Đề tài Một số ví dụ về điều khiển quá trình, điều khiển số và điều khiển thông minh

Nội dung text: Đề tài Một số ví dụ về điều khiển quá trình, điều khiển số và điều khiển thông minh

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN NHẬP MÔN KĨ THUẬT NGÀNH ĐIỆN MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH, ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH Họ và tên MSSV Lớp Nguyễn Tiến Dũng 20130676 KT ĐK&TĐH-04 K58 Nguyễn Việt Hà 20131172 KT ĐK&TĐH-04 K58 Phạm Trung Hiếu 20131438 KT ĐK&TĐH-04 K58 GV hướng dẫn: Th.s Đinh Thị Lan Anh 1
2. Mục lục LỜI NÓI ĐẦU 3 PHẦN 1: 4 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 4 1.1 Ðiều khiển áp suất đường ống không đổi 5 1.2 Giải pháp điều khiển tự động cho nhà máy xử lý vàng 8 1.3 Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng, phát hiện rò rỉ điện từ xa qua SMS 12 1.4 Hệ thống điều khiển tốc độ (hệ thống của Watt) 16 1.5 Hệ thống điều khiển truy theo mặt trời (Sun Tracking Control of Solar Collectors) 17 PHẦN 2: 19 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ 19 2.1 Hệ thống điều khiển từ xa thông qua vệ tinh 20 2.2 Hệ thống điều khiển hành trình chủ động 21 2.3 Hệ thống điều khiển nhiệt độ lò điện bằng máy tính 25 2.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương phục vụ trồng rau trong giai đoạn vườn ươm 26 2.5 Ứng dụng biến tần YASKAWA E1000 điều khiển PID cho bơm/quạt 30 PHẦN 3: 32 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH 32 3.1 Điều khiển mờ PID cho quá trình mức chất lỏng 33 3.2 Nghiên cứu ba chế độ điều khiển ON/OFF, PID, FUZZY và ứng dụng trong điều khiển mô hình lò nhiệt 39 3.3 Ứng dụng loogic mờ vào bài toán máy giặt 44 3.4 Thiết kế bộ điều khiển thông minh trên nền DSPIC33F 52 2
3. LỜI NÓI ĐẦU Nửa cuối của thế kỷ 20 nhân loại chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật. Thừa hưởng những thành tựu to lớn của công nghệ điện tử, công nghệ máy tính và công nghệ thông tin, công nghệ tự động hoá đã có bước phát triển nhảy vọt. Nếu như trước kia người ta chỉ thực hiện được tự động hoá từng máy riêng rẽ thì ngày nay người ta thực hiện tự động hóa cả quá trình công nghệ và cao hơn nữa tự động hoá cả quá trình sản xuất đồng thời trình độ tự động hoá đã có sự thay đổi về chất. Trong hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ ( ĐK TĐH QTCN ) con người là một khâu quan trọng của hệ thống, giữa người và quá trình công nghệ luôn luôn có sự trao đổi thông tin với nhau. Hệ thống ĐK TĐH QTCN đã đem lại hiệu quả to lớn : nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm. Vì vậy ngày nay hệ thống ĐK TĐH QTCN ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Trong hệ thống sản xuất, ngoài quá trình công nghệ còn có các quá trình điều hành sản xuất khác như : thiết kế sản phẩm, lập kế hoạch sản xuất, kế hoạch vật tư, lao động, kế toán tài chính, kinh doanh tiếp thị v.v Ngày nay nhờ ứng dụng máy tính mà hệ thống điều hành sản xuất này đã được tự động hoá ở mức độ cao. Những hệ thống như vậy được gọi là hệ thống tự động hoá điều hành sản xuất ( TĐH ĐHSX ). Một cách đơn giản người ta có thể coi hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất là hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ cộng với hệ thống tự động hoá điều hành sản xuất. Như vậy có thể viết Hệ TĐH QTSX = Hệ TĐH QTCN + Hệ TĐH ĐHSX. Trong thực tế ranh giới giữa hai hệ trên không hoàn toàn tách biệt mà có sự kết hợp hữu cơ vói nhau thành một thể thống nhất. 3
4. PHẦN 1: MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 4
5. 1.1 Ðiều khiển áp suất đường ống không đổi • Bài viết này sẽ giới thiệu một ứng dụng cụ thể của biến tần INVT trong hệ thống bơm nước với áp suất không đổi. • Giới thiệu: Ðể đáp ứng được những yêu cầu về cấp nước với áp suất không đổi trong công nghiệp, dân dụng cũng như các hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước trong nông nghiệp, dòng biến tần CHV160 được thiết kế đặc biệt để ứng dụng trong các hệ thống cấp nước với áp suất ổn định. Dòng biến tần này được tích hợp công nghệ điều khiển tốc độ qua tần số, công nghệ PLC và bộ điều khiển PID để có thể ứng dụng vào trong các hệ thống điều khiển theo vòng kín. Việc ứng dụng dòng biến tần này vào trong các hệ thống cấp nước sẽ đem lại nhiều lợi thế như có chi phí thấp, mức độ tự động hóa cao, đầy đủ các chức năng bảo vệ, dễ dàng vận hành và mang lại hiệu quả rõ ràng về tiết kiệm nước và năng lượng tiêu thụ. • Nguyên tắc hoạt động: Khi hệ thống cấp nước tự động hoạt động, sẽ có một cảm biến áp suất với độ nhạy cao gắn trên đường ống để phát hiện sự thay đổi của áp suất trên đường ống do nhu cầu tiêu thụ nước thay đổi gây ra, sau đó sẽ truyền tín hiệu thay đổi này về biến tần. Sau khi tính toán và so sánh với giá trị áp suất đặt, biến tần sẽ gửi lệnh thay đổi tần số mới xuống bộ điều khiển tốc độ quay của động cơ cánh quạt của bơm và có thể đưa thêm hay cắt bớt các bơm trong hệ thống. Do vậy ổn định được áp suất nước trên đường ống theo yêu cầu. 5
6. • Sơ đồ làm việc của hệ thống điều khiển nhiều bơm • Ứng dụng cụ thể: • Giả sử một ứng dụng sử dụng hai máy bơm cấp nước với áp suất không đổi điều khiển qua tần số, các chức năng cơ bản được sử dụng liên tục, yêu cầu chế độ khởi động lại nhanh khi có lỗi nguồn để đảm bảo tính liên tục của hệ thống. Từ những yêu cầu này có thể cài đặt các thông số nhu sau: ➢ P0.01 = 1 : Chọn chế độ hoạt động. ➢ P1.15 =1 : Cho phép khởi động lại khi lỗi nguồn. ➢ P2 Nhóm các thông số đầu vào nhập theo tứng ứng dụng cụ thể ➢ P5.02 =1 : Chiều quay thuận. ➢ PF.00 = 1 : Chế độ cấp nước cơ bản. ➢ PF.01 = 0 : Nguồn đặt giá trị áp suất bằng số. ➢ PF.03 =0 : Nguồn phản hồi giá trị áp suất lấy từ đầu vào tương tự AI1. ➢ PF.11 = 1 : Chọn bơm kiểu A, điều khiển bơm theo tần số. ➢ PF.12 : Chọn bơm kiểu B ➢ PF.13 : Chọn bơm theo kiểu CB ➢ PF.18 đến PF.20 : Các thông số liên quan đến dòng điện (Ðặt theo dòng động cơ) ➢ PF.25 : Chọn chế độ cho đầu vào RT1 là điển tần số ➢ PF.26 : Chọn chế độ cho đầu vào RT2 là điều khiển tần số ➢ PF.27 : Chọn chế độ cho đầu vào RT3 là điều khiển tần số ➢ PF.28 : Chọn chế độ cho đầu vào RT4 là điều khiển tần số ➢ PF.29 : Chọn chế độ cho đầu vào RT5 là điều khiển tần số ➢ PF.48 : Chọn các mức áp suất ➢ PF.49 : Thời điểm bắt đầu khoảng thời gian T1 6
7. ➢ PF.50 : Giá trị áp suất trong khoàng thời gian T1 ➢ PF.51 : Thời điểm bắt đầu khoảng thời gian T2 Ngoài ra có thể cài đặt thêm nhiều chức năng khác tuỳ yêu cầu ứng dụng cụ thể. 7
8. 1.2 Giải pháp điều khiển tự động cho nhà máy xử lý vàng Giải pháp tích hợp điều khiển tự động toàn diện trong nhà máy khai thác vàng nhằm đem lại hiệu quả trong quá trình sản xuất, giảm chi phí vận hành, quản lý và tăng hiệu suất thu hồi vàng, giải pháp của chúng tôi sử dụng thiết bị của các hãng sản xuất nổi tiếng như sau: • Thiết bị điều khiển và phần mềm được sử dụng của hãng Rockwell Automation: ControlLogix, CompactLogix, Inverter, HMI, Software • Thiết bị đóng cắt được sử dụng hãng Schneider-Electric: ACB, MCCB, PM, DOL, • Thiết bị cảm biến và chấp hành: Festo, SMC, Hach, Siemens, Yokogawa, Quy trình cơ bản của nhà máy xử lý vàng. Một số đặc điểm chính trong Giải pháp • Dây chuyền sản xuất khép kín từ công đoạn nguyên liệu đầu vào cho đến sản phẩm đầu ra, các công đoạn sản xuất có mối quan hệ chặt chẽ giữa các thông số điều khiển và giá trị đo đạc để xử lý và điều khiển cho toàn bộ quy trình Nhà máy tại phòng điều khiển SCADA. • Điều khiển cụm Crushing: điều khiển các động cơ với công suất đến 500KW, sử dụng phương án khởi động DOL và khởi động mềm. 8
