Sử dụng hệ nơron mờ điều khiển nhiệt độ lò nung tuynel

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ ĐỨC THĂNG SỬ DỤNG HỆ NƠ RON MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG TUYNEL Chuyên ngành: Tự động hĩa Mã số: 60.52.60 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, Năm 2012 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. PHAN VĂN HIỀN Phản biện 1: TS. LÊ TẤN DUY Phản biện 2: PTS.TS. LÊ HỒNG ANH Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 9 tháng 6 năm 2012 Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Khoa học kỹ thuật khơng ngừng phát triển theo thời gian. Nước ta đang trong thời kỳ cơng nghiệp hĩa-hiện đại hĩa, cũng chính vì mục tiêu đĩ mà việc ứng dụng các phương pháp điều khiển mới, linh hoạt hơn vào quá trình điều khiển tự động là rất cần thiết. Những phương pháp điều khiển cổ điển hầu như dựa trên nền tốn học chính xác. Tuy nhiên đã cĩ kỹ thuật điều khiển mờ mà bắt nguồn từ những sách lược và kinh nghiệm của chuyên gia đã cĩ thể thốt được những ràng buộc từ những phương pháp tốn học chính xác. Cũng chính vì vậy mà điều khiển mờ được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển quá trình cơng nghiệp. Bên cạnh điều khiển mờ ta cịn cĩ phương pháp điều khiển sử dụng mạng nơron tái tạo lại chức năng giống con người đã mở ra một hướng mới trong việc giải quyết các bài tốn kỹ thuật và kinh tế. Điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel thường khá phức tạp. Ngày nay với sự ra đời của nhiều phương pháp điều khiển khác nhau, mỗi phương pháp đều cĩ những điểm mạnh riêng. Nếu kết hợp tốt các phương pháp với nhau cĩ thể mang đến một hiệu quả cao trong điều khiển. Cũng chính vì những yếu tố trên mà việc kết hợp hệ mờ và nơron được sử dụng nghiên cứu để điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel là mục đích của đề tài. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng lý thuyết sử dụng hệ nơron mờ điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel. Cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về lị nung Tuynel và nền tảng để 4 chế tạo mơ hình điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: - Quá trình thay đổi nhiệt độ lị nung Tuynel. - Lý thuyết điều khiển mờ, nơron. - Phần mềm Matlab & Simulink mơ phỏng quá trình điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel.
Phạm vi nghiên cứu: - Điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel sử dụng hệ nơron mờ. - Mơ phỏng quá trình điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel. 4. Phương pháp nghiên cứu -Nghiên cứu lý thuyết điều khiển PID, điều khiển Mờ và mạng Nơron. -Đề tài thực hiện trong phạm vi mơ phỏng mơ hình trên cơng cụ Matlab – Simulink, sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu trong thực tế. 5. Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học Đề tài sẽ mang lại một hướng đi trong việc thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel, ngồi việc dùng bộ điều khiển PID hoặc bộ điều khiển mờ. Bộ điều khiển nơron mờ cĩ thể cho khả năng điều khiển tốt hơn đối với đối tượng điều khiển là nhiệt độ.
