬ b¶n nhÊt lµ theo dâi ®­îc nhiÖt ®é cña tõng thái trong qu¸ tr×nh nung ®Ó tõ ®ã lµm c¬ së tÝnh to¸n, x©y dùng ®­îc m« h×nh ®iÒu khiÓn chÕ ®é nhiÖt. §Ó thoe dâi ®­îc nhiÖt ®é cña tõng ph«i, mæi thái khi b¾t ®Çu ®­îc ®­a vµo lß ®Òu ®­îc ®¸nh sè vµ ®­îc më mét lý lÞch riªng ®Ó thay ®æi sù thay ®æi nhiÖt ®é trong suèt qu¸ tr×nh nung. Trong lý lÞch ®ã, c¸c sè liÖu ban ®Çu cÇn ghi râ: M¸c thÐp, c¸c kÝch th­íc h×nh häc, c¸c yªu cÇu chÊt l­îng nung. Tõ ®ã, m¸y tÝnh sÏ theo dâi tõng b­íc chuyÓn dÞch, c¨n cø vµo nhiÖt ®é thùc cña lë mæi vÞ trÝ ®Ó ®­a sè liÖu vµo m« h×nh tÝnh toansuwj ph©n bè nhiÖt ®é theo chiÒu dÇy cña thái. V× sù phøc t¹p trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®iÒu kiÖn truyÒn nhiÖt còng nh­ c¸c th«ng sè trao ®æi nhiÖt nÕu cÇn cã sù ®èi chiÕu kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo m« h×nh vµ c¸c gi¸ trÞ ®o kiÓm tra ë mét vµi vÞ trÝ ®Ó hiÖu chØnh l¹i c¸c th«ng sè cña m« h×nh.VÝ dô kiÓm tra nhiÖt ®é bÒ mÆt cña ph«i nung ë cuèi vïng nung vµ khi ph«i ra lß b»ng c¸c ho¶ kÕ quang ®iÖn. VÊn ®Ò tÝnh to¸n sù ph©n bè nhiÖt ®é trong tõng thái trong qua tr×nh nung lµ hÕt søc phøc t¹p, thu hót ®­îc nhiÒu sù chó ý nghiªn cøu cña nhiÒu t¸c gi¶, nhiÒu c¬ quan thiÕt kÕ vµ ®Õn nay ch­a ®­îc gi¶i quyÕt ®Çy ®ñ. Do ®ã, ®å ¸n nµy còng chØ ®Ò cËp nh÷ng nÐt chñ yÕu nh»m ®Æt vÊn ®Ò cho nh÷ng qu¸ tr×nh t×m hiÓu s©u h¬n sau nµy. 4.2. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cho ®èi t­îng lµ lß nung. 4.2.1 M« h×nh ®èi t­îng to¸n häc cña ®èi t­îng c«ng nghiÖp 4.2.1.1 Hµm truyÒn cña ®èi t­îng. §èi t­îng ë ®©y lµ lß gia nhiÖt cã hµm trõªn lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt cã trÔ, hµm truyÒn cña nã cã d¹ng nh­ sau: Wdt = Chän thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é. §èi t­îng ë ®©y lµ lß nhiÖt do vËy ë ®©y em chän thiÕt bÞ ®o lµ c¹p nhiÖt ®iÖn: a. Nguyªn lý lµm viÖc: CÆp nhiÖt ®iÖn lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®é, chuyÓn tÝn hiÖu ®iÖn sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p dùa trªn hiÖn t­îng nhiÖt ®iÖn. b. Chän cÆp nhiÖt ®iÖn: C¸c cÆp nhiÖt ®iÖn ®­îc gäi lµ tiªu chuÈn nÕu cã tÝnh thay thÕ cao, nghÜa lµ c¸c cÆp nhiÖt cïng lo¹i mµ cã nguån gèc xuÊt xø kh¸c nhau ®Òu cã hÓ thay thÕ cho nhau. Sau ®©y lµ t×nh chÊt c¬ b¶n cña cña mét sè cÆp nhiÑt ®iÖn ®ã. ë ®©y tån t¹i kh¸i niÖm: §o ng¸n h¹n vµ ®o dµi h¹n. §o ng¸n h¹n lµ ®o c¶m biÕn chØ nhóng vµo m«i tr­êng ®o kh«ng l©u, th«ng th­êng mçi lÇn ®o kh«ng qu¸ vµi giê. Cßn ®o dµi h¹n th× c¶m biÕn ®o c¾n cè ®Þnh vµo trong m«i tr­êng ®o. §Ó ®¸p øng ®­îc nh÷ng yªu cÇu ®¹t ra ë ®©y em chän thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é lµ: CÆp nhiÖt ®iÖn: Platinordi- Platin (ký hiÖu - 1, PtRh hoÆc S) D©y d­¬ng lµ hîp kim 90%Pt + 10%Rh, d©y ©m 100%Pt. NhiÖt ®é cùc ®¹i khi ®o dµi h¹n lµ 13000C, cßn ®o ng¾n h¹n lªn ®Õn 16000C . §Æc tuyÕn cña PtRh