9. • Điều khiển cụm Regrinding (Ballmill): điều khiển các động cơ đồng bộ trung thế công suất lên đến 3MW, được khởi động bằng khởi động mềm không đồng bộ và điều khiển đóng cắt bằng khớp li hợp. • Cụm định lượng nguyên liệu đầu vào liên tục: sử dụng hệ thống loadcell và đầu cân hiển thị tại chỗ và kết nối về hệ thống SCADA thông qua mạng Ethernet. • Điều khiển bơm định lượng hóa chất: bao gồm hệ thống các bơm định lượng hóa chất trong các công đoạn sản xuất và được điều khiển dạng vòng kín qua cảm biến và PID. • Điều khiển hệ thống khí nén cung cấp cho toàn bộ nhà máy dựa trên áp lực hồi về. • Điều khiển hệ thống nước, định lượng nước đưa vào các công đoạn phù hợp dựa trên áp lực và lưu lượng. • Hệ thống nguồn cung cấp cho toàn bộ nhà máy: hệ thống máy phát điện, hệ thống hòa đồng bộ, hệ thống đóng cắt phân phối, tất cả được kết nối và điều khiển giám sát tại phòng điều khiển trung tâm. • Các màn hình HMI điều khiển tại chỗ. Điều khiển các công đoạn theo quy trình công nghệ như: Cyclone, screen, flotation, leaching, electrowining, furnace 9
10. Cấu trúc của hệ thống: • Tầng quản lý: được kết nối với phòng điều khiển thông qua mạng LAN để quản lý dữ liệu thu tập toàn bộ Nhà máy, báo cáo và lưu trữ. Ngoài ra chúng được kết nối internet để quản lý từ xa. • Tầng điều khiển hoạt động nhà máy: Điều khiển tập trung để điều khiển giám sát toàn bộ hoạt động của nhà máy, hệ thống máy tính được thiết kế theo chế độ Client-Server và cho phép dự phòng nóng kết nối đến tất cả các cụm điều khiển của nhà máy. • Tầng xử lý phân tán: bao gồm các bộ điều khiển PAC, PLC được kết nối thông qua mạng truyền thông Ethernet để kết nối về phòng điều khiển trung tâm. • Tầng các thiết bị trường: bao gồm các thiết bị cảm biến, chấp hành và các thiết bị đo đếm và giám sát được kết nối về các bộ điều khiển phân tán để xử lý và gởi về phòng điều khiển trung tâm. • Thiết bị cảm biến: Flowmeters, level sensors, chemical. • Sensors: cyanide sensor, PH sensor • Thiết bị chấp hành: các loại van điều khiển, bơm hỗn hợp, bơm định lượng hóa chất, động cơ điện công suất lớn, hệ thống khí nén • Các thiết bị đo và giám sát: cảm biến dòng, áp, bộ quản lý năng lượng PM, ACB • Các thiết bị này được kết nối vào mạng truyền thông Modbus hay Ethernet đến các bộ điều khiển phân tán để xử lý và gởi về trung tâm. Ưu điểm là các thiết bị này đã được chuẩn hóa theo chuẩn Modbus hoặc Ethernet nên đảm bảo tín hiệu chính xác và có thể kết nối được khoảng cách xa. 10
11. Cấu trúc hệ thống Nhà máy xử lý vàng. Ưu điểm giải pháp: • Điều khiển tập trung: tại phòng điều khiển trung tâm có thể điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của nhà máy. • Kiểm soát được tất cả các tham số hoạt động của Nhà máy từ đó dễ dàng phân tích hiệu quả hoạt động và thu hồi vàng. • Tiết kiệm chi phí sản xuất: giảm bớt nhân công vận hành, dễ dàng bảo trì sửa chữa, dễ dàng quản lý trên cơ sở thống kê dữ liệu trên máy tính. • Quản lý từ xa thông qua internet. • Lưu trữ và báo cáo: dữ liệu vận hành, dữ liệu bảo trì, bảo dưỡng, báo cáo theo ca, ngày, tháng, năm Lợi ích: • Điều khiển tập trung. • Tiết kiệm chi phí sản xuất. • Quản lý đơn giản, mọi lúc mọi nơi. • Tăng hiệu quả thu hồi vàng. 11
12. 1.3 Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng, phát hiện rò rỉ điện từ xa qua SMS • Nhóm tác giả Nguyễn Trọng Kiên, Nguyễn Văn Hoàng ở Công ty Nguyễn Hoàng Tuy (TP Hồ Chí Minh) đã thực hiện thành công “Hệ thống điều khiển, giám sát đèn chiếu sáng công cộng, phát hiện rò rỉ điện từ xa qua hệ thống SMS”. Theo đó, ngoài việc điều khiển chiếu sáng của các bóng đèn công cộng từ xa, hệ thống còn có khả năng phát hiện tình trạng rò rỉ điện đã báo cho bộ phận quản lý kịp thời xử lý. • Mỗi năm, hệ thống đèn chiếu sáng công cộng trên cả nước tiêu tốn nhiều điện năng và gây lãng phí lớn do chưa được điều tiết hợp lý thời điểm bật, tắt đèn. Muốn điều tiết thời gian đèn chiếu sáng phải cần nhân sự đến từng trạm để thay đổi. Nhằm giúp cho việc quản lý giám sát, điều tiết thời gian hoạt động các bóng đèn chiếu sáng công cộng từ xa nhanh chóng mà không cần phải đến từng trạm để điều tiết như hiện nay, qua đó giúp việc điều tiết hợp lý hơn theo từng thời điểm bật, tắt (như sáng 100% công suất vào giờ cao điểm cần chiếu sáng và 50% công suất giờ thấp điểm, điều chỉnh thời gian bật, tắt phù hợp với thời tiết ở Việt Nam), Nhóm tác giả Nguyễn Trọng Kiên, Nguyễn Văn Hoàng đã tìm tòi nghiên cứu và và thành công trong giải quyết vấn đề này. Theo ông Nguyễn Trọng Kiên, hệ thống kiểm soát và điều khiển có 2 phần, gồm: Phần trung tâm; phần nhận lệnh và điều khiển tại mỗi trạm. Phần trung tâm gồm có modem GSM + phần mềm quản lý và điều khiển trạm trung tâm. Một modem kết nối với 50 trạm con (trong trường hợp nhiều trạm hơn thì dùng nhiều modem). Trạm trung tâm này có thể điều khiển và giám sát các trạm con. 12
13. • Phần nhận lệnh điều khiển tại các trạm gồm có: Khối đo dòng điện rò và gửi về vi điều khiển để kiểm soát, nếu dòng điện rò lớn hơn giá trị cài đặt thì hệ thống sẽ cắt điện và báo về trung tâm, giới hạn cài đặt dòng điện rò từ 20 đến 1.000 mA, thiết bị đo dòng diện này được nhập từ Malaysia theo chuẩn công nghiệp. Khối vi điều khiển có nhiệm vụ xử lý và điều khiển các tín hiệu vào/ra khi nhận được lệnh từ phần mềm quản lý trung tâm. Khối modem GSM nhận tin nhắn từ trung tâm yêu cầu để điều khiển và gởi tin nhắn ngược lại trung tâm để giám sát. Khối nguồn dùng để cung cấp nguồn cho hệ thống hoạt động và có ắc quy dự trữ khi mất điện. Khối relay dùng để điều khiển các công tắc đóng/ngắt dòng điện cho bóng đèn. • Nguyên lý hoạt động của hệ thống được tóm tắt như sau: Khi vào trạm, hệ thống sẽ báo động nếu không được tắt từ trước và gửi tín hiệu về trung tâm, báo tin nhắn cho người quản lý trạm. Sau khi ra khỏi trạm, hệ thống được tự động bật bảo vệ sau thời gian 10 giây và gửi tin nhắn báo đã được bật bảo vệ. Điểm nổi bật của hệ thống là cấu hình hoàn toàn bằng tin nhắn với cú pháp cụ thể, có kèm mật khẩu để xử lý trong hệ thống. • Quá trình nghiên cứu cho thấy, những ưu điểm nổi bật của hệ thống là có thể biết được dòng điện rò của trạm là bao nhiêu và số kW tiêu thụ của từng trạm chiếu sáng trên 1 tháng; có nhiều chế độ chiếu sáng thích hợp cho từng khoảng thời gian; dễ dàng phát hiện sự cố hư bóng đèn. Do việc quản lý hoàn toàn trên máy tính nên có thể đưa ra báo cáo rõ ràng cho từng trạm. Bên cạnh đó, chi phí lắp đặt thấp, việc bảo trì dễ dàng (thậm chí có thể bảo trì từ xa); quá trình vận hành nhanh, gọn, chính xác và đặc biệt, tính bảo mật tương đối cao do không cần nối mạng. 13