Ý nghĩa thực tiễn Đề tài thực hiện làm cơ sở để thực hiện các bộ điều khiển sử dụng hệ nơron mờ với chất lượng đạt yêu cầu. 5 6. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 3 chương: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỊ NUNG TUYNEL Nội dung chương thứ nhất là nêu tổng quan về lị nung Tuynel. CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN PID, MỜ VÀ MẠNG NƠRON Nội dung chương ba là tổng hợp các tham số điều khiển PID, tổng quan điều khiển mờ, tìm hiểu mạng nơron và thuật tốn lan truyền ngược, kết hợp điều khiển mờ và mạng nơron. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG TUYNEL Nội dung chương ba là lần lượt thiết kế ba bộ điều khiển PID, mờ và nơron mờ để điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel, tiến hành mơ phỏng lấy kết quả trên matlab – simulink. Sau cùng là tổng hợp kết quả của ba bộ điều khiển trên để so sánh kết quả. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỊ NUNG TUYNEL 1.1. Cấu tạo lị nung Tuynel Lị nung Tuynel là "con tim" của cả nhà máy bởi vì nĩ là bộ phận nung chính, là nơi hồn thành và cho ra các sản phẩm sứ vệ sinh. Đây cũng là khâu quan trọng trong việc quyết định chất lượng sản phẩm trước khi đem tiêu thụ trên thị trường. Đây là lị nung liên tục, sử dụng nhiên liệu đốt là khí gas. Tại bộ phận này thì mộc (tên gọi chuyên mơn của sản phẩm sứ trước khi nung) được chất lên xe phà và đưa qua hầm sấy, sau đĩ đưa vào lị sau một khoảng thời gian nhất định (theo yêu cầu cơng nghệ) thì ra được sản phẩm cuối cùng là sứ vệ sinh. Tại bộ phận này mỗi xe goịng chứa khoảng 20 sản phẩm và tùy theo nhu cầu của thị trường mà ta sắp xếp các sản phẩm sứ khác nhau. 6 Hình 1.2: Mơ hình đồ họa lị nung Tuynel. 1.2. Sơ đồ nguyên tắc lị nung Tuynel 1.3. Vịng an tồn của lị nung và yêu cầu cơng nghệ Lị nung Tuynel phải hoạt động sao cho đường nhiệt độ của lị bám theo đường cong cơng nghệ đã cho. Nhiệt độ, áp suất của lị phải được điều khiển ổn định theo các giá trị đặt thơng qua việc điều chỉnh lượng gas, lượng khơng khí cung cấp cũng như lượng khí thải ra một cách hợp lý. Cĩ như vậy, sản phẩm sứ vệ sinh mới đạt được độ bĩng, độ bền men, khơng bị nứt lạnh, sần men, sứt men. Bên cạnh đĩ lị cịn phải xử lý được các trường hợp nguy hiểm phát sinh trong quá trình hoạt động để bảo vệ lị, các thiết bị và sản phẩm như: quá nhiệt độ, quá áp suất…. 1.4. Đối tượng điều khiển của lị nung Tuynel Nhiệt độ của lị được điều khiển phụ thuộc vào yêu cầu của từng bài phối liệu xương và men. Với mỗi bài phối liệu đĩ, sản phẩm sứ trong lị 7 lại địi hỏi một đường cong nhiệt độ nhất định của lị. Tùy theo yêu cầu mà nhiệt độ của từng vùng sẽ được điều chỉnh cho hợp lý. Sự điều chỉnh này được thực hiện thơng qua việc đặt các thơng số về nhiệt độ yêu cầu, độ mở của các van điều khiển khí gas ở các đồng hồ điều khiển trong phịng điều khiển. Các thơng số này luơn được giữ khơng đổi trong suốt quá trình hoạt động của lị. Đồng thời nhiệt độ thực tế được theo dõi thường xuyên 02 tiếng 01 lần, hoặc liên tục để cĩ nhưng sự điều chỉnh kịp thời. Vùng nung chính sẽ thu thập nhiệt độ thực tế trong lị để đưa về bộ điều khiển khí gas và tới các đồng hồ hiển thị trong phịng điều khiển để theo dõi. Các bộ điều khiển khí gas này