Ứng dụng điều khiển mờ trong hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGỌC TUẤN ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐIỀU CHỈNH HAI THƠNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Chuyên ngành: Tự động hố Mã số : 60.52.60 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đồn Quang Vinh Phản Biện 1: TS. Nguyễn Đức Thành Phản Biện 2: TS. Võ Như Tiến Luận văn sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2011 * 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. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Động cơ điện một chiều được ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực kinh tế và khoa học kĩ thuật như trong luyện kim, trong cơng nghệ giấy hoặc ở một số hệ thống khác, thường người ta cung cấp điện cho một nhĩm động cơ từ một bộ biến đổi cĩ điện áp khơng đổi, để thay đổi tốc độ động cơ thường người ta thực hiện việc thay đổi từ thơng kích từ. Trong các nhà máy cán thép, tàu điện ngầm và các cánh tay Robot. Để thực hiện các nhiệm vụ trong cơng nghiệp điện tử với độ chính xác cao, lắp ráp trong các dây chuyền sản xuất. Vì vậy hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập đĩng vai trị rất quan trọng trong việc nghiên cứu. Trong các hệ truyền động đặc biệt, cần điều chỉnh cả hai đại lượng điện áp phần ứng và dịng điện kích thích, ví dụ như trong các máy phát hãm trong hệ thống điều chỉnh sức căng. Cĩ thể điều chỉnh lần lượt hoặc đồng thời cả điện áp và từ thơng. Cần chú ý rằng khi điều chỉnh từ thơng thì mơmen cho phép của động cơ bị giảm. Một trong những phương án xây dựng cấu trúc hệ thống điều chỉnh hai thơng số là ghép nối đồng thời hai sơ đồ điều chỉnh tốc độ và sức điện động. Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc độ gĩc của động cơ điện, các hệ này rất thường gắp trong thực tế kỹ thuật. Hệ thống điều chỉnh tốc độ được hình thành từ hệ thống điều chỉnh dịng điện. Các hệ thống này cĩ thể là đảo chiều hoặc khơng đảo chiều. Do các yêu cầu cơng nghệ mà hệ cần đạt vơ sai cấp một hoặc vơ sai cấp hai. Nhiễu chính của hệ là mơmen tải. 2 Điều chỉnh dịng điện kích từ đĩng vai trị quan trọng trong các hệ thống truyền động cơng suất khơng đổi hoặc khi cần điều khiển đồng bộ tốc độ nhiều động cơ trên một dây chuyền cơng nghệ. Để giữ được giá trị sức điện động là hằng số cần phải phối hợp điều chỉnh tốc độ và từ thơng. Bởi vì sức điện động là hàm của hai biến nên chắc chắn trong hệ thống điều chỉnh phải chứa các khâu chức năng phi tuyến. Hệ thống mơ tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường là phi tuyến, trong đĩ các đại lượng đầu vào (tín hiệu điều khiển) thường là điện áp phần ứng U, điện áp kích từ Uk, tín hiệu ra thường là tốc độ gĩc của động cơ ω, mơmen quay M, dịng điện phần ứng Iu. Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đĩ thì trong dây quấn kích từ sẽ cĩ dịng điện Ik và do đĩ mạch từ của máy sẽ cĩ từ thơng Φ. Tiếp đĩ đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ cĩ dịng điện I chạy qua. Tương tác giữa dịng điện phần ứng và từ thơng kích từ tạo thành mơmen điện từ. Vì vậy điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập để khắc phục mộ số nhược điểm của điều khiển tốc độ động cơ điện. Đối với các phương pháp điều khiển kinh điển, thì ta phải biết chính xác các thơng số và kiểu của đối tượng cần điều khiển. Hơn nữa, bộ điều khiển này chỉ chính xác trong giai đoạn tuyến tính cịn trong giai đoạn phi tuyến thì các phương pháp điều khiển kinh điển khơng được chính xác. Để khắc phục được các nhược điểm trên thì bài tốn logic mờ sẽ là một giải pháp. Bộ điều khiển mờ ra đời trên cơ sở ứng dụng logic mờ, là một bộ điều khiển thơng minh, hiện đang đĩng vai trị quan trọng trong các 3 hệ thống điều khiển hiện đại, vì nĩ đáp ứng tốt các chỉ tiêu kỹ thuật, tính bền vững và ổn định cao, dễ thay đổi, dễ lập trình. Vấn đề đặt ra như thế, hướng nghiên cứu xây dựng đề tài của tác giả ở đây là nghiên cứu ứng dụng hệ mờ để điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Với hướng nghiên cứu đĩ, tên đề tài được chọn: “Ứng dụng điều khiển mờ trong hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập” làm đề tài cho luận văn Thạc sĩ. 2. Mục đích nghiên cứu - Đối tượng cĩ thơng số thay đổi như động cơ một chiều khi cĩ tốc độ thay đổi ta xác định các biến vào ra của khối mờ để đảm bảo tạo tín hiệu điều được chính xác hơn. - Ứng dụng điều khiển mơ trong hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Bộ điều khiển mờ. * Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu nguyên lý điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập dùng PID và ứng dụng bộ điều khiển mờ. - Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập trên nền Matlab & Simulink. 4 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu cấu trúc động cơ điện một chiều kích từ độc lập, phân tích và thiết kế các bộ điều khiển, nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển mờ. - Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng phần mềm Matlab & Simulink để xây dựng mơ hình mơ phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài * Ý nghĩa khoa học Đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai quan tâm đến ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cách thức thiết kế và mơ hình hĩa mơ phỏng trên Matlab Simulink. * Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ gĩp phần hồn thiện một phương pháp điều khiển mới khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp điều khiển kinh điển, nhằm giải quyết vấn đề cấp bách hiện nay là nâng cao chất lượng điều khiển truyền động động cơ điện một chiều. 6. Cấu trúc của luận văn Ngồi phần mở đầu, trong luận văn cịn cĩ các phần và chương kế tiếp như sau: Chương 1: Tổng quan động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Chương 2: Tổng hợp hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập dùng PID. Chương 3: Tổng quan về điều khiển mờ. Chương 4: Ứng dụng điều khiển mờ trong hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Kết luận và kiến nghị. 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.1. Khái niệm chung 1.1.2. Nguyên lý cấu tạo động cơ điện một chiều 1.1.3. Phân loại động cơ điện một chiều 1.1.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 1.2. MƠ TẢ TỐN HỌC ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.2.1. Động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập 1.2.2. Động cơ điện một chiều trong chế độ quá độ 1.2.2.1. Mơ tả chung 1.2.2.2. Trường hợp khi từ thơng kích từ khơng đổi 1.3. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VỊNG HỞ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.3.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng Dựa vào cấu trúc điều khiển của động cơ điện một chiều như trên hình 1.5, ta xây dựng mơ hình mơ phỏng động cơ điện một chiều trên nền Simulink như sau: Hình 1.8. Mơ hình mơ phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập trên nền simulink 6 1.3.2. Kết quả mơ phỏng 1.3.2.1. Khi khơng cĩ tải Tiến hành khảo sát mơ hình ở chế độ khơng tải. Điện áp ban đầu đặt vào động cơ bằng điện áp định mức. Hình 1.9. Đáp ứng dịng điện phần ứng và tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải. 1.3.2.2. Khi cĩ tải Để xét ảnh hưởng của phụ tải đối với động cơ, ta đặt trị số điện áp bằng điện áp định mức, sau 1 giây đặt mơmen tải vào động cơ. Hình 1.10 thể hiện đáp ứng dịng điện và tốc độ động cơ khi cĩ tải. 7 Hình 1.10. Đáp ứng dịng điện phần ứng và tốc độ của động cơ khi cĩ tải Từ đáp ứng tốc độ trên hình (1.10) ta thấy rằng cùng với một giá trị điện áp đặt, khi phụ tải thay đổi tốc độ động cơ thay đổi theo, sau thời gian 1.2 giây hệ thống đi vào ổn định. 