14. • Ngoài những ưu điểm trên, theo đánh giá của nhóm tác giả, đề tài này mang tính ứng dụng thực tiễn cao do tiết kiệm chi phí trong khâu quản lý và tiêu hao điện năng. Điển hình như việc tắt đúng thời điểm trước 1 giờ đồng hồ hoặc sáng 50% công suất cho giờ thấp điểm cũng đã tiết kiệm được lượng điện không nhỏ nếu tính trên tổng số đèn trong toàn thành phố. Hơn nữa, việc báo cáo nhanh chóng cho người quản lý biết tình trạng rò rỉ điện để kịp thời xử lý cũng đã đảm bảo được độ tin cậy của hệ thống. Dựa vào mạng viễn thông đang phát triển mạnh mẽ hiện nay, thì việc truyền dữ liệu qua lại giữa các thiết bị đảm bảo được độ tin cậy cao. Hơn nữa việc truyền nhận qua SMS sẽ tiết kiệm được các chi phí về bảo trì và quản lý phần trung tâm hơn so với hệ thống kết nối qua Internet. Trong đề tài này, thiết bị được xây dựng với độ bảo mật và ổn định tối đa, xây dựng giao thức có kiểm tra mật khẩu để nối với trung tâm. Ngoài ra, các tin nhắn SMS khác không thể truy nhập được vào hệ thống; các trạm được quản lý bởi một trung tâm hoạt động độc lập thông qua modem GSM riêng. Hiện nay hệ thống đang được vận hành tại trạm BTS HCM089, Thanh Đa, quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh. 14
15. • Ông Nguyễn Trọng Kiên cho biết, nhóm nghiên cứu của ông đang tiếp tục triển khai đề tài lên hướng cao hơn, sâu hơn về kỹ thuật, điển hình như xây dựng phần mềm trung tâm quản lý, tối ưu thiết bị để đạt độ ổn định cao hơn. Cụ thể là sẽ lắp đặt một trạm mẫu có sự phối hợp giữa các cấp ngành để đưa ra các giải pháp tối ưu hơn trong thiết kế, sẽ nâng cấp thiết bị trong việc quản lý công suất và báo cáo của từng trạm lên phần mềm trung tâm thông qua mạng viễn thông, SMS, GPRS 15
16. 1.4 Hệ thống điều khiển tốc độ (hệ thống của Watt) • Nguyên lý cơ bản của máy điều tốc (speed governor) do James Watt chế tạo dùng cho máy được minh họa trong Hình 1. Lượng dầu nhiên liệu (fuel) cung cấp cho máy được điều chỉnh theo hiệu giữa tốc độ mong muốn (desired engine speed) và tốc độ thực (actual engine speed). • Quá trình diễn ra được thực hiện như sau: Máy điều tốc được điều chỉnh sao cho ở tốc độ mong muốn, không có dầu chịu lực chảy vào trong xy lanh thủy lực. Nếu tốc độ thực giảm dưới giá trị mong muốn do nhiễu thì sự giảm do lực ly tâm của máy điều tốc làm cho van điều khiển chuyển động xuống dưới mở van và cung cấp dầu nhiên liệu cho máy cho đến khi đạt được tốc độ mong muốn. Ngược lại khi tốc độ của máy tăng trên mức mong muốn thì sự tăng lực ly tâm của máy điều tốc làm cho van điều khiển chuyển động lên phía trên, đóng van giảm lượng dầu nhiên liệu vào máy, tốc độ của máy điều tốc giảm cho tới khi đạt giá trị mong muốn. • Trong hệ thống điều khiển tốc độ này, đối tượng điều khiển (controlled system hoặc plant) là máy và biến điều khiển (controlled variable) là tốc độc của máy. Sự khác nhau giữa tốc độ mong muốn và tốc độ thực là tín hiệu sai số. Tín hiệu điều khiển (lượng dầu nhiên liệu) được cung cấp cho đối tượng điều khiển (máy) được gọi là tín hiệu kích hoạt (actuating signal). Tín hiệu ngoài làm gây xáo trộn biến điều khiển là nhiễu loạn (disturbance). Sự thay đổi tải không mong muốn là nhiễu loạn. Hình 1: Hệ thống điều khiển tốc độ (Ogata, 2002) 16
17. 1.5 Hệ thống điều khiển truy theo mặt trời (Sun Tracking Control of Solar Collectors) • Hình 1.13 minh họa khái niệm hệ thống thủy điện sử dụng năng lượng mặt trời. Đây là hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời thành nguồn thủy năng. Hệ thống này là kết quả của một dự án nghiên cứu về điện năng không sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch (non-fossil-fuel) cho chính phủ Mỹ tài trợ. Trong hệ thống này có bộ phận điều khiển cho những đĩa hấp thụ năng lượng mặt trời (solar collectors) truy theo hướng mặt trời. Trong thời gian ban ngày, đĩa hấp thụ năng lượng mặt trời sản xuất điện để chạy bơm nước từ trong lòng đất lên bể chứa trên đỉnh đồi, sáng sớm người ta xả hết nước vào hệ thống tiêu nước (irrigation system) – có thể để chạy turbine phát điện (Kuo, 2003). Hình 3: Hình 1.13 Hệ thống tách nước sử dụng năng lượng mặt trời (Kuo, 2003). Chú thích: Water table: Nguồn nước, Solar collector: đĩa nhận năng lượng mặt trời, Sun = mặt trời, Electricity: nguồn điện, Motor: động cơ, Pump: bơm nước, Hill: đồi, Reservoir: bể chứa, Valve: van nước, Irrigation: tiêu nước. • Một trong những đặc tính quan trọng của đĩa hấp thụ năng lượng mặt trời là đĩa đó phải chạy (truy) theo hướng mặt trời một cách chính xác nhằm hấp thụ tối đa năng lượng từ mặt trời cho diện tích của đĩa. Vì vậy chuyển động của đĩa phải được điều khiển bằng một hệ thống điều khiển rất phức tạp. Hình 1.14 mô tả khác 17
18. quát hệ thống truy theo mặt trời cùng với một số thành phần quan trọng. Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển là tốc độ mong muốn định trước được điều chỉnh (thay đổi) theo sai số vị trí thực tế do bộ cảm biến mặt trời quyết định. Bộ điều khiển đảm bảo cho đĩa hấp thụ năng lượng mặt trời hướng vế phía mặt trời vào buổi sang và phát đi tín hiệu “bắt đầu truy theo”. Bộ điều khiển sẽ thường xuyên tính toán tốc độ của mặt trời theo hai trục (trục phương vị - azimuth, và độ cao) điều khiển vào ban ngày. Bộ điều khiển sử dụng tốc độ mặt trời và thông tin của bộ cảm biến mặt trời làm tín hiệu vào để phát lệnh điều khiển mô tơ chính xác để xoay đĩa (collector). Hình 4: Hình 1.14 Những thành phần chính của hệ thống truy theo mặt trời (Kuo et al., 2003). Giải thích: Dish collector – đĩa hấp thụ năng lượng mặt trời, Load - tải, Torque disturbance - nhiễu mô men xoắn, Sun sensor - cảm biến mặt trời, Controller - bộ điều khiển, Position error – sai số vị trí, Trim rate - tốc độ xoay, Sun’s rate - tốc độ mặt trời, Command motor rate - tốc độ mô tơ điều khiển (ra lệnh) – Motor driver - bộ phát động mô tơ, Speed reducer - Bộ giảm tốc 18
19. PHẦN 2: MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ 19
20. 2.1 Hệ thống điều khiển từ xa thông qua vệ tinh • Những tiến bộ về công nghệ máy tính, hệ thống vệ tinh nhân tạo (GPS và vệ tinh viễn thông) cùng những kỹ thuật khác như kỹ thuật Internet và công nghệ thông tin dải băng rộng (broadband), v.v đã cho phép con người nghĩ ra và thiết kế những hệ thống điều khiển từ xa thông qua vệ tinh nhân tạo. Những hệ thống vệ tinh nhân tạo gồm Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS, Global Positioning System), Hệ thống Vệ tinh Dẫn đường Quỹ đạo Toàn cầu (Global Navigation Satellite System, GLONASS) và hệ thống Galileo (trong tương lai không xa) và những vệ tinh viễn thông (telecommunication satellites). Những hệ thống điều khiển này nhằm phục vụ cho hoạt động của những dàn khoan dầu ở ngoài khơi xa bờ, cho những hoạt động thăm dò đáy biển bằng tàu và thiết bị ngầm (underwater vehicles) và dàn phóng vệ tinh đặt trên biển. Ý tưởng của hệ thống điều khiển từ thông qua vệ tinh được minh họa trong hình dưới: Khái niệm điều khiển từ xa thông qua vệ tinh • Trong hình, một hệ thống điều khiển từ xa thông qua vệ tinh cho các thiết bị hoạt động trên biển bao gồm ba khu vực: văn phòng ở trên bờ - trung tâm điều khiển là nơi điều hành nhận các thông tin cần thiết từ đối tượng điều khiển và phát tín hiệu điều khiển lên vệ tinh tới đối tượng điều khiển, vệ tinh nhân tạo quay quanh trái đất đóng vai trò trung chuyển tín hiệu từ văn phòng tới đối tượng điều khiển, và đối tượng điều khiển như tàu biển, dàn khoan, tàu ngầm - ở trên biển có ăng ten thu và phát tín hiệu lên vệ tinh. Trên các đối tượng điều khiển còn có những máy ảnh chụp ảnh tự động và gửi về 20
