Fuzzy- Victor 2000
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PROYECTO FIN DE CARRERA
UNIVERSIDAD DE SALAMANCAE.T.S. DE INGENIERIA INDUSTRIAL DE BEJAR
AUTOR: Vctor Manuel Rodrguez Castellano
TUTOR: Sebastin Marcos Lpez
CONTROL FUZZY DE UN MOTORCONTROL FUZZY DE UN MOTOR
DE CORRIENTE CONTINUADE CORRIENTE CONTINUA
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NDICENDICE
1.- DESCRIPCIN GENERAL2.- FUNDAMENTOS FUZZY3.- DESCRIPCIN DEL HARDWARE4.- DESCRIPCIN DEL SOFTWARE5.- ENSAYOS Y PRUEBAS
REALIZADAS
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1. DESCRIPCI1. DESCRIPCIN GENERALN GENERAL
La LOGICA FUZZY ha contribuido
notablemente a conseguir que un
sistema de control razone de forma
parecida a un ser humano.
-
Objetivo del proyecto:Objetivo del proyecto:
El objetivo del proyecto es el estudio, diseo y
realizacin prctica de un sistema de control Fuzzy
(borroso) para regular la velocidad de un motor de
corriente continua.
Vamos a comprobar que un controlador borroso es
robusto y de mayor precisin y prestaciones que los PID
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SISTEMA DE CONTROL
PROCESO
TARJETACOMPUTADOR
error+
Ref.CONTROL
FUZZY
D
A
AMPLI.
POTENCIA
MOTOR
C.C.
TACODINAMOA
D
-
SISTEMA DE CONTROL
-
2. FUNDAMENTOS DEL 2. FUNDAMENTOS DEL CONTROL FUZZYCONTROL FUZZY
1.- LGICA FUZZY.
2.- CONTROLADORES FUZZY.
3.- APLICACIONES.
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LLGICA GICA FUZZYFUZZY
La Lgica Convencional
solo acepta estados de
verdadero y falso.
VERDADERO
FALSO
1
0
SI
NO
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZY
Por ejemplo, si
consideramos la
temperatura ideal como
22C, quedarn
automticamente
excluidas las temperaturas
de 21C y 23C.
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZYEl sistema dar la
misma respuesta para
una temperatura de
21C y una de 12C
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LLGICA GICA FUZZYFUZZY
Sin embargo, dar
respuestas muy diferentes
para 21C y para 22C.
Esto implica que el
sistema aumenta el gasto
de energa para mantener
una temperatura de
consigna dada.
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZYEn la Lgica Clsica
no existen estados
intermedios entre los
estados verdadero y
falso.
ALTOALTO
BAJOBAJO
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZY
Sin embargo, el
hombre matiza sus
expresiones de
acuerdo con su
experiencia y entorno
cultural.
.
... MUY FRGIL
... LIGERAMENTE FRIO
... DEMASIADO RPIDO
... BASTANTE GRANDE
... MUCHO CALOR
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZY
La Lgica Fuzzy
conforma un lenguaje
para trabajar con
informacin
imprecisa.
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZY
La Lgica Fuzzy tiene en
cuenta incertidumbres y
conceptos vagos y los
grada entre 0 y 1.
0=no cumple la CONSIGNA
1=si cumple la CONSIGNA
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LLGICA GICA FUZZYFUZZY
As se establece el grado
de pertenencia de un
elemento en un conjunto.
Un elemento puede
pertenecer a dos conjuntos
en diferente grado.2,25 1,75 1,70 1,55 1,50 1,30
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZY
En el ejemplo, la estatura
es una VARIABLE
FUZZY.
Relacionando la
VARIABLE con sus
grados de pertenencia, se
desarrolla la funcin de
pertenencia
-
LLGICA GICA FUZZYFUZZYLlamaremos
ETIQUETA a un
Conjunto FUZZY
determinado.
