Ứng dụng logic mờ thiết kế bộ điều khiển tuabin khí

58 Nguyễn Hoàng Mai, Nguyễn Phạm Công Đức 
ỨNG DỤNG LOGIC MỜ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TUABIN KHÍ 
APPLICATION OF FUZZY LOGIC IN DESIGNING GAS TURBINE CONTROLLERS 
Nguyễn Hoàng Mai1, Nguyễn Phạm Công Đức2 
1Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; nhmai@dut.udn.vn 
2Trường Đại học Duy Tân; congducdtu@gmail.com 
Tóm tắt - Động cơ tua bin khí với khối lượng và kích thước nhỏ 
gọn so với các loại động cơ cùng công suất khác, có tính cơ động 
cao, công suất lớn hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các 
trạm phát điện tĩnh và trên các phương tiện giao thông vận tải. 
Động cơ tua bin khí đã khẳng định được tính ưu việt của mình 
và là loại động cơ không thể thay thế trong ngành hàng không và 
trong lĩnh vực tàu thủy. Đặc điểm cơ bản của tua bin khí là cấu 
tạo đơn giản, ít hỏng hóc và tuổi thọ lớn. Nhược điểm của chúng 
là đặc tính điều khiển phức tạp, độ phi tuyến cao và khó biến đổi 
thông số trực tiếp. Chính vì vậy việc nghiên cứu điều khiển tua 
bin khí hiện vẫn còn nhiều khả năng mở để các nhà khoa học 
tham gia nghiên cứu phát triển ứng dụng. Từ đó tác giả đã chọn 
hướng nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho tổ hợp tua bin khí 
với mục đích xây dựng cấu trúc không quá phức tạp, nhưng đảm 
bảo được tính đáp ứng nhanh, khả năng kháng nhiễu tốt và thay 
đổi tham số hệ thống. 
Abstract - Gas turbine engines with compact size and light weight 
compared to other types of engines with the same power are highly 
mobile with great output capacity and currently being widely used 
in static power stations and means of transportation. Gas turbine 
engines have proved their superiority as engines that cannot be 
replaced in aviation and the ship industry. The gas turbines are 
mainly characterized by their simple structures, few breakdowns 
and long life. Their disadvantages are complex controllability, high 
non-linearity and difficulty in directly changing parameters. 
Therefore, research into gas turbine control is still open for 
scientists to participate in doing research and developing 
applications. In line with this, the authors of this article have 
decided to study and design a controller for gas turbine engines for 
the purpose of building a structure which is not too complicated, 
but ensures fast response, good resistance to interference and 
convenience for changing system parameters. 
Từ khóa - Tua bin khí; mô hình HDGT; bộ điều khiển PID; bộ điều 
khiển mờ; chu trình Brayton 
Key words - Gas turbine; HDGT model; PID controller; fuzzy 
controller; Brayton cycle 
1. Giới thiệu 
Hiện nay các nghiên cứu về tua bin khí trở nên phổ biến. 
Thông dụng nhất là sử dụng bộ điều khiển PID hoặc kết 
hợp với các phương pháp khác như dùng mạng nơron, 
mờ Trong [5], đã xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho tua 
bin khí bằng bộ điều khiển PID bởi phương pháp Nichols 
Ziegler và thuật toán di truyền. Ngoài ra các tác giả cũng 
cho thấy, bộ điều khiển logic mờ thay thế bộ điều khiển 
PID kinh điển mang lại kết quả tốt hơn. Trong [6], [7], đã 
xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho tua bin khí bằng việc 
kết hợp giữa PID và Fuzzy để ổn định được tốc độ quay 
của tua bin phù hợp với nhiễu. Trong các nghiên cứu này 
các tác giả sử dụng mô hình tua bin khí được xây dựng bởi 
Rowen [2]. Những nghiên cứu này thực hiện trên mô hình 
nhiễu bé do sử dụng mô hình PID gián tiếp. 
Nguyên lý hoạt động tua bin khí: như Hình 1 và 2 không 
khí sạch (thuật ngữ chuyên môn gọi là khí khô – dry air) 
theo đường 1 vào máy nén , được máy nén tăng áp và theo 
đường 2 để đi vào buồng đốt, tại đây nhiên liệu được phun 
vào và đốt cháy khí tạo áp suất cao, sau đó nhờ hệ thống 
nén để đẩy khí cao áp đi vào đường ống 3 để đến được tua 
bin, làm quay tua bin. Khí xả được đưa ra đường ống 4. 
Tua bin quay sẽ quay trực tiếp hoặc qua hộp giảm tốc để 
nối với tải phía sau. Chu trình hoạt động của tua bin khí là 
chu trình Brayton như Hình 2. 