21. cho trung tâm điều khiển ở trên bờ. Một hệ thống điều khiển từ xa thông qua vệ tinh không còn là ước mơ xa vời nữa mà đang trở thành hiện thực. 2.2 Hệ thống điều khiển hành trình chủ động • Hệ thống điều khiển hành trình chủ động là một tính năng an toàn không thể thiếu trên những mẫu xe hạng sang, cao cấp. Tuy nhiên, để biết Hệ thống có thực sự hữu dụng hay có đáng giá 2000-3000 USD, chúng ta cùng tìm hiểu. • Hệ thống kiểm soát hành trình chủ động ACC - Active Cruise Contro, có khả năng duy trì tốc độ của xe cố định theo ý muốn của lái xe, cảnh báo và tự động giảm tốc khi khoảng cách với xe phía trước nhỏ hơn cho phép. • Hệ thống điều khiển hành trình chủ động ACC được nâng cấp từ hệ thống điều khiển hành trình cơ bản Cruise Control. Bởi vậy trước tiên chúng ta cùng tìm hiểu cấp tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển hành trình (Cruise Control). • Hệ thống điều khiển hành trình (Cruise Control): hệ thống này chỉ có một tính năng duy nhất là duy trì tốc độ cố định của xe trên đường cao tốc, hệ thống sẽ tự ngắt nếu như đạp côn, đạp phanh hay góc xoay vô lăng lớn. 21
22. Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển hành trình • Bộ phận quan trọng nhất của hệ thống điều khiển hành trình cơ bản là bộ xử lý tín hiệu trung tâm (Cruise Control Computer). Bộ xử lý trung tâm sẽ tiếp nhận 4 tín hiệu chính: góc quay vô lăng, tiếp điểm ly hợp, tiếp điểm chân phanh cảm biến tốc độ xe. Trong đó, 3 tín hiệu đầu có tính chất như công tắc ngắt hệ thống một cách tự động nếu có bất cứ sự thay đổi nào, VD: hệ thống điều khiển hành trình sẽ ngắt ngay sau khi đạp phanh Còn tín hiệu tốc độ của xe mới là cơ sở tính toán của bộ xử lý trung tâm. Tín hiệu tốc độ xe sẽ được truyền liên tục vào bộ xử lý, nếu tốc độ xe vượt quá tốc độ cài đặt của lái xe, bộ xử lý trung tâm sẽ thông qua van chân không (Vacuum Actuator) đóng bớt độ mở bướm ga (Throttle Valve). Khi tốc độ đã đạt đúng giá trị cần thiết, hệ thống sẽ cố định vị trí bướm ga giúp xe chạy đúng tốc độ đó. Ngược lại khi tốc độ nhỏ hơn giá trị cài đặt, bộ xử lý trung tâm sẽ điều khiển mở rộng bướm ga giúp xe chạy đến tốc độ cần thết và lại giữ nguyên vị trí bướm ga (tham khảo hình vẽ). 22
23. Sử dụng hệ thống điều khiển hành trình trên xe hơi: Thông thường một chiếc xe được trang bị hệ thống này sẽ có 3 nút điều khiển cơ bản ➢ Nút Set / Accel có 2 chức năng: lần ấn đầu tiên có chức năng thiết lập tốc độ hành trình bằng chính tốc độ hiện thời của xe, nếu tiếp tục ấn hệ thống sẽ tăng tốc độ của xe lên, thông thường tăng 1 dặm hay 1 km/giờ với 1 lần ấn. Nếu giữ chặt nút, hệ thống sẽ điều khiển tốc độ xe tăng liên tục. ➢ NútCoast có chức năng giảm tốc độ hành trình, thông thường mỗi lần ấn sẽ giảm 1 dặm hoặc 1 km/giờ. Nếu giữ chặt nút, hệ thống sẽ điều khiển giảm tốc độ liên tục. ➢ Nút Resume có chức năng khôi phục lại tốc độ hành trình trước đó đã bị ngắt. • Hệ thống điều khiển hành trình chủ động (ACC: Adaptive Cruise Control): Hệ thống ACC được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ của hệ thống điều khiển hành trình cơ bản, ACC ngoài tính năng đặt tốc độ hành trình cho xe mà nó còn có khả năng tự giảm tốc khi có chướng ngại vật phía trước. Để có thể nhận biết được chướng ngại vật phía trước, hệ thống ACC được gắn thêm một radar phía đầu xe. Vào thời điểm hiện tại hệ thống ACC thường sử dụng sóng ngắn (khoảng 77GHz: 77 triệu tín hiệu/1 giây), tuy có khả năng quét khá nhanh nhưng khoảng cách nhận biết chỉ trong khoảng 492 feet (150m). Hiện tại hệ thống đặt tốc độ hành trình chủ động có hiệu quả trong phạm vi 30km/h đến 180km/h. • Hệ thống điều khiển hành trình chủ động thường có ý nghĩa ở những nước đang phát triển như Mỹ, Đức, Anh, bởi xe cộ thường xuyên phải chạy trên xa lộ, việc cài đặt tốc độ cho hành trình sẽ giúp lái xe “nhàn nhã” hơn, đặc biệt là không bao giờ xảy ra việc chạy xe quá tốc độ cho phép. Hiện nay, hệ thống điều khiển hành trình chủ động thường được trang bị trên những mẫu xe hạng sang, cao cấp như BMW 7 Series, 23
24. Mercedes-Benz S Class, Audi A8, Lexus LS460 và thường có mức giá tùy chọn giao động từ 2000 đến 3000 USD. • Tại Việt Nam, tính năng an toàn này gần như ít sử dụng, do hệ thống đường sá còn chưa phát triển, đặc biệt là quá nhiều khu vực giới hạn tốc độ, ngay cả trên đường quốc lộ. 24
25. 2.3 Hệ thống điều khiển nhiệt độ lò điện bằng máy tính • Hình 1 minh hoạ sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò điện. Nhiệt độ trong lò điện được đo bằng nhiệt độ kế điện (thermocouple hoặc RTD), một thiết bị liên tục (analogue device). Nhiệt độ được thông qua bộ chuyển tín hiệu (transducer hoặc transmitter) thành dạng tín hiệu chuẩn (có thể là 4-20mA, hoặc 0-5V). Tín hiệu nhiệt độ liên tục được chuyển thành tín hiệu số (digital signal) thông qua bộ đổi tương tự số (A/D) được đưa vào máy tính. Hình 1: Hệ thống điều khiển nhiệt độ • Trong máy tính, một chương trình điều khiển chạy sẽ tính toán sai số giữa nhiệt độ đã được lập trình (programmed input) với tín hiệu nhiệt độ thực tế. Nếu có sai số, chương trình điều khiển sẽ phát tín hiệu điều khiển thông qua bộ đổi số tương tự (D/A), rồi tín hiệu qua bộ khuếch đại (amplifier), tín hiệu điều khiển này thông qua rơ le điều khiển máy sấy (heater) ở nhiệt độ đã định. 25
26. 2.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương phục vụ trồng rau trong giai đoạn vườn ươm • Trong điều kiện của vườn ươm, sự phát sinh, phát triển và lây lan các dịch bệnh do nhiều yếu tố ngoại cảnh như: Ẩm độ không khí trong vườn luôn cao, mật độ cây trong vườn dày đặc và giai đoạn này cây trồng rất dễ bị các vi sinh vật gây bệnh tấn công thông qua các bộ phận lá mầm. Vì vậy giai đoạn cây con trong vườn ươm là giai đoạn yêu cầu cần có những chế độ tưới đặc biệt; Không những cung cấp độ ẩm cho cây mà cần kết hợp hệ thống cung cấp dinh dưỡng, hệ thống phun thuốc bảo vệ thực vật và đặc biệt kích thước hạt nước tưới phun phải nhỏ để tránh rách, nát lá mầm cũng như thân non của cây. Trên cơ sở những phân tích trên để cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt và phòng tránh được sâu bệnh thì hệ thống tưới phun sương tự động kết hợp hệ thống điều tiết nhiệt độ, ánh sáng là lựa chọn tốt nhất cho các nhà ươm giống cây trồng. • Trên thế giới công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi và đạt được nhiều kết quả tốt như mô hình giao diện điều khiển Jack Ross (2001) được máy tính giám sát, điều khiển hệ thống canh tác rau thủy canh với tín hiệu đầu vào (Input interface equipment): Gồm các thông số đo được như nhiệt độ môi trường, độ ẩm, nồng độ CO2, cường độ ánh sáng, EC, pH, nhiệt độ dung dịch dinh dưỡng và tác động đầu ra (Output interface equipment) gồm bật/tắt các bơm, quạt, hệ thống sưởi ấm (heaters), phun sương, làm mát (coolers) và mối tương quan EC và pH trong dung dịch dinh dưỡng đối với từng loại cây ở từng giai đoạn sinh trưởng. • Mô hình của Ecos (Kevin, 2001) là giao diện kết nối giữa máy tính với hệ thống điều khiển canh tác thủy canh trong nhà có mái đang được sử dụng phổ biến trong canh tác nông nghiệp Úc. Hệ thống này giám sát nồng độ pH, EC trong dung dịch dinh dưỡng, điều khiển tưới, hệ thống làm ấm, thông gió, phun sương và điều tiết nồngđộ CO 2 trong nhà có mái che. 26
