Luận văn
Thiết kế bộ điều khiển cho
đối tượng bình mức
1
Mục lục
Lời nói đầu 3
Phần I : Giới thiệu về đối tượng điều khiển , bộ
điều khiển mờ và bộ điều khiển kinh điển PID 4
1. Đối tượng điều khiển: 4
2. Bộ điều khiển mờ 10
3. Bộ điều khiển PID 11
Phần II : Thiết kế bộ điều khiển mờ 12
1. Các biến vào ra: 12
2. Xây dựng luật điều khiển: 12
Phần III : Bộ điều khiển kinh điển PID 13
1. Nhận dạng đối tượng 13
2. Xác định thông số cho đối tượng: 14
Phần IV : Kết luận 15
2
Lời nói đầu
Chuyên đề nghiên cứu : Thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng bình
mức ( Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức thông nhau ) .
Chuyên đề được xây dựng dưới dạng một bài tập tổng hợp . Giúp ta
biết cách vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học vào một bài
toán cụ thể hoàn chỉnh
Do thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi thiếu sót .Rất mong có
được đóng góp của thầy cô để chuyên đề được thêm đầy đủ hơn.
Chúng em rất chân thành cảm ơn thầy : Lê Minh Kiên , đã giúp đỡ
chúng em hoàn thành đề tài này.
Nhóm sinh viên thực hiện:


- Level 1 , Level 2 là các mức( chiều cao) chất lỏng trong bình 1
và bình 2.Mức chất lỏng tối đa trong 2 bình là 1000.

Valve 1
Valve 2 Valve 3
Flow 1
Flow 2
Flow 3
Level 1
Level 2
Tank 1 Tank 2
4
Đối tượng điều khiển là bình mức như hình vẽ: ( mô phỏng
Matlap).

Đối tượng điều khiển gồm hai khối:
- Khối single-Tank chính là đối tượng ta đang xét
- Khối single-Tank Gui trợ giúp cho việc mô phỏng
- Các ký hiệu:
In Valve : Độ mở van vào
Out Valve : Độ mở van ra
Level: Mức nước trong bình
In Flow:Tốc độ lưu lượng vào
Out Flow: Tốc độ lưu lượng ra
SP : Giá trị đặt cho mức nước trong bình
Các đầu vào – ta của khối tow-tank được qui định như sau:
- Các đầu vào valve 1, valve 2 và valve 3 là độ mở van tương
ứng, nhận các giá trị thực trong khoảng từ 0.0 đến 1.0 . Giá
trị 0.0 tương ứng với trường hợp van đóng hoàn toàn, giá trị
1.0 tương ứng với trường hợp van mở hoàn toàn(100%). Các

độ đặt từ bên ngoài . Mặc định là hộp này không được chọn.
Giao diện đồ họa tương tác:

Khối tank gui:
- Số đầu vào :3
- Số đầu ra : 5
- Chức năng: cung cấp giao diện đồ hạ tương tác cho hệ thống
một bình mức.(khi hoạt động ,khối tank gui sẽ tạo giao diện
đồ họa như hình vẽ dưới: )
7
Các đầu vào:
Các đầu vào : Level 1 và level 2 tương ứng là mức chất
lỏng hiện thời trong bình 1 và bình 2. Trong quá trình mô
phỏng , giá trị đặt của các đầu vào này được thể hiện tức thời
trên hình ảnh của bình mức tương ứng của giao diện đồ họa .
Các giá trị này bị chặn trong khoảng từ 0.0 đến chiều cao
của bình mức tương ứng
Đầu vào valve là một vector tương ứng với các giá trị độ
mở van được điều khiển từ bên ngoài khối thay vì từ các
thanh trượt trên giao diện đồ họa . số phần tử của vector này
phải đúng bằng số van được điều khiển từ bên ngoài khối ,
theo thứ tự từ van 1 đến van 3.

