Ứng dụng logic mờ điều khiển mức trong hệ thống điều khiển quá trình

Bài viết Ứng dụng logic mờ điều khiển mức trong hệ thống điều khiển quá trình mô tả một phương pháp điều khiển mức trong hệ thống điều khiển quá trình. Chiều cao (mức) của một chất lỏng trong bồn được điều khiển dựa vào giá trị sai số của mức, đạo hàm sai số của mức và sử dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển sao cho chiều cao của chất lỏng không đổi dù có các yếu tố nhiễu tác động vào hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng logic mờ điều khiển mức trong hệ thống điều khiển quá trình Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, số 6(4/2007) Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 63 ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN MỨC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Nguyễn Ngọc Phương Nguyễn Xuân Quang ABSTRACT This paper describes a method of the level control in process control system. The control of the height (level) of the liquid in a tank bases on the value of the level error and the value of the differential of the level error. The fuzzy controller is used to control so that the height of the liquid is always constant regardless of noise. The results of the experiment and the simulation show that the controller meets our requirements. This results were applied specifically in the process control system (level, flow, pressure, temperature) of the mechatronic lab of the Ho Chi Minh City University of Technical Education. TÓM TẮT Bài báo này mô tả một phương pháp điều khiển mức trong hệ thống điều khiển quá trình. Chiều cao (mức) của một chất lỏng trong bồn được điều khiển dựa vào giá trị sai số của mức, đạo hàm sai số của mức và sử dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển sao cho chiều cao của chất lỏng không đổi dù có các yếu tố nhiễu tác động vào hệ thống. Kết quả thí nghiệm và kết quả mô phỏng cho thấy, bộ điều khiển mờ đã đáp ứng được yêu cầu đề ra. Kết quả nghiên cứu này được ứng dụng cụ thể trong hệ thống điều khiển quá trình (bao gồm điều khiển mức, lưu lượng, áp suất, nhiệt độ) của phòng thí nghiệm Cơ điện tử của Trường ĐHSP Kỹ thuật Tp. HCM. mức nước hiện tại trong bồn. Mô hình I. GIỚI THIỆU động học của hệ thống [1] được biểu diễn Hiện nay, việc ứng dụng các lý thuyết theo phương trình sau đây: điều khiển vào trong hệ thống điều khiển & c 1 quá trình đã đem lại hiệu quả rất lớn đến h(t ) = − h(t ) + u (t ) (1) A A chất lượng của quá trình điều khiển. Ứng dụng logic mờ vào trong bộ điều khiển là Với A: tiết diện của bồn, c là hằng số. vấn đề được nhiều người nghiên cứu quan tâm, vì đây là một phương pháp đơn giản, sử dụng các hiểu biết thực tế để điều khiển h(t) các đối tượng có mô hình toán không u(t) chính xác hoặc đối tượng điều khiển là phi tuyến. Bài báo này nghiên cứu lý thuyết Hình 1: Mô hình bồn nước điều khiển mờ, trên cơ sở đó nhóm tác giả 2. Mục tiêu bài toán đề xuất bộ điều khiển mờ trực tiếp để điều khiển mức trong hệ thống điều khiển quá Thiết kế bộ điều khiển sao cho mức trình. nước trong bồn h(t) thỏa mãn phương trình sau: II. ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC TRÊN CƠ SỞ LOGIC MỜ lim(h(t ) − hd (t )) = 0 (2) t →∞ 1. Mô hình động học của đối tượng Trong đó: h(t) là mức nước hiện tại của Đối tượng điều khiển là bồn nước, tín của bồn hiệu vào u(t) là lưu lượng nước chảy vào hd(t) là mức nước đặt của bồn bồn, tín hiệu ra y(t ) = h(t) là chiều cao Ứng dụng logic mờ điều khiển mứctrong hệ thống điều khiển quá trình 64 3. Thiết kế bộ điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ được thiết kế có sơ đồ khối như sau: ~ Δh A1 Boä luaät ~ y Môø hoaù ~ Giaûi môø u(t) & Δh A2 Phöông phaùp suy dieãn Hình 2: Sơ đồ khối của bộ điều khiển Với: Δh là biến ngõ vào sai lệch được Khoảng giá trị của đạo hàm trong xác định theo công thức: khoảng từ –1,5 đến 1,5 căn cứ vào giá trị sai số lớn nhất trong một lần lấy mẫu. Δh = h(t ) − hd (t ) (3) Trong khoảng từ –1,5 đến 1,5 ta chia làm & Δ h là đạo hàm bậc nhất của Δh ba giá trị tương ứng với 3 hàm liên thuộc là: NEG (giảm); ZERO ( không đổi); POS 3.1. Biến đầu vào (tăng). Để xây dựng bộ điều khiển mờ, trước tiên ta xác định các biến đầu vào, miền giá trị vật lý tương ứng cũng như các hàm liên thuộc của chúng. Biến đầu vào giá trị sai lệch - Miền giá trị vật lý ngõ vào: [ 0;20] - Số giá trị mờ: 5 - Dạng hàm liên thuộc: Dạng hàm tam giác. Miền giá trị vật lý được chọn dựa vào Hình 3: Biến ngõ vào mức sai lệch chiều cao lớn của bồn. Trong khoảng giá trị này ta chia ra làm 5 khoảng tương ứng với 5 hàm liên thuộc của tập mờ, 5 hàm liên thuộc được đặt tên là: MOT, HAI, BA, BON, NAM, tương ứng với 5 mức lớn dần của mức sai lệch. Việc lựa chọn hàm liên thuộc là hàm tam giác sẽ thuận lợi cho việc lập trình. Biến đầu vào đạo hàm giá trị sai lệch. - Miền giá trị vật lý: [ -1,5;1,5] - Số giá trị mờ: 3 ...