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trên cơ sở khảo sát các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta rút ra được các kết luận sau: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập là một đối tượng phi tuyến, - Khi khởi động trực tiếp động cơ, trong thời gian quá độ, dịng điện phần ứng tăng lên rất lớn so với dịng điện định mức, thời gian để động cơ ổn định lớn. 8 - Khi thay đổi tải thì tốc độ động cơ thay đổi nhiều, - Việc điều chỉnh tốc độ động cơ tương đối dễ dàng bằng cách sử dụng các bộ nguồn điều chỉnh được như hệ thống máy phát - động cơ, hệ thống chỉnh lưu điều khiển - động cơ….Tuy nhiên tốc độ của động cơ thay đổi mạnh theo phụ tải, do đĩ khơng cĩ khả năng ổn định tốc độ tại điểm tốc độ chọn. Để ổn định được tốc độ động cơ cần thiết lập các mạch vịng điều khiển, tín hiệu vào cho các bộ điều khiển chính là các tín hiệu phản hồi dịng điện, tốc độ của hệ thống. Trong luận văn này tác giả ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển tốc độ điều khiển hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập. CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐIỀU CHỈNH HAI THƠNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP DÙNG PID 2.1. THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ 2.1.1. Khái quát về bộ điều khiển PID 2.1.2. Các phương pháp xác định tham số bộ điều khiển PID 2.1.2.1. Phương pháp Ziegler-Nichols 2.1.2.2. Phương pháp Chien-Hrones-Reswick 2.1.2.3. Phương pháp tối ưu modul 2.1.2.4. Phương pháp tối ưu đối xứng 2.2 TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 2.2.1. Tổng hợp vịng điều chỉnh dịng điện 2.2.2. Tổng hợp vịng điều chỉnh tốc độ 2.2.3. Xây dựng mơ hình mơ phỏng 2.2.4. Kết quả mơ phỏng 9 2.2.5. Tổng hợp điều chỉnh sức điện động 2.2.6. Tổng hợp điều chỉnh hai thơng số Một trong những phương án xây dựng cấu trúc hệ thống điều chỉnh hai thơng số là ghép nối đồng thời hai sơ đồ điều chỉnh tốc độ và sức điện động, như trên (hình 3.18), trong đĩ khối N1 cĩ độ dốc khơng đổi. Dựa vào bộ điều chỉnh sức điện động RE là giá trị địn mức của tín hiệu đặt Eđ . Trong vùng điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản thì giá trị đặt của dịng điện kích từ Ikđ là khơng đổi, tương ứng với giá trị khơng đổi của từ thơng. Khi sức điện động đạt đến giá trị đặt thì qua khâu logic LOG giá trị này được so sánh với giá tri Eđ, sai lệch được xử lý bởi bộ điều chỉnh RE tạo dịng điện Ikđ sao cho khi tăng tốc thì từ thơng giảm. Trên cơ sở tổng hợp hệ thống điều chỉnh tốc độ và tổng hợp điều chỉnh sức điện động như trên (hình 3.9) và (hình 3.14) , ta xây dựng mạch vịng điều chỉnh điều chỉnh hai thơng số như trên (hình 3.18). Hình 2.18. Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 10 2.2.6.