sẽ so sánh nhiệt độ thực với nhiệt độ đặt. Nếu nhiệt độ thực nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì bộ điều khiển khí gas sẽ tự động đưa ra tín hiệu điều khiển để mở van khí cho khí đến van giảm áp lắp trên đường ống dẫn gas đĩng bớt lại làm cho lượng gas cung cấp cho lị tăng lên, làm cho nhiệt độ thực tế tăng dần đến nhiệt độ đặt. Khi nhiệt độ tăng bằng nhiệt độ đặt thì bộ điều khiển khí gas ở chế độ chờ. Nếu nhiệt độ thực cao hơn nhiệt độ đặt thì quá trình lại diễn ra ngược lại. Cảm biến nhiệt thuộc vùng làm nguội nhanh sẽ đo nhiệt độ thực và đưa đến bộ điều khiển nhiệt độ cho riêng vùng này. Nĩ cũng so sánh với nhiệt độ đặt. Nếu nhiệt độ thực nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì bộ điều khiển sẽ điều khiển van khí ở quạt cung cấp giĩ làm mát cho 18 họng giĩ (mỗi bên 09 họng) đĩng bớt lại. Nếu nhiệt độ thực lớn hơn nhiệt độ đặt thì quá trình lại diễn ra ngược lại. 1.5. Hệ thống điều khiển ở nhà máy sứ Thanh Trì 1.6. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ 8 1.7. Bộ điều áp xoay chiều ba pha Mạch điều khiển điện áp ba pha tải nối Y khơng cĩ dây trung tính cĩ thể coi như mạch điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Mạch điều khiển điều áp ba pha giống mạch điều khiển của điều áp một pha khi tải đấu sao cĩ trung tính. Vì lúc đĩ dịng điện tải được chạy giữa pha với trung tính. Giả sử cĩ một van hay một pha khơng cĩ dịng điện cũng khơng làm ảnh hưởng tới hoạt động của các van bán dẫn cịn lại. Ở mạch ba pha khơng trung tính dịng điện chạy qua tải là dịng điện chạy giữa các pha với nhau. Tại mỗi thời điểm phải cĩ hai pha hoặc ba pha cĩ van bán dẫn, khơng khi nào chỉ một pha cĩ van bán dẫn dẫn cả. CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN PID, MỜ VÀ MẠNG NƠRON 2.1. Tổng hợp các tham số điều khiển PID 2.2. Điều khiển mờ 2.3. Mạng nơron 2.4. Kết hợp điều khiển mờ và mạng nơron Lý thuyết mờ và mạng nơron đã tạo ra nhiều phương pháp điều khiển mới với đặc tính linh hoạt và thơng minh hơn. Cơng nghệ mờ và cơng nghệ mạng nơron là hai trụ cột chính để tạo nên cơng nghệ tích hợp mới, cơng nghệ tính tốn mềm. Khi khảo sát mạng nơron và lơgic mờ, ta thấy mỗi loại đều cĩ điểm mạnh, điểm yếu riêng của nĩ. Đối với logic mờ, ta dễ dàng thiết kế một hệ thống mong muốn chỉ bằng các luật Nếu - thì (If-Then) gần với việc xử lý của con người. Với đa số ứng dụng thì điều này cho phép tạo ra lời giải đơn giản hơn, trong khoảng thời gian ngắn hơn. Thêm nữa, ta dễ dàng sử dụng những hiểu 9 biết của mình về đối tượng để tối ưu hệ thống một cách trực tiếp. Tuy nhiên, đi đơi với các ưu điểm hệ điều khiển mờ cịn tồn tại một số khuyết như việc thiết kế và tối ưu hĩa hệ logic mờ địi hỏi phải cĩ một số kinh nghiệm về điều khiển đối tượng, đối với những người mới thiết kế lần đầu điều đĩ hồn tồn khơng đơn giản. Đối với mạng nơron, chúng cĩ một số ưu điểm như xử lý song song nên tốc độ xử lý rất nhanh. Mạng nơron cĩ khả năng học hỏi, ta cĩ thể huấn luyện mạng để xấp xỉ một hàm phi tuyến bất kỳ, đặc biệt khi đã biết một tập dữ liệu vào/ra... Song nhược điểm của mạng nơron là khĩ giải thích rõ ràng hoạt động của mạng. Do vậy việc chỉnh sửa trong mạng nơron rất khĩ khăn. Bảng 2.7. Những ưu nhược điểm của mạng