Thực tế, khi làm việc, do ma sát nhiệt truyền nhiệt qua 
vách ngăn đường ống... nên sẽ có tổn thất áp suất từ đầu 
đến cuối quá trình. Do đó, chu trình Brayton thực tế sẽ khác 
một chút so với chu trình lý tưởng. 
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của tua bin khí 
Hình 2. Chu kỳ Brayton thực tế 
Trên Hình 3 mô tả cấu trúc toán học của một hệ HDGT 
(Heavy Duty Gas Turbine) do tác giả Rowen đề xuất 
Hình 3. Mô hình HDGT của Rowen 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 1.1, 2019 59 
Dựa vào chu trình Brayton [2] thực tế ở Hình 2, ta có 
hiệu suất của các bước trong quá trình: 
Hiệu suất của máy nén: ŋcomp = 
ℎ2𝑠−ℎ1
ℎ2−ℎ1
 = 
(𝑇2𝑠−𝑇1)
(𝑇2−𝑇1)
 (1) 
Hiệu suất của tua bin : ŋturb = 
ℎ3−ℎ4
ℎ3−ℎ4𝑠
 = 
(𝑇3−𝑇4)
(𝑇3−𝑇4𝑠)
 (2) 
𝑇2𝑠
𝑇1
= (
𝑃2
𝑃1
)
(
𝐾𝑐 −1
𝐾𝑐
)
= 𝑃𝑅
(
𝐾𝑐 −1
𝐾𝑐
)
= 𝑥𝑐 (3) 
𝑇3
𝑇4𝑠
= (
𝑃3
𝑃4
)
(
𝐾ℎ −1
𝐾ℎ
)
= 𝑃𝑅
(
𝐾ℎ −1
𝐾ℎ
)
= 𝑥ℎ (4) 
𝑥𝑐 : Tỷ số gia nhiệt buồng đốt. 
𝑥𝑐 : Tỷ số gia nhiệt quá trình nén tua bin. 
Sử dụng công thức (1) và (3), nhiệt độ ra của buồng đốt 
được tính bằng công thức: 
T2 = T1 (
𝑥𝑐−1
ŋ𝑐
+ 1) (5) 
Và với công thức (2) và (4), nhiệt độ ra của tua bin được 
tính như sau: 
T4 = T3 (1 − ( 1 −
1
xℎ
) ŋ𝑐) (6) 
Một quá trình khác ảnh hưởng đến hoạt động của 
HDGT là quá trình diễn ra trong buồng đốt, tức là giai đoạn 
2-3 trong Hình 2. Khi đó, áp suất trong buồng đốt không 
đổi sẽ cho ta các biểu thức sau: 
�̇�𝐻 = 𝑚 ̇ . 𝐶𝑝ℎ. (𝑇3 − 𝑇2) (7) 
Trong đó 𝑚 ̇ (kg/s) là tỷ lệ luồng khí vào. Nhiệt được 
tạo thành bằng cách chiết suất năng lượng từ nhiên liệu như 
sau: 
�̇�𝐻 = ŋ𝑐 . 𝑚 ̇ 𝑓 . 𝐻 (8) 
Ở đây �̇�𝐻 (kJ/s) tỷ lệ hấp thụ nhiệt trong lò đốt, ŋ𝑐 là 
hiệu suất của buồng đốt, 𝑚 ̇ 𝑓 (kg/s) tỷ lệ luồng nhiên liệu 
và 𝐻 (kJ/kg) là lượng calorific thấp hay là lượng nhiệt thấp 
của nhiên liệu khi sử dụng. Hiệu suất của buồng đốt là 
lượng nhiên liệu được bơm vào buồng đốt và bị đốt cháy 
hoàn toàn. Đối với các thiết kế hiện đại, hiệu suất của 
buồng đốt rất cao và gần như là 100%. Sử dụng công thức 
(7) và (8) sự gia tăng nhiệt độ trong buồng đốt có thể được 
tính như sau: 
T3 = T2 + ŋ𝑐
𝑚 ̇ 𝑓
𝑚 ̇
𝐻
𝐶𝑝ℎ
 = T2 + ∆To 
𝑚 ̇ 𝑓
𝑚 ̇
 (9) 
Ở đây ∆To là ký hiệu của sự gia tăng nhiệt. Trên thực 
tế, nhiệt độ và tỷ lệ áp suất bên trong cũng như phản ứng 
tổng thể của quá trình HDGT thay đổi theo tốc độ của tua 
bin. Quá trình này là phi tuyến nên làm phức tạp thêm cho 
mô hình. Tuy nhiên, theo mô hình của Rowen, các quá trình 
này được giả thiết đối với tốc độ bằng cách áp dụng giới 
hạn tốc độ 95% đến 107% tốc độ định mức xem ở Bảng 1. 