Habitualmente se usan por
cada VARIABLE de 3 a 7
ETIQUETAS
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ControladoresControladoresFuzzyFuzzy
-
FUZZ
IFIC
AC
ION
SELE
CC
IN
APL
ICA
CI
N
CO
NC
LUSI
ON
DEF
UZZ
IFIC
AC
ION
SUPERVISION
Consigna
Valor
error
Variacinerror
EtiquetasFunciones de pertenencia
Tabla de reglas
Modelo lingsticoUniverso de discurso
ALGORITMO FUZZY:ALGORITMO FUZZY:
K1
K2
K3
Control
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FuzzyficationFuzzyfication
Universo de Discurso
Etiquetas lingsticas
Funcin de pertenencia
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FuzzyficaciFuzzyficacinnCalcular el grado de
pertenencia de las
variables de entrada
a cada una de las
etiquetas lingsticas
ETIQUETAS
PG: Positivo Grande
PP: Positivo Pequeo
ZE: Cero
NP: Negativo Pequeo
NG: Negativo Grande
-
SelecciSeleccin de n de ReglasReglas
Las relaciones entre las
variables FUZZY se
establecen mediante
reglas condicionales del
tipo IF-THEN sin tener en
cuenta el porqu de su
comportamiento.
-
TABLA DE REGLAS
SelecciSeleccin de n de ReglasReglas
Tras haber
traducido los
valores de la
entrada a valores
borrosos, se pasa a
aplicar aquellas
reglas que puedan
ser disparadas
NG NP ZE PP PGNG NG NG NG NP PGNP NG NG NP PP PGZE NG NP ZE PP PGPP NG NP PP PG PGPG NG PP PG PG PG
E
CE
If E=ZE and CE=ZE then U=ZE
If E=PG and CE=NP then U=PP
-
AplicaciAplicacin de n de ReglasReglas
En este paso se procede a la
asignacin de los valores de las funciones de
pertenencia de cada regla.
Se valora el peso de la accin de
control
-
DefuzzificaciDefuzzificacin.n.ConclusiConclusin numn numricarica
En esta etapa se trata de traducirlos valores Fuzzy a valores concretos
vlidos para la salida del sistema
de control.
Mtodo del Centro de Gravedad
valor de la salida =
i ii
N
i
i
N
d=
=
1
1
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Aplicaciones Del Control Aplicaciones Del Control FuzzyFuzzy
Dnde encontramos el control fuzzy en la prctica?
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Aplicaciones Aplicaciones FuzzyFuzzy
Vdeo cmara con sistema
estabilizador de imagen controlado
por un sistema FUZZY
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Aplicaciones Aplicaciones FuzzyFuzzy
Complejos
acoplamientos
entre vehculos
espaciales
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Aplicaciones Aplicaciones FuzzyFuzzy
Sistema FUZZY de
control de balanceo
de la carga aplicado
a grandes gras.
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Aplicaciones Aplicaciones FuzzyFuzzy
Tecnologa FUZZY
aplicada al control
del nivel de
lquidos
-
Aplicaciones Aplicaciones FuzzyFuzzyControl de
complicados sistemas de
dosificacin con alto ndice de
riesgo de perturbaciones.
-
Otras Aplicaciones :Otras Aplicaciones :
Control automtico de compuertas para centrales hidroelctricas.
Control simplificado de robots.
Seguimiento de objetos por videocmara.
Previsin de fluctuaciones de temperatura en sistemas de aire acondicionado.
Control de trfico.
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3. Descripci3. Descripcin Del n Del HardwareHardware
1.- Generalidades.
2.- Motor de corriente continua.
3.- Tacodinamo.
4.- Tarjeta de adquisicin.
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Hardware UtilizadoHardware Utilizado1.-IBM PC 486 a 33 Mhz.
2.- Maqueta MV-541
Motor de corriente continua
Tacodinamo
Amplificador
3.- Tarjeta de adquisicin de datos PCL-812 PG.
4.- Regletero
-
Detalle de la maqueta MVDetalle de la maqueta MV--541541::
-
Motor de Motor de Corriente ContinuaCorriente Continua
CARACTERSTICAS PRINCIPALES:
Tensin de alimentacin: 12 voltiosConsumo de corriente (nominal): 0.6 amperios
Velocidad nominal: 1200 r.p.m.
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Curva CaracterCurva Caractersticastica
(rpm)
V
-5 -2 2 5
600450300150
Tensin (V) (r.p.m.)