lµ phi tuyÕn tÝnh, E(100, 0)= 0.643 mV; E(600, 500)= 1.002 mV; E(1000, 900)= 1.136 mV; E(1300, 1200)= 1.206 mV vµ E(1300, 0)= 13.129 mV. §©y lµ kim lo¹i quý, ®¾t tiÒn, v× vËy c¸c d©y ®iÖn cùc chÕ t¹o trong c«ng nghiÖp cã ®­êng kÝnh nhá tõ 0,35 ®Õn 0,5 mm phô thuéc vµo ®é dµi can nhiÖt ®iÖn. CÆp nhiÖt ®iÖn Platinordi- Platin cã ®é chÝnh x¸c cao nªn sö dông lµm cÆp nhiÖt ®iÖn mÉu. Khi t 3000C sai sè ®o ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: E = [0,01 + 2,5.10-5 (t - 300)] mV D©y dÉn bï ®­îc chÕ t¹o tõ ®ång nguyªn chÊt lµm d©y d­¬ng, cßn d©y ©m lµ hîp kim 99,4%Cu + 0,6,4%Ni. VËy ta cã hµm truyÒn cña cÆp nhiÖt lµ: Wph(p) = = 0.008 (cÆp nhiÖt lµm viÖc ë chÕ ®é dµi h¹n) 4.2.2 ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn PID. 4.2.2.1 S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng: §­a vÒ vßng ph¶n håi -1 ta ®­îc: Trong ®ã: Ta thùc hiÖn quy ®æi thµnh phÇn sang d¹ng kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt ta ®­îc hµm tryÒn cã d¹ng nh­ sau: Wdt1(p) = Trong ®ã h»ng sè thêi gian lín lµ: T1 = (s); H»ng sè thêi gian bÐ lµ: Tb = 60(s); 4.2.2.2 ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn t­¬ng tù (PI). V× ®èi t­îng lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt cã trÔ nªn em chän bé ®iÒu khiÓn cho ®èi t­îng lµ kh©u PI, vµ thùc hiÖn thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn ph¼ng. C¸c b­íc thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn ®­îc tr×nh bµy nh­ sau: Hµm truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn PI cã d¹ng: Wdc(p) = Trong ®ã ta cã: Tn = T1 = 220 Ti = 2.K.Tb = 2.1.60 = 120 VËy bé ®iÒu khiÓn cã d¹ng: Wdc(p) = Ta thu ®­îc kÕt qu¶ m« pháng nh­ sau: S¬ ®å cÊu tróc víi bé ®iÒu khiÓn PI t­¬ng tù Víi tÝn hiÖu vµo lµ x(t) = 10 tq thu ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau: §Æc tÝnh ®èi t­îng khi cã B§K PI kinh ®iÓn 4.2.3 ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê 4.2.3.1 ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh S¬ ®å cÊu tróc nh­ sau: MiÒn gi¸ trÞ vËt lý cña c¸c biÕn ng«n ng÷ nh­ sau: Sai lÖch E ®­îc chän trong miÒn gi¸ trÞ tõ -3®Õn 10 Sai lÖch Udk ®­îc chän trong miÒn gi¸ trÞ tõ -5 ®Õn 20 Sè l­îng tËp mê E Î {E1,E2,E3,E4,E5} Udk Î {Udk1,Udk2, Udk3,Edk4, Udk5} b. Hµm liªn thuéc cña ®Çu vµo E cã d¹ng c. Hµm liªn thuéc cña Udk cã d¹ng: d. X©y dùng c¸c luËt ®iÒu khiÓn Cô thÓ nh­ sau: R1: nÕu E = E1 th× Udk = Udk1 R2: nÕu E = E2 th× Udk = Udk2 R3: nÕu E = E3 th× Udk = Udk3 R4: nÕu E = E4 th× Udk = Udk4 R5: nÕu E = E5 th× Udk = Udk5 R6: nÕu E = E5 th× Udk = Udk4 R7: nÕu E = E4 th× Udk = Udk5 R8: nÕu E = E3 th× Udk = Udk2 R9: nÕu E = E2 th× Udk = Udk3 R10: nÕu E = E1 th× Udk = Udk2 e. Ta cã quan hÖ cña tÝn hiÖu vµo vµ ra nh­ h×nh vÏ Chän luËt hîp thµnh lµ max- min Chän ph­¬ng ph¸p gi¶i mê centroid Cô thÓ nh­ sau: Sau khi thiÕt kÕ vµ ch¹y thö ta thu ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau: §Æc tinh cña ®èi t­îng víi B§K mê tÜnh 4.2.3.2 ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê ®éng. a. S¬ ®å cÊu róc cã d¹ng nh­ sau: MiÒn gi¸ trÞ vËt lý cña c¸c biÕn ng«n ng÷ ®Çu vµo Sai lÖch E ®­îc chän trong miÒn gi¸ trÞ tõ -0.1 ®Õn 10 Sai lÖch D ®­îc chän trong miÒn gi¸ trÞ tõ -0.08 ®Õn 0,003 Sai lÖch Udk ®­îc chän trong miÒn gi¸ trÞ tõ -0.1 ®Õn 0.07 Sè l­îng tËp mê E Î {E1,E2,E3,E4,E5} E Î {D1,D2,D3,D4,D5} Udk Î {Udk1,Udk2, Udk3,Edk4, Udk5} c. Hµm liªn thuéc cña ®Çu vµo E cã d¹ng d. Hµm liªn thuéc cña D cã d¹ng: e.Hµm liªn thuéc cña Udk cã d¹ng: Cô thÓ nh­ sau: R1: nÕu E = E1 vµ D = D1 th× Udk = Udk1 R2: nÕu E = E2 vµ D = D2 th× Udk = Udk2 R3: nÕu E = E3 vµ D = D3 th× Udk = Udk3 R4: nÕu E = E4 vµ D = D4 th× Udk = Udk4 R5: nÕu E = E5 vµ D = D5 th× Udk = Udk5 R6: nÕu E = E5 vµ D = D4 th× Udk = Udk5 R7: nÕu E = E4 vµ D = D5 th× Udk = Udk4 R8: nÕu E = E3 vµ D = D2 th× Udk = Udk2 R9: nÕu E = E3 vµ D = D2 th× Udk = Udk3 R10: nÕu E = E2 vµ D = D3 th× Udk = Udk3 R11: nÕu E = E2 vµ D = D3 th× Udk = Udk2 R12: nÕu E = E1 vµ D = D2 th× Udk = Udk2 R13: nÕu E = E1 vµ D = D2 th× Udk = Udk1 R14: nÕu E = E2 vµ D = D1 th× Udk = Udk2 R15: nÕu E = E3 vµ D = D4 th× Udk = Udk4 R16: nÕu E = E4 vµ D = D3 th× Udk = Udk3 Chän luËt hîp thµnh lµ max- min Chän ph­¬ng ph¸p gi¶i mê centroid Ta cã quan hÖ cña tÝn hiÖu vµo vµ ra nh­ h×nh vÏ Sau khi thiÕt kÕ vµ ch¹y thö ta thu ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau: §Æc tÝnh ®èi t­îng víi B§K mê ®éng S¬ ®å cÊu tróc tæng thÓ: TÝn hiÖu ®Çu ra cña lß øng víi c¸c bé §K kh¸c nhau (gi¸ trÞ ®Æt x(t)=10) B§K kinh ®iÓn Mê ®éng Mê tÜnh §Æc tÝnh ®èi t­îng víi c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¸c nhau 4.2.4 C¸c kÕt qu¶ m« pháng víi nhiÔu ®Çu vµo vµ ®Çu ra. S¬ ®å cÊu tróc khi kÓ ®Õn nhiÔu ®Çu vµo vµ ®Çu ra: T×n hiÖu ra khi chÞu t¸c ®éng cña nhiÔu ®èi t­îng Mê tÜnh Mê ®éng B§K kinh ®iÓn ¶nh h­ëng cña nhiÔu tin hiÖu trÔ víi tÝn hiÖu e-20t. ®èi t­îng B§K kinh ®iÓn Mê tÜnh Mê ®éng 4.2.5 So s¸nh gi÷a tÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu khiÓn mê vµ bé ®iÒu khiÓn thiÕt kÕ theo ph­¬ng ph¸p kinh ®iÓn: So s¸nh ®Æc tÝnh cña hai bé ®iÒu khiÓn ta thÊy: Bé ®iÒu khiÓn thiÕt kÕ theo ph­¬ng ph¸p kinh ®iÓn t¸c ®éng nhanh h¬n bé ®iÒu khiÓn mê, kh«ng cã sai lÖch tÜnh Víi bé ®iÒu khiÓn mê tÜnh nã chØ æn ®Þnh t¹i mét l©n cËn nµo ®ã cña tÝn hiÖu ®Æt, tån t¹i sai lÖch tÜnh. Víi bé ®iÒu khiÓn mê ®éng (PI) thi nã triÖt tiªu ®­îc sai lÖch tÜnh, triÖt tiªu ®­îc nhiÔu nh­ng t¸c ®éng chËm h¬n bé ®iÒu khiÓn t­¬ng tù Víi bé ®iÒu khiÓn mê (mê ®éng) th× khi tham sè cña ®èi t­îng thay ®æi Ýt th× vÉn cã thÓ sö dông ®­îc bé ®iÒu khiÓn tr­íc ®ã. Khi kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña nhiÔu th× B§K kinh ®iÓn vÉn lµm viÖc tèt, B§K PI cña mê ®éng còng vÉn æn dÞnh cßn mê tÜnh th× kh«ng.