Lúc này công suất đầu ra của tua bin sẽ là: 
𝑃𝐺 = 𝑚 ̇ . [𝐶𝑝ℎ. (𝑇3 − 𝑇4) – 𝐶𝑝𝑐. (𝑇2 − 𝑇1)] (10) 
Phương trình trên (10) được viết dưới dạng khối: 
𝑃𝐺𝑝𝑢 = 𝐴 + 𝐵. 𝑚 ̇ 𝑓𝑝𝑢 ở tốc độ định mức 
A = ŋ𝑐
�̇�𝑛.𝑇1
𝑃𝐺𝑛
 { 𝐶𝑝ℎ. ŋ𝑡 ( 1 − 
1
xℎ
) −
x𝑐 −1
ŋ𝑐
 x [𝐶𝑝𝑐 −
𝐶𝑝ℎ. ŋ𝑡(1 − 
1
xℎ
 ) ]} (11) 
B = 
ŋ𝑐 .ŋ𝑡.𝐻.�̇�𝑓𝑛 
𝑃𝐺𝑛
( 1 − 
1
xℎ
) (12) 
Ở tốc độ định mức, nhiệt độ khí xả được tính bằng cách 
thay thế công thức (5) và (6) vào trong công thức (9), vì 
thế: 
𝑇4 = 𝑇𝑅 − 𝐷. (1 − 𝑚 ̇ 𝑓𝑝𝑢) ở tốc độ định mức 
 D = ŋ𝑐
𝐻 
𝐶𝑝ℎ 
 .
 �̇�𝑓𝑛
�̇�𝑛
 [1 − ( 1 −
1
xℎ
) ŋ𝑡] (13) 
Ở đây D là hệ số khối nhiệt độ xả và TR là nhiệt độ xả 
định mức trong mô hình HDGT. Bây giờ chúng ta xác định 
các hệ số của hệ thống van nhiên liệu. Trong mô hình 
HDGT, tỷ lệ lưu lượng dòng nhiên liệu định mức tương 
ứng với tốc độ của tua bin và sẽ có một hằng thời gian sẽ 
xuất hiện, đó là b trong khối định vị van của mô hình 
HDGT. Giá trị thông số nhiễu của vòng phản hồi Kf = 0 và 
thời gian trễ c = 0 trong mô hình được chọn theo thông số 
của nhà sản xuất. Tuy nhiên, vẫn có một hằng số thời gian 
trễ từ các ống dẫn nhiên liệu đến buồng đốt. Độ trễ này 
được tính bằng biểu thức sau: 
𝑇𝑉 = 
𝑃𝑂
𝑄𝑂
𝑉 
𝜕
𝜕𝑃
 (
1
𝑣
) |𝑇𝑂 (14) 
2. Thiết kế hệ thống tua bin khí 
2.1. Tính toán các thông số mô hình hệ thống 
Trong nghiên cứu này, tác giả lấy thông số của tua bin 
với công suất 172 MW để áp dụng [2]. Đây là tua bin đơn 
hệ HDGT với khí sạch làm nhiên liệu chính (áp suất bao 
quanh 1 atm, độ ẩm tương đối 60% và nhiệt độ 15o). Cần 
lưu ý rằng các tính toán sau đây, tổn thất áp suất trong bộ 
lọc khí vào và quá trình đốt nhiên liệu được bỏ qua. 
