Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số pid cho mô hình máy bay trực thăng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------o0o-----------------
NGUYỄN ĐĂNG LUYỆN
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID CHO MÔ HÌNH
MÁY BAY TRỰC THĂNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NHƢ HIỂN

THÁI NGUYÊN, 2016
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-----------------o0o------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Tên đề tài:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID CHO MÔ HÌNH
MÁY BAY TRỰC THĂNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60520216
KHOA CHUYÊN MÔN
TRƢỞNG KHOA
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển
PHÒNG ĐÀO TẠO

THÁI NGUYÊN, 2016

Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành KTĐK và TĐH
HV: Nguyễn Đăng Luyện – K16 - 1 -
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Đăng Luyện
Sinh ngày: 20 tháng 5 năm 1982
Học viên lớp cao học khóa K16 - Tự động hóa - Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công
Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trung tâm Ứng dụng tiến bộ Khoa học và Công nghệ.
Xin cam đoan luận văn “Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID cho mô
hình máy bay trực thăng” do thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Nhƣ Hiển hƣớng dẫn là công
trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ
rõ ràng.
Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung
trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung
của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
HỌC VIÊN
Nguyễn Đăng Luyện

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của
nhà trƣờng, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo, gia đình và đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển,
trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiêp đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện
luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô ở Khoa Điện, phòng thí nghiệm
Khoa Điện - Điện tử – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều
kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu
của bản thân còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu xót. Tác giả rất
mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp
để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa hơn trong thực tế.
HỌC VIÊN
Nguyễn Đăng Luyện

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ………………………………….…… ………………….................1
LỜI CẢM ƠN ………………………………………………………………….............2
MỤC LỤC ……………………………………………………………………..............3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ………………………………………………...............5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………………………..............6
BẢNG KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ..............................................................................7
MỞ ĐẦU …………………………………………………..……..………….............10
CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MÁY BAY TRỰC THĂNG THÔNG QUA
HỆ THỐNG TWIN ROTOS MIMO SYSTEM
1.1. Khái quát về lich sử phát triển máy bay trực thăng……………………................12
1.2. Giới thiệu về hệ thông Twin Rotos Mimo System (TRMS)……………………..17
1.2.1. Mô hình hệ TRMS……………………………………………................17
1.2.2. Cấu trúc cơ khí của hệ TRMS…………………………………………..20
1.3. Kết luận…………………………………………………………………………..20
CHƢƠNG II: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA TWIN ROTOS MIMO SYSTEM
2.1. Giới thiệu chung……………………………………………………….................22
2.2. Xây dựng mô hình toán của TRMS theo phƣơng pháp Newton…………………22
2.3. Xây dựng mô hình toán của TRMS theo Euler-Lagrange (EL) …………………34
2.3.1. Trục quay tự do………………………………………………................34
2.3.2. Thanh đối trọng…………………………………………..…………….36
2.3.3. Trục quay…….……………………………………….………………..37
2.4. Kết luận…………………………………………………………………………..42
CHƢƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID
3.1. Giới thiệu chung.....................................................................................................43
3.2. Thiết kế bộ điều khiển PID.....................................................................................46
3.2.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t)..............................................46
3.2.1.1. Phƣơng pháp Ziegler – Nichols........................................................................46
3.2.1.2. Phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick ........................................................47

3.2.1.3. Phƣơng pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn................................................47
3.2.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số.......................................................................48
3.2.2.1. Nguyên tắc thiết kế...........................................................................................48
3.2.2.1 Thiết kế điều khiển ở miền tần số.....................................................................49
3.2.2.2. Nguyên tắc thiết kế...........................................................................................49
3.2.2.3. Phƣơng pháp tối ƣu đối xứng...........................................................................51
3.2.2.4.Thiết kế bộ điều khiển PID cho mô hình TRMS..............................................52
3.3. Thiết bộ điều khiển bằng phƣơng pháp mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID.........52
3.3.1. Khái niệm về tập mờ............................................................................................................52
3.3.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ .......................................................................................53
3.3.3. Bộ điều khiển mờ .................................................................................................................60
3.3.3.1. Bộ điều khiển mờ động.....................................................................................................60
3.3.3.2 Điều khiển mờ thích nghi..................................................................................................61
3.3.3.3. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID.............................................62
3.3.4. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID .................................62
3.3.4.1. Phƣơng pháp thiết kế.........................................................................................................62
3.3.4.2. Nhận xét.............................................................................................................................66
3.4. Kết luận chƣơng 3....................................................................................................................66
CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG
4.1. Đánh giá chất lƣợng hệ thống bằng mô phỏng ......................................................67
4.1.1. Điều khiển hệ thống bằng PID thƣờng................................................................67
4.1.2. Điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID................68
4.1.3 Sơ đồ mô phỏng so sánh 2 bộ điều khiển PID và Mờ chỉnh định tham số PID...69
4.2. Kết luận chƣơng 4..................................................................................................72
KẾT LU N V KIẾN NGHỊ
1. Kết luận ………………………………………………………………............73
2. Kiến nghị………………………………………………………………...........73
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….74

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Trực thăng của Treremukhin ......................................................................13
Hình 1.2 : Trực thăng K24 của Iacốplép......................................................................13
Hình 1.3 : Máy bay trực thăng EC 225........................................................................14
Hình 1.4 : Máy bay lên, xuống nhờ cánh quạt chính………………….……...............16
Hình 1.5 : Cánh quạt đuôi sẽ tạo ra một mô men cân bằng với momen do cánh quạt
chính gây lên…………………………………………………...……...........................17
Hình 1.6 : Hệ thống Twin rotor mimo system: Mô hình của một máy bay trực thăng
nhƣng đƣợc đơn giản hóa.………………………………..………..….........................17
Hình 1.7 : Hệ TRMS(Twin Rotor MIMO System)……………………..……………18
Hình 1.8a: Mặt chiếu đứng của TRMS ………………………..…..…..…..................19
Hình 1.8b: Mặt chiếu bằng của TRMS ………………………………..…..................19
Hình 2.1: Các lực tác dụng vào TRMS tạo ra mômen trọng lƣợng .............................24
Hình 2.2: Mômen các lực trong mặt phẳng ngang ……………………..……………29
Hình 2.3: Sơ đồ khối biểu diễn đầu vào và đầu ra của hai cánh quạt ..........................32
Hình 2.4: Twin roto mimo system ……………………………….………..................35
Hình 2.5: Hình chiếu đứng của hệ thống TRMS với αh=0………………...................35
Hình 2.6: Hình chiếu bằng của hệ thống TRMS……...…………………....................36
Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống TRMS……………………….……….…....................41
Hình 3.1: Bộ điều khiển theo quy luật PID..................................................................43
Hình 3.2: Đồ thị quá độ................................................................................................47
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển……………………………….………................48
Hình 3.4: Hàm thuộc biến ngôn ngữ ……………………………………………..............52
Hình 3.5: Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ.…...................................................................52
Hình 3.6: Luật hợp thành……………………………………………………………...53
Hình 3.7: Thực hiện phép suy diễn mờ………………………….................................55
Hình 3.8: Thực hiện phép hợp mờ………………….…………………..…………….56

Hình 3.9 Những nguyên lý giải mờ.……...………………………………………….57
Hình 3.10 Cấu trúc một hệ logic mờ……………….....................................................58
Hình 3.11: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD...........................................................59
Hình 3.12: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1)........................................59
Hình 3.13: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2)…………………………60
Hình 3.14: Phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp……………………………..60
Hình 3.15: Phƣơng pháp điều khiển thích nghi gián tiếp……………………………..60
Hình 3.16: Phƣơng pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều ………………..61
Hình 3.17: Phƣơng pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID…………………62
Hình 3.18: Bên trong bộ điều chỉnh mờ ……………………………………………...62
Hình 3.19: Tập mờ e và e‟…………………………………………………………….63
Hình 3.20: Tập mờ ………………………………………………………………….63
Hình 3.21: Tập mờ Kp và KD………………………………………………………...63
Hình 4.1: Cấu trúc mô phỏng với bộ PID thƣờng cho hệ thống TRMS........................66
Hình 4.2: Kết quả mô phỏng với PID thƣờng với góc pitch........................................67
Hình 4.3: Kết quả mô phỏng với PID thƣờng với góc yaw...........................................67
Hình 4.4: Cấu trúc mô phỏng với bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID..............68
Hình 4.5: Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển mờ với góc pitch................................68
Hình 4.6: Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển mờ với góc yaw.................................69
Hình 4.7: Cấu trúc mô phỏng so sánh 2 bộ điều khiển PID và Mờ chỉnh định ...........69
Hình 4.8: Kết quả mô phỏng so sánh 2 bộ điều khiển PID và Mờ chỉnh định với góc
pitch...............................................................................................................................70
Hình 4.9: Kết quả mô phỏng so sánh 2 bộ điều khiển PID và Mờ chỉnh định với góc
yaw................................................................................................................................70

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt
TRMS Twin Roto MIMO System Hệ Twin Roto nhiều vào nhiều ra
SISO Single In – Single Out Hệ một vào - một ra
MIMO Multi Input – Multi Output Hệ nhiều vào - nhiều ra
EL Euler-Lagrange Euler-Lagrange
AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều
PID Proportional-Integral-Derivative Tỷ lệ - Tích phân – Vi phân
DC Direct Current Dòng điện một chiều
AD Analog to digital Bộ biến đổi tƣơng tự -số
BẢNG KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
Vv/h V điện áp trên cực động cơ chính/phụ
Uv/h V điện áp điều khiển động cơ chính/phụ trong máy tính
Rav/h  điện trở phần ứng của động cơ chính/phụ
Lαv/h H điện cảm phần ứng của động cơ chính/phụ
iav/h A dòng điện phần ứng của động cơ chính/phụ
φv/h Wb từ thông động cơ chính/phụ
eav/h V sức phản điện động của động cơ chính/phụ
kav/h hằng số sức phản điện động của động cơ chính/phụ
αh rad vị trí trong mặt phẳng ngang
αv rad vị trí trong mặt phẳng đứng
g m/s2
gia tốc trọng trƣờng

m kg khối lƣợng
K J động năng
P J thế năng
K1 J động năng của thanh ngang
J1 kgm2
mô men quán tính của thanh ngang
mT1 kg tổng khối lƣợng của thanh ngang
lT1 m trọng tâm của thanh ngang
P1 J thế năng của thanh ngang
mt kg khối lƣợng phần phụ của thanh ngang
mtr kg khối lƣợng động cơ phụ
mts kg khối lƣợng vành bảo vệ roto phụ
mm kg khối lƣợng phần chính của thanh ngang
mmr kg khối lƣợng động cơ chính
mms kg khối lƣợng vành bảo vệ roto chính
lt m chiều dài phần phụ của thanh ngang
lm m chiều dài phần chính của thanh ngang
rm/ts m bán kính vành bảo vệ rotor chính/phụ
rmm/t m bán kính rotor động cơ chính/phụ
K2 J động năng của thanh đối trọng
P2 J thế năng của thanh đối trọng
J2 kgm2
mô men quán tính của thanh đối trọng
mb kg khối lƣợng của thanh đối trọng
mT2 kg tổng khối lƣợng của thanh đối trọng
mcb kg khối lƣợng của đối trọng
lT2 m trọng tâm của thanh đối trọng
lb m chiều dài của thanh đối trọng

lcb m khoảng cách từ đối trọng đến điểm quay
rcb m bán kính của đối trọng
Lcb m chiều dài của đối trọng
K3 J động năng của chốt quay
P3 J thế năng của chốt quay
J3 kgm2
mô men quá tính của chốt quay
J4 kgm2
mô men quá tính phần sau của chốt quay
mh kg khối lƣợng của chốt quay
mh1 kg khối lƣợng phần sau của chốt quay
h m chiều dài của chốt quay
h1 m chiều dài phần sau của chốt quay
K4/5 J động năng của rotor chính/phụ
Jmm kgm2
mô men quán tính của rotor động cơ
Jm/tp kgm2
mô men quán tính của cánh quạt rotor chính/phụ
ei véc tơ đơn vị trong 3
ωm/t rad/s tốc độ góc động cơ chính/phụ
Jm/tr kgm2
mô men quán tính của rotor chính/phụ
H m chiều cao từ mặt đế đến chốt quay
kg hệ số hiệu ứng Gyroscope
Mv Nm tổng hợp mô men trong mặt đứng(ảnh hƣởng tới góc v
 )
Mh Nm tổng hợp mô men trong mặt bằng(ảnh hƣởng tới góc h
 )
Mm/t Nm tổng hợp mô men tác động lên rotor chính/phụ
Bm/tr kgm2
/s hệ số ma sát nhớt của động cơ chính/phụ
Bv/h kgm2
/s hệ số ma sát nhớt của khớp quay trong mặt phẳng
đứng/bằng
Fv/h Nm ma sát trƣợt khớp quay trong mặt phẳng đứng/bằng
/
m t
 Nm mô men điện từ của động cơ chính/phụ

