Lu
Lu
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành




________________________________________________________________
________________________________________________________________
3.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN VÀ THUẬT TỐN PID KINH ĐIỂN:
Hệ thống điều khiển cơ bản :
Một hệ thống điều khiển cơ bản bao gồm ba thành phần :
•Bộ điều khiển
•Đối tượng Điều khiển
•Thành phần cảm biến và các thiết bị đo lường
Cảm biến
Hình 3.1 :cấu trúc hệ thống
điều khiển vòng kín
Bộ điều khiển
Đối tượng
điều khiển
Một hệ thống điều khiển vòng kín như trên có thể được dưới dạng phương trình
vi phân tổng qt :








=
−
−
)(,
)(
,...,
)(
),(,
)(
1
1
tr
dt
tyd
dt
tdy
tytF
dt
tyd
n
n
n
n
Trong đó r(t) là đầu vào của hệ thống
y(t) là đầu ra của hệ thống
F là một hàm số , thơng thường F là hàm phi tuyến .
Nếu sử dụng phương trình trạng thái , hệ thống điều khiển có thể được mơ tả
bằng phương trình
u(t) = h [t , x(t) , r(t) ]
Trong đó u(t) là tín hiệu điều khiển đối tượng

r(t) là đầu vào của hệ thống
x(t) là ma trận trạng thái
Thuật tốn PID kinh điển :
+Luật điều khiển P : luật điều khiển P tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tín hiệu
sai lệch . Nếu sai lệch nhỏ, bộ điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển nhỏ . Nếu sai lệch
lớn , bộ điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển lớn .
Phương trình mơ tả luật điều khiển P :

)(.)( teKtu
P
=
________________________________________________________________
________________________________________________________________
SVTH : S
SVTH : S
ú Hồng Kiệt
ú Hồng Kiệt
Trang
Trang
45
45


Lu
Lu
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành





________________________________________________________________
________________________________________________________________
Trong ñó : u(t) là tín hiệu ñiều khiển
e(t) là tín hiệu sai lệch (ñầu vào bộ ñiều khiển )
K
P
là hệ số tæ lệ
+Luật ñiều khiển PI : luật ñiều khiển PI là sự kết hợp khâu tæ lệ P và khâu tích
phân I có tác dụng loại bỏ các sai lệch tónh . Khâu tích phân I sẽ liên tục thay ñổi tín
hiệu ñiều khiển cho ñến khi sai lệch bằng 0 . Luật ñiều khiển PI ñöợc dùng trong những
hệ thống có tải thay ñổi trong khi luật ñiều khiển P không thể giảm sai lệch xuống mức
chấp nhận ñöợc .
Phöông trình mô tả luật ñiều khiển PI :

∫
+= dtteKteKtu
IP
).(.)(.)(
Trong ñó : u(t) là tín hiệu ñiều khiển
e(t) là tín hiệu sai lệch (ñầu vào bộ ñiều khiển)
K
P
và K
I
là các hệ số tæ lệ
+Luật ñiều khiển PD : luật ñiều khiển PD là sự kết hợp của vi phân D với khâu
tæ lệ P nhằm làm giảm dao ñộng của hệ thống . Khâu vi phân D có tác dụng dự ñốn giá
trò kế tiếp của sai lệch của sai lệch và thay ñổi tín hiệu ñiều khiển cho phù hợp . Luật
ñiều khiển PD ñöợc dùng trong các hệ thống có tải thay ñổi ñột ngột mà luật ñiều khiển

P không thể giữ sai lệch ở mức chấp nhận ñöợc .
Phöông trình mô tả luật ñiều khiển PD :

dt
tde
KteKtu
DP
)(
.)(.)( +=
Trong ñó : u(t) là tín hiệu ñiều khiển
e(t) là tín hiệu sai lệch (ñầu vào bộ ñiều khiển )
K
P
và K
D
là các hệ số tæ lệ
+Luật ñiều khiển PID : luật ñiều khiể PID kết hợp các khâu tæ lệ P , tích phân
I , vi phân D . Khâu tích phân I dùng ñể loại bỏ sai lệch do sự thay ñổi lớn ở tải . Khâu
vi phân D dùng ñể giảm dao do sự thay ñổi ñột ngột của tải .
Phöông trình mô tả luật ñiều khiển PID :

∫
++=
dt
tde
KdtteKteKtu
DIP
)(
.).(.)(.)(
Trong ñó : u(t) là tín hiệu ñiều khiển

e(t) là tín hiệu sai lệch (ñầu vào bộ ñiều khiển )
K
P
, K
I
và K
D
là các hệ số tæ lệ
+Thuật tốn PID tốc ñộ : phöông trình mô tả thuật tốn PID tốc ñộ chính là vi
phân hai vế của phöông trình mô tả luật ñiều khiển PID .

2
2
)(
.)(.
)(
.
)(
dt
ted
KteK
dt
tde
K
dt
tdu
DIP
++=
3.2 HỆ THỐNG ÑIỀU KHIỂN MỜ :
________________________________________________________________

________________________________________________________________
SVTH : S
SVTH : S
ú Hồng Kiệt
ú Hồng Kiệt
Trang
Trang
46
46


Lu
Lu
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành




________________________________________________________________
________________________________________________________________
3.2.1 CẤU TRÚC BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CƠ BẢN :
Hệ thống điều khiển mờ là hệ thống điều khiển có bộ điều khiển là bộ điều khiển
mờ . Một bộ điều khiển mờ cơ bản sẽ bao gồm các thành phần cơ bản sau :
•Khâu hóa mờ
•Cơ cấu suy diễn mờ
•Cơ sở tri thức mờ
•Khâu giải mờ
-Khâu hóa mờ có mhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng rõ của biến đầu vào thành
các đại lượng mờ bằng thực hiện phương pháp giải mờ đã được chọn.