Bảng 1. Thông số định danh mô hình hệ HDGT [2] 
Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 
Công suất định mức PGn MW 172,2 
Tần số danh định f Hz 50 
Tốc độ Tua bin RPM RPM 3000 
Khí thải �̇�𝒏 kg/s 537 
Nhiệt độ khí thải TR ℃ 522 
Tỷ lệ áp suất PR - 15,4 
Bảng 2. Thông số định danh mô hình hệ HDGT [2] 
Tham số 
Ký 
hiệu 
Đơn vị Giá trị 
Công suất đầu ra T3 MW 146,4 
Nhiệt đồ đầu vào tua bin T3 ℃ 1100 
Nhiệt độ khí thải T4 ℃ 532 
Nhiệt độ môi trường xung quanh T1 ℃ 27,3 
Khí thải mn kg/s 438,1 
Lưu lượng nhiên liệu �̇�𝒇 kg/s 8,34 
Nhiệt trị thâp của nhiên liệu H kJ/kg 43094 
Nhiệt dung của khí quá trình nén Cph kJ/kgK 1,1569 
Nhiệt dung của khí trong buồng đốt Cpc kJ/kgK 1,0047 
Tỷ số gia nhiệt quá trình nén 𝑲𝒉 - 1,33 
Tỷ số gia nhiệt buồng đốt 𝑲𝒄 - 1,4 
Hiệu suất của tua bin: Từ công thức (4) cùng với dữ 
liệu trong các Bảng 1 và 2, ta tính được nhiệt độ ra tua bin 
T4s trong quá trình đẳng nhiệt như sau: 
60 Nguyễn Hoàng Mai, Nguyễn Phạm Công Đức 
xh(oc)= 𝑃𝑅
(
𝐾ℎ −1
𝐾ℎ
)
= 𝑃𝑅 
𝑚𝑛
�̇�𝑛
(
𝐾ℎ −1
𝐾ℎ
)
 = (15.4 ×
438,1
537
)
(
1,33−1
1,33
)
= 1,87 
 (15) 
T4s(oc) =
𝑇3(𝑜𝑐)
𝑥ℎ(𝑜𝑐)
=
1100+273
1.87
= 734,22 𝐾 = 461,22o𝐶 (16) 
Hiệu suất tua bin theo công thức (2) là: 
ŋt =
(𝑇3−𝑇4)
(𝑇3−𝑇4𝑠(𝑜𝑐))
=
1100−532
1100−461.22
= 0,89 (17) 
Hiệu suất của máy nén và nhiệt độ ra của máy nén trong 
quá trình đẳng nhiệt được tính từ (3): 
xc(oc) = 𝑃𝑅
(
𝐾ℎ −1
𝐾ℎ
)
= 𝑃𝑅 
𝑚𝑛
�̇�𝑛
(
𝐾ℎ −1
𝐾ℎ
)
 = (15,4 ×
438,1
537
)
(
1,4−1
1,4
)
= 2,06 (18) 
T2s = T1(oc) x xc(oc) = (27,3 +273) x 2,06 
 = 618,62 K = 345,62oC (19) 
Ở đây nhiệt độ đầu ra của máy nén được tính từ công 
thức (9): T2(oc) = T3(oc) – ŋcomb 
�̇�𝑓
�̇�
𝐻
𝐶𝑝ℎ
 (20) 
= 1100 – 0,99 x 
8,34
438,1
 x 
43094
1,1569
 = 397,98o𝐶 (21) 
Hiệu suất đốt cháy của buồng đốt gần như tuyệt đối. 
Với hiệu suất 0,99 được giả định cho hệ thống buồng đốt 
trong nghiên cứu này. 
Theo (1), ta có hiệu suất của máy nén là: 
ŋc =
(𝑇2𝑠(𝑜𝑐)−𝑇1(𝑜𝑐))
(𝑇2(𝑜𝑐)−𝑇1(𝑜𝑐))
=
345,62−27,3
397,98−27,3
= 0,86 (22) 
Từ các thông số cho hoạt động định mức của tua bin ở 
Bảng 1, ta có xh và xc được tính như sau: 
xh = (15,4)
1,33−1
1,4
= 1,97 (23) 
xc = (15,4)
1,4−1
1,4
= 2,18 (24) 
Từ công thức (11) và (12) có thể được sử dụng để tính các 
thông số khối công suất cơ của tua bin trong Hình 5 như sau: 
A =
537 x (273+15)
172200
 x { 2,2569 x 0,89 x (1 −
1
1,97
) −
2,18−1
0,86
 x [1,0047 – 1,1569 x 0,89 x (1 −
1
1.97
)]} = -0,158 (25) 
Trong công thức (12) lưu lượng nhiên liệu định mức là 
cần thiết. Nó là cơ sở để tạo ra công suất định mức ở tốc độ 
định mức của tua bin. Do đó, từ công thức (12) 
B =
0,99 x 0,89 x 43094 x �̇�𝑓𝑛 
172200
 (1 −
1
1,97
) = 0,1068 �̇�𝑓𝑛 (26) 
ṁfpu = 
PGpu−A
B
 → 1 =
1+0,1580
0,1086ṁfn 
 → ṁfn = 10,66 kg/s 
B= 1,1580 (27) 
Và lưu lượng định mức cũng để xác định nhiệt độ xả tua 
bin. Từ công thức (14) tham số nhiệt độ xả D được tính như sau: 
D = 0,99 x 
43094 
1,1569
 𝑥 
10,72 
537
 [ 1 - (1 −
1
1,97
) x 0,89 ] 
 = 413,6o𝐶 (28) 
Ở đây, ta chọn thông số khối momen tua bin khí 
C = 0,5 và nhiệt độ khí thải E = 0,6 x TR = 313oC. Lượng 
nhiên liệu tiêu thụ khi tua bin làm việc không tải và lượng 
nhiên liệu tối thiểu để duy trì quá trình đốt trong buồng đốt 
được cho ở Bảng 3. 