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lĩnh vực điều khiển tự động đã đƣợc xây dựng, phát triển hơn một thế kỷ qua
và ngày càng đƣợc hoàn thiện, từ việc đƣa ra những mô hình và thuật toán điều khiển
kinh điển nổi tiếng nhƣ PID cho các đối tƣợng điều khiển tuyến tính và đơn giản đến
việc nghiên cứu, xây dựng các thuật toán hoàn chỉnh hơn để điều khiển cho các mô
hình điều khiển phi tuyến phức tạp hoặc có thể chƣa có mô hình toán học đầy đủ và
chính xác.
Trong thời gian gần đây, lĩnh vực khoa học và kỹ thuật phát triển rất mạnh mẽ, trải
khắp các ngành: điện tử, viễn thông, điều khiển, công nghệ vi xử lý, máy tính..., đã cho
phép thực hiện các mô hình điều khiển có yêu cầu tính toán phức tạp, tạo điều kiện
thuận lợi để việc giải quyết các bài toán điều khiển cho các đối tƣợng phi tuyến nhiều
ngõ vào ra (MIMO: multi input _multi out put) và cũng đặt ra những yêu cầu phải
nghiên cứu hoàn thiện hơn các hệ điều khiển nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của
cuộc sống.
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 chƣa tối ƣu 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 tƣợng có tham số không chính xác. Việc ứng dụng kỹ thuật mờ xây dựng
bộ điều khiển cho các quá trình có tham số thay đổi là hƣớng nghiên cứu còn mới mẻ
và có khả năng đáp ứng các yêu cầu chất lƣợng cao. Chính vì vậy chúng em thực hiện
đề tài: “Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID cho mô hình máy bay trực
thăng” nhằm mục đích tiếp cận với hƣớng nghiên cứu mới trên.
2. Mục tiêu của nghiên cứu
- Xây dựng mô hình toán, thiết kế bộ điều khiển
3. Dự kiến kết quả đạt đƣợc
- Xây dựng mô hình toán của đối tƣợng điều khiển
- Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển cũng nhƣ thông số bộ điều khiển
- Mô phỏng hệ thống
4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận

Trong phạm vi đề tài, để xây dựng thuật toán điều khiển tác giả sử dung các
phƣơng pháp sau
- Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng mô hình toán của mô hình máy bay trực thăng,
thiết kế bộ điều khiển
- Mô phỏng kết quả hệ thống bằng phần mềm Matlab Simulink.
5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm các phần chính nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu mô hình máy bay trực thăng thông qua hệ twin rotor mimo
system.
Chƣơng 2: Mô hình toán học của hệ twin rotor mimo system
Chƣơng 3: Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID.
Chƣơng 4: Đánh giá chất lƣợng hệ thống
Kết luận và kiến nghị

Chƣơng I
GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MÁY BAY TRỰC THĂNG THÔNG QUA HỆ
THỐNG TWIN ROTOS MIMO SYSTEM
1.1. Khái quát về lich sử phát triển máy bay trực thăng
Ý tƣởng đầu tiên về tạo ra khí cụ bay có cánh để quạt không khí sinh ra lực nâng
vào năm 1475 là của Lêôna Đơvanhxi. Nhƣng do hạn chế về khả năng kĩ thuật và sự
mẫu thuẫn với các niềm tin tôn giáo, nên ý định đó đã bị mất đi, chôn vùi trong các tài
liệu của kho lƣu trữ. Về sau bản vẽ phác và thuyết minh của khí cụ bay đó đã đƣợc
phát hiện trong thƣ viện Mi-Lăng (công bố năm 1754).
Năm 1754, Lơmanôxốp một nhà khoa học ngƣời Nga đã lập luận khả năng tạo ra
khí cụ bay nặng hơn không khí, dựng nên mô hình trực thăng có 2 cánh quạt đồng trục.
Vào thế kỉ XIX, một số nhà khoa học Nga đã khởi thảo dự án về khí cụ bay có cánh
quay. Năm 1869, kĩ sƣ điện Lôđƣghin đã nêu ra dự án trực thăng với động cơ điện.
Năm 1870, nhà bác học Rƣcachép đã nghiên cứu cánh quạt không khí. Nhà bác học
Tre-nốp khởi thảo sơ đồ trựcc thăng có các cánh quay bố trí dọc ngang và đồng trục.
Cuối thế kỉ XIX, các nhà bác học Menlêđêép, Giucốpski, Traplƣghin đã chú ý nghiên
cứu khí cụ bay dẫn tới thời kì các khí cụ bay nậng hơn không khí có cơ sở lý luận khoa
học sâu sắc. Năm 1891, một học trò của Giucốpski là Iurép đã nêu ra 1 dự án có lý lẽ
vững vàng về trực thăng 1 cánh quay với cánh quạt đuôi cùng những thiết bị điều
khiển tự động nghiêng cánh quay.

Sau cánh mạng tháng 10, công nghiệp hàng không của Liên Xô bắt đầu phát
triển, các công trình nghiên cứu về trực thăng liên tiếp đƣợc tiến hành. Năm 1925, tại
trƣờng đại học thuỷ khí, một nhóm dƣới sự lãnh đạo của Iurep đã nghiên cứu hoàn
thiện trực thăng. Kết quả là 1930 đã tạo đƣợc trực thăng Xôviết đầu tiên. Kĩ sƣ
Treremukhin, ngƣời lãnh đạo, đồng thời là ngƣời thử nghiệm trực thăng (Hình 1.1) đã
lập kỉ lục thế giới về độ cao trực thăng: 605 m.
Năm 1948, trực thăng Mi1 đã đƣợc thử nghiểm cho các số liệu kĩ thuật khá nên
đã đƣợc sản xuất hàng loạt. Năm 1952, Mi4 cũng đã đƣợc chế tạo .Cũng vào năm ấy
trực thăng 2 cánh quay K24 của Iacốplép đã đƣợc thực hiện (Hình 1.2) . Năm 1958,
trực thăng hạng nặng Mi6 đã đƣợc hoàn thiện với kỉ lục về tốc độ và trọng tải. Đến
năm 1961, động cơ tuabin khí đã đƣợc lắp vào trực thăng và đƣợc thay thế hàng loại
vào vị trí mà trƣớc đây động cơ píttông đảm nhiệm. Năm 1971, tại hội chợ Hàng
Không và Vũ Trụ quốc tế lần thứ 29 ở Pari, trực thăng không lồ 2 cánh quay Mi12 có
thể nâng đƣợc trọng tải 40 tấn đã đƣợc giới thiệu.
Hình1.2. Trực thăng K24 của Iacốplép
Hình1.1. Trực thăng của Treremukhin

- Khả năng bay lên thẳng đứng của trực thăng, dịch chuyển về các hƣớng bất kì
làm cho Trực Thăng trở thành khí cụ bay rất cơ động, không phụ thuộc vào sân bay
cũng nhƣ mở rộng thêm giới hạn sử dụng. Ngày nay, trực thăng càng đƣợc sử dụng
rộng rãi, là phƣơng tiện giao thông chính ở những nơi không thể sử dụng các phƣơng
tiện vận tải trên mặt đất, cũng nhƣ không có sân bay để đáp.
Mặc dù rất lạc quan về tƣơng lai của trực thăng, nhƣng nhìn về khía cạnh lịch sử
chúng ta phải thấy rằng hệ khí động lực học của trực thăng rất phức tạp, đòi hỏi nền cơ
khí chế tạo cao. Khác với trực thăng, lực nâng của máy bay không trực tiếp tạo ra từ
cánh quạt, mà thông qua hệ thống cánh nâng và thân vỏ. Do đó, có chất lƣợng khí
động cao, lực nâng có thể lớn hơn lực đẩy cánh quạt vài lần (điều đó giải thích tại sao
cùng 1 công suất động cơ, máy bay có trọng tải lớn hơn trực thăng vài lần). Nên bù lại
trực thăng thƣờng có độ kéo dài cánh rất lớn (dễ tạo dao động sóng dọc cánh, mỏi, gãy
cánh), và việc chế tạo đòi hỏi sử dụng chất liệu có cơ tính đặc biệt, đòi hỏi chính xác
cao. Đó là lý do giải thích việc ra đời muộn hơn 1/2 thế kỉ của trực thăng so với máy
bay cánh cứng, gây trở ngại cho việc sản xuất trực thăng.
Hình1.3. M y y trực thăng 22

Máy bay trực thăng hay máy bay lên thẳng là một loại phƣơng tiện bay có động
cơ, hoạt động bay bằng cánh quạt, có thể cất cánh, hạ cánh thẳng đứng, có thể bay
đứng trong không khí và thậm chí bay lùi. Trực thăng có rất nhiều công năng cả trong
đời sống thƣờng nhật, trong kinh tế quốc dân và trong quân sự.
Nếu so sánh với máy bay phản lực thì máy bay trực thăng có kết cấu, cấu tạo
phức tạp hơn rất nhiều, khó điều khiển, hiệu suất khí động học thấp, tốn nhiều nhiên
liệu, tốc độ và tầm bay xa kém hơn rất nhiều. Nhƣng bù lại những nhƣợc điểm đó, khả
năng cơ động linh hoạt, khả năng cất cánh – hạ cánh thẳng đứng không cần sân bay và
tính năng bay đứng của nó làm cho loại máy bay này là không thể thay thế đƣợc. Thực
tế là máy bay trực thăng có thể đến bất cứ nơi nào chỉ cần bãi đáp có kích thƣớc lớn
gấp rƣỡi đƣờng kính cánh quạt là nó đều có thể hạ cánh và cất cánh đƣợc.
Vì các đặc tính kỹ thuật đặc biệt mà các máy bay cánh cố định không thể có đƣợc
nhƣ thế, máy bay trực thăng ngày càng phát triển, song hành cùng các loại máy bay
cánh cố định thông thƣờng và có ứng dụng ngày càng đa dạng: trong lĩnh vực giao
thông vận tải nó cùng với các loại máy bay có cánh cố định lập thành ngành Hàng
không dân dụng, trực thăng có vai trò rất lớn trong vận tải hàng không đƣờng ngắn,
trong các điều kiện không có đƣờng băng, sân bay và để chở các loại hàng hoá cồng
kềnh, siêu trƣờng, siêu trọng vƣợt quá kích thƣớc khoang hàng bằng cách treo dƣới
thân. Trong đời sống thƣờng nhật, trực thăng đƣợc sử dụng nhƣ máy bay cứu thƣơng,
cứu nạn, cảnh sát, kiểm soát giao thông, an ninh, thể thao, báo chí và rất nhiều các ứng
dụng khác. Đặc biệt trong quân sự nó là một thành phần rất quan trọng của lực
lƣợng không quân và quân đội nói chung: vừa là loại máy bay vận tải thuận tiện vừa là
loại máy bay chiến đấu rất hiệu quả, nhất là trong các nhiệm vụ đổ bộ đƣờng không,
tấn công cơ động, tấn công mặt đất.
Về mặt phân loại, máy bay trực thăng là khí cụ bay nặng hơn không khí, bay
đƣợc nhờ lực nâng khí động học đƣợc tạo bởi cánh quạt nâng nằm ngang. Cũng nhƣ
đối với máy bay thông thƣờng, lực nâng khí động học đƣợc tạo thành khi có chuyển
động tƣơng đối của cánh nâng đối với không khí, nhƣng khác với máy bay thông
thƣờng là cánh nâng gắn cố định với thân máy bay, trực thăng có cánh nâng là loại
cánh quạt quay ngang ( cánh quạt này còn gọi là cánh quạt nâng) và khi cần chuyển