nơron và điều khiển mờ Tính chất Mạng nơron Bộ điều khiển mờ Thể hiện tri thức Thơng qua trọng số được thể hiện ẩn trong mạng Được thể hiện ngay tại luật hợp thành Nguồn của tri thức Từ các mẫu học Từ kinh nghiệm của chuyên gia Xử lý thơng tin khơng chắc chắn Định lượng Định lượng và định tính Lưu giữ tri thức Trong nơron và trọng số của từng đường ghép nối nơron. Trong luật hợp thành và hàm thuộc Khả năng cập nhật và nâng cao kiến thức Thơng qua quá trình học Khơng cĩ Tính nhạy cảm với những thay đổi của mơ hình Thấp Cao Từ đĩ người ta đã đi đến việc kết hợp mạng nơron và điều khiển mờ để hình thành bộ điều khiển nơron mờ cĩ ưu điểm vượt trội. 10 Bảng 2.8. Hai tiêu chí cơ bản thiết kế logic mờ và mạng nơron Tiêu chí Mạng nơron Logic mờ Thể hiện tri thức Khơng tường minh, khĩ giải thích và khĩ sửa đổi. Tường minh, dễ kiểm chứng hoạt động và dễ sửa đổi. Khả năng học Cĩ khả năng học thơng qua các dữ liệu Khơng cĩ khả năng học: bạn phải tự kiểm tra tất cả Từ những phân tích trên, ta thấy nếu kết hợp logic mờ và mạng nơron, ta sẽ cĩ một hệ lai với ưu điểm của cả hai: logic mờ cho phép thiết kế hệ dễ dàng, tường minh trong khi mạng nơron cho phép học những gì mà ta yêu cầu về bộ điều khiển. Nĩ sửa đổi các hàm phụ thuộc về hình dạng, vị trí và sự kết hợp,... hồn tồn tự động. Điều này làm giảm bớt thời gian cũng như giảm bớt chi phí khi phát triển hệ. Hình 2.14: Mơ hình hệ mờ-nơron 2.5. Sử dụng cơng cụ ANFIS trong matlab để thiết kế hệ nơron mờ 2.6. Sử dụng bộ soạn thảo ANFIS GUI 11 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG TUYNEL 3.1. Điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel sử dụng bộ điều khiển PID Trong điều khiển, người ta mơ tả lị nung Tuynel bằng một khâu quán tính bậc nhất cĩ trễ cĩ hàm số truyền: Ta lấy: 6.52, 150( ), 25( )k T s sτ= = = 256.52( ) 1 150 1 S SkW s e e Ts s τ− − = = + + Cảm biến nhiệt độ được coi là một khâu tỉ lệ với hệ số: Mà ta cĩ: 25 0.167 150T τ = = thỏa mãn điều kiện trên nên ta sử dụng phương pháp thứ nhất của Ziegler – Nichols, sử dụng bộ điều khiển PI, ta cĩ: 0.9*150 0.83 6.52* 25p Tk kτ = = = 10 83.3 k 0.01 3 p I I I K T T τ= = ⇒ = = Mơ phỏng trên matlab – Simulink ta được: Hình 3.1: Mơ phỏng bộ điều khiển PID cho lịTuynel ( ) . 1 s k e W s Ts t- = + 00 10 0.0067( ) 1500cb V vk cC = = 12 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 bo dieu khien PID Thoi gian Nh ie t d o PID Hình 3.2: Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển PID cho lịTuynel Bảng 3.1: Thơng số đạt được của bộ điều khiển PID Quá trình điều khiển Số liệu Tỷ lệ (%) Độ quá điều chỉnh 190(0C) 12,67 Thời gian quá độ (tqđ) 410(s) 13 3.2. Điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel sử dụng bộ điều khiển mờ Hình 3.3: Điều khiển mờ cho lị nung Tuynel
Bước 1: Tìm hiểu hệ thống -Việc điều khiển nhiệt độ lị được thực hiện thơng qua điều khiển điện áp thay đổi tốc độ động cơ dẫn tới thay đổi khí và thay đổi nhiệt độ. -Khâu so sánh làm nhiệm vụ so sánh điện áp đặt và điện áp phản hồi lấy từ đầu ra của cảm biến, đầu ra của khâu so sánh là sai lệch e = U – ucb. Lị nung Tuynel nĩi riêng, cũng như đối tượng nhiệt nĩi chung thường cho phép cĩ độ quá điều chỉnh thấp, do đĩ e biến thiên trong khoảng từ 10 đến 0.