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng Dựa vào sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 như trên (hình 3.18) ta xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 trên nền Simulink như trên (hình 3.19). Hình 2.19. Mơ hình hệ thống điều chỉnh hai hai thơng số bằng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 trên nền Simulink 2.2.6.2. Kết quả mơ phỏng của hệ thống * Trường hợp khơng cĩ tải Hình 2.21. Đáp ứng tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải 11 Hình 2.22. Sai lệch tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải * Trường hợp cĩ tải Hình 3.24. Đáp ứng tốc độ của động cơ khi cĩ tải Hình 2.25. Sai lệch tốc độ của động cơ khi cĩ tải 12 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 - Khi sử dụng hệ thống điều chỉnh điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số, tốc độ động cơ đạt được đến tốc độ đặt, hạn chế được dịng mở máy của động cơ, Thời gian đáp ứng của hệ thống khi điều chỉnh nhanh (0.7 giây). - Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số cĩ khả năng ổn định được tốc độ khi tải thay đổi, nhưng trong thời gian thay đổi tải thì tốc độ mất ổn định trong vài giây. Để khắc phục nhược điểm đĩ ta thiết kế bộ điều khiển mờ điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG 3.1.1. Định nghĩa tập mờ 3.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng Xây dựng mơ hình mờ cho đối tượng Mơ hình mờ Mamdani. Khâu mờ hĩa. Khâu thực hiện luật hợp thành. Khâu giải mờ. Tối ưu hố hệ thống Mơ hình mờ Sugeno. So sánh hai loại mơ hình. Tổng hợp bộ điều khiển mờ Cấu trúc của bộ điều khiển mờ. Nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ. Các bước thực hiện khi xây dựng bộ điều khiển mờ. 13 3.2. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Như vậy việc áp dụng kỹ thuật mờ đã cho ra đời các bộ điều khiển với những tính chất khá hồn hảo và tạo ra một khả năng mới trong kỹ thuật điều khiển tự động, đĩ là điều khiển các đối tượng phức tạp. Một điều rất lý thú là các bộ điều khiển mờ cho phép lặp lại các tính chất của các bộ điều khiển kinh điển. Các bộ điều khiển mờ cho phép thiết kế rất đa dạng, vì qua việc tổ chức các nguyên tắc điều khiển và chọn tập mờ cho các biến ngơn ngữ cho phép người ta thiết kế các bộ điều khiển mờ khác nhau. Một điểm quan trọng nữa là khối lượng cơng việc cần thực hiện khi thiết kế một bộ điều khiển mờ hồn tồn khơng phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng. Điều đĩ cĩ nghĩa là quá trình xử lý của một bộ điều khiển mờ với những nguyên tắc điều khiển cho các đối tượng cĩ đặc tính động học khác nhau là hồn tồn như nhau. CHƯƠNG 4 : ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐIỀU CHỈNH HAI THƠNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 4.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG 4.1.1. Xác định các biến vào ra Bộ điều khiển mờ được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, theo kinh nghiệm thì bộ mờ gồm cĩ hai đầu vào và một đầu ra. - Đầu vào thứ 1 là sai lệch giữa tốc độ đặt và tốc độ thực của hệ thống, đại lượng này được ký hiệu là E. - Đầu vào thứ 2 là tốc độ biến thiên theo thời gian của tốc độ thực tế dn/dt, đại lượng này được ký hiệu là Dn. 14 - Đầu ra là điện áp vào bộ chỉnh lưu, đại lượng này được ký hiệu là CU. 4.1.2. Xác định tập mờ. Miền giá trị vật lý của các biến ngơn ngữ vào/ra Căn cứ vào tốc độ định mức của động cơ, ta qui đổi ra điện áp tương ứng, xác định được các miền giá trị rõ tới hạn cho các biến vào và ra: + Sai lệch E được chọn trong miền giá trị [-160,160]. + Tốc độ biến đổi Dn được chọn trong miền giá trị [-800,+800]. + Đầu ra CU cĩ miền giá trị nằm trong khoảng [-1,1]. Giá trị tập mờ Xác định số lượng tập mờ (các giá trị ngơn ngữ) cần thiết cho các biến: Nguyên lý chung là số lượng các giá trị ngơn ngữ cho mỗi biến nên nằm trong khoảng từ 3 đến 10 giá trị. Nếu số lượng ít hơn 3 thì quá thơ và ít cĩ ý nghĩa vì khơng thực hiện được việc lấy vi phân. Nếu lớn hơn 10 thì quá mịn con người khĩ cĩ khả năng