hƣớng thì trực thăng có cánh quạt ở đuôi (cánh quạt này còn gọi là cánh quạt điều
hƣớng). Với đặc điểm của cánh nâng nhƣ vậy, khi cánh quạt nâng quay vẫn bảo đảm
đƣợc sự chuyển động tƣơng đối của không khí đối với cánh nâng và tạo lực nâng khí
động học trong khi bản thân máy bay không cần chuyển động. Vì vậy, máy bay trực
thăng có thể bay đứng treo một chỗ và thậm chí bay lùi.
Nhiệm vụ của cánh quạt chính là tạo ra lực nâng để thắng trọng lực của máy bay
để nâng nó bay trong không khí. Lực nâng đƣợc tạo ra nhờ sự tƣơng tác với không khí.
Trong quá trình quay cách quạt tác dụng vào không khí một lực và ngƣợc lại không
khí tác dụng lên cánh quạt một phạn lực hƣớng lên trên. Do đó, khi không có không
khí lực nâng này sẽ không còn, hay nói cách khác, không thể dùng máy bay trực thăng
để bay ra khỏi tầng khí quyển dù công suất của động cơ có lớn đến đâu. Vì ngoài trái
đất là chân không.
Cánh quạt đuôi hết sức quan trọng vì theo định luật bảo toàn mômen xung lƣợng
khi cánh quạt chính quay theo chiều kim đồng hồ thì phần còn lại của máy bay sẽ có
xu hƣớng quay theo chiều ngƣợc lại.
Hình1.4. M y y n xuống nh c nh qu t ch nh

Ngoài ra nhờ việc thay đổi công suất của cánh quạt đuôi mà máy bay có thể
chuyển hƣớng sang phải sang trái dễ dàng.
1.2. Giới thiệu về hệ thông Twin Rotos Mimo System (TRMS)
1.2.1. Mô hình hệ TRMS
Hình1.5. Cánh qu t đuôi sẽ t o ra một mô men cân bằng với
momen do cánh qu t chính gây lên
Hình1.6: Hệ thống Twin rotor mimo system: Mô hình của
một máy bay trực thăng nhưng được đơn giản hóa.

TRMS là mô hình của một máy bay trực thăng nhƣng đƣợc đơn giản hóa nhƣ
trên hình 1.6. TRMS đƣợc gắn với một trụ tháp và một đặc điểm rất quan trọng của nó
là vị trí và vận tốc của máy bay trực thăng đƣợc điều khiển qua sự thay đổi vận tốc của
rotor. Ở máy bay trực thăng thực thì vận tốc roto hầu nhƣ không thay đổi và lực đẩy
đƣợc thay đổi thông qua việc điều chỉnh các lá cánh rotor.
Mô hình thí nghiệm TRMS đƣợc biểu diễn trên hình 1.7. Các đặc tính động học
quan trọng nhất ở máy bay trực thăng đƣợc thể hiện trong mô hình này. Giống nhƣ
máy bay trực thăng thực, có một hệ thống liên kết chéo quan trọng giữa hai rotor. Nếu
chúng ta kích hoạt rotor ở vị trí dọc, máy bay trực thăng sẽ nghiêng về phía mặt phẳng
ngang.
Với hai đầu vào (điện áp cung cấp cho các rotor) và các đầu ra (các góc dọc và
ngang, các vận tốc góc). Hệ thống TRMS là một hệ thống đƣợc thiết kế dƣới dạng mô
hình máy bay hai cánh quạt và đƣợc sử dụng trong phòng thí nghiệm và có rất nhiều
luật điều khiển đƣợc áp dụng để điều khiển nó. Do tính phức tạp của quỹ đạo phi
tuyến, sự ảnh hƣởng của các khớp nối giữa các cánh quạt (Hình 1.8a và 1.8b),
Hình 1.7: Hệ TRMS(Twin Rotor MIMO System)

Với hai đầu vào (điện áp cung cấp cho các rotor) và các đầu ra (các góc dọc và
ngang, các vận tốc góc). Hệ thống TRMS là một hệ thống đƣợc thiết kế dƣới dạng mô
hình máy bay hai cánh quạt và đƣợc sử dụng trong phòng thí nghiệm và có rất nhiều
luật điều khiển đƣợc áp dụng để điều khiển nó.
Do tính phức tạp của quỹ đạo phi tuyến, sự ảnh hƣởng của các khớp nối giữa các
cánh quạt (Hình 1.6), sự thay đổi của khí động lực học tác dụng lên cánh quạt do vậy
vấn đề nghiên cứu bộ điều khiển cho hệ thống TRMS là một thử thách, một vấn đề
mới và phức tạp cho các đề tài nghiên cứu về nó.
Hình 1.8a: Mặt chiếu đứng củ TRMS
Hình 1.8b: Mặt chiếu ằng củ TRMS

1.2.2. Cấu trúc cơ khí của hệ TRMS
Phần cơ khí của TRMS bao gồm hai rotor với một đối trọng cùng đƣợc đặt trên
một cần. Toàn bộ bộ phận này đƣợc gắn với trụ tháp, cho phép ta thí nghiệm điều
khiển một cách an toàn (Hình 1.7)
Phần điện (đặt dƣới trụ tháp) đóng một vai trò rất quan trọng trong việc điều
khiển TRMS. Nó cho phép đo các tín hiệu và truyền đến máy tính PC, ứng dụng tín
hiệu điều khiển thông qua card I/O. Các bộ phận cơ và điện kết hợp tạo thành một hệ
thống điều khiển đƣợc thiết lập hoàn chỉnh.
Two Rotor MIMO System (TRMS), là bộ thiết bị đƣợc thiết kế để phục vụ cho
các thí nghiệm điều khiển. Theo khía cạnh chính là hoạt động của nó giống nhƣ một
máy bay. Từ quan điểm điều khiển thì nó là ví dụ điển hình cho hệ phi tuyến bậc cao
với các sự ghép chéo đáng kể. TRMS bao gồm một dầm chốt quay đƣợc đặt trên đế
sao cho nó có thể quay tự do trong mặt phẳng đứng và mặt phẳng ngang. Ở cả hai đầu
của dầm có rotor (rotor chính và rotor phụ) đƣợc truyền động bởi động cơ một chiều.
Một cần đối trọng với một đối trọng gắn ở cuối đƣợc cố định với dầm ở chốt quay.
Trạng thái của dầm đƣợc mô tả bởi bốn biến: góc đứng và góc bằng đƣợc đo
bởi sensor vị trí đƣợc lắp ở chốt, và hai vận tốc góc tƣơng ứng.
Thêm vào đó là hai biến trạng thái là vận tốc góc của các rotor, đƣợc đo các
máy phát tốc tạo thành cặp với động cơ truyền động. Trong mô hình máy bay đơn giản
thì sức động lực học đƣợc điều khiển bằng sự thay đổi góc tới. Ở bộ thiết bị thí nghiệm
đƣợc xây dựng sao cho góc tới là cố định. Do vậy sức động lực học đƣợc điều khiển
bởi sự thay đổi tốc độ của các rotor. Bởi vậy, các đầu vào điều khiển là điện áp cấp
cho động cơ một chiều. Thay đổi giá trị điện áp dẫn đến tốc độ góc của cánh quạt thay
đổi, sự thay đổi này dẫn đến làm thay đổi vị trí tƣơng ứng của dầm. Tuy nhiên, sự
ghép chéo đƣợc quan sát giữa hoạt động của các rotor, mỗi rotor ảnh hƣởng đến cả hai
vị trí góc.
1.3. Kết luận
Khi nghiên cứu về Twin Rotor MIMO System (TRMS), ta nhận thấy: Đây là một
hệ phi tuyến nhiều đầu vào nhiều đầu ra có hiện tƣợng xen kênh rõ rệt. Nó hoạt động

giống nhƣ máy bay trực thăng nhƣng góc tác động của các rotors đƣợc xác định và các
động lực học đƣợc điều khiển bởi các tốc độ của các động cơ. Hiện tƣợng xen kênh
đƣợc quan sát giữa sự hoạt động của các động cơ, mỗi động cơ đều ảnh hƣởng đến cả
hai vị trí góc ngang và dọc (yaw angle và pitch angle).
Ngoài ra hệ thống này luôn luôn hoạt động với bất định mô hình. Tính bất định là
không có thông tin, có thể không đƣợc mô tả và đo lƣờng. Tính bất định mô hình có
thể bao gồm bất định tham số và các động học không mô hình. Nhƣ đã giải thích trong
[8], bất định tham số có thể do tải biến đổi, các khối lƣợng và các quán tính ít biết đến,
hoặc không rõ và các thông số ma sát biến đổi chậm theo thời gian,... Trong lý thuyết
điều khiển, bất định mô hình đƣợc xem xét từ quan điểm của mô hình hệ thống vật lý.
Các động học không mô hình và bất định tham số có ảnh hƣởng tiêu cực đến hiệu suất
bám và thậm chí có thể dẫn đến không ổn định. Nếu cấu trúc mô hình đƣợc giả định là
đúng, nhƣng hiểu biết chính xác về các thông số đối tƣợng không rõ, thì điều khiển
thích nghi đƣợc áp dụng. Trong điều khiển thích nghi, một hoặc nhiều tham số điều
khiển và / hoặc các tham số mô hình đƣợc điều chỉnh trực tuyến bằng một thuật toán
thích nghi sao cho các động học vòng lặp kín phù hợp với hoạt động của mô hình mẫu
mong muốn mặc dù các thông số đối tƣợng không rõ hoặc biến đổi theo thời gian. Do
đó, để đạt đƣợc chất lƣợng làm việc tốt, bất định tham số nên đƣợc kể đến, dƣới điều
kiện là hiệu suất vòng lặp kín ổn định đƣợc đảm bảo.

Chƣơng II
MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA TWIN ROTOS MIMO SYSTEM
2.1. Giới thiệu chung
Để thiết kế đƣợc một bộ điều khiển cho đối tƣợng, thì cần thiết phải xây dựng
đƣợc một mô hình toán học mô tả bản chất vật lý của đối tƣợng. Mô hình là một hình
thức mô tả khoa học và cô đọng các khía cạnh thiết yếu của một hệ thống thực, có thể
có sẵn hoặc cần phải xây dựng. Mô hình không những giúp ta hiểu rõ hơn về thế giới
thực, mà còn cho phép thực hiện đƣợc một số nhiệm vụ phát triển mà không cần sự có
mặt của quá trình và hệ thống thiết bị thực. Mô hình giúp cho việc phân tích kiểm
chứng tính đúng đắn của một giải pháp thiết kế đƣợc thuận tiện và ít tốn kém, trƣớc
khi đƣa giải pháp vào triển khai.
Mô hình toán học là hình thức biểu diễn lại những hiểu biết của ta về quan hệ
giữa tín hiệu vào u(t) và tín hiệu ra y(t) của một hệ thống nhằm phục vụ mục đích mô
phỏng, phân tích và tổng hợp bộ điều khiển cho hệ thống sau này. Không thể điều
khiển hệ thống nào đó nếu nhƣ không biết gì về nó cả.
Mô hình của đối tƣợng dƣới dạng toán học đƣợc gọi là mô hình danh định. Do
vậy, có thể nói rằng, một hệ thống điều khiển danh định là đƣợc thể hiện dƣới dạng
các phƣơng trình toán học. Từ đây, ta nhận thức đƣợc rằng mô hình hóa đối tƣợng
dƣới dạng các phƣơng trình toán học là công việc hết sức cần thiết trong phân tích hệ
thống và thiết kế bộ điều khiển. Việc mô tả toán học cho đối tƣợng càng sát với mô
hình vật lý thì việc điều khiển nó càng đạt chất lƣợng cao nhƣ mong muốn. Tuy nhiên,
việc tính toán, thiết kế bộ điều khiển sẽ trở nên khó khăn và phức tạp hơn nhiều với
các đối tƣợng không ổn định và có tính phi tuyến cao.
2.2. Xây dựng mô hình toán của TRMS theo phƣơng pháp Newton
Các lực tác dụng vào hệ thống TRMS là thành phần phi tuyến (dòng điện qua
rotor, vị trí). Để biểu diễn hệ thống nhƣ một hàm truyền (một dạng biểu diễn động lực