Bước 2: Chọn các biến ngơn ngữ vào, ra Giả thiết ta điều khiển lị nung Tuynel theo quy luật PI. Khi đĩ biến ngơn ngữ đầu vào bộ điều khiển mờ là sai lệch (ký hiệu là E) và tích phân sai lệch (ký hiệu là TE). Đầu ra bộ Điều khiển mờ là điện áp (ký hiệu là U). Miền giá trị của các biến ngơn ngữ được chọn như sau: E = [0÷10] TE = [0÷1500] U = [0÷20] Hàm liên thuộc của các biến ngơn ngữ được chọn như sau: µE = [µE0(x), µEDI(x), µEDV(x), µEDL(x), µEDR(x)] 14 µTE = [µTE0(x), µTEDI(x), µTEDV(x), µTEDL(x), µTEDR(x)] µU = [µU0(x), µUDI(x), µUDV(x), µUDL(x), µUDR(x)]
Bước 3: Xây dựng luật hợp thành: Với 5 tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 5 x 5 = 25 luật điều khiển. Các luật điều khiển này được xây dựng theo 2 nguyên tắc sau: - Sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn. - Tích phân sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn. Bảng 3.2: Bảng luật điều khiển. R1: Nếu E = 0 Và TE = 0 Thì U = 0 Hoặc R2: Nếu E = DI Và TE = 0 Thì U = DI Hoặc R3: Nếu E = DV Và TE = 0 Thì U = DV Hoặc R4: Nếu E = DL Và TE = 0 Thì U = DL Hoặc R5: Nếu E = DR Và TE = 0 Thì U = DR Hoặc R6: Nếu E = 0 Và TE = DI Thì U = DI Hoặc R7: Nếu E = DI Và TE = DI Thì U = DV Hoặc R8: Nếu E = DV Và TE = DI Thì U = DL Hoặc R9: Nếu E = DL Và TE = DI Thì U = DR Hoặc R10: Nếu E = DR Và TE = DI Thì U = DR Hoặc R11: Nếu E = 0 Và TE = DV Thì U = DV Hoặc R12: Nếu E = DI Và TE = DV Thì U = DL Hoặc R13: Nếu E = DV Và TE = DV Thì U = DR Hoặc R14: Nếu E = DL Và TE = DV Thì U = DR Hoặc R15: Nếu E = DR Và TE = DV Thì U = DR Hoặc R16: Nếu E = 0 Và TE = DL Thì U = DL Hoặc R17: Nếu E = DI Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R18: Nếu E = DV Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R19: Nếu E = DL Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R20: Nếu E = DR Và TE = DL Thì U = DR Hoặc R21: Nếu E = 0 Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R22: Nếu E = DI Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R23: Nếu E = DV Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R24: Nếu E = DL Và TE = DR Thì U = DR Hoặc R25: Nếu E = DR Và TE = DR Thì U = DR Hoặc 15
Bước 4: Chọn luật hợp thành Max-Min, giải mờ bằng phương pháp trọng tâm, ta quan sát được sự tác động của các luật và quan hệ vào - ra của bộ điều khiển.
Bước 5: Mơ phỏng hệ thống: Sơ đồ mơ phỏng hệ thống được chỉ ra trên hình 3.11. Kết quả mơ phỏng được chỉ ra trên hình 3.12. Tại cửa sổ lệnh trên Matlab ta nhập lệnh fuzzy, xuất hiện cửa sổ FIS EDITOR. Ta tiến hành chon số đầu vào ra cho bộ điều khiển, chọn phương pháp điều khiển, xây dựng luật hợp thành, thiết lập các hàm liên thuộc như hình sau: Hình 3.4: Giao diện FIS EDITOR Chọn vùng giá trị của sai lệch E trong đoạn từ 0 đến 10 như hình bên dưới, sau đĩ ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình tam giác cho các biến ngơn ngữ là 0, DI, DV, DL và hàm hình thang cho biến ngơn ngữ DR. 16 Hình 3.5: Mờ hĩa sai lệch Tiếp theo ta kích vào TE, chọn vùng giá trị của tích phân sai lệch TE trong đoạn từ 0 đến 1500 như hình 3.6, sau đĩ ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình tam giác cho tất cả các biến ngơn ngữ. Hình 3.6: Mờ hĩa tích phân sai lệch Đầu ra U của bộ điều khiển ta chọn vùng giá trị của sai lệch E trong đoạn từ 0 đến 20 như hình 3.7, sau đĩ ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình tam giác cho các biến ngơn ngữ là 0, DI, DV, DL và hàm hình thang cho biến ngơn ngữ DR. 17 Hình 3.7: Mờ hĩa điện áp điều khiển Sau khi thực hiện xong khâu mờ hĩa biến ngơn ngữ, ta xây dựng các luật hợp thành như hình 3.8: Hình 3.8: Xây dựng luật hợp thành Trên cửa sổ FIS EDITOR, ta cĩ thể chọn view để xem quan hệ vào ra của bộ điều khiển cũng như quan sát được hoạt động của các luật như hình 3.9 và hình 3.10. Hình 3.9: Quan hệ vào ra của bộ điều khiển 18 Hình 3.10: Quan sát hoạt động của các luật Thực hiện việc mơ phỏng trên Matlab – Simulink như hình 3.11 Hình 3.11: Mơ phỏng bộ điều khiển mờ cho lị nung Tuynel Ta nhận được kết quả mơ phỏng như hình 3.12 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 bo dieu khien mo Thoi gian Nh ie t d o Mo Hình 3.12: Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển mờ cho lị nung Tuynel 19 Bảng 3.3. Thơng số đạt được của bộ điều khiển mờ Quá trình điều khiển Số liệu Tỷ lệ (%) Độ quá điều chỉnh 25(0C) 1.67 Thời gian quá độ (tqđ) 720(s) 3.3. Điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel sử dụng hệ nơron mờ Đầu tiên ta đo lấy thơng số đầu vào đầu ra trong quá trình điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel, từ các thơng số đo được ta xây dựng hai tập dữ liệu là học và kiểm tra. Sau đĩ ta tiến hành quá trình huấn luyện dữ liệu. Gõ vào cửa sổ lệnh anfisedit rồi thi hành lệnh, trên Matlab xuất hiện cửa sổ anfis. Tiến hành tải dữ liệu học và dữ liệu kiểm tra lên cửa sổ ANFIS, sau đĩ ta chọn số luật hợp thành, chọn phương pháp luyện là sử dụng thuật tốn lan truyền ngược, chọn khoảng sai số và số lần lan truyền ngược rồi thực hiện quá trình học. (a) (b) Hình 3.13: (a). Tải dữ liệu huấn luyện lên ANFIS;(b) Tải dữ liệu kiểm tra lên ANFIS 20 (a) (b) Hình 3.14: (a). Chu kỳ huấn luyện; (b). Cửa sổ khai báo số lượng luật điều khiển Trên hình 3.15, chúng ta đọc được số liệu về lỗi sau 10000 lần thực hiện lan truyền ngược là 0.37903. Ta tiến hành lưu lại file để điều khiển. Hình 3.15: Huấn luyện mạng. Quay về cửa sổ lệnh trên Matlab sẽ thấy những thơng số đạt được trong quá trình huấn luyện với luật học BP 21 Hình 3.16: Cấu trúc điều khiển mờ nơron Mơ phỏng điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel dùng bộ điều khiển mờ nơron: Hình 3.17: Mơ phỏng bộ điều khiển mờ nơron cho lị nung Tuynel Sau khi thực hiện mơ phỏng, dựa vào đồ thị như hình 3.17 ta cĩ bảng 22 thơng số điều khiển sau đây: Bảng 3.4. Thơng số đạt được của bộ điều khiển nơron mờ Quá trình điều khiển Số liệu Tỷ lệ (%) Độ quá điều chỉnh 0(0C) 0 Thời gian quá độ (tqđ) 780(s) 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 bo dieu khien noron mo Thoi gian Nh ie t d o No ron Hình 3.18: Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển nơron mờ cho lị nung Tuynel 3.4. Tổng hợp, đánh giá các bộ điều khiển Việc tổng hợp đánh giá các bộ điều khiển nhằm mục đích so sánh trực quan những ưu và nhược điểm của từng bộ điều khiển PID, mờ, nơron mờ. Từ đĩ ta cĩ cái nhìn tổng quan về việc sử dụng bộ điều khiển nào là thích hợp nhất đối với đối tượng điều khiển là nhiệt độ trong lị nung Tuynel nĩi riêng và đối tượng lị nhiệt nĩi chung. 