1 0
3 180
4 300
5 395
6 490
NO LINEAL
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Sensor De Velocidad Sensor De Velocidad --TacodinamoTacodinamo--
- La tensin en la salida de la tacodinamo
es directamente proporcional a la
velocidad de rotacin.
-
Sensibilidad de la Tacodinamo:
(r.p.m.) Vtacodinamo (v)270 2412 3542 4829 6863 6.25
S = 7.3275 mV/r.p.m.
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Tarjeta De AdquisiciTarjeta De Adquisicin n PCLabPCLab--812 812 PgPg
Direccin base programable (0x200..0x3f0).
16 canales de entrada digital .
16 canales de salida digital.
16 canales de entradas analgicas (Multiplexadas). Resolucin de conversin: 12 bits.
Rango de entrada : bipolar programable (+/-10V, +/-5V, +/-2.5V, +/-1.25V, +/-0.625V, +/-0.3125V).
Modos de disparo: control por programa.
Control desde la tarjeta.
Control externo.
2 canales de salidas analgicas (No multiplexadas). Resolucin de conversin: 12 bits.
Rango de salida: programable (0...+5V 0..+10V)
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Tarjeta De AdquisiciTarjeta De Adquisicin n PCLabPCLab--812 812 PgPg
-
Conectores:Conectores:
A/D0 1 2 A.GNDA/D1 3 4 A.GNDA/D2 5 6 A.GNDA/D3 7 8 A.GNDA/D4 9 10 A.GNDA/D5 11 12 A.GNDA/D6 13 14 A.GNDA/D7 15 16 A.GNDA/D8 17 18 A.GNDA/D9 19 20 A.GND
A/D10 1 2 A.GNDA/D11 3 4 A.GNDA/D12 5 6 A.GNDA/D13 7 8 A.GNDA/D14 9 10 A.GNDA/D15 11 12 A.GND D/A1 13 14 A.GND D/A2 15 16 A.GNDV.REF1 17 18 A.GNDV.REF2 19 20 A.GND
CN1 CN2
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4. Descripci4. Descripcin Del Softwaren Del Software
1.- Lenguaje de programacin.
2.- Algoritmo de control fuzzy.
3.- Descripcin del programa.
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Lenguaje Lenguaje De ProgramaciDe Programacinn
Lenguaje estructurado. Muy popular. Propsito general. Portable. Nivel medio
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Algoritmo De Control Algoritmo De Control FuzzyFuzzy
confuzzy.exe
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Algoritmo de Control Fuzzy:
Variable de control discretizada en un universo de discurso entre 0 y 4095.
Las funciones de pertenencia son de tipo trapezoidal.
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Algoritmo de Control Fuzzy:
Los trminos lingsticos son: PG (positivo grande)
PP (positivo pequeo)
ZE (cero)
NG (negativo grande)
NP (negativo pequeo)
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Algoritmo de Control Fuzzy:
Variables de entrada: E (error)
E (variacin del error)
Variable de salida: U (tensin de control)
-
Algoritmo de Control Fuzzy:
Variables de entrada: E (error)
E (variacin del error)
Variable de salida: U (tensin de control)
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Algoritmo de Control Fuzzy:
Reglas utilizadas:{EPP, VEPG, APG}, {ENG, VEPP, ANG},{EPG, VENP, APG},{ENG, VENG, ANG},{ENG, VEPG, ANP},
{ENP, VENP, ANG},{EZ, VEPP, AZ},{EPP, VENG, AZ},{EPG, VENG, APP},{EPG, VEPG, APG},
{ENG, VENP, ANG},{ENP, VEPG, AZ},{EZ, VEPG, APP},{EPP, VEZ, APP},{EPG, VEZ, APG},