27. Hình 1. Mô hình giao diện điều khiển của Jack R oss (2001) Hình 2. Mô hình giao diện Ecos • Tuy nhiên để áp dụng các mô hình hiện đại này vào điều kiện Việt Nam còn gặp nhiều khó khăn. Do cơ sở hạ tầng của nước ta còn thiếu và không đồng bộ. Các mô hình trên có chi phí rất lớn, khi nhập khẩu chúng ta phải phụ thuộc vào công nghệ và thiết bị, khó khăn trong quá trình vận hành, sửa chữa. Chính vì thế hiện nay việc chăm sóc rau trong nhà lưới có mái che tại Việt Nam thường được làm thủ công, chưa đảm bảo về chất lượng cây giống. Trước tình hình đó chúng tôi quyết định tiến hành thiết kế, chế tạo hệ thống phun sương tự động phục vụ trồng rau trong giai đoạn vườn ươm. Hệ thống điều khiển này cho phép kiểm soát hàm lượng hóa chất hấp thụ vào cây trồng, tiết kiệm lượng nước tưới bằng việc cho phép người sử dụng lựa chọn thời gian và chế độ tưới phù hợp với từng loại cây trồng. Ngoài ra, hệ thống tưới phun sương tự động này còn rất phù hợp với các trang trại ươm cây giống, trồng các loại hoa mà yêu cầu kích thước giọt nước tưới đủ nhỏ để không gây dập nát, rách cánh hoa và các loại rau xanh hấp thụ dinh dưỡng qua lá. Thiết kế bộ điều khiển h ệ thống tưới trong nhà lưới 27
28. H ình 3. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tự động tưới phun sương trong nhà lưới 28
29. Hình 4. Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống tưới phun sương 29
30. 2.5 Ứng dụng biến tần YASKAWA E1000 điều khiển PID cho bơm/quạt • Ngày nay biến tần được sử dụng nhiều trong hệ thống cung cấp nước của nhà dân dụng, tòa nhà cao tầng và nhà máy công nghiệp, cũng như các hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước trong nông nghiệp. Đối với biến tần, áp suất nước có thể điều khiển được tạo thuân tiện trong nhiều ứng dụng. Khi nhu cầu lưu lượng nước thay đổi, ví dụ: mở nước rửa hoặc tắm,sử dụng, biến tần có thể được sử dụng để điều chỉnh tốc độ bơm,ổn định áp suất, đáp ứng được lượng nước theo nhu cầu và tiết kiệm năng lượng đáng kể. • Để đáp ứng được những đó dòng Biến tần Yaskawa E1000 là dòng biến tần Chuyên dùng cho Bơm/ Quạt với tính năng điều khiển vòng kín PID theo áp suất và lưu lượng thực tế ứng dụng nhiều công nghệ điều khiển tiên tiến nhất Dòng biến tần này được tích hợp công nghệ điều khiển tốc độ qua tần số, bộ điều khiển PID để có thể ứng dụng vào trong các hệ thống điều khiển theo vòng kín. • Khái niệm về PID: P: Là thông số của hàm tỷ lệ: Nó có chức năng khếch đại sai số e=(SV-PV) Nó có ý nghĩa làm tăng độ cứng đặc tính PID. I: Là thông số của hàm tích phân: Nó có ý nghĩa làm tăng tính đáp ứng của hệ thống (VD: Khi hệ số I càng lớn, hệ thống đáp ứng càng nhanh nhưng cũng rất dễ mất ổn định) 30
31. D: Là thông số của hàm vi phâm: Nó có ý nghĩa làm ổn định hệ thống ( Khi thông số này càng lớn thì làm cho giá trị hiện thời nhanh được kéo về gần giá trị đặt). • Hệ điều khiển PID thường được ứng dụng nhiều trong thực tế, thường thông số I người ta để mặc định. Khi cài đặt biến tần chạy PID bạn cần cài đặt giới hạn giá trị tích phân và PID để đảm bảo hệ thống không vượt ra khỏi ngưỡng cho phép. • Các phương pháp điều khiển: ➢ Dùng các relay và timer thời gian để đổi trạng thái hoạt động của mỗi bơm. Phương pháp này là phương pháp truyền thống. Đơn giản và rẻ tiền song độ bền không cao, điều khiển không linh hoạt. Không điều khiển được áp suất trong đường ống, trong bồn chứa. ➢ Khi quá áp dẫn đến nhanh hỏng hóc, dò rỉ đường dẫn nước. Không tiết kiệm được năng lượng điện, giảm tuổi thọ động cơ. - Phương pháp dùng biến tần điều khiển bơm,quạt chạy luân phiên và điều khiển PID luôn ổn định được áp suất trong đường ống. ➢ Đây là phương pháp thực sự tiện ích. Giải pháp điều khiển tối ưu cho bài toán cấp nước khi lượng nước tiêu thụ thay đổi liên tục. Việc ứng dụng dòng biến tần Yaskawa E1000 vào trong các hệ thống cấp nước,bơm quạt sẽ đem lại nhiều lợi thế như: ➢ Có chi phí thấp,dễ vận hành. ➢ Tiết kiệm năng lượng. ➢ Mức độ tự động hoá cao. ➢ Đầy đủ các chức năng bảo vệ, dễ dàng vận hành. ➢ Mang lại hiệu quả rõ ràng về tiết kiệm nước và năng lượng tiêu thụ. Nâng cao tuổi thọ động cơ do động cơ khởi động êm. ➢ Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch, mất pha, lệch pha, quá tải, quá dòng, quá nhiệt 31
32. PHẦN 3: MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
33. 3.1 Điều khiển mờ PID cho quá trình mức chất lỏng TÓM TẮT • Hiện nay, hầu hết các hệ điều khiển công nghiệp đều sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển quá trình, các bộ điều khiển này chưa tối ưu hoặc ít bền vững đối với sự thay đổi tham số trong quá trình vận hành. Điều khiển mờ là bộ điều khiển thích hợp cho các đối tượng có tham số không chính xác. Bài báo này giới thiệu về bộ điều khiển mờ PID cho quá trình mức chất lỏng có tham số van điều khiển và tải thay đổi. Bộ điều khiển mờ PID bao gồm bộ điều khiển PID kinh điển ở vòng trong và một bộ điều khiển mờ ở vòng ngoài để bù tham số bộ điều khiển PID. Đặc tính của bộ điều khiển được minh họa bằng kết quả mô phỏng điều khiển ổn định quá trình mức chất lỏng. Đặt vấn đề Một hệ thống quá trình mức chất lỏng bao gồm nguồn cấp chất lỏng, đường ống dẫn, van điều khiển, van tay, bình mức. Trong đó van điều khiển, bình mức là các đối tượng phi tuyến, tham số của van điều khiển thay đổi theo thời gian, tải của quá trình (van xả) phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ nên không xác định trước. Bộ điều khiển PID (tỷ lệ, tích phân, đạo hàm) được dùng phổ biến trong các hệ điều khiển công nghiệp bởi cấu trúc đơn giản. Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào các hệ số KP, TI, TD của bộ điều khiển PID và được thiết kế cho một điểm làm việc đặc trưng. Trong quá trình vận hành, khi điều kiện làm việc hoặc các tham số của đối tượng bị thay đổi thì phải chỉnh định các hệ số này. Việc chỉnh định thường theo kiểu “thăm dò”. Do đó, ta thiết kế bộ điều khiển mờ ở vòng ngoài để bù các tham số bộ PID ở vòng trong một cách tự động. Bộ điều khiển mờ PID vừa phát huy hết các ưu điểm của bộ điều khiển rõ vừa sử dụng các ưu điểm hệ thống mờ giúp tránh khỏi những bài toán nhận dạng, mô hình hoá hay thiết kế phức tạp. Đồng thời, kinh nghiệm điều khiển đối tượng dễ dàng được kết hợp vào luật điều khiển. Việc ứng dụng kỹ thuật mờ xây dựng bộ điều khiển cho các quá trình có tham số thay đổi là hướng nghiên cứu còn mới mẻ và có khả năng đáp ứng được các yêu cầu chất lượng cao. Bài báo này giới thiệu về một bộ điều khiển mờ PID cho một quá trình mức chất lỏng có tham số van điều khiển và tải thay đổi. 2. Kết quả nghiên cứu và khảo sát 2.1 Mô hình hoá hệ thống quá trình mức 2.1.1 Hệ thống bình mức
