b 1 4 ik ik ( ( ) ) ik 2 ( z d ),, z G b e e e d K dk 2 ~ (2.7.a) Từ đó, có thể ác định các thành phần của trường ở khu a do dòng hướng theo trục ˆ được ác định như sau: mn mn ik Z e 2 r r K K cos sin( K d) T ik2d 1 1 mn r,, e cos F ( K K ) ik Z e 2 r r ik 2d 1 mn r,, e cos F ( K K ) e m 2 K sin sin( K d) T (2.7.b) 3. Mô phỏng trường bức ạ của anten mạch dải hẹp ứng dụng phương pháp Moment Thực hiện mô phỏng bằng Matlab trường bức ạ (RCS - Radar Cross Section) của anten mạch dải hẹp có hình dạng bất kỳ. Mạch dải hẹp được chia thành các hình chữ nhật nhỏ, có kích thước 5mm 1mm. Kích thước nà đủ nhỏ để phân bố dòng trong mạch dải hẹp được coi là không tha đổi. Bán kính hiệu dụng của mạch dải hẹp là w/4 =,25mm. Chất điện môi sử dụng có hệ số điện thẩm r = 2,2. Chọn tần số sử dụng là 2,5GHz, góc sóng tới là 9. Kết quả mô phỏng mạch dải hẹp gấp khúc (dạng ziczac) có N = 64 và tỷ lệ độ dài gấp p/q=1/2 như sau: Như vậ, trường bức ạ của anten mạch dải sẽ có búp sóng chính ứng với góc tới khoảng1 o, cực đại phụ thứ nhất ứng với góc tới 2 4. Kết luận Việc sử dụng phương pháp Moment để phân tích đặc tính của anten mạch dải đã cho kết quả chính ác với thời gian chạ mô phỏng trên má tính nhanh hơn các nghiên cứu trước đâ đã khẳng định ưu điểm vượt trội của phương pháp nà trong việc phân tích, tổng hợp anten mạch dải và có thể được sử dụng trong phân tích các anten có kết cấu phức tạp khác. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH. Phan Anh, Lý thuết và Kỹ thuật anten, Nhà uất bản Khoa học kỹ thuật, 27. [2] TS. Trần Minh Tuấn, luận án Ứng dụng phương pháp moment trong bài toán phân tích các kết cấu điện từ phẳng được kích thích bởi sóng chạ, 23. [3] Harrington, Roger F.: Field Computation b Moment Methods I PRSS Series on lectromagnetic waves, 1993. Người phản biện: TS. Phạm Văn Phước Hình 3. Mặt cắt bức ạ của anten mạch dải. ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC APPLICATION OF FUZZY LOGIC IN WATR LVL CONTROL SYSTM TS. TRẦN ANH DŨNG Khoa Điện ĐTTB, Trường ĐHHH Tóm tắt Bài báo nà đề cập đến vấn đề thiết kế, â dựng mô hình thử nghiệm hệ thống điều khiển mức nước sử dụng logic mờ để â dựng bộ điều khiển trên phần mềm Matlab-Simulink kết hợp với Card Advantech PCI 1711 để chạ trên miền thời gian thực. Bộ điều khiển đã đạt được các chỉ tiêu chất lượng tốt khi đối tượng không được miêu tả bằng một mô hình toán học cụ thể Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 32 11/212 59
Abstract This article refers to design, implementing issues of the water level control prototpe using fuzz logic for snthesizing the controller in Matlab Simulink software combined with Advantech PCI 1711 Card to run in real-time domain. The controller has achieved good performance while the plant was not described b specific mathematical model. 1. Đặt vấn đề Hiện na hệ thống điều khiển mức nước, mức dầu trong các bể chứa, bồn chứa, nồi hơi... vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, tu nhiên chủ ếu vẫn dùng phương pháp cổ điển, tức là điều khiển mức chất lỏng trong một dải rộng từ h min đến h ma nào đó. Trong nhiều hệ thống điều khiển mức hiện na, vấn đề giữ chất lỏng ở một mức cố định đặt trước khi mà lưu lượng đầu vào, đầu ra luôn tha đổi và ảnh hưởng của nhiễu tác động đã được đặt ra. Bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi trước đâ trong các hệ thống điều khiển mức đã đáp ứng được các êu cầu đề ra khi ảnh hưởng của các ếu tố trên chưa đủ mạnh. Khi chúng có tác động đáng kể đến chất lượng điều khiển, đối tượng lại không có mô tả chính ác thì phải áp dụng các phương pháp điều khiển khác bổ ung cho bộ điều khiển PID để bù lại những khiếm khuết của bộ điều khiển nà. Một trong những phương pháp điều khiển hiện đại được áp dụng rộng rãi hiện na là ứng dụng logic mờ vào điều khiển. Bộ điều khiển mờ vừa có thể tích hợp được các ý kiến, kinh nghiệm của các chuên gia lại không cần biết nhiều về mô hình của đối tượng, đồng thời rất thích hợp cho các quá trình không đòi hỏi tính tác động nhanh lớn như hệ thống điều khiển mức chất lỏng. Mặt khác việc â dựng hệ điều khiển trí tuệ nhân tạo chạ trên miền thời gian thực cũng là một vấn đề mang tính cấp thiết hiện na cần phải được nghiên cứu. Đó chính là nội dung mà bài báo nà đề cập tới. 2. Bộ điều khiển mờ Một trong những ứng dụng mạnh mẽ nhất của logic mờ mà lần đầu tiên được nhà toán học người Mỹ Zade đưa ra từ năm 1965 chính là bộ điều khiển mờ. Hoạt động của một bộ điều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm và phương pháp rút ra kết luận theo tư du của con người, sau đó được cài đặt vào má tính trên cơ sở logic mờ. Một bộ điều khiển mờ bao gồm 3 khối cơ bản: khối mờ hóa, thiết bị hợp thành và khối giải mờ, ngoài ra còn có khối giao diện vào và giao diện ra (hình 1). Hình 1. Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ. - Khối mờ hóa có chức năng chuển đổi mỗi giá trị rõ của biến ngôn ngữ đầu vào thành vectơ µ có số phần tử bằng số tập mờ đầu vào. - Thiết bị hợp thành mà bản chất của nó là sự triển khai luật hợp thành R được â dựng trên cơ sở luật điều khiển. - Khối giải mờ có nhiệm vụ chuển tập mờ đầu ra thành giá trị rõ (ứng với mỗi giá trị rõ đầu vào để điều khiển đối tượng). - Giao diện đầu vào thực hiện việc tổng hợp và chuển đổi tín hiệu vào (từ tương tự sang số), ngoài ra còn có thêm các khâu phụ trợ để thực hiện bài toán động như tích phân, vi phân... - Giao diện đầu ra thực hiện chuển đổi tín hiệu ra (từ số sang tương tự) để điều khiển đối tượng. Nguên tắc tổng hợp một bộ điều khiển mờ hoàn toàn dựa vào những phương pháp toán học trên cơ sở định nghĩa các biến ngôn ngữ vào/ra và sự lựa chọn những luật điều khiển. Do các bộ điều khiển mờ có khả năng ử lý các giá trị vào/ra biểu diễn dưới dạng dấu phẩ động với độ Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 32 11/212 6
chính ác cao nên chúng hoàn toàn đáp ứng được các êu cầu của một bài toán điều khiển rõ ràng và chính ác. 3. Thiết kế hệ thống điều khiển mức nước sử dụng logic mờ Hình 2. Mô hình thử nghiệm hệ thống điều khiển mức nước. Các chi tiết trong hệ thống: 1 - Van tuến tính cấp nước vào bể (van 1); 2 Bể chứa cần điều khiển mức nước; 3 - Van tuến tính tháo nước ra khỏi bể (van 2); 4 - Bể chứa nước; 5 - Bơm nước tuần hoàn; 6 - Đường ống; 7 - Cảm biến áp suất qui đổi ra chiều cao cột nước. Van tuến tính là loại van tương tự, có góc mở van phụ thuộc tuến tính vào điện áp điều khiển cấp cho van, cụ thể là khi điện áp điều khiển tha đổi từ đến 1 VDC thì tương ứng với góc mở van từ 9 đến. Cảm biến áp suất là loại cảm biến tương tự có tín hiệu điện áp ra tỉ lệ với áp lực tác động lên cơ cấu cảm biến. Khi qui đổi ra chiều cao cột nước thì tính từ đường ống dẫn nước vào cảm biến đến đỉnh cột nước ta có lượng qui đổi như sau: chiều cao cột nước từ đến 1cm tương ứng với giá trị điện áp ra từ 1 đến 5 V. Hệ thống có 2 bể nước: bể trên và bể dưới. Bể dưới là bể chứa nước để cấp lên bể trên thông qua van 1. Bể trên là đối tượng điều khiển sao cho mức nước của bể nà luôn được giữ không đổi theo lượng đặt trước. Nước từ bể trên được tháo uống bể chứa thông qua van 2. Má bơm nước sử dụng điện áp 22V bơm nước từ bể chứa lên bể điều khiển, trong trường hợp van 1 đóng thì nước sẽ qua về