học của hệ thống tuyến tính đƣợc sử dụng trong kỹ thuật điều khiển) nó phải đƣợc
tuyến tính hóa.
Ở hình 1.6, biểu diễn một hệ thống khí động lực học của mô hình máy bay, ở
hai đầu của hệ thống gắn hai động cơ một chiều, hai động cơ một chiều có tác dụng
điều khiển cánh quạt gắn trên trục động cơ.
Mô hình toán học đƣợc xây dựng dƣới một số giả định đơn giản hóa hệ thống,
trƣớc tiên ngƣời ta cho rằng động lực học của hệ thống đƣợc mô tả bởi một dãy
phƣơng trình vi phân. Ngoài ra, cũng giả thiết rằng ma sát của hệ thống là trơn, nó
cũng đƣợc giải định rằng các khí động lực học do hệ thống cánh quạt không khí gắn
trên trục hai động cơ có thể đƣợc mô tả phù hợp với các mệnh đề về lý thuyết dòng
chảy.
Từ các giả thuyết trên cho ta xác định rõ vấn đề cần giải quyết. Đầu tiên chúng
ta xét chuyển động của trục trong mặt phẳng đứng, tức là xung quanh trục nằm ngang.
Theo giả thuyết thì momen dẫn động đƣợc tạo ra bởi sự chuyển động của các cánh
quạt, chuyển động quay đƣợc mô tả nhƣ nguyên tắc chuyển động của con lắc.
Theo định luật 2 Newton ta có:
2
2
. v
v v
d
M J
dt

 (2.1)
Trong đó:
Mv: Là tổng số momen của các lực đặt theo phƣơng thẳng đứng
Jv: Tổng momen quán tính theo phƣơng ngang
αv: Góc lệch của trục quay nối 2 động cơ cánh quạt so với phƣơng ngang.
Mà:
4
1
v iv
i
M M

  (2.2)

8
1
v iv
i
J J

  (2.3)
Các momen của trọng lƣợng tác dụng vào thang ngang để làm nó quay quang
trục đƣợc biểu diễn trong hình 2.1.
Hình 2.1: c ực t c dụng vào TRMS t o r momen trọng ượng
-αv
l
cb
Động cơ cánh
quạt đuôi
O1
TRMS
Động cơ cánh
quạt chính
g(mtr+mts) mt.g
mm.g
mcb.g
mb.g
lt
l
b
lm
g(mms+mmr)
Fv(ωv)
Ta có momen tƣơng ứng với các trọng lực của các thành phần của hệ thống là:
1 s r s
.{[( ). ( ). ].cos
2 2
( . ).sin }
2
t m
v tr t t m m m v
b
b cb cb v
m m
M g m m l m m l
m
l m l
      
  
(2.4)
Ta đặt:

s
( ).
2
t
tr t t
m
A m m l
   ; (2.5)
r s
( ).
2
m
m m m
m
B m m l
   ; (2.6)
.
2
b
b cb cb
m
C l m l
  (2.7)
Biểu thức (2.4) đƣợc viết lại nhƣ sau:
1 .{[ ].cos .sin }
v v v
M g A B C
     (2.8)
Ta có bảng 2.1 sau:
Kí hiệu Ý nghĩa Giá trị Đơn vị
mmr Khối lƣợng của động cơ và cánh quạt chính 0,236 kg
mm Khối lƣợng của thanh tính từ trục quay đến trục động
cơ chính
0,014 kg
mtr Khối lƣợng của động cơ và cánh quạt đuôi 0,221 kg
mt Khối lƣợng của thanh tính từ trục quay đến điểm gắn
động cơ ở đuôi
0,015 kg
mcb Khối lƣợng của đối trọng 0,068 kg
mb Khối lƣợng của thanh gắn với đối trọng 0,022 kg
mms Khối lƣợng của phần bao ngoài bảo vệ cho cánh quạt
chính
0,219 kg
mts Khối lƣợng của phần bao ngoài bảo vệ cho cánh quạt
đuôi
0,119 kg
lm Chiều dài của phần trục quay tính từ điểm quay đến
trục động cơ chính
0,246 m

lt Chiều dài của phần trục quay tính từ điểm quay đến
trục động cơ đuôi
0,282 m
lb Chiều dài của thanh gắn đối trọng 0,290 m
lcb Khoảng cách giữa vị trí gắn đối trọng tới điểm quay. 0,276 m
g Gia tốc trọng trƣờng 9,81 m/s2
rms Là bán kính của phần bao ngoài bảo vệ cho cánh quạt
chính.
0,155 m
rts Là bán kính của phần bao ngoài bảo vệ cho cánh quạt
ở đuôi
0,10 m
kv 0,0095 Hằng số
kh 0,0054 Hằng số
Bảng 2.1: Ký hiệu và ý nghĩ của các thông số mô hình TRMS
* Ta có: Mv2 = lm.Fv(ωv) (2.9)
Trong đó:
Mv2: Mômen của lực đẩy do cánh quạt chính gây ra;
ωv: Vận tốc góc của động cơ chính;
Fv(ωv): Biểu diễn sự phụ thuộc của lực đẩy của cánh quạt chính vào vận tốc góc (nó
đƣợc kiểm chứng bằng thực nghiệm).
2
s
3 r s
[( ). ( ).
2 2
( . . )].sin .cos
2
. t m
tr t t m m m
b
b cb cb v v
v h
m m
m m l m m l
m
l m l
M     
  



(2.10)
Ta có thể viết nhƣ sau:
Mv3 = -Ωh.(A+B+C).sinαv.cosαv (2.11)

Trong đó:
Mv3: Mômen của các lực ly tâm tƣơng ứng với chuyển động của trục ngang
quay quanh trục thẳng đứng.
Ωh: Vận tốc góc của trục nằm ngang quay quanh trục thẳng đứng.
Mà: h
h
d
dt

  (2.12)
αh: Góc lệch giữa trục nối với động cơ đuôi so với phƣơng ngang (Góc phƣơng vị)
Mv4 = -Ωv.kv (2.13)
Mv4: Mômen của lực ma sát phụ thuộc vào vận tốc góc của thanh ngang quay quanh
trục thẳng đứng.
Ωh: Là vận tốc góc của thanh nối giữa 2 động cơ quay quanh trục quay nằm ngang.
Mà v
v
d
dt

  (2.14)
kv: Là hằng số.
Ở hình 2.2, chúng ta có thể xác định đƣợc các thành phần của mômen quán tính so với
trục ngang. Chú ý, mômen không phụ thuộc vào vị trí của trục nối giữa 2 động cơ nằm
ngang.
Ta có:
Jv1 = mmr.lm
2
(2.15)
2
m
v2 m
l
J m .
3
 (2.16)
Jv3 = mcb.lcb
2
(2.17)
2
b
v4 b
l
J m .
3
 (2.18)

Jv5 = mtr.lt
2
(2.19)
2
t
v6 t
l
J m .
3
 (2.20)
2 2
m
v7 m
s
s m
s
m
m
J .r m .l
2
  (2.21)
Jv8 = mts.rts
2
+ mts.lt
2
(2.22)
Ta có:
2 2 2
2 2 2
2 2 2 2
s
s s
3 3 3
. . . . . .
. . . .
2
     
  

m b t
mr m m cb cb b tr t t
m
m m m ts ts ts t
v
l l l
m l m m l m m l m
m
J
r m l m r m l
2 2 2
2
s
2 2
s
s
). .
. . .
( ( ).
3
3 2
3
     

  
m t
mr m m cb cb tr ts t
b m
ts ts b m
m m
m m l m l m m l
l m
m r m r
(2.23)
Tƣơng tự nhƣ vậy ta có thể mô tả chuyển động của trục quay tự do xung quanh
trục thẳng đứng. Chuyển động quay của trục trong mặt phẳng ngang hay là quay tự do
xung quanh trục thẳng đứng có thể đƣợc mô tả nhƣ chuyển động quay của một khối
rắn.
Ta có:
2
2
.

 h
h h
d
M J
dt
(2.24)
Mh: Tổng hợp mômen các lực tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang.
Jh: Là tổng hợp các mômen quán tính tƣơng đối so vơi trục thẳng đứng.
Mà:
2
1
h hi
i
M M

  (2.25)
8
1
h hi
i
J J

  (2.26)

Để xác định các mômen đặt lên trục quay tự do và làm nó xoay quanh trục
thẳng đứng, đƣợc thể hiện trên hình vẽ sau:
Hình 2.2: Mômen c c ực trong mặt phẳng ng ng
O
P1
αh
Động cơ cánh
quạt chính
Động cơ cánh
quạt đuôi
Fh(ωh)
*. Mh1 = lt.Fh(ωh).cosαv (2.27)
ωh:Vận tốc góc quay của cánh quạt đuôi
Fh(ωh): Biểu thị sự phụ thuộc của lực đẩy vào vận tốc góc quay của cánh quạt đuôi
(đƣợc xác định bằng thực nghiệm)
*. Mh2 = -Ωh.kh (2.28)
Mh2: Là mômen của lực ma sát phụ thuộc vào vận tốc góc trục quay nằm ngang xung
quanh trục thẳng đứng.
kh: Là hằng số
Ta có biểu thức mômen quán tính:
2
1 .( .cos )
3
m
h m v
m
J l
  (2.29)

2
2 .( .cos )
3
t
h t v
m
J l
  (2.30)
2
3 .( .sin )
3
b
h b v
m
J l
  (2.31)
2
4 .( .cos )
h tr t v
J m l
  (2.32)
2
5 r .( .cos )
h m m v
J m l
  (2.33)
2
6 .( .sin )
h cb cb v
J m l
  (2.34)
2 2
s
7 s s
. .( .cos )
2
t
h t t t v
m
J r m l
   (2.35)
2 2
8 s s s
. ( .cos )
h m m m m v
J m r m l
   (2.36)
Ta có: Jh = Jh1 + Jh2 + Jh3 + Jh4 + Jh5 + Jh6 + Jh7 + Jh8 (2.37)
→ Jh = 2
.( .cos )
3
m
m v
m
l  + 2
.( .cos )
3
t
t v
m
l  + 2
.( .sin )
3
b
b v
m
l  + 2
.( .cos )
tr t v
m l  +
2
r .( .cos )
m m v
m l  + 2
.( .sin )
cb cb v
m l  + 2 2
s
s s
. .( .cos )
2
t
t t t v
m
r m l
  + 2 2
s s s
. ( .cos )
m m m m v
m r m l
 
= 2 2 2 2 2 2 2
r s s
( . . . . . . ).cos
3 3
m t
m t tr t m m t t m m v
m m
l l m l m l m l m l
      + 2 2 2
( . . ).sin
3
b
b cb cb v
m
l m l
 
+ 2
s
s
.
2
t
t
m
r + 2
s s
.
m m
m r (2.38)
Đặt 2 2
. .
3
 
b
b cb cb
m
E l m l (2.39)
2 2
r s s
( ). ( ).
3 3
m t
m m m tr t t
m m
D m m l m m l
      (2.40)
2 2
s
s s s
. .
2
t
t m m
m
F r m r
  (2.41)
→ Jh = D. 2
cos v
 + E. 2
sin v
 + F (2.42)
Phƣơng trình mô tả chuyển động của hệ thống cánh quạt chính:

2
S ( ) . [(A-B)cos -Csin ]-0.5 ( )sin 2
        

v m v v v v v v h v
v
d l F k g A B C
dt J
(2.43)
Trong đó:
2
. . 0
( ) ( ) si ( ). .
. . 0
     

      

    


fvp v v v
v v v v v v v
fvn v v v
k
F F gn k
k
(2.44)
v
v
d
dt

  (2.45)
 
 
.
v tr h
v
v
S J
J (2.46)
Sv: mômen động lƣợng trong mặt phẳng thẳng đứng của trục nối 2 động cơ.
Jtr: Mômen quán tính của động cơ gắn với cánh quạt đuôi.
Phƣơng trình mô tả chuyển động của hệ thống cánh quạt đuôi:
S ( )cos .
h t h h v h h
h
d l F k
dt J
  
 → 2 2
S ( )cos
.cos .s
.
in
v v
h t h h v h h
d l F k
t D E F
d  




 
(2.47)
Trong đó:
2
. . 0
( ) ( ) si ( ). .
. . 0
fhp h h h
h h h h h h h
fhn h h h
k
F F gn k
k
     

      

    


(2.48)
h
h
d
dt

  (2.49)
 

  
 

2 2
.cos .sin
. .cos
v v
h mr v v
h
D E F
S J
(2.50)
Sh: Mômen động lƣợng trong mặt phẳng nằm ngang của trục nối 2 động cơ.
Jmr: Mômen quán tính của động cơ gắn với cánh quạt chính.

Các biểu thức toán học (2.44), (2.45), (2.46), (2.48), (2.49), (2.50) là những
biểu thức bổ sung theo định luật bảo toàn động lƣợng.
Vận tốc góc là các hàm phi tuyến của điện áp đầu vào động cơ một chiều. Do
đó chúng ta có 2 phƣơng trình bổ sung sau:
r
1
.( ), ( ) (2.51)
    
vv
vv v v v vv
m
du
u u P u
dt T
tr
1
.( ), ( ) (2.52)
    
hh
hh h h h hh
du
u u P u
dt T
Trong đó:
Tmr: hằng số thời gian của hệ thống động cơ cánh quạt chính.
Ttr: hằng số thời gian của hệ thống động cơ cánh quạt đuôi.
Hình 2.3: Sơ đ khối bi u diễn đ u vào và đ u ra của 2 c nh qu t
mr
1
T s 1

tr
1
T s 1

v vv
P (u )
h hh
P (u )
v
u
h
u
vv
u
hh
u
v

h

Trên mô hình phi tuyến của động cơ gắn cánh quạt đƣợc thay thế bởi các hệ
thống tuyến tính nối tiếp nhau và tính chất phi tuyến đƣợc ổn định.
*. Đặc tính của động cơ
Ta phải xác định đƣợc các hàm phi tuyến sau:
+ Hai yếu tố phi tuyến đầu vào xác định sự phụ thuộc của tốc độ quay vào điện
áp đặt vào động cơ một chiều.
v v vv
P (u )
  ; h h hh
P (u )
 
(2.53)

+ Hai đặc tính phi tuyến xác định sự phụ thuộc của lực đẩy cánh quạt vào tốc
độ vòng quay động cơ một chiều.
h h h
F F ( )
  ; v v v
F F ( )
  (2.54)
Mô hình của TRMS trở thành hệ 6 phƣơng trình phi tuyến, cụ thể:
h
v
U
U
U
 
  
 
: Là đầu vào;
h
h
hh
v
v
vv
S
u
X
S
u
 
 

 
 
  
 
 

 
 
 
: Là ẩn trạng thái của hệ;
h
h
h
v
v
v
Y

 
 

 
 

  

 
 

 

 
 
: Là đầu ra
- Động cơ chính
Các đặc điểm của động cơ chính đƣợc thực hiện bằng các thực nghiệm, các
phép đo phải chính xác để thanh ngang có thể xoay xung quanh trục thẳng đứng.
Đầu tiên ta cho động cơ chính chuyển động theo chiều dọc, khi hệ thống cân
bằng ta thu đƣợc:
 
6 5 4 3 2
90,99 599,73 129,26 1238,64 63,45 1283,4 2.55
v vv vv vv vv vv vv
u u u u u u
      
Và
 
12 5 9 4 6 3 4 2 2
v v v v v v v
F ( ) 3,48.10 1,09.10 . 4,123.10 1,632.1
2.
0 9,544.1
56
0
    
           
- Động cơ đu i
5 4 3 2
h hh hh hh hh hh
2020u 194,69u 4283,15u 262,27u 3786,83u (2.57)
     
Và
14 5 11 4 7 3 4 2
h h h h h h h
F ( ) 3.10 1,595.10 . 2,511.10 1,808.10 0,0801 (2.58)
   
           

2.3. Xây dựng mô hình toán của TRMS theo Euler-Lagrange (EL)
Việc xây dựng mô hình toán của hệ thống TRMS dựa trên phƣơng trình
Lagrange đƣợc chia làm 3 phần: đầu tiên bao gồm các trục tự do (trục nối với động cơ
đuôi và động cơ chính), cánh quạt đuôi, cánh quạt chính, lá chắn bảo vệ phần cánh
quạt đuôi và lá chắn bảo vệ phần cánh quạt chính; thứ hai là đối trọng gồm có đối
trọng và thanh để gắn đối trọng, và cuối cùng là trục quay gắn với phần đế để hệ thống
có thể xoay quanh
2.3.1. Trục quay tự do
Giả sử tọa độa của điểm P1 là: [rx( R1), ry( R1), rz( R1)], ta có P1O1 = R1. Ngoài
ra, giả sử OO1=h, với O là gốc tọa độ. Để đơn giản hóa các con số, các trục x,y đƣợc
rút ra từ O2.
Từ các hình vẽ 2.4, 2.5, 2.6 ta có các phƣơng trình toán học sau:
x 1 1
y 1 1
z 1 1
( ) .sin( )cos( ) .cos( )
( ) .cos( )cos( ) .sin( )
( ) .sin( )
     

    


 

h v h
h v h
v
r R R h
r R R h
r R R
(2.59)
Vi phân hệ phƣơng trình (2.59) ta đƣợc vận tốc tƣơng ứng:
1 1 1
1 1 1
1 1
( ) .cos( )cos( ). .sin( )sin( ). .sin( ).
( ) .sin( )cos( ). .cos( )sin( ). .cos( ).
( ) .cos( ).
  
  


          


           


   

h v h
x h v h v h
h v h
y h v h v h
v
z v
v R R R h
v R R R h
v R R
(2.60)

Hình 2.4: Twin rotor mimo sysem
Hình 2.5: Hình chiếu đứng củ hệ thống TRMS với αh=0

Hình 2.6: Hình chiếu ằng củ hệ thống TRMS
Bình phƣơng vận tốc của P1 cho bởi phƣơng trình:
2 2 2 2
1 1 1 1
( ) ( ) ( ) ( )
  
x y z
v R v R v R v R (2.61)
Thay các phƣơng trình trong hệ phƣơng trình (2.60) vào phƣơng trình (2.61) ta đƣợc:
2 2 2 2 2 2 2 2
1 1 1 1
( ) .cos ( ).( ) .( ) .( ) 2. . .sin( ). .
    
          
h h v h v
v v
v R R h R R h (2.62)
Chú ý rằng αh không có tác dụng lên rz(R), ta giả định nó bằng 0, đƣợc thể hiện nhƣ
hình 2.5.
2.3.2. Thanh đối trọng
Các tọa độ [rx(R2), ry(R2), rz (R2)] là tọa độ điểm P2 trên thanh đối trọng, ta có
P2O1 = R1. Theo hình 2.5 ta thu đƣơc các phƣơng trình sau:
x 2 2
y 2 2
z 2 2
( ) .sin( ).sin( ) .cos( )
( ) .cos( ).sin( ) .sin( )
( ) .cos( )
     

    


  

h v h
h v h
v
r R R h
r R R h
r R R
(2.63)
Vận tốc thu đƣợc sau khi ta tiến hành vi phân các phƣơng trình trong hệ phƣơng
trình (2.63) theo thời gian là:

2 2 2
2 2 2
2 2
( ) .cos( )sin( ). .sin( ). os( ). .sin( ).
( ) .sin( )sin( ). .cos( ).cos( ). .cos( ).
( ) .sin( ).
  
  


          


           


   

h v h
x h v h v h
h v h
y h v h v h
v
z v
v R R R c h
v R R R h
v R R
(2.64)
Bình phƣơng vận tốc của P2 cho bởi phƣơng trình:
2 2 2 2
2 2 2 2
( ) ( ) ( ) ( )
  
x y z
v R v R v R v R (2.65)
2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2
( ) .sin ( ).( ) .( ) .( ) 2. . . s( ). .
    
          
h h v h v
v v
v R R h R R h co (2.66)
2.3.3. Trục quay
Vị trí P3 có tọa độ là [rx(R3), ry(R3), rz (R3)] trên trục quay, khoảng cách giữa P3 và O là
R3.
rx(R3)=R3.cos()
x 3 3
y 3 3
z 3
( ) .cos( )
( ) .sin( )
( ) 0
  

  




h
h
r R R
r R R
r R
(2.67)
Vận tốc thu đƣợc sau khi ta tiến hành vi phân các phƣơng trình trong hệ phƣơng trình
(2.67) theo thời gian là:
x 3 3
y 3 3
z 3
( ) .sin( ).
( ) . s( ).
( ) 0



   


   





h
h
h
h
v R R
v R R co
v R
(2.68)
Bình phƣơng vận tốc của P3 có thể đƣợc viết nhƣ sau:
2 2 2 2
2 3 3 3
( ) ( ) ( ) ( )
  
x y z
v R v R v R v R (2.69)

2 2 2
3 3
( ) .( )

 h
v R R (2.70)
Biểu thức năng lƣợng
Động năng và thế năng đƣợc thể hiện qua các phƣơng trình sau:
2
1
( ) ( )
2
 
T v R dm R (2.71)
( ) ( )
  z
V g r R dm R (2.72)
Động năng và thế năng của thanh chuyển động tự do đƣợc thể hiện bằng các
phƣơng trình (2.73) và (2.77).
2 2 2 2 2
1 1 1 1 1
1 1
[cos ( ).( ) ( ) ]. . .( ) . .sin( ). . . .
2 2
h v h h v
v T v T T
T J h m h m l
    
           (2.73)
2 2 2 2 2
1 1 1
( ) ( ). ( ). . .
3 3 2
        
 t m ms
tr ts t mr ms m ms ts ts
m m m
J R dm R m m l m m l r m r (2.74)
1 1
( )
      

T t tr ts m mr ms
m dm R m m m m m m (2.75)
1 1
1
1
1
( ). ( ).
( ) 2 2
( )
    
 


m t
mr ms m tr ts t
T
T
m m
m m l m m l
R dm R
l
m
dm R
(2.76)
1 1 1
.sin( ). .
 v T T
V g m l
 (2.77)
Động năng và thế năng của thanh đối trọng đƣợc biểu diễn nhƣ biểu thức (2.78)
và (2.82):
2 2 2 2 2
2 2 2 2 2
1 1
[sin ( ).( ) ( ) ]. . .( ) . . ( ). . . .
2 2
h v h h v
v T v T T
T J h m h cos m l
    
           (2.78)
2 2 2
2 2 2
( ) .
3
b
b cb cb
m
J R dm R l m l
  
 (2.79)

2 2
( )
T b cb
m dm R m m
  
 (2.80)
2 2
2
2
2
.
( ) 2
( )
b
b cb cb
T
T
m
l m l
R dm R
l
m
dm R

 


(2.81)
2 2 2
. ( ). .
v T T
V g cos m l

  (2.82)
Động năng và thế năng của trục quay đƣợc biểu diễn nhƣ biểu thức (2.83) và
(2.85):
2
3 3
1
.( ) .
2
h
T J

  (2.83)
2 2
2 3 3
( )
3
h
m
J R dm R h
 
 (2.84)
3 0
V  (2.85)
- Phƣơng trình Lagrange
Phƣơng trình Lagrange đƣợc viết nhƣ sau:
3 3
1 1
i i
L T V
 
  (2.86)
Ta có phƣơng trình chuyển động đƣợc đƣa ra:
( ) ih
i
h h
d L L
M
dt
 
 
 
 (2.87)
( ) iv
i
v v
d L L
M
dt
 
 
 