34. Một hệ thống bình mức gồm bình mức hình trụ với chiều cao 92cm, đường kính đáy 20cm, cảm biến mức đo theo kiểu chênh áp suất, bình chứa và bơm để cung cấp lưu chất vào, van điều khiển, thiết bị chuyển đổi dòng điện thành áp suất, van tay, hệ thống đường ống tròn với đường kính trung bình 2cm, nguồn cấp khí nén có mô hình và sơ đồ PI&D của quá trình mức như hình 1, 2. Hình 1. Mô hình quá trình mức Hình 2. Sơ đồ PI&D của quá trình mức 2.1.2 Van điều khiển Van điều khiển thông thường có độ chính xác không cao (có thể sai số vị trí tới 5%) do: dải chết (deadband), độ trễ (hysteresis), do ma sát thay đổi do bụi bẩn, thiếu bôi trơn và han gỉ, do áp suất lưu chất thay đổi cũng như do đặc tính phi tuyến của cơ chế chấp hành. Do vậy các tham số của van không chính xác [2, 6]. Mô hình van điều khiển thể hiện như hình 4. Hình 3. Mô hình hoá bình mức Hình 4. Mô hình hoá van điều khiển 2.1 Thiết kế bộ điều khiển mờ PID 2.1.1 Cơ sở thiết kế bộ điều khiển mờ PID
35. • Bộ điều khiển PID với cấu trúc đơn giản và tin cậy nên được dùng phổ biến trong các hệ điều khiển tự động phục vụ sản xuất. Hàm truyền của bộ điều khiển PID là: ⎡ 1 t . ⎤KI ∫ + u(t) = K P ⎢e(t)+ e(τ)dτ+TD e(t)⎥ hay GPID (s) = KP s +KDs ⎣T I0 ⎦ • Với e(t) là tín hiệu vào, u(t) là tín hiệu ra; KP , KI , KD là các hệ số tỷ lệ, tích phân, đạo hàm. TI là hằng số tích phân, T D là hằng số vi phân. Rõ ràng, u(t) phụ thuộc vào các tham số KP , TI , TD của bộ điều khiển PID và do đó chất lượng tín hiệu của hệ thống cũng phụ thuộc theo. • Mặt khác, các hệ số của bộ điều khiển PID chỉ được tính toán cho một chế độ làm việc cụ thể của hệ thống, để phù hợp với các chế độ vận hành khác nhau, bộ điều khiển PID cần chỉnh định liên tục. Bộ điều khiển mờ, để giải quyết vấn đề tự chỉnh định thích hợp các tham số của bộ điều khiển PID, nên ta có thể thiết kế bộ điều khiển mờ ở vòng ngoài để chỉnh định tham số bộ PID ở vòng trong. Bộ điều khiển ở vòng trong cho mạch vòng điều chỉnh mức dùng bộ PID kinh điển, bộ điều khiển mờ ở vòng ngoài có nhiệm vụ là phải tự động bù được các tham số K P, KI, KD của bộ PID. Cơ sở để thiết kế bộ điều khiển mờ là dựa vào việc phân tích sai lệch e(t) và đạo hàm của tín hiệu ra dy/dt, các tham số KP, KI, KD của bộ điều khiển PID sẽ được tự động chỉnh định theo phương pháp bù mờ. Như vậy bộ chỉnh định mờ sẽ có hai đầu vào là e(t), đạo hàm của đầu ra dy/dt và một đầu ra [1] 2.1.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ PID Hình 5. Phương pháp mờ PID cascade a) Xác định các biến ngôn ngữ Áp dụng mô hình mờ Mamdani. Đầu vào thứ nhất là sai lệch giữa mức đặt và mức thực ET, đầu vào thứ hai là tốc độ biến thiên theo thời gian của mức thực DH. Đầu ra của bộ điều khiển đưa đến van ký hiệu là VA. Sai lệch ET được chọn trong miền giá trị [-1;+1], Đạo hàm theo mức được chọn trong miền giá trị [-0,1;+0,1], Đầu ra VA có miền giá trị [-1;+1]. b) Xác định số lượng tập mờ • Chọn số lượng tập mờ cho mỗi biến đầu vào là 3 và biến đầu ra là 5, cụ thể như sau: ➢ ET = {N, Z, P};
36. ➢ DH = {N, Z, P}; ➢ VA = {CF, CS, NC, OS, OF}. c) Xác định hàm liên thuộc • Trong kỹ thuật điều khiển thường ưu tiên chọn hàm liên thuộc kiểu hình tam giác hoặc hình thang. Các loại này có biểu thức đơn giản, tính toán dễ dàng. Xây dựng trên Matlab-Simulink như các hình 6, 7, 8. Hình 6. Hàm liên thuộc đầu vào thứ nhất Hình 7. Hàm liên thuộc đầu vào thứ hai Hình 8. Hàm liên thuộc đầu ra Hình 9. Các luật điều khiển d) Xây dựng các luật điều khiển • Nếu ET là không thì VA không đổi. Nếu ET là dương thì VA mở nhanh. Nếu ET là âm thì VA đóng nhanh. Nếu ET là không và DH là dương thì VA đóng chậm. Nếu ET là không và DH là âm thì VA mở chậm. Các luật điều khiển thể hiện như hình 9. e) Chọn luật hợp thành và giải mờ • Dùng luật hợp thành max-Prod, giải mờ theo phương pháp trọng tâm. f) Tối ưu hệ thống • Sau khi xây dựng mô hình mô phỏng bao gồm bộ điều khiển mờ PID và đối tượng, tiến hành quá trình thử nghiệm với các giá trị đặt khác nhau, thay đổi tham số hệ
37. thống và nhiễu để phát hiện các “lỗ hổng” nếu có thì điều chỉnh bộ bù mờ bằng cách chỉnh lại độ che phủ lên nhau của các giá trị ngôn ngữ, điều chỉnh lại các luật điều khiển. Sau khi biết chắc bộ điều khiển đã ổn định và không có “lỗ hổng”, tiến hành tối ưu hoá các trạng thái làm việc của nó 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 và ta được bộ điều khiển mờ PID như đã trình bày. 2.2 Kết quả mô phỏng • Sử dụng phần mềm Matlab - Simulink, thực hiện mô phỏng quá trình với bộ điều khiển PID kinh điển và bộ điều khiển mờ PID (hình 10) ứng với các trường hợp khác nhau, so sánh các đáp ứng thu được như ở các hình 11, 12, 13, 14, 15. Hình 10. Mô hình hóa quá trình mức chất lỏng trong Matlab-Simulink Hình 11. Đáp ứng mức khi điểm đặt 50cm Hình 12. Đáp ứng mức khi tải thay đổi và nhiễu
38. Hình 13. Đáp ứng mức khi thay đổi tham số van Hình 14. Đáp ứng mức khi thay đổi điểm đặt • Ghi chú: h-dat : mức chất lỏng đặt h-PID : mức chất lỏng khi sử dụng bộ PID kinh điển h-Mo PID : mức chất lỏng khi sử dụng bộ mờ PID
39. 3.2 Nghiên cứu ba chế độ điều khiển ON/OFF, PID, FUZZY và ứng dụng trong điều khiển mô hình lò nhiệt GIỚI THIỆU Từ nhu cầu sản xuất của công ty Nec/Tokin, chúng tôi đã thực hiện "BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 4 KÊNH, 3 CHẾ ĐỘ” để giảm chi phí và tăng hiệu quả sử dụng. Giải pháp này có thể ứng dụng được với giá thành rẻ, dễ thi công, và hiệu quả cao. Trong giai đoạn đầu đã thực hiện thành công 2 phương pháp ON/OFF, PID và đưa vào ứng dụng tại công ty. Nối tiếp kết quả nghiên cứu trên, trong bài báo này sẽ tiếp tục thực hiện phương pháp FUZZY. Đối tượng điều khiển là mô hình lò nhiệt Hình 1: Mô hình lò sấy cần điều khiển II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1. Nguyên lý hoạt động: Thermocouple loại K biến đổi thông số nhiệt thành đại lượng điện sau đó đưa vào mạch chế biến tín hiệu (gồm: bộ cảm biến, hệ thống khuếch đại, xử lý tín hiệu). Bộ chuyển đổi tín hiệu số ADC (Analog Digital Converter) làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và kết nối với khối xử lý trung tâm. Khối này có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và xuất ra những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành đã được lập trình trước đó. Khối giao tiếp máy tính dùng Max232 để truyền nhận dữ liệu từ máy tính và có thể điều khiển cài đặt thông số qua giao diện máy tính. Khối công suất dùng SSR (Solid State Relay) để cung cấp năng lượng nung điện trở nhiệt đốt lò. Khối hiển thị dùng LCD 20x4 để thông báo nhiệt độ đặt, nhiệt độ đo và chế độ điều khiển.
40. Khối Hiển Khối Công Thị Suất Dồn Kênh Khối Khuếch Đại Khối xử lý tương tự ADC Cảm Biến tín hiệu đo trung tâm Khối Giao Tiếp Khối bàn Máy Tính phím Hình 5. Sơ đồ khối của hệ thống 2.2. Sơ đồ mạch thực tế: Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ dùng AD 595 AD 595 là một IC chuyên dụng để khuếch đại cho Thermocouple loại K cho ngõ ra tuyến tính 10mv/0C. Tín hiệu nhiệt độ được đo qua đầu dò nhiệt (Thermocouple loại K) sau đó được đưa vào IC khuếch đại AD 595, tín hiệu từ bộ khuếch đại sau đó được đưa vào ngõ vào bộ chuyển đổi ADC.