bể chứa qua đường ống hồi. Như vậ, để giữ mức nước trong bể trên không đổi cần phải điều khiển 2 van tuến tính. Nếu mức nước là thấp so với mức đặt thì phải mở van 1 và đóng van 2, nếu mức nước là cao thì phải mở van 2 và đóng van 1, nếu mức nước là đủ thì đóng cả 2 van. Trong điều kiện không biết rõ ràng về mô hình toán của bể nước và lưu lượng chả của các van thì việc lựa chọn logic mờ để thiết kế bộ điều khiển là phù hợp. Hộp công cụ Lôgic mờ (Fuzz Logic Toolbo) là tổ hợp các hàm được â dựng trên nền Matlab giúp cho việc thiết kế, mô phỏng, kiểm tra và hiệu chỉnh bộ điều khiển mờ một cách dễ dàng. Để thiết kế bộ điều khiển mờ trong hộp công cụ nà, ta có thể thực hiện thông qua dòng lệnh hoặc thông qua giao diện đồ hoạ. Bài báo nà đề cập đến việc sử dụng giao diện đồ họa để â dựng bộ điều khiển mờ. Trong mô hình vật lý sử dụng 2 van tuến tính, như vậ phải â dựng 2 bộ điều khiển mờ để điều khiển 2 van. Hình 3. Cửa sổ soạn thảo bộ điều khiển mờ. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 32 11/212 61
Giao diện đồ họa của Matlab để â dựng bộ điều khiển mờ được trình bà trên hình 3. Tại đâ có thể dễ dàng â dựng các hàm thuộc cho đầu vào và đầu ra, các mệnh đề hợp thành, lựa chọn luật su diễn mờ, luật hợp mờ và luật giải mờ. Hình 4. Hàm liên thuộc của biến ngôn ngữ đầu vào và đầu ra. Hình 4 biểu diễn các hàm liên thuộc của đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển mờ cho van 1 (FC1). Biến ngôn ngữ đầu vào (sai lệch mức nước) có 5 hàm liên thuộc: minus (âm) dạng hình thang, zero (không) hình tam giác, small plus (dương nhỏ) hình tam giác, medium plus (dương vừa) hình tam giác, big plus (dương lớn) hình thang. Biến ngôn ngữ đầu ra (điện áp điều khiển mở van 1) có 5 hàm liên thuộc: big open (mở lớn) dạng hình thang, medium open (mở vừa) hình tam giác, small open (mở nhỏ) hình tam giác, close (đóng) hình tam giác, tight close (đóng chặt) hình thang. Luật hợp thành của FC1 bao gồm 5 mệnh đề hợp thành như sau: R1: nếu sai lệch mức là dương lớn thì van1 sẽ mở lớn. R2: nếu sai lệch mức là dương vừa thì van1 sẽ mở vừa. R3: nếu sai lệch mức là dương nhỏ thì van1 sẽ mở nhỏ. R4: nếu sai lệch mức bằng không thì van1 sẽ đóng. R5: nếu sai lệch mức là âm thì van1 sẽ đóng chặt. Sau khi có luật hợp thành, ta chọn thuật giải cho thiết bị hợp thành và khâu giải mờ từ cửa sổ bộ điều khiển mờ FC1 (hình 3), trong đó luật hợp thành được chọn là Ma-Min (khâu su diễn mờ Implication theo thuật Min, khâu hợp mờ Aggregation theo thuật Ma), khâu giải mờ Defuzzfication theo thuật điểm trọng tâm. Việc â dựng bộ điều khiển mờ cho van 2 (FC2) được tiến hành tương tự. Các bộ điều khiển mờ trên Matlab-Simulink được hoạt động trong chế độ thời gian thực với sự trợ giúp của card ghép nối Advantech PCI-1711 để liên kết với mô hình bể nước. Một trường hợp thực nghiệm trên mô hình với mức nước đặt là 5cm được trình bà ở hình 5. Hình 5. Quá trình mức nước tăng từ 4cm đến 5cm và giữ ổn định ở mức nà. 4. Kết luận Mô hình thử nghiệm hệ thống điều khiển mức nước sử dụng logic mờ để â dựng bộ điều khiển đã hoạt động với chất lượng như mong muốn. Hệ thống nà có thể dùng làm thiết bị thí nghiệm về điều khiển mờ và làm tiền đề để phát triển thành các hệ thống điều khiển mức chất lỏng trên thực tế áp dụng lý thuết điều khiển hiện đại để nâng cao chất lượng sản phẩm. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 32 11/212 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Xuân Minh, Nguễn Doãn Phước - Lý thuết điều khiển mờ - Nhà uất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1999. [2] Nguễn Phùng Quang - Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động - Nhà uất bản Khoa học và Kỹ thuật, 25. Người phản biện: TS. Trần Sinh Biên NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG BIỂN ĐẾN CỰ LY HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THIẾT BỊ THỦY ÂM TH STUDY OF TH SA'S NVIRONMNTAL FFCT TO OPRATION RANG OF UNDRWATR ACOUSTIC QUIPMNTS KS. BÙI VĂN GIAO Lớp Cao học Kỹ thuật Điện tử 21-212 Tóm tắt Hiện na công nghệ thông tin vô tuến dưới nước sử dụng sóng thủ âm đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt là trong các lĩnh vực thu thập dữ liệu hải dương học, khảo cổ, tìm kiếm cứu nạn cứu hộ và an ninh quốc phòng. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường truền sóng âm cho phép ác định cự l hoạt động của các thiết bị thông tin thủ âm với độ chính ác cao và ử lý dữ liệu với tốc độ nhanh, đáp ứng kịp thời êu cầu tác chiến trên biển. Abstract Nowadas, underwater wireless communication technologies using underwater acoustic are growing strongl, especiall in the areas of the data oceanograph collection, archeolog, the search and rescue mission and Defense securit forces. The stud of the environmental effects on the underwater acoustic propagation allows to calculate the range of underwater acoustic equipment with high precision and to process the data with high speed, to meet the requirements of the warfare at sea. 1. Đặt vấn đề Ảnh hưởng của môi trường đến sự lan truền sóng âm làm tha đổi cự l hoạt động và độ chính ác thực tế của thiết bị thủ âm (TBTA) so với giá trị tính toán theo lý thuết. Sóng thuỷ âm và sự lan truền dưới nước của nó đã được phát hiện lần đầu trong thế chiến thứ II. Từ đó đến na vấn đề nà luôn được chú trọng nghiên cứu và đã có nhiều công trình đánh giá, khảo sát sự lan truền sóng âm trong môi trường nước biển, sự tác động của sóng âm bởi bề mặt, tính chất đá biển và các thông số môi trường như nhiệt độ, độ mặn, áp suất Trên phương diện lý thuết, một số công trình lớn nghiên cứu các ếu tố môi trường không đồng nhất-phân lớp gâ ảnh hưởng tới tầm hoạt động của TBTA đã được các nhà bác học (Liên ô cũ) như L.M. Brekhvski, V.N. Chiulin, A.S. Stascevitr thực hiện. Trên phương diện thực tế, việc tính toán ảnh hưởng của các đặc tính môi trường biển, ác định giá trị của chúng bằng công nghệ thông tin để â dựng bức tranh truền sóng, dự báo cự l hoạt động của TBTA đã được nghiên cứu, triển khai ở nhiều nước trên thế giới.trong giai đoạn đầu các chuên gia thuỷ âm chủ ếu chú trọng đến các điều kiện khi cự l hoạt động thực tế của các TBTA nhỏ hơn nhiều so với cự l năng lượng khi gradient tốc độ có giá trị âm (khúc ạ âm), sự có mặt của các lớp nhả tốc độ âm Sau nà, người ta đã phát hiện ra hiện tượng lan truền tín hiệu thuỷ âm a hơn nhiều so với cự l năng lượng. Sự uất hiện của kênh âm ngầm, kênh tiếp giáp bề mặt, vùng phát hiện a cũng được tính toán và nghiên cứu Những công trình nghiên cứu lâu dài trong lĩnh vực lý thuết lan truền sóng âm trong môi trường nước biển cộng với các thực nghiệm đa dạng, phong phú trong nghiên cứu đặc tính hải dương học đã cho ra đời nhiều công thức, chương trình tính toán sự ảnh hưởng của môi trường đến sự lan truền của sóng âm dưới nước đến các phương tiện thuỷ âm [1] có độ chính ác cao và ứng dụng thực tế lớn. Đặc biệt đã giúp tạo ra các thiết bị dùng để dự báo tầm hoạt động của TBTA trong điều kiện thực tế. Trên cơ sở các dữ liệu thu được từ các trạm khí tượng thủ văn biển, từ các chương trình khảo sát, đo đạc biển đã â dựng các atlát về sự phân bố đứng tốc độ sóng âm tại khắp các đại dương. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 32 11/212 63