{ENG, VEZ, ANG},{EZ, VENG, ANP}{ENP, VENG, ANG},{ENP, VEZ, ANP},{EZ, VENP, AZ},
{EZ, VEZ, AZ},{EPP, VENP, APP},{EPP, VEPP, APP}, {ENP, VEPP, ANP},{EPG, VEPP, APG}
-
DescripciDescripcin n DelDel
ProgramaPrograma
-
Diagrama De Flujo Del ProgramaDiagrama De Flujo Del ProgramaCONFUZZY.EXE
PRESENTACIN
MEN PRINCIPAL
TARJETA ADQUISICIN
SELECCINENTRADA REFERENCIA
CONTROLFUZZY
PRESENTACINRESULTADOS INICIO AYUDA SALIR
SELECCINCANAL
ENTRADA
SELECCIN CANALSALIDA
ESCALN RAMPA
TRENRECTANGULAR
SELECCINDE
REGLAS
GRFICAS: -ENTRADA -SALIDA -CONTROL
CONTROL
TIEMPODE
MUESTREO
MEN PRINCIPAL
-
Pantalla De PresentaciPantalla De Presentacinn
-
MenMen PrincipalPrincipal
-
MenMen De SelecciDe Seleccin De Entrada De n De Entrada De ReferenciaReferencia
-
1.1.-- EscalEscalnn
-
2.2.-- RampaRampa
-
3.3.-- Tren RectangularTren Rectangular
-
Tarjeta De AdquisiciTarjeta De Adquisicinn
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Control FuzzyControl Fuzzy
-
InicioInicio
-
PresentaciPresentacin De Resultadosn De Resultados
-
5. Ensayos Y Pruebas 5. Ensayos Y Pruebas RealizadasRealizadas
1.- Seleccin de reglas.2.- Diseo del controlador fuzzy3.- Seleccin del perodo de muestreo.4.- Comparacin de la respuesta a diferentes
entradas.5.- Robustez del sistema ante variaciones en los
parmetros.6.- Sensibilidad a ruido y perturbaciones.7.- Control en la zona no lineal.8.- Conclusiones.
-
SelecciSeleccin De Reglasn De Reglas
Cules son las tres mejores reglas?
-
Entrada Elegida:
TIPO DE ENTRADA: tren rectangular
AMPLITUD: 5 voltios
TIEMPO ENSAYO: 20 seg.
T_on: 0.5 seg.
T_off: 0.5 seg.
TIEMPO MUESTREO: 10 ms.
-
Ensayo 1: REGLAS ELEGIDAS:
{EPG, VENG, APP} {EZ, VENG, ANP} {ENP, VEPP, ANP}
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Ensayo 2: REGLAS ELEGIDAS:
{EPP, VEPG, APG} {ENP, VENG, ANG} {EPG, VENG, APG}
-
Ensayo 3: REGLAS ELEGIDAS:
{EPP, VEPG, APG} {ENG, VEPP, ANG} {EPG, VENP, APG}
-
DISEDISEO DEL O DEL REGULADOR FUZZYREGULADOR FUZZY
Cul es la forma de la tensin de control?
-
Tres tipos de tensin de control:
tensin fuzzy
tensin fuzzy + k*V_ref
tensin fuzzy + kp*error
-
Tensin de control= V_fuzzy
-
Tensin de control= V_fuzzy+1.5*V_ref
-
Tensin de control= V_fuzzy+kp*error
-
SELECCISELECCIN DEL N DEL PERPERODO DE MUESTREOODO DE MUESTREO
Cul es el tiempo de muestreo ptimo?
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Entrada elegida:
TIPO DE ENTRADA: Tren rectangular
AMPLITUD: 5 voltios
TIEMPO ENSAYO: 20 seg.
t_on: 2 seg.
t_off: 2 seg.
-
Tiempo de muestreo=100 ms
-
Tiempo de muestreo=30 ms
-
Tiempo de muestreo=10 ms
-
MEDIDA DE LA MEDIDA DE LA ROBUSTEZ DEL SISTEMA ROBUSTEZ DEL SISTEMA ANTE VARIACIONES EN ANTE VARIACIONES EN
LOS PARLOS PARMETROSMETROS
Cambios en la ganancia de cadena directa:cambios OFF-LINEcambios ON-LINE
-
Entrada elegida:
TIPO DE ENTRADA: Escaln
AMPLITUD: 2 voltios
TIEMPO ENSAYO: 20 seg.
TIEMPO MUESTREO: 10 ms.
-
Cambios OFF-LINE:- duplicamos la ganancia de cadena directa
-
Cambios ON-LINE:- variamos la ganancia de cadena directa en
funcionamiento.