41. Hình 7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Nguyên lý: • Tín hiệu thu được từ đầu dò sẽ qua mạch khuếch đại, sau đó vào chân ADC của Vi Điều Khiển ATMEGA32. Tại đây tín hiệu này sẽ được xử lý (bằng chương trình đã được lập trình và nạp vào trước đó) để đưa ra nhiệt độ hiện tại. Từ nhiệt độ hiện tại vi điều khiển sẽ tính toán và xuất ra tín hiệu điều khiển dựa vào những phương thức điều khiển được chọn lựa như ON/OFF, PID hay FUZZY. Tín hiệu này được đưa đến khối công suất gồm bộ OPTO PC817. Khi nhiệt độ đo nhỏ hơn nhiệt độ đặt OPTO dẫn điện làm kích bộ SSR (Solid State Relays – Relay bán dẫn) và sẽ cầp nguồn để nung điện trở nhiệt bên trong lò. • Nhiệt độ của lò cũng như phương thức điều khiển sẽ được cài đặt thông qua khối bàn phím giao tiếp người dùng. Khối LCD dùng để hiển thị tất cả những thông số cài đặt và thông số điều khiển. 2.3. Các Phương Pháp Điều Khiển: 2.3.1. Phương Pháp ON/OFF • Là phương pháp điều khiển đơn giản dễ thiết kế và giá thành rẻ, nhưng điều khiển sẽ bị dao động quanh nhiệt độ đặt chứ không ổn định. Phương pháp này thường
42. dùng trong những đối tượng cho phép khoảng nhiệt rộng. (Chi tiết tại TLTK [1], [2]) 2.3.2. Phương Pháp PID • Hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống sẽ xác định sai khác giữa trạng thái mong muốn và trạng thái thực (sai số) và tạo ra lệnh điều khiển để loại bỏ sai số. Điều khiển PID thực hiện ba cách phát hiện và hiệu chỉnh sai số này. • Hệ thống điều khiển có thể sử dụng P, PI, PD, hoặc PID để hiệu chỉnh sai số. Nhìn chung, vấn đề ở đây là “hiệu chỉnh” hệ thống bằng cách lựa chọn những giá trị thích hợp trong ba cách nêu trên. • Phương trình trong miền thời gian : [6] t y(t) = KP.e(t)+KI. e(t).dt + KD de(t) + y0 0 dt • Hàm truyền: G(s) = KP + KI/s + KD.s 2.3.2. Phương Pháp FUZZY • Trong lĩnh vực tự động hóa, việc điều khiển các đối tượng như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ ẩm, vận tốc, gia tốc luôn là một bài toán khó vì tính chất phi tuyến của các đối tượng này. Phương pháp điều khiển mờ, Fuzzy Logic, đưa ra cách thức điều khiển dựa trên các luật phát biểu gần với suy nghĩ của con người thay vì dựa trên các phương trình toán học phức tạp. [3] • Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển, bộ PID được xem như một giải pháp đa năng cho các ứng dụng điều khiển Analog cũng như Digital. Việc thiết kế bộ PID kinh điển thường dựa trên phương pháp Zeigler-Nichols, Offerein, Reinish Ngày nay người ta thường dùng kỹ thuật hiệu chỉnh PID mềm (dựa trên phầm mềm), đây chính là cơ sở của thiết kế PID mờ hay PID thích nghi. [5] • Một bộ điều khiển mờ gồm 3 khâu cơ bản: ➢ Khâu mờ hoá ➢ Thực hiện luật hợp thành ➢ Khâu giải mờ Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ : [4]
43. BỘ CHỈNH ĐỊNH MỜ de dt THIẾT BỊ CHỈNH ĐỊNH x e u y BĐK PID ĐỐI TƯỢNG • 2.4. Lưu đồ thuật giải: Hình 10: Sơ đồ điều khiển FUZZY Hình 9: Lưu đồ thuật giải PID
44. 3.3 Ứng dụng loogic mờ vào bài toán máy giặt • Ngày nay nhiều trang thiết bị được nhúng trong vào trong nó lôgic mờ để cho việc sử dụng nó dễ hơn, tiện lợi hơn. Chúng ta có thể tìm thấy lôgic mờ trong những camera, những nồi cơm điện, những máy hút bụi, . Như vậy ta có thể có một ý tưởng rằng chúng đã được làm như thế nào, chúng ta sẽ xem mô hình được đơn giản hóa này của một máy giặt ứng dụng logic mờ. • Khi sử dụng một máy giặt, việc lựa chọn thời gian giặt dựa vào số lượng quần áo, kiểu và độ bẩn mà quần áo có. Để tự động hóa quá trình này, chúng ta sử dụng những phần tử sensors để phát hiện ra những tham số này ( ví dụ: thể tích quần áo, độ và kiểu chất bẩn). Thời gian giặt được xác định từ dữ liệu này. Không may, không dễ có cách công thức hóa một mối quan hệ toán học chính xác giữa thể tích quần áo và độ bẩn và thời gian giặt. Chúng ta giải quyết vấn đề thiết kế này bằng cách sử dụng lôgic mờ. Bộ điều khiển mờ Chúng ta xây dựng hệ thống mờ như sau: Có hai trị nhập vào : ( 1) Một cho độ bẩn trên quần áo ( 2) Một cho loại chất bẩn trên quần áo. Hai đầu vào này thu được từ phần tử sensors quang học. Độ bẩn được xác định bởi sự trong suốt của nước. Mặt khác, loại chất bẩn được xác định từ sự bão hòa, thời gian nó dùng để đạt đến sự bão hòa. Quần áo dầu mỡ chẳng hạn cần lâu hơn cho sự trong suốt nước để đạt đến sự bão hòa bởi vì mỡ là chất ít hòa tan trong nước hơn những dạng khác của chất bẩn. Như vậy một hệ thống phần tử sensors khá tốt có thể cung cấp những input cần thiết được nhập vào cho bộ điều khiển mờ của chúng ta. Những giá trị cho độ bẩn và loại chất bẩn là đã được chuẩn hóa ( phạm vi từ 0 tới 100) được cho bởi giá trị phần tử sensors. • Với biến ngôn ngữ Độ bẩn có các tập mờ Bẩn ít (D.Small) Bẩn vừa (D.Medium) Bẩn nhiều (D.Large)
45. • Với biến ngôn ngữ loại chất bẩn có các tập mờ Mỡ ít (K.NotGreasy) Mỡ vừa (K.Medium) Mỡ nhiều (K.Greasy) • Với biến ngôn ngữ kết luận xác định thời gian giặt có các tập mờ Giặt rất ngắn (T.VeryShort) Giặt ngắn (T.Short) Giặt vừa (T.Medium) Giặt lâu (T.Long) Giặt rất lâu (T.Very Long) Tập luật • Quyết định làm cho khả năng một mờ là bộ điều khiển được lập luật trong một tập hợp những quy tắc. Nói chung, những quy tắc là trực giác và dễ hiểu • Một quy tắc trực giác tiêu biểu như sau : Nếu thời gian bão hòa lâu và sự trong suốt ít thì thời gian giặt cần phải lâu. • Từ những sự kết hợp khác nhau của những luật đó và những điều kiện khác, chúng ta viết những quy tắc cần thiết để xây dựng bộ điều khiển máy giặt. Gọi x: chỉ Độ bẩn (0 <= x <= 100) y: chỉ Loại chất bẩn (0 <= y <= 100) z: Thời gian giặt (0 <= z <= 60) if x is Large and y is Greasy then z is VeryLong; if x is Medium and y is Greasy then z is Long; if x is Small and y is Greasy then z is Long; if x is Large and y is Medium then z is Long; if x is Medium and y is Medium then z is Medium; if x is Small and y is Medium then z is Medium;
46. if x is Large and y is NotGreasy then z is Medium; if x is Medium and y is NotGreasy then z is Short; if x is Small and y is NotGreasy then z is VeryShort D.Small D.Medium D.Large K.NotGreasy T.VeryShort T.Short T.Medium K.Medium T. Medium T. Medium T. Long T. VeryLong K.Greasy T. Long T. Long Hàm thành viên • Hàm thành viên của Độ bẩn: D.Small(x) = [ 1-x/50 nếu 0 <= x <= 50 0 nếu 50 <= x <= 100] D.Medium(x) = [ x/50 nếu 0 <= x <= 50 2-x/50 nếu 50 <= x <= 100] D.Large(x) = [ 0 nếu 0 <= x <= 50 x/50 –1 nếu 50 <= x <= 100] • Hàm thành viên của Loại chất bẩn: K.NotGreasy(y) = [ 1-y/50 nếu 0 <= y <= 50 0 nếu 50 <= y <= 100] K.Medium(y) = [ y/50 nếu 0 <= y <= 50 2-y/50 nếu 50 <= y <= 100] K.Greasy(y) = [ 0 nếu 0 <= y <= 50