-Cơsở tri thức mờ chứa hai loại thơng tin đó là cơ sở dữ liệu và cơ sở qui luật mờ
. Cơ sở dữ liệu chứa các hàm liên thuộc đã được đònh nghóa cho các biến đầu vào và
đầu ra . Cơ sở qui luật là tập hợp các qui luật điều khiển đã được thiết kế để ánh xạ các
giá trò mờ của các biến đầu vào đến các giá trò mờ của các biến đầu ra .
-Cơ cấu suy diễn mờ gồm các phép tốn hợp thành hay còn gọi là các luật hợp
thành mờ . Có nhiều loại luật hợp thành mờ như luật hợp thành max-min , luật hợp
thành max-product , sum-min …, ta có thể chọn một trong các luật hợp thành này làm
cơ sở cho các q trình suy diễn mờ . Khi hệ thống nhận được các tín hiệu mờ , nó sẽ
sử dụng luật hợp thành mờ đã được chọn kết hợp với các qui luật điều khiển đã được
thiết kế để tạo ra một cơ cấu suy diễn tính kết quả mờ của biến đầu ra .
-Khâu giải mờ sẽ tiếp nhận giá trò mờ của biến đầu ra ( giá trò này có được sau
q trình suy diễn mờ ) và chuyển đổi giá trò mờ này thành giá trò rõ của biến dầu ra
bằng cách thực hiện phương pháp giải mờ đã được chọn . Tín hiệu rõ của biến đầu ra
được dùng để điều khiển đối tượng điều khiển nên còn được gọi là tín hiệu điều khiển.
Cơ sở qui luật Cơ sở dữ liệu
Cơ cấu suy diễn mờ
Khâu mờ hóa Khâu giải mờ
Đầu vào X
Đầu ra Y
________________________________________________________________
________________________________________________________________
SVTH : S
SVTH : S
ú Hồng Kiệt
ú Hồng Kiệt
Trang
Trang
47
47



Lu
Lu
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành
ận văn tốt nghiệp GVHD : Nguyễn Thiện Thành




________________________________________________________________
________________________________________________________________
Hình 3.2 : Các thành phần của bộ điều
khiển mờ
3.2.2 SỬ DỤNG CƠ SỞ LUẬT MƠ TẢ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ :
Hầu hết các hệ thống điều khiển mờ được mơ tả bởi một trong hai dạng là mơ tả
bằng các phương trình quan hệ mờ ( fuzzy relation equations ) hoặc mơ tả bằng cấu trúc
các cơ sở luật mờ ( fuzzy rule-based structures ) .
Nếu mơ tả hệ thống điều khiển mờ bằng các qui luật cơ sở If-Then thì tùy theo
dạng của các giá trò đầu vào và đầu ra của hệ thống , ta có thể mơ tả hệ thống điều
khiển mờ ta sẽ có các kiểu mơ tả khác nhau .
- Kiểu 1 : nếu đầu vào và đầu ra của hệ thống là những tập hợp có dạng singleton
thì hệ thống điều khiển mờ có thể được mơ tả bởi hệ thống cơ sở luật If-Then như sau:
If A
i
: x = x
i
Then B
1
: y = y
i

với i = 1 , 2 , 3 ...
•
•
•
y
y
3
y
2
y
1
0
x
1
x
2
x
3
x
Hình 3.3 : dầu vào singleton
đầu ra singketon

- Kiểu 2 : nếu đầu vào là các tập hợp rõ , đầu ra là các tập mờ có dạng singleton ,
hệ thống điều khiển mờ được mơ tả bằng các luật If-Then có dạng như sau :
If A
i
: x
i-1
< x < x
i

Then B
i
: y = y
i
với i = 1 , 2 , 3 , ...
________________________________________________________________
________________________________________________________________
SVTH : S
SVTH : S
ú Hồng Kiệt
ú Hồng Kiệt
Trang
Trang
48
48


Lu
Lu
n vn tt nghip GVHD : Nguyn Thin Thnh
n vn tt nghip GVHD : Nguyn Thin Thnh




________________________________________________________________
________________________________________________________________
y
y
3

y
2
y
1
0
x
1
x
2
x
3
x
Hỡnh 3.4 : dau vaứo taọp roừ, ủau ra singleton

- Dng 3 : nu ủu vo l cỏc tp hp rừ , ủu ra l cỏc tp m , h thng ủiu
khin m ủửc mụ t bng cỏc lut If-Then cú dng nhử sau :
If A
i
: x
i-1
< x < x
i
Then y = B
i
vi i = 1 , 2 , 3 , ...

x
1
x
2

x
3
x
y
B
1
à
(y)
1
0
B
2
B
3
Hỡnh 3.5 : ủau vaứo taọp roừ , ủau ra taọp mụứ

- Dng 4 : nu ủu vo l cỏc tp m, ủu ra l nhng giỏ trũ dng singleton, h
thng ủiu khin m ủửc mụ t bi lut If-Then cú dng
If x = A
i
Then B
i
: y = y
i


________________________________________________________________
________________________________________________________________
SVTH : S
SVTH : S

ỳ Hng Kit
ỳ Hng Kit
Trang
Trang
49
49