 (2.88)
Thay thế các phƣơng trình trên vào phƣơng trình (2.86), (2.87), (2.88) ta đƣợc
các phƣơng trình sau:

 
2 2 2
1 v 2 v T1 T2 3 h T1 T1 v T2 T2 v v
2
T1 T1 v T2 T2 v v 2 1 v v h v ih
i
[J cos J sin ( ) h (m m ) J ] h[m l sin( ) m l cos( )]
h[m l cos( ) m l sin( )] 2[J J ]sin( )cos( ) M
           
            
(2.89)
2
1 2 v T1 T1 v T2 T2 v h 1 2 v v h
T1 T1 v T2 T2 v iv
i
[J J ] h[m l sin( ) m l cos( )] [J J ]sin( )cos( )
g[m l cos( ) m l sin( )] M
           
     
(2.90)
Phƣơng trình (2.89) có thể đƣợc viết dƣới dạng nhƣ sau:
 
 
 
1 1 2 2
2 2 2
1 2 1 2 3
2
1 1 2 2
2 2 2
1 2 1 2 3
2 1
2 2
1 2
[ sin( ) cos( )]
[ cos sin ( ) ( ) ]
[ cos( ) sin( )]
[ cos sin ( ) ( ) ]
2[ ]sin( )cos( )
[ cos sin (
ih T T v T T v v
i
h
v v T T
T T v T T v v
v v T T
v v h v
v
M h m l m l
J J h m m J
h m l m l
J J h m m J
J J
J J
    
 
     
    

     
     

 

2
1 2 3
) ( ) ]
v T T
h m m J
   
(2.91)
Phƣơng trình (2.90) có thể đƣợc viết dƣới dạng nhƣ sau:
2
1 1 2 2
2 1
1 2 1 2
1 1 2 2
1 2
[ sin( ) cos( )]
[ ]sin( )cos( )
[ ] [ ]
[ cos( ) sin( )]
[ ]
iv T T v T T v h
i v v h
v
T T v T T v
M h m l m l
J J
J J J J
g m l m l
J J
    
   
  
 
   



 
2.92

Gh Ph
ωh
Sf, Fh ltcosαv
Mh
(-)
Sh
1/s 1/Jh 1/s
kh
ghv
Jtr
Jmr(αv) kv
Gv Pv Sf, Fv lm
(-)
(-)
1/s 1/Jv 1/s
f(αv)
Mv Sv
ωv αv(t)
αh(t)
ωv
ωv
Uh
Uv
Hình 2.7: Sơ đ khối hệ thống TRMS
Mà ta có:
 
, , ( ) . .
v
ih prop h fric h cable h m v
i
M M M M k cos

      
 (2.93)
Với , . ( ). ( )
prop h t h h v
M l F cos
   (2.94)
, , . h
iv prop v fric v t gryo
i
M M M k M

    
 (2.95)
Với , . ( )
prop v m v v
M l F
  (2.96)
. . . ( )
gryo g v h v
M k F cos
   (2.97)
2.4. Kết luận
Mô hình toán biểu diễn động học TRMS xây dựng đƣợc nhà chế tạo thiết bị
TRMS cung cấp dƣới dạng Newton, chƣa xét đến các yếu tố ảnh hƣởng tới hệ. Mô
hình toán dựa theo phƣơng pháp Lagrange là chính xác hơn do có xét đến các yếu tố
ảnh hƣởng tới hệ (chiều dài chốt quay, hiệu ứng bề mặt). Độ chính xác của mô hình so

với mô hình nhà sản xuất cung cấp sẽ đƣợc khẳng định qua thiết kế điều khiển và kết
quả mô phỏng, kết quả từ thực nghiệm. Sự tồn tại sai lệch giữa mô hình xây dựng và
mô hình thực là do khi xây dựng mô hình bắt buộc vẫn phải sử dụng đến một số giả
thiết. Với mô hình toán đầy chính xác là cơ sở để thiết kế bộ điều khiển thỏa mãn yêu
cầu chất lƣợng đáp ứng ra của hệ.

Chƣơng III
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID
3.1. Giới thiệu chung
Trong chƣơng 2, đã tiến hành xây dựng đƣợc mô hình toán học cho đối tƣợng.
Trong chƣơng này, ta phải thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Đặc
điểm của đối tƣợng điều khiển là Twin Rotor MIMO System (TRMS) là một hệ phi
tuyến nhiều đầu vào nhiều đầu ra có hiện tƣợng xen kênh rõ rệt. Trong thực tế, các hệ
thống điều khiển chuyển động luôn luôn hoạt động với bất định mô hình. Tính bất định
là không có thông tin, có thể không đƣợc mô tả và đo lƣờng. Tính bất định mô hình có
thể bao gồm bất định tham số và các động học không mô hình. Do đó, để đạt đƣợc chất
lƣợng làm việc tốt, bất định tham số nên đƣợc kể đến.
Trƣớc hết ta nghiên cứu bộ điều khiển PID:
PID (Proportional-Integral-Derivative) là bộ điều khiển bao gồm khâu khuyết đại
(P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D). PID là một tập thể hoàn hảo gồm 3 tính
cách khác nhau:
- Phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ đƣợc giao (tỉ lệ P);
- Làm việc có tích lũy kinh nghiệm để thực hiện tốt nhiệm vụ (I);
- Luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh nhậy với sự thay đổi tình huống trong
quá trình thực hiện nhiệm vụ (vi
phân D).
Bộ điều khiển PID đƣợc sử
dụng rộng rãi để điều khiển đối
tƣợng SISO theo nguyên tắc sai
lệch.
Từ hơn sáu thập kỷ nay, PID
là bộ điều khiển thông dụng nhất
trong các hệ thống điều khiển quá
trình bởi các lý do sau đây:
Hình 3.1: Bộ điều khi n theo quy luật PID

- Cấu trúc và nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ hiểu và dễ sử dụng đối với những
ngƣời làm thực tế.
- Có rất nhiều phƣơng pháp và công cụ mạnh hỗ trợ chỉnh định các tham số của
bộ điều khiển.
- Các luật điều khiển P, PI và PID thích hợp cho một phần lớn các quá trình công
nghiệp.
Nhiều báo cáo đã đƣa ra các con số thống kê rằng hơn 90% bài toán điều khiển
quá trình công nghiệp đƣợc giải quyết với các bộ điều khiển PID, trong số đó khoảng
trên 90% thực hiện luật PI, 5% thực hiện luật P thuần tuý và 3% thực hiện luật PID
đầy đủ, còn lại là những dạng dẫn suất khác.
Thuật toán PID đƣợc biểu diễn trên miền thời gian nhƣ sau:
t
P D
I 0
1 de(t)
u(t)=k e(t ) e(T )dT+
dt


 

 
 
 (3.1)
Nếu ta coi các tín hiệu trong (3.1) là các biến chênh lệch, có nghĩa là hàm truyền
đạt của bộ điều khiển sẽ đƣợc viết nhƣ sau:
PID P D
I
u(s) 1
K (s)= =k 1+ s
e(s) τ s

 

 
 
(3.2)
Quy luật PID có ba tham số hiệu chỉnh Kp, TI, TD. Xét ảnh hƣởng của ba tham
số ta thấy:
Khi TD = 0 và TI = ∞ quy luật PID trở thành quy luật P
Khi TD = 0 quy luật PID trở thành quy luật PI
Khi TI = ∞ quy luật PID trở thành quy luật PD
Ƣu điểm của quy luật PID là tốc độ tác động nhanh và có khả năng triệt tiêu sai
lệch tĩnh. Về tốc độ tác động, quy luật PID còn có thể nhanh hơn cả quy luật tỷ lệ.
Điều đó phụ thuộc vào thông số TI, TD.
Nếu ta chọn đƣợc tham số tối ƣu thì quy luật PID sẽ đáp ứng đƣợc mọi yêu cầu
về điều chỉnh chất lƣợng của các quy trình công nghệ. Tuy nhiên, việc chọn đƣợc bộ
ba thông số tối ƣu là rất khó khăn. Do đó trong công nghiệp, quy luật PID thƣờng chỉ

đƣợc sử dụng khi đối tƣợng điều chỉnh có nhiều thay đổi liên tục và quy trình công
nghệ đòi hỏi độ chính xác cao mà quy luật PI không đáp ứng đƣợc.
Bộ điều khiển PID là thiết bị điều khiển đƣợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực
điều khiển quá trình nhằm duy trì tính ổn định của hệ thống. Do vậy, nghiên cứu và
tổng hợp bộ điều khiển PID là một vấn đề cần thiết.
- Bộ điều khiển PI tạo ra sự dịch pha âm, còn module thì giảm cùng với sự gia
tăng của tần số, ngƣợc lại bộ điều khiển PD cho phép dịch chuyển pha dƣơng còn
module thì tăng cùng với sự gia tăng của tần số. Việc lựa chọn bộ điều khiển trên cơ sở
này là thực tế.
- Bộ điều khiển PD đảm bảo dải điều chỉnh rộng hơn so với bộ điều khiển PI,
nhƣng nó mang lại chất lƣợng xấu ở những tần số thấp hơn và cho nhiễu loạn có tần số
cao đi qua gây sai số lớn.
- Bộ điều khiển PI đảm bảo chất lƣợng điều khiển tốt khi nhiễu tác động có tần
số nhỏ.
- Bộ điều khiển PID là bộ điều chỉnh có tính ƣu việt hơn cả, nó chính là sự kết
hợp các ƣu điểm của hai bộ điều khiển PI và PD.
- Trên cơ sở về mặt lý thuyết, nghiên cứu mô hình và thực nghiệm ngƣời ta đƣa
ra rất nhiều tiêu chuẩn để lựa chọn thông số của bộ điều khiển theo yêu cầu của quá
trình quá độ cũng nhƣ xác lập. Có thể phân ra các chủng loại sau:
+ Quá trình quá độ không dao động, thời gian điều khiển là nhỏ nhất.
+ Quá trình quá độ có dao động khoảng 20%, thời gian điều khiển là nhỏ nhất.
+ Quá trình quá độ có tích phân bình phƣơng sai số điều khiển là nhỏ nhất (ISE):
 
2
1
0
min
I e t dt

 

+ Quá trình quá độ có tích phân giá trị tuyệt đối của sai số điều khiển e(t) là nhỏ
nhất (IAE):
 
2
0
min
I e t dt

 

+ Quá trình quá độ có tích phân giá trị tuyệt đối của sai số điều khiển e(t) nhân
với thời gian là nhỏ nhất (ITAE):

 
3
0
. min
I e t t dt

 

3.2. Thiết kế bộ điều khiển PID
3.2.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t)
3.2.1.1. Phƣơng pháp Ziegler – Nichols
*. Phƣơng pháp 1
Phƣơng pháp này thích hợp với mô hình hoặc xấp xỉ với mô hình:
 
 
 
 
s
T
j
n
1
j
i
m
1
i
dt
s
T
n
m
dt
t
t
e
s
T
1
s
T
1
K
e
s
A
s
B
)
s
(
W 









(m<n) (3.3)
Bộ điều khiển PID đƣợc xác định với hàm truyền:
  









 s
T
s
T
1
1
K
s
W D
I
P
(3.4)
Với các thông số KP, TD, TI tìm đƣợc bằng cách tra bảng [5]
*. Phƣơng pháp 2
Phƣơng pháp này thích hợp với lớp đối tƣợng (1.1) nhƣng 2
n  .
Nội dung pƣơng pháp:
- Tiến hành thực nghiệm với hệ thống điều khiển:
Cho hệ thống làm việc với bộ điều khiển PID theo luật tỷ lệ : TI   và TD  0,
tăng KP tới giá trị tới hạn KPgh  Tgh. KPgh tìm đƣợc nhờ phƣơng pháp miền xác
định Kp. Sau khi tìm đƣợc Tgh ta tìm luật điều khiển và tham số của nó bằng tra bảng,
phƣơng pháp này có chất lƣợng chƣa đảm bảo, độ quá điều chỉnh lớn max > 40%. Vì
vậy phƣơng pháp này dùng để tìm tham số ban đầu cho bộ PID, sau đó dùng các
phƣơng pháp khác để chỉnh định (phƣơng pháp dùng hệ mờ FLC để chỉnh định).
Ngoài ra phƣơng pháp này có hạn chế là chỉ áp dụng đƣợc cho những đối tƣợng có
đƣợc chế độ biên giới ổn định khi hiệu chỉnh bằng hệ số khuếch đại trong hệ kín.