-
SENSIBILIDAD DEL SENSIBILIDAD DEL SISTEMA A RUIDO Y SISTEMA A RUIDO Y
PERTURBACIONES EN LA PERTURBACIONES EN LA MEDIDAMEDIDA
Respuesta del sistema con y sin filtro en el sensor.
Respuesta ante una perturbacin en el eje del motor.
-
Entrada elegida:
TIPO DE ENTRADA: Escaln
AMPLITUD: 3 voltios
TIEMPO ENSAYO: 20 seg.
TIEMPO MUESTREO: 10 ms.
-
Control con filtro en la tacodinamo:
-
Control sin filtro en la tacodinamo:
-
Perturbacin variable en el eje del motor(ON-LINE):
-
CONTROL EN LA ZONA CONTROL EN LA ZONA NO LINEALNO LINEAL
-
Curva caracterstica del motor:
(rpm)
V
-5 -2 2 5
600450300150
Existe una zona no lineal en la curva caracterstica del motor.
-
Entrada elegida:
TIPO DE ENTRADA: Escaln
AMPLITUD: 0.5 voltios
TIEMPO ENSAYO: 20 seg.
TIEMPO MUESTREO: 10 ms.
-
Control borroso del sistema en la zona de caracterstica no lineal.
-
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Robustez y estabilidad. Buena tolerancia al ruido. Igual o mayor precisin que los
controladores convencionales. Rapidez de respuesta. Controla incluso en zonas no
lineales.
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NDICE1. DESCRIPCIN GENERALObjetivo del proyecto:SISTEMA DE CONTROLSISTEMA DE CONTROL2. FUNDAMENTOS DEL CONTROL FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYLGICA FUZZYControladoresFuzzyFuzzyficationFuzzyficacinSeleccin de ReglasSeleccin de ReglasAplicacin de ReglasDefuzzificacin.Conclusin numrica Aplicaciones Del Control FuzzyAplicaciones FuzzyAplicaciones FuzzyAplicaciones FuzzyAplicaciones FuzzyAplicaciones FuzzyOtras Aplicaciones :3. Descripcin Del HardwareHardware UtilizadoMotor de Corriente ContinuaCurva CaractersticaSensor De Velocidad -Tacodinamo-Sensibilidad de la Tacodinamo:Tarjeta De Adquisicin PCLab-812 PgTarjeta De Adquisicin PCLab-812 PgConectores:4. Descripcin Del SoftwareLenguaje De ProgramacinAlgoritmo De Control Fuzzy Algoritmo de Control Fuzzy: Algoritmo de Control Fuzzy: Algoritmo de Control Fuzzy: Algoritmo de Control Fuzzy: Algoritmo de Control Fuzzy:Descripcin Del ProgramaDiagrama De Flujo Del ProgramaPantalla De PresentacinMen PrincipalMen De Seleccin De Entrada De Referencia1.- Escaln2.- Rampa3.- Tren RectangularTarjeta De AdquisicinControl FuzzyInicioPresentacin De Resultados5. Ensayos Y Pruebas RealizadasSeleccin De ReglasEntrada Elegida:Ensayo 1:Ensayo 2:Ensayo 3:DISEO DEL REGULADOR FUZZYTensin de control= V_fuzzyTensin de control= V_fuzzy+1.5*V_refTensin de control= V_fuzzy+kp*errorSELECCIN DEL PERODO DE MUESTREOEntrada elegida:Tiempo de muestreo=100 msTiempo de muestreo=30 msTiempo de muestreo=10 msMEDIDA DE LA ROBUSTEZ DEL SISTEMA ANTE VARIACIONES EN LOS PARMETROSEntrada elegida:Cambios OFF-LINE:- duplicamos la ganancia de cadena directaCambios ON-LINE:- variamos la ganancia de cadena directa en funcionamiento.SENSIBILIDAD DEL SISTEMA A RUIDO Y PERTURBACIONES EN LA MEDIDAEntrada elegida:Control con filtro en la tacodinamo:Control sin filtro en la tacodinamo:Perturbacin variable en el eje del motor(ON-LINE):CONTROL EN LA ZONA NO LINEALCurva caracterstica del motor:Entrada elegida:Control borroso del sistema en la zona de caracterstica no lineal.CONCLUSIONES