47. y/50 –1 nếu 50 <= y <= 100] • Hàm thành viên của kết luận cho từng luật: T.VeryShort(z) = [ nếu 0 <= z <= 4 (18-z)/14 nếu 4 <= z <= 18 0 nếu 18 <= z <= 60 ] T. Short(z) = [0 nếu 0 <= z <= 4 (z-4)/14 nếu 4 <= z <= 18 (32-z)/14 nếu 18 <= z <= 32 0 nếu 32 <= z <= 60] T.Medium(z) = [0 nếu 0 <= z <= 18 (z-18)/14 nếu 18 <= z <= 32 (46-z)/14 nếu 32 <= z <= 46 0 nếu 46 <= z <= 60] T.Long(z) = [0 nếu 0 <= z <= 32 (z-32)/14 nếu 32 <= z <= 46 (60-z)/14 nếu 46 <= z <= 60] T.VeryLong(z) = [0 nếu 0 <= z <= 46 (z-46)/14 nếu 46 <= z <= 60]
48. Nếu nhập trị input x0 =40 (Độ bẩn), y0=60 (loại chất bẩn) µD.Small(x0) = 1/5 µD.Medium(x0) = 4/5 µD.Large(x0) = 0 µK.NotGreasy(y0) = 0 µK.Medium(y0) = 4/5
49. µK.Greasy(y0) = 1/5 W1 = min(µD.Large(x0), µK.Greasy(y0)) = min(0,1/5) = 0 W2 = min(µD.Medium(x0), µK.Greasy(y0)) = min(4/5, 1/5) = 1/5 W3 = min(µD.Small(x0), µK.Greasy(y0)) = min(1/5, 1/5) = 1/5 W4 = min(µD.Large(x0), µK.Medium(y0)) = min(0, 4/5) = 0 W5 = min(µD.Medium(x0), µK.Medium(y0)) = min(4/5, 4/5) = 4/5 W6 = min(µD.Small(x0), µK.Medium(y0)) = min(1/5, 4/5) = 1/5 W7 = min(µD.Large(x0), µK.NotGreasy(y0)) = min(0, 0) = 0 W8 = min(µD.Medium(x0), µK.NotGreasy(y0)) = min(4/5, 0) = 0 W9 = min(µD.Small(x0), µK.NotGreasy(y0)) = min(1/5, 0) = 0 Theo lý thuyết hàm thành viên của kết luận cho bởi công thức: µC(z) = W2*T.Long(z) + W3*T.Long(z) + W5*T.Medium(z) + W6*T.Medium(z) µC(z) = 2/5*T.Long(z) + T.Medium(z) Bước tiếp theo là ta phải giải mờ từ hàm thành viên của kết luận bằng cánh tính trọng 60 tâm của hàm µC(z) là ƒ0 z µC(z) d(z) = 705.6 60 Và Moment µC(z) là ƒ0 µC(z) d(z) = 19.6 Vậy Defuzzy(z) =705.6/19.6=36 Do đó nếu độ bẩn và loại chất bẩn là 40 và 60 thì thời gian cần giặt là 36 phút.
50. 3.4 Thiết kế bộ điều khiển thông minh trên nền DSPIC33F I. ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp điều khiển kinh điển PID là phương pháp được áp dụng phổ biến nhất trong các bộ điều khiển công nghiệp. Sự phổ biến này là do tính đơn giản của phương pháp và yêu cầu về chất lượng điều khiển không quá cao của hệ thống. Phương pháp điều khiển thông minh, mà mờ là một đại diện tiêu biểu đang được khai thác và ứng dụng bởi khả năng hoạt động một cách độc lập hoặc kết hợp với thuật toán PID để đem lại chất lượng cao cho hệ thống điều khiển. Thiết kế một bộ điều khiển thông minh có khả năng thực hiện các thuật toán PID, Fuzzy động, PID-Fuzy Intervention, PID-Fuzzy Self-tunning là một hướng đi hứa hẹn trong tương lai. Để xây dựng một bộ điều khiển như vậy, thiết kế phần cứng đòi hỏi việc sử dụng dòng vi điều khiển có dung lượng nhớ lớn, tần số hoạt động cao và các yêu cầu cần thiết khác về ngoại vi. Dòng dsPIC33F - một trong những dòng vi điều khiển mạnh nhất hiện nay của Microchip với nhiều tính năng ưu việt - là sự lựa chọn phù hợp, đáp ứng được yêu cầu. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 2.1 Thuật toán điều khiển PID Thuật toán PID[1,2] là sự kết hợp của ba thành phần: Khuếch đại (P), vi phân (I) và vi phân (D) của sai lệch đầu vào. Ưu điểm lớn đem lại ứng dụng rộng rãi cho thuật toán này là tính đơn giản về cấu trúc và nguyên lý làm việc. Với hệ thống làm việc trong môi trường ít bị ảnh hưởng của nhiễu, thông số của đối tượng chỉ thay đổi nhỏ trong quá trình làm việc và yêu cầu về độ chính xác và ổn định không cao thì PID là một giải pháp điều khiển hữu hiệu. Hình 1. Hệ điều khiển thực hiện thuật toán PID 2.2 Thuật toán điều khiển mờ động Thuật toán mờ động[1,3] là thuật toán kết hợp giữa hệ kinh điển và hệ mờ, cụ thể là sự kết hợp của thuật toán điều khiển mờ cơ bản và các thành phần P, I, D. Các thành phần P, D thường là các thành phần của sai lệch đầu vào, còn I là thành phần của đầu ra bộ điều khiển mờ cơ bản. Một số cấu trúc hệ thực hiện thuật toán mờ động
51. Thuật toán mờ động PD Hình 2. Hệ điều khiển thực hiện thuật toán mờ PD Thuật toán mờ động PI Hình 3. Hệ điều khiển thực hiện thuật toán mờ PI Thuật toán mờ động I Hình 4. Hệ điều khiển thực hiện thuật toán mờ I 2.3. Thuật toán điều khiển PID-Fuzzy Intervention Sơ đồ tổng quát một hệ thực hiện thuật toán PID-Fuzzy Intervention [4]: Hình 5. Hệ điều khiển thực hiện thuật toán PID-Fuzzy Intervention Dựa trên sơ đồ tổng quát này, có nhiều thuật toán khác nhau có thể hình thành. Nhóm tác giả bài báo tập trung vào thuật toán trong đó hệ mờ cho phép cải thiện chất lượng điều khiển khi hiện tượng Windup xảy ra:
52. Hình 6. Hệ điều khiển thực hiện thuật toán PID-Fuzzy Intervention bù windup Khi xảy ra hiện tượng windup, tín hiệu ra bộ điều khiển PID có giá trị lớn hơn giá trị bão hòa và tiếp tục tăng do tác động của khâu tích phân, điều này tiềm tàng khả năng gây quá điều chỉnh lớn và tăng thời gian quá độ. Bộ mờ bù windup có tác dụng giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng này. Khi xảy ra windup, sai lệch giữa tín hiệu ra bộ điều khiển PID và giá trị bão hòa sẽ được đưa vào bộ mờ bù, bộ mờ bù đưa ra tín hiệu bù đến đầu ra bộ PID, tác động này làm cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển. 2.4. Thuật toán điều khiển PID-Fuzzy Self- tunning [5] Đây là thuật toán mà ở đó tham số bộ PID trong quá trình điều khiển được chỉnh định bằng hệ mờ. Thuật toán đem lại chất lượng điều khiển tốt, trong cả trường hợp có nhiễu đáng kể tác động lên hệ thống. Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trong đó các tham số PID được chỉnh định bằng hệ mờ: Hình 7. Hệ điều khiển chỉnh định tham số PID bằng hệ mờ Phương pháp chỉnh định được nhóm tác giả thực hiện là phương pháp chỉnh định mờ của Zhao, Tomizuka và Isaka: Với giả thiết các tham số Kp, Kd bị chặn, tức: Kp€ [Kp_Min,Kp_Max] ; Kd€ [Kd_Min, Kd_Max] Các tham số này được chuẩn hóa theo công thức:
53. Kp - Kp_Min kp ; => kp € [0,1] Kp_Max - Kp_Min Kd - Kd_Min kd ; => kd € [0,1] Kd_Max - Kd_Min Bộ chỉnh định có hai đầu vào là e(t) và de(t)/dt và ba đầu ra là kp, kd và α trong đó : Kp2 Kp2 ; Ki Ki.Kd .Kd Bên trong bộ chỉnh định mờ theo phương pháp Zhao, Tomizuka, và Isaka: Hình 8. Bên trong bộ chỉnh định mờ Luật điều khiển để chỉnh định được thực hiện dựa trên phân tích đáp ứng bước tiêu biểu của quá trình. Hình 9. Đáp ứng bước tiêu biểu của quá trình Khi bắt đầu khởi động, ở khoảng thời gian a, lúc này cần tín hiệu điều khiển lớn để tín hiệu ra tăng nhanh, suy ra lúc này KP lớn, KD nhỏ, và KI lớn (α lớn). Xung quanh khoảng thời gian b ta muốn tín hiệu điều khiển nhỏ để không quá điều chỉnh, nghĩa là KP nhỏ, KD lớn còn KI lớn (α lớn).Các tác động điều khiển xung quanh khoảng thời gian c và d tương tự như ở a và b.