cảm nhận quá chi ly, bao quát hết các trường hợp xảy ra và ảnh hưởng đến bộ nhớ, tốc độ tính tốn. Vì vậy, chọn số lượng tập mờ cho mỗi biến đầu vào là 7 và biến đầu ra là 7, cụ thể như sau: Hình 4.1. Cấu trúc bộ điều khiển mờ 15 Hình 4.2. Xác định tập mờ cho biến vào E + E ∈ {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}. + Dn ∈ {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}. + CU ∈ {{NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}. Trong đĩ ký hiệu: + NB – Âm nhiều; + NM – Âm vừa; + NS – Âm ít; + ZE – Zero. + PB – Dương nhiều; + PM – Dương vừa; +PS – Dương ít. 4.1.3. Xác định hàm liên thuộc Hàm liên thuộc là vấn đề cực kỳ quan trong và rất khĩ nĩi chính xác. Nhưng trong kỹ thuật điều khiển thường ưu tiên chọn hàm liên thuộc kiểu hình tam giác hoặc hình thang. Các loại này cĩ biểu thức đơn giản, tính tốn dễ dàng, tuy nhiên các hàm liên thuộc này chỉ gồm các đoạn thẳng nên khơng mềm mại ở các điểm gãy. 16 Hình 4.3. Xác định tập mờ cho biến vào Dn Hình 4.4. Xác định tập mờ cho biến ra CU 4.1.4. Xây dựng các luật điều khiển Dựa vào bản chất vật lý, các số liệu vào ra cĩ được, kinh nghiệm, và dựa vào đặc tính quá độ thường gặp của hệ thống điều khiển dùng PID Ta cĩ thể xây dựng luật điều khiển như sau: Nếu E dương nhiều và Dn là Zero Thì CU dương nhiều. Nếu E Zero và Dn là dương nhiều Thì CU âm vừa. Với suy luận tương tự, mỗi một biến ra ta cĩ tổ hợp của 7 x 7 = 49 luật cụ thể như sau: 17 Bảng 4.1: Luật điều khiển E CU NB NM NS ZE PS PM PB NB ZE PS PM PB PB PB PB NM NS ZE PS PM PB PB PB NS NM NS ZE PM PM PB PB ZE NB NM NS ZE PM PS PB PS NB NB NM NS NM(0.9) ZE PM PM NB NB NB NM NM NS PS Dn PB NB NB NB NB NB NB ZE Dùng luật hợp thành Sum-Prod, giải mờ theo phương pháp trọng tâm, Khi đĩ hệ số CU được tính tốn lúc điều khiển là: ( ) ( ) ( ) ( )∑ ∑ = = − = 49 1 49 1 /.)( /.)( )( l BA l BA l p dtdnte dtdntey tCU ll ll µµ µµ Trong đĩ lpy − là tâm của các tập mờ tương ứng Sau khi xây dựng mơ hình mơ phỏng bao gồm bộ điều khiển mờ để điều khiển tốc độ động cơ, và đối tượng điều khiển là động cơ, ta 18 tiến hành quá trình thử nghiệm với các giá trị J đặt khác nhau để phát hiện các “lỗ hổng”, nếu cĩ “lỗ hổng” xuất hiện ta phải quay lại điều chỉnh bộ chỉnh định mờ bằng cách điều chỉnh lại độ che phủ lên nhau của các giá trị ngơn ngữ, điều chỉnh lại các luật điều khiển, trường hợp bộ điều khiển làm việc khơng ổn định thì ta phải kiểm tra lại luật “Nếu . . . thì” cơ sở. Sau khi biết chắc bộ điều khiển đã ổn định và khơng cĩ “lỗ hổng”, ta tiến hành tối ưu hố các trạng thái làm việc của nĩ theo các chỉ tiêu chất lượng động và tĩnh. Để chỉnh định bộ điều khiển theo các chỉ tiêu này ta phải hiệu chỉnh hàm liên thuộc, thiết lập các nguyên tắc điều khiển phụ và thay đổi một số nguyên tắc điều khiển. Cuối cùng ta được bộ điều khiển mờ như đã trình bày. 4.2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG: 4.2.1. Xây dựng mơ hình đối tượng điều khiển Dựa trên mơ tả động lực học của động cơ điện một chiều và mơ hình mơ phỏng hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 (Hình 2.18 và hình 1.19, mục 2.2.6 và 2.2.7) của đối tượng, ta xây dựng mơ hình đối tượng điều khiển trên nền Simulink như sau: Hình 4.5. Mơ hình đối tượng điều khiển trên nền Simulink 19 4.2.2. Xây dựng mơ hình bộ điều khiển Dựa vào sơ đồ mơ hình hệ thống điều chỉnh hai thơng số dùng PID (hình 2. 