23 Từ các bộ điều khiển đã được thiết kế như trên, ta tiến hành gộp các bộ điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel để cĩ thể cùng xem kết quả thực hiện điều khiển trên một đồ thị. Khi nối kết trên Matlab – Simulink hồn chỉnh, ta quay lại cửa sổ lệnh và rõ lệnh fuzzy để lần lượt mở các file FIS điều khiển cho bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển mờ nơron, tải những file vừa mở trên của sổ FIS Hình 3.19: Tổng hợp mơ phỏng ba bộ điều khiển PID, mờ và mờ nơron 24 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Tong hop cac bo dieu khien Thoi gian Nh ie t d o No ron Mo PID Hình 3.20: Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển PID, mờ, nơron mờ cho lị nung Tuynel Bảng 3.5. Tổng hợp các thơng số đạt được của các bộ điều khiển Bộ điều khiển Độ quá điều chỉnh (0C) Thời gian quá độ tqđ(s) PID 190 410 Mờ 25 720 Mờ nơron 0 780 25
Đánh giá kết quả mơ phỏng Căn cứ bảng số liệu trên ta nhận thấy mỗi bộ điều khiển đều cĩ các ưu nhược điểm riêng. Với bộ điều khiển PID thì thời gian đạt giá trị điều khiển đầu tiên là sớm nhất, tuy nhiên độ quá điều chỉnh cao làm ảnh hưởng đến hệ thống cũng như tuổi thọ của thiết bị. Bộ điều khiển mờ đạt giá trị ổn định sớm nhất và tuy cĩ độ quá điều chỉnh nhưng khơng đáng kể và nằm trong phạm vi cho phép là 2%± . Ta nhận thấy với bộ điều khiển mờ nơron thì độ quá điều chỉnh bằng khơng là rất tốt, tuy nhiên thời gian để hệ thống đạt giá trị ổn định là trễ nhất. 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận Lị nung Tuynel nĩi riêng cũng như đối tượng nhiệt nĩi chung thường cho phép cĩ độ quá điều chỉnh thấp. Ở đây chỉ cĩ bộ điều khiển mờ nơron đảm bảo tốt được điều đĩ, tùy thuộc vào yêu cầu cơng nghệ trong quá trình sử dụng lị mà ta chọn từng bộ điều khiển thích hợp. Với những kết quả thu được từ mơ phỏng cĩ thể nhìn nhận rằng cả hai bộ điều khiển mờ và nơron mờ đều rất thích hợp dùng để điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel, đặc biệt là bộ điều khiển nơron mờ đã triệt tiêu hồn tồn độ quá điều chỉnh rất thích hợp cho đối tượng nhiệt độ, đặc biệt là ứng dụng trong cơng nghiệp và nghiên cứu cần độ chuẩn xác cao. Từ những kết quả thu được qua việc thực hiện đề tài, cĩ thể nhìn nhận rằng việc sử dụng các lý thuyết điều khiển phải được sử dụng một cách linh hoạt và tùy thuộc vào đối tượng cần điều khiển. Việc sử dụng lai ghép được các kỹ thuật điều khiển giữa cổ điển với hiện đại và giữa các kỹ thuật điều khiển hiện đại với nhau đã mở ra hướng đi rất đa dạng trong kỹ thuật điều khiển vào ứng dụng thực tế.
Kiến nghị Đề tài luận văn mới dừng lại ở mức độ xây dựng bộ điều khiển nơron mờ dựa trên cơng cụ ANFIS trong matlab với luật học lan truyền ngược BP. Nên hướng phát triển của đề tài sẽ là: Sử dụng các luật học khác để cĩ thể tối ưu hơn kết quả điều khiển nhiệt độ trong lị Tuynel với bộ điều khiển nơron mờ, tiến đến thiết kế mơ hình thực tế ứng dụng bộ điều khiển nơron mờ điều khiển nhiệt độ trong lị nung Tuynel.