Các đầu ra :
Các đầu ra SP1 và SP2 tương ứng là các giá trị điểm đặt
cho bình 1 và bình 2 , được xác định bằng giá trị của thanh
trượt tương ứng trên giao diện đồ họa . khi người dùng thay
đổi giá trị điểm đặt trên giao diện đồ họa thì lập tức giá trị
của các đầu ra này thay đổi theo tương ứng.
Các đầu ra valve 1, valve 2 và valve 3 tương ứng là các

nhật hình ảnh và cập nhật thanh trượt) .Giá trị chu kỳ này
được tính theo giây (s) .Nếu giá trị này là -1 thì khối Two –
Tank GUI sẽ được cập nhật theo sự thay đổi của các đầu vào
của nó, nghĩa là chịu sự điều khiển của các khối đưa ra giá
trị tới các đầu vào của nó.
9
Ví dụ về sử dụng khối :
Trong bài toán của ta : hệ thống 2 bình mức , trong đó van 1 và
van 2 do người sử dụng đặt van 3 là thay đổi ( thay đổi từ bên ngoài khối
) .
2. Bộ điều khiển mờ
Trong thực tế nhiều giải pháp tổng hợp và thiết kế bộ điều khiển
kinh điển thường gặp khó khăn khi gặp những bài toán có độ phức
tạp của hệ thống cao, độ phi tuyến lớn…

Khái niệm về logic mờ được giáo sư L.A Zadeh đưa ra lần đầu
tiên năm 1965, tại trường đại học Berkeley, bang California – Mỹ
từ đó lý thuyết mờ được phát triển và ứng dụng rộng rãi.

Năm 1970 tại trường Mary Queen, London – Anh , Ebrahim
Mamdani đã dùng logic mờ để điều khiển một máy hơi nước mà
ông không thể điều khiển được bằng kỹ thuật cổ điển. Tại Đức
Hann Zimmermann đã dùng logic mờ cho hệ ra quyết định. Tại
Nhật logic mờ được ứng dụng vào nhà máy xử lý nước của Fuji
Electronic vào 1983, Hệ thống xe điện ngầm của Hitachi vào 1987
Lý thuyết mờ được ra đời ở Mỹ , ứng dụng đầu tiên ở Anh và
phát triển mạnh mẽ ở Nhật .Trong lĩnh vực tự động hóa logic mờ
ngày càng được ứng dụng rộng rãi.Nó thực sự hữu dụng với các
đối tượng phức tạp mà ta chưa biết rõ hàm truyền .
Những khó khăn trong bộ điều khiển kinh điển có thể được khắc

Phần II : Thiết kế bộ điều khiển mờ
1. Các biến vào ra:
Bộ điều khiển có hai đầu vào :
- Sai lệch giữa giá trị SP và mức level ký hiệu là y
- Độ mở van ra ký hiệu là x
Đầu ra là độ mở van vào In Valve ký hiệu là z
Ta có:
0 ≤ x ≤ 1
0 ≤ z ≤ 1
-100 ≤ y ≤ 100
Việc định nghĩa các tập mờ các biến vào ra ta theo dõi trên FIS
EDITOR
2. Xây dựng luật điều khiển:
Ta xây dựng trên quy tắc sau:
- Nếu y ≤ 0 thì z = 0 tức là khi level lớn hơn SP thì van vào
khóa an toàn
- Nếu y > 0 thì x khác 0 . Tuy nhiên giá trị của x thì phải phụ
thuộc vào độ mở van vào z . Ta không thể cho x = z được
bởi vì In Flow Rate và Out Flow Rate tùy thuộc vào đối
tượng
Chú ý:
+ Việc chỉnh định x theo z là theo kinh nghiệm chứ không có
công thức .
12
+ Số lượng các tập mờ cho mỗi biến thì sẽ tỷ lệ thuận với chất
lượng của bộ điều khiển

Phần III : Bộ điều khiển kinh điển PID
1. Nhận dạng đối tượng
Ta xác định mô hình đối tượng thông qua phương pháp thực

ct
(t) với trục thời gian
chính là tham số T
- Lấy một đoạn bất kỳ của đường tiệm cận y
ct
(t) , chiếu nó lên
hai trục tọa độ để có ∆
y
và ∆
t
rồi tính k = ∆
y
/ (u
0.
∆
t
)
Ta thu được kết quả:
K = 2,33
T = 4.2
14
Phần IV : Kết luận
Qua việc xây dựng hai bộ điều khiển PID và mờ cho một đối tượng
cụ thể ta có thể rút ra các nhận xét sau:
Đối với bộ mờ:
- Do không cần quan tâm đến mô hình cửa của đối tượng nên
khối lượng thiết kế giảm nhiều
- Điều khó khăn khi xây dựng bộ điều khiển mờ đó là phải
xây dựng đúng luật điều khiển. Nó có ý nghĩa quyết định tới
chất lượng của bộ điều khiển. Muốn vậy người thiết kế phải