3.2.1.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick
Phƣơng pháp này gần giống với phƣơng
pháp Ziegder – Nichols 1 song nó sử dụng trực
tiếp hàm h(t) mà không xem nó gần đúng với
khâu quán tính có trễ và thêm giả thiết đối tƣợng
ổn định, h(t) dạng chữ s và 3
T
T
a
b

Hàm truyền dạng :  
 n
dt
dt
Ts
1
K
s
W

 với n  2 (3.5)
Các bƣớc của phƣơng pháp:
- Xây dựng đƣờng thực nghiệm h(t)
- Xác định các tham số Ta, Tb
- Kiểm tra điều kiện 3
T
T
a
b

- Tra bảng để xác định các tham số cho bộ điều khiển [5].
3.2.1.3. Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn.
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho các đối tƣợng không có độ quá điều chỉnh,
ổn định và động học hình chữ s (đối tƣợng 3.1). Với:
 
 





n
1
j
m
1
i
'
i
t
j 0
T
T
T
T (3.6)
và gọi A    


 



0
dtT
K
dt
t
h
h
dt
K
A
T 
  (3.7)
Vậy T có thể đƣợc tính từ biểu thức (3.4) hoặc (3.5) từ đó Kuhn đề ra phƣơng
pháp thời gian tổng Kunh để chọn luật điều khiển PID nhờ tra bảng [5].
3
T
T
a
b

t
h(t)
Kdt
Tb
Ta
A
0
Hình 3.2: Đồ thị quá độ

Đặc biệt phƣơng pháp này rất thích hợp cho đối tƣợng:
 n
dt
dt
Ts
1
K
)
s
(
W


+ Nếu sử dụng PI :
2
T
T
;
K
2
1
K I
dt
p



+ Nếu sử dụng PID : 



 T
167
,
0
T
;
3
T
2
T
;
K
1
K D
I
dt
p
3.2.2 Thiết kế điều khiển ở miền tần số
3.2.2.1 Nguyên tắc thiết kế
Một hệ thống điều khiển đƣợc mô tả:
Bài toán đặt ra điều khiển sao cho tín hiệu ra phải bám đƣợc tín hiệu vào u(t).
Nếu một cách lý tƣởng thì hàm truyền hệ kín:
     
   
1
s
W
.
s
W
1
s
W
.
s
W
s
W
dt
dk
dt
dk
k 

 hay   1
j
Wk 
 (3.8)
Vậy ta cần phải xác định cấu trúc và tham số bộ điều khiển với mọi max



để có   1
j
Wk 
 . Tuy nhiên ta phải lƣu ý thiết kế bộ điều khiển sao cho đáp ứng
đƣợc trong 1 dải tần số thấp có độ rộng càng lớn càng tốt (nghĩa là đạt max).
3.2.2.2. Phương pháp tối ưu modul
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho các đối tƣợng (3.1)
 
s
T
1
K
s
W dt
dt


 với  
 





n
1
j
m
1
i
'
i
t
j 0
T
T
T
T (3.9)
Wđk(s) y(t)
u(t)
(-)
Wđt(s)
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển

Để   1
j
Wk 
 có nghĩa là sai lệch tĩnh của hệ kín 0
 , khi đặt tín hiệu u(t) =
1(t); ta chọn luật điều khiển PI, theo tài liệu [5] ta có:
 
s
T
K
s
W
I
P
dk  với các tham số Kp, TI đƣợc chọn:


T
.
K
2
T
K
dt
P
I
(3.10)
Tuỳ ý chọn Kp hoặc TI trƣớc và hàm truyền hệ hở có dạng:
 
  dt
P
0
I
0
h K
.
K
K
;
s
T
1
s
T
K
s
W 



và đối tƣợng có cấu trúc hệ hở (hình 3.3) thì
thoả mãn (3.8)
*. Ứng dụng phƣơng pháp:
+ Bù hằng số thời gian lớn nhất của đối tƣợng:
Xét đối tƣợng có :
  
s
T
1
s
T
1
K
W
1
dt
dt



 ; T1 > T (3.11)
Chọn luật điều khiển sao cho:
)
s
T
1
(
s
T
K
)
s
(
W
).
s
(
W
)
s
(
W
I
0
dt
dk
h



 suy ra
chọn luật PI:    
s
T
s
T
1
K
s
W
I
I
P
dk

 và chọn TI = T1  KP =

T
K
2
T
dt
I
+ Bù 2 hằng số thời gian lớn nhất của đối tƣợng:
Xét đối tƣợng có :
   
s
T
1
s
T
1
s
T
1
K
W
2
1
dt
dt




 ; T1, T2 > T (3.12)
Chọn luật điều khiển sao cho:
)
s
T
1
(
s
T
K
)
s
(
W
).
s
(
W
)
s
(
W
I
0
dt
dk
h



 suy ra:
      
s
T
s
T
1
s
T
1
K
s
T
1
s
T
T
s
T
K
s
T
s
T
1
1
K
s
W
I
B
A
P
I
2
D
I
I
P
D
I
P
dk

















Với :






I
B
A
D
I
B
A
T
T
T
T
.
T
T
.
T
và chọn TA = T1 ; TB = T2

Ta có :


T
.
K
2
T
K
dt
I
p
3.2.2.3. Phương pháp tối ưu đối xứng
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho các đối tƣợng thuộc lớp II
+ Đối tƣợng :  
 
s
T
1
Ts
K
s
W dt
dt


 (3.13)
Tƣơng tự nhƣ ở tối ƣu modul để sai lệch tĩnh  0. Khi tín hiệu đặt u(t) = 1(t) ta
chọn luật điều khiển PI (Theo lý thuyết điều khiển tự động).
   
s
T
s
T
1
K
s
W
I
I
P
dk


Lúc này thay Wdk(s) vào ta tìm đƣợc Wh(s) = Wdk(s). Wdt(s)
   
 
s
T
1
s
T
.
T
s
T
1
K
s
W
I
I
0
h



 ; K0 = Kdt.KP (3.14)
Tham số cần thiết kế là KP và TI : Theo tài liệu Lý thuyết điều khiển tuyến tính
thì để thoả mãn   1
j
Wk 
  TI = aT với a  4:
a
T
K
T
K
dt
p


+ Đối tƣợng :  
  
s
T
1
s
T
1
Ts
K
s
W
1
dt
dt




Chọn luật điều khiển PID có :     
s
T
s
T
1
s
T
1
K
s
W
I
B
A
P
dk



Với:






I
B
A
D
I
B
A
T
T
T
T
.
T
T
.
T
Theo tài liệu Lý thuyết điều khiển tuyến tính ta tính đƣợc các tham số điều
khiển:

TA = T1 ; TB = a.T với a  4 


 T
T
T 1
I và




aT
T
aT
.
T
T
1
1
D ;



aT
T
K
T
T
K
K I
'
P
B
I
'
P
P với
a
T
K
T
K
dt
'
P


3.2.2.4. Thiết kế bộ điều khiển PID cho mô hình TRMS
Từ những phƣơng pháp thiết kế bộ điều khiển PID ở trên, tác giả lựa chọn
phƣơng pháp thiết kế theo Ziegler – Nichols cho 2 kênh với tham số bộ điều khiển nhƣ
sau:
Bộ điều khiển PID1 (động cơ chính): Kp = 70; KI = 0,5; KD = 150.
Bộ điều khiển PID2 (động cơ đuôi): Kp = 4; KI = 0.5; KD = 3.
3.3. Thiết bộ điều khiển bằng phƣơng pháp mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển
PID
Khi gặp các bài toán điều khiển mà đối tƣợng khó mô tả bởi một mô hình toán
học hoặc có thể mô tả đƣợc song mô hình của nó lại phức tạp và phi tuyến, hay có các
tham số thay đổi, đối tƣợng biến đổi chậm có trễ . . ., thì logic mờ tỏ ra chiếm ƣu thế rõ
rệt. Ngay cả ở những bài toán điều khiển đã thành công khi sử dụng nguyên tắc điều
khiển kinh điển thì việc áp dụng điều khiển logic mờ vẫn mang lại cho hệ thống sự cải
tiến về tính đơn giản, gọn nhẹ và nhất là không phải thay bằng bộ điều khiển khác khi
tham số của đối tƣợng bị thay đổi trong một phạm vi khá rộng, điều này bộ điều khiển
kinh điển không đáp ứng đƣợc. Chính vì vậy trong đề tài này tôi sử dụng thuật toán mờ
chỉnh định tham số bộ điều khiển PID để phát huy những ƣu điểm của bộ điều khiển kể
trên.
3.3.1. Khái niệm về tập mờ
Tập mờ là một tập hợp mà mỗi phần tử cơ bản của nó còn đƣợc gán thêm một
giá trị thực trong khoảng [0,1] để chỉ thị “độ phụ thuộc” của phần tử đó vào tập mờ đã
cho. Khi độ phụ thuộc bằng 0 thì phần tử cơ bản đó sẽ hoàn toàn không thuộc tập đã
cho (xác suất phụ thuộc bằng 0), ngƣợc lại với độ phụ thuộc bằng 1, phần tử cơ bản sẽ
thuộc tập hợp với xác suất 100.

Nhƣ vậy, bên cạnh phần tử x, để xác định xem x có thuộc tập mờ hay không còn
cần phải có thêm độ phụ thuộc (x). Nếu ký hiệu x là phần tử cơ bản và (x) là độ phụ
thuộc của nó thì cặp [x, (x)] sẽ là một phần tử của tập mờ. Cho x chạy khắp trong tập
hợp, ta sẽ có hàm (x) và hàm này đƣợc gọi là "hàm thuộc".
Một tập mờ đƣợc định nghĩa trên tập kinh điển A là tập các hàm liên thuộc
A(x) đƣợc biểu diễn bởi hai giá trị là 1 khi x  A và 0 khi x  A, ví dụ A={xR /
4<x<10} nhƣ hình 3.5:
Ngoài ra tập mờ còn đƣợc biểu diễn bởi các hàm liên thuộc:
- Hàm hình thang
- Hàm Gauss
- Hàm hình chuông
- Hàm Singleton (hay Kronecker)
3.3.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
Cấu trúc chung của một bộ điều khiển mờ gồm 4 khối: Khối mờ hoá, khối hợp
thành, khối luật mờ và khối giải mờ (hình 3.5).
*. Luật hợp thành mờ
Bộ thông số vào/ra mờ đƣợc định nghĩa trên cơ sở là các biến ngôn ngữ vào ra
là các hàm liên thuộc đƣợc coi nhƣ là các neural (hệ thần kinh). Vì vậy hệ logic mờ
4 10 x
A(x
)
0
1
Hình 3.4: Hàm thuộc biến ngôn ngữ
Khối mờ
hoá
Khối hợp
thành
Khối giải
mờ
Khối luật mờ
Hình 3.5: Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ

đƣợc coi nhƣ hệ làm việc có tƣ duy nhƣ “bộ não dƣới dạng trí tuệ nhân tạo”. Nếu
khẳng định khi sử dụng hệ logic mờ trong điều khiển là có thể giải quyết đƣợc mọi bài
toán mà hệ điều khiển kinh điển PID chƣa giải quyết đƣợc thì chƣa hẳn đã chính xác,
vì hoạt động của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm hiểu biết đối
tƣợng và tổng kết những kết quả theo tƣ duy của ngƣời làm điều khiển, từ đó mới xác
định đƣợc tham số tối ƣu cho bộ điều khiển mờ. Với các đặc điểm trên có thể nói bộ
điều khiển mờ có hai tính chất cơ bản:
- Một hệ thống trí tuệ nhân tạo (điều khiển thông minh)
- Một hệ thống điều khiển đƣợc thiết kế mà không cần biết trƣớc mô hình của
đối tƣợng.
Bộ não của hệ logic mờ là luật hợp thành và luật hợp thành là tên chung gọi mô
hình R biểu diễn một hay nhiều hàm thuộc cho một hay nhiều mệnh đề hợp thành, nói
cách khác luật hợp thành đƣợc hiểu là một tập hợp của nhiều mệnh đề hợp thành có
chung một dạng cấu trúc:
Nếu A1 = Ak1 và . . . và An = Akn Thì B1 = Bk1 và . . . và Bm = Bkm
với k = 1,2,…
Một luật hợp thành có thể có các dạng:
- Luật hợp thành đơn cho hai loại: cấu trúc SISO; cấu trúc MISO
- Luật hợp thành có nhiều mệnh đề hợp thành Ta có thể mô tả các dạng
luật hợp thành nhƣ hình 3.7
Hình 3.6: Luật hợp thành

*. Luật hợp thành với một tín hiệu điều khiển và một đáp ứng ra của hệ logic
mờ đƣợc gọi là Luật hợp thành đơn. Các mệnh đề của luật hợp thành đơn có dạng:
Nếu A = A Thì B = B.
Về bản chất, mệnh đề hợp thành đơn chính là một phép toán “phép suy diễn”
(Từ A suy ra B). Những “tín hiệu” vào/ra Ak/Bk của luật hợp thành đƣợc gọi là biến
ngôn ngữ . Những giá trị Ak1 và Bk1 của biến ngôn ngữ trong hệ logic mờ đƣợc gọi là
các giá trị ngôn ngữ.
*. Nhƣ ở hình 3.7 minh họa thì một hệ logic mờ MIMO đều có thể đƣa đƣợc về
thành mạng nối song song của nhiều hệ logic mờ MISO. Bởi vậy để cài đặt mệnh đề
hợp thành với cấu trúc:
Nếu A1=Ak1 và  và An=Akn thì B1=Bk1 và  và Bm=Bkm (3.15)
Cho hệ logic mờ MIMO ta chỉ cần cài đặt nhiều lần song song mệnh đề có một
đầu ra ứng với hệ MISO là đủ:
Nếu A1=Ak1 và  và An=Akn thì B=Bk (3.16)
Nếu A1 = A11 và . . . và Am = A1m th ì B = B1
Nếu A1 = Ak1 và . . . và Am = Akm th ì B = Bk
Với q = 1, 2, . . ., k
Hq = )
x
(
min j
A
m
j
1 qj



Nếu A1 = Aq1 và . . . và Am = Aqm th ì B = Bq
Nếu A = Aq th ì B = Bq
A có giá trị rõ đầu vào là xj = 1, 2, ..., m

*. Để cài đặt luật hợp thành có các mệnh đề dạng (3.15)thực hiện các bƣớc sau: Thực
hiện việc kết hợp (mờ hóa) tất cả các giá trị đầu vào các biến ngôn ngữ Ak(đầu vào) để
có đƣợc một giá trị Hq duy nhất làm đại diện hình (3.6) giả sử rằng tại đầu vào có các
giá trị rõ xj(của đầu vào Aj ). Vậy để tính giá trị đại diện Hq tƣơng ứng của mệnh đề
hợp thành đó ta tiến hành hai bƣớc sau:
- Xác định tất cả các giá trị Hqj =Aqj(xj ).
- Xác định Hq là giá trị nhỏ nhất trong số các giá trị Hqj đã tính đƣợc.
Giá trị Hq đƣợc gọi là độ thỏa mãn đ u vào của mệnh đề hợp thành kép đã cho
và lúc này mệnh đề đó đƣợc xem nhƣ tƣơng đƣơng với mệnh đề đơn.
Nếu A=Aq thì B= Bq , (3.17)
Trong đó là tập mờ nhận Hq làm độ thỏa mãn. Nói cách khác từ các giá trị rõ xj
của các đầu vào Ak ta đã thông qua những tập mờ Akj chuyển thành một giá trị rõ x
làm đại diện để với nó có đƣợc:
Hq = (x). (3.18)
Thực hiện phép suy diễn mờ để xác định giá trị mờ Bq cho mệnh đề hợp thành
(3.17)
Kết quả phép suy diễn mờ AB sẽ là một tập mờ B' cùng nền với B và có hàm
thuộc AB(y) thỏa mãn:
A(x)  AB(y) với mọi A(x), B(y)  0,1. (3.19)
Khi B(y) = 0 sẽ có AB(y) =0. (3.20)
Hình 3.7: Thực hiện phép suy diễn mờ

Nếu có A1 (x) < A2 (x) thì cũng có A1B(y) < A2B(y) (3.21)
Nếu có B1 (y) < B2 (x) thì cũng có AB1 (y) < AB2 (y) (3.22)
Hai công thức xác định AB(y) thƣờng đƣợc dùng trong điều khiển là:
AB(y) = minA(x0), B(y) Luật min. (3.23)
AB(y) = A(x0)B(y) Luật prod. (3.24)
Thực hiện phép hợp mờ để có đƣợc giá trị mờ cho luật hợp thành từ tất cả các
giá trị mờ của từng mệnh đề hợp thành trong luật hợp thành đó.
Việc thực hiện phép hợp mờ đƣợc minh họa trong hình 3.8:
Hợp AB của hai tập mờ A và B đƣợc hiểu là một tập mờ gồm tất các phần tử
của hai tập A, B đã cho, trong đó hàm thuộc AB (x) của phần tử của AB không đƣợc
mâu thuẫn với phép hợp của hai tập kinh điển. Hai công thức thƣờng dùng trong điều
khiển là:
AB(x) = maxA(x) , B(x) Luật MAX. (3.25)
AB(x) = min1, A(x)+B(x) Luật SUM. (3.26)
Tóm lại, nếu:
Mệnh đề “Nếu A=A1 thì B =B1 “ có giá trị là C1 (3.27)
Mệnh đề “Nếu A =Ak thì B =Bk “ có giá trị là Ck
thì toàn bộ luật hợp thành sẽ có giá trị là C = C1    Ck .
Hình 3.8: Thực hiện phép hợp mờ

*. Giải mờ
Sau khi đã có kết quả của luật hợp thành là một tập mờ, trƣớc khi đƣa ra giá trị
điều khiển ta phải giải mờ tập mờ đó. Điều đó cũng dễ hiểu vì đối tƣợng chỉ làm việc
với những giá trị cụ thể (giá trị rõ) chứ không làm việc với những giá trị mờ (tập mờ).
Giải mờ là quá trình xác định một giá trị rõ y0 nào đó từ tập nền của tập mờ B'
để làm đại diện cho B' (là tập mờ kết quả của luật hợp thành).
Trong điều khiển thƣờng sử dụng ba phƣơng pháp giải mờ chính:
Điểm trung bình: Giá trị rõ y0 là giá trị trung bình của các giá trị có độ thỏa
mãn cực đại của B‟(y). Nguyên lý này thƣờng đƣợc dùng khi miền dƣới hàm B‟(y) là
một miền lồi và nhƣ vậy y0 cũng sẽ là giá trị có độ phụ thuộc lớn nhất. Trong trƣờng
hợp B' gồm các hàm liên thuộc dạng đối xứng thì giá trị rõ y0 không phụ thuộc vào độ
thỏa mãn đầu vào của luật điều khiển.
Điểm cực đại: Giá trị rõ y0 đƣợc lấy bằng cận trái/phải cực đại của B‟(y). Giá
trị rõ lấy theo nguyên lý cận trái/phải này sẽ phụ thuộc tuyến tính vào độ thỏa mãn đầu
vào của luật điều khiển hình 3.10.
Điểm trọng tâm: Phƣơng pháp này sẽ cho ra kết quả y0 là hoành độ của điểm
trọng tâm miền đƣợc bao bởi trục hoành và đƣờng B‟(y). Đây là nguyên lý đƣợc dùng
nhiều nhất.
Hình 3.9 Những nguyên lý giải mờ.

HÖLogic Mê
y
B'
R1: n Õu  t h ×

Rq: n Õu  t h ×
Fuzzy hãa

xi
Gi¶i mê
i
Hình 3.10 Cấu trúc một hệ logic mờ
*. Cấu trúc hệ logic mờ
Giống nhƣ một bộ điều khiển kinh điển, một hệ logic mờ cũng có thể có nhiều
tín hiệu vào và nhiều tín hiệu ra. Ta phân chia chúng thành các nhóm
+ Nhóm SISO có một đầu vào và một đầu ra.
+ Nhóm MIMO có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra.
+ Nhóm SIMO có một đầu vào và nhiều đầu ra.
+ Nhóm MISO có nhiều đầu vào và một đầu ra.
Do bản chất là một hệ thực hiện các luật hợp thành (kinh nghiệm điều khiển của
con ngƣời) trong đó các kinh nghiệm này lại thể hiện dƣới dạng ngôn ngữ có các giá
trị ngôn ngữ là tập mờ nên một hệ logic mờ phải có các khâu cơ bản nhƣ hình 3.11:
+ Khâu Fuzzy hóa có nhiệm vụ chuyển đổi một giá trị rõ đầu vào x0 thành một
vector  gồm các độ phụ thuộc của giá trị rõ đó theo các giá trị mờ (tập mờ) đã định
nghĩa cho biến ngôn ngữ đầu vào.
+ Khâu thực hiện luật hợp thành, có tên gọi là thiết bị hợp thành, xử lý vector 
và cho ra giá trị mờ B' của biến ngôn ngữ đầu ra.
+ Khâu giải mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ B' thành một giá trị rõ y' chấp
nhận đƣợc cho đối tƣợng (tín hiệu điều chỉnh).

3.3.3. Bộ điều khiển mờ
3.3.3.1. Bộ điều khiển mờ động
Bộ điều khiển mờ động là bộ điều khiển mờ có xét tới các trạng thái động của
đối tƣợng. Ví dụ đối với hệ điều khiển theo sai lệch thì đầu vào của bộ điều khiển mờ
ngoài tính hiệu sai lệch e theo thời gian còn có các đạo hàm, tích phân của sai lệch
giúp cho bộ điều khiển phản ứng kịp thời với các thay đổi đột xuất của đối tƣợng.
Các bộ điều khiển mờ hay đƣợc dùng hiện nay là bộ điều khiển mờ theo luật tỷ
lệ tích phân, tỷ lệ vi phân và tỷ lệ vi tích phân(I, PI, PD và PID).
*. Bộ điều khiển PD
Bộ điều khiển mờ PD đƣợc mô tả nhƣ sơ đồ sau:
*. Bộ điều khiển PI
Bộ điều khiển mờ PI đƣợc mô tả nhƣ sơ đồ sau:
Ta cũng có thể sử dụng mô hình:
dt
d
Bộ điều
khiển mờ
Đối tƣợng
-
et
det
P
I
Hình 3.12: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1)
dt
d
Bộ điều
khiển mờ
Đối tƣợng
-
et
det
P
Hình 3.11: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD

3.3.3.2 Điều khiển mờ thích nghi
Bộ điều khiển mờ thích nghi có 2 phƣơng pháp và cấu trúc cơ bản:
+ Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phƣơng pháp thích nghi trực tiếp đƣợc
tổng quát trên sơ đồ hình 3.14.
+ Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phƣơng pháp thích nghi gián tiếp đƣợc
tổng quát trên sơ đồ hình 3.15.

Bộ điều
khiển mờ
Đối tƣợng
-
et
I
Hình 3.13: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2)
Bộ chỉnh
định mờ
Đối tượng
y
x
-
Hình 3.14: Phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp
Bộ điều khiển
Nhận dạng
tham số
Bộ chỉnh
định mờ
Đối tượng
y
x
-
Hình 3.15: Phƣơng pháp điều khiển thích nghi gián tiếp
Bộ điều khiển
Nhận dạng
tham số

Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số pid cho mô hình máy bay trực thăng

Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số pid cho mô hình máy bay trực thăng

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số pid cho mô hình máy bay trực thăng

Similar to Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số pid cho mô hình máy bay trực thăng (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số pid cho mô hình máy bay trực thăng