19, mục 2.2.7) ta sử dụng bộ điều khiển mờ để thay thế cho bộ điều khiển PID vịng tốc độ, để điều khiển tốc độ động cơ. Thực hiện kết nối giữa bộ điều khiển mờ và đối tượng điều khiển, được xây dựng trên nền Simulink như (hình 4.6). Thơng số động cơ được khai báo trên m.file với tên: Thongsodongco. Hình 4.6. Mơ hình hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng điều khiển mờ trên nền Simulink Từ mơ hình đối tượng (Hình 4.5) và mơ hình hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng điều khiển mờ (Hình 4.6), ta rút ra được mơ hình hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng điều khiển mờ trên nền Simulink được rút gọn như sau. 20 Hình 4.7. Mơ hình hệ thống điều chỉnh hai thơng số bằng điều khiển mờ trên nền Simulink được rút gọn. 4.3. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.3.1. Trường hợp khơng cĩ tải Hình 4.8. Đáp ứng tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải 21 Hình 4.9. Sai lệch tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải 4.3.1. Trường hợp cĩ tải Hình 4.10. Đáp ứng tốc độ của động cơ khi cĩ tải Hình 4.11. Sai lệch tốc độ của động cơ khi cĩ tải 22 4.4. SO SÁNH BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 4.4.1. Trường hợp khơng cĩ tải Hình 4.12. Đáp ứng tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải Hình 4.13. Sai lệch tốc độ của động cơ khi khơng cĩ tải 4.4.2. Trường hợp cĩ tải Hình 4.14. Đáp ứng tốc độ của động cơ khi cĩ tải 23 Hình 4.15. Sai lệch tốc độ của động cơ khi cĩ tải 4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 Với kết quả mơ phỏng ở trên ta nhận thấy rằng với bộ điều khiển mờ như đã thiết kế thì chất lượng của hệ thống luơn luơn được đảm bảo khi tải của động cơ thay đổi. Khi cĩ tải ta nhận thấy rằng bộ điều khiển mờ thiết kế chất lượng của hệ thống luơn luơn ổn định, cịn bộ điều khiển PID khi cĩ tải thì hệ thống thay đổi sau 0.7 giây mới ổn định. Kết quả mơ phỏng thu được hồn tồn phù hợp với các kết quả nghiên cứu lý thuyết, điều này chứng tỏ rằng thuật tốn và cách thức xây dựng bộ điều khiển mờ là đúng đắn và chất lượng hơn bộ điều khiển PID. Kết quả mơ phỏng một lần nữa đã minh chứng và khẳng định rằng việc áp dụng bộ điều khiển mờ hồn tồn cĩ thể đảm ứng được yêu cầu chất lượng điều khiển của hệ truyền động. 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn “Ứng dụng điều khiển mờ trong hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thơng số động cơ điện một chiều kích từ độc lập” cĩ nhiệm vụ thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách điều chỉnh hai thơng số và dùng điều khiển mờ để thay cho bộ điều khiển PID vịng tốc độ. 1. Kết luận Luận văn đã giải quyết được các vấn đề sau: - Thiết kế PID tương tự cho hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thong số động cơ một chiều kích từ độc. - Nghiên cứu đặc điểm của điều khiển mờ. - Ứng dụng bộ điều khiển mờ với đối tượng điều khiển là động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Qua các kết quả thu được từ mơ phỏng hệ thống trên nền Simulink cho thấy: Các bộ điều khiển mà luận văn đã xây dựng là đạt yêu cầu, độ quá điều chỉnh, sai lệch rất nhỏ, thời gian đáp ứng nhanh, số lần dao động của hệ truyền động đều tốt. Như vậy bộ điều khiển đã nghiên cứu trong luận văn hồn tồn đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng điều khiển cho hệ truyền động và cĩ khả năng ứng dụng vào thực tế điều khiển. Ngồi ra, ta cũng thấy rằng việc xây dựng mơ hình mơ phỏng trên Matlab/Simulink chỉ phù hợp cho giai đoạn phân tích đối tượng, phục vụ cho việc thiết kế, giảm chi phí trong quá trình nghiên cứu thiết kế các bộ điều khiển. Do khả năng cĩ hạn, khối lượng cơng việc tương đối nhiều nên luận án chỉ dừng lại ở mơ phỏng, chưa đi vào mơ hình thực tế. 2. Kiến nghị cho những nghiên cứu tiếp theo - Tiếp tục nghiên cứu để áp dụng vào mơ hình thực tế.