Tỷ lệ lưu lượng nhiên liệu để duy trì buồng đốt khi 
không tải: 
KNL = 
2,56
ṁfpu
= 
2,56
10,66
 = 0,24 (29) 
Lượng nhiên liệu tối thiểu để duy trì quá trình đốt trong 
buồng đốt: 
Min F = 
1,5
10,66
 – 0,24 
1−0,24
 = -0,13 (30) 
Bảng 3. Lượng nhiên liệu tối thiểu để duy trì buồng đốt và 
hoạt động không tải 
Tham số Đơn vị Giá trị 
Lưu lượng nhiên liệu khi không tải kg/s ~ 2,56 
Lưu lượng nhiên liệu tối thiểu để duy 
trì buồng đốt 
kg/s ~ 1,5 
Bảng 4.Dữ liệu để tính độ trễ hệ thống nhiên liệu 
Tham số Đơn vị Giá trị 
Áp suất nhiên liệu atm 21 
Nhiệt độ trung bình K 320 
Bảng 5. Dữ liệu để tính độ trễ của khâu xả máy nén 
Tham số Đơn vị Giá trị 
Nhiệt độ trung bình K ~1050 
Thể tích ổng xả m3 ~16 
Hệ thống nhiên liệu: hằng số thời gian trễ của hệ thống 
nhiên liệu có thể bằng 0 nếu điều kiện nhiệt động lực học 
của hệ thống nhiên liệu cho một điểm hoạt động điển hình 
được biết đến. Khi vận hành với nhiên liệu khí, các phép 
đo gần đây về tính chất nhiệt động học metan được sử dụng 
để tính các biến đổi mật độ do sự thay đổi áp suất từ công 
thức (14) và Bảng 4: 
𝜕
𝜕𝑃
(
1
𝑣
) |𝑇𝑜 =
(
1
0,07
)−(
1
0,1
)
22−16,5
| 320𝐾 = 0,78 (31) 
Và sử dụng dữ liệu trong Bảng 4, ta sẽ có: 
TFS = 
21 𝑎𝑡𝑚 
10,66 kg/s
 x 0,17 m3 x 0,78
𝑘𝑔/𝑚3
atm
 = 0,26 s (32) 
Thời gian vận hành của bộ định vị van dựa vào thông số 
nhà sản xuất. Ở đây thời gian định vị van nhiên liệu b = 10 ms. 
Độ trễ thời gian và độ trễ xả: TTD = 40 ms 
Ngoài ra còn có một thời gian trễ ở khâu xả của máy 
nén. Sử dụng các tính chất nhiệt động lực học và dữ liệu 
trong Bảng 5, từ công thức (14) được sử dụng để ước lượng 
hằng số thời gian trễ ở khâu xả của máy nén như sau: 
𝜕
𝜕𝑃
(
1
𝑣
) |𝑇𝑜 =
(
1
0,14
)−(
1
0,2
)
20−14
| 1050𝐾 = 0,36 (33) 
Nhiệt độ trung bình 1050o K được giả định là ở đáy của 
lối vào tua bin (Bảng 5). Nhiệt độ trung bình ở khâu thải 
của khối nén khí : 
TCD = 
15,4 𝑎𝑡𝑚
537 𝑘𝑔/𝑠
 x 16 m3 x 0,36 
𝑘𝑔/𝑚3
atm
 = 0,16s (34) 
2.2. Bộ điều khiển tốc độ tua bin khí 
2.2.1. Xây dựng cấu trúc bộ điều khiển 
Trong nghiên cứu này, sử dụng phương pháp điều 
khiển mờ vì tính tường minh, đơn giản và dễ kiểm nghiệm 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 1.1, 2019 61 
kết quả. Bộ điều khiển mờ để chỉ định các thông số của bộ 
điều khiển PID trong quá trình hoạt động. Ta xây dựng cấu 
trúc điều khiển của bộ điều khiển mờ lai PID này như 
sau: đầu tiên ta sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển 
ở vòng trong cho mạch vòng điều chỉnh tốc độ hệ truyền 
động của tua bin, sau đó dùng bộ điều khiển mờ ở vòng 
ngoài để tự động chỉnh định các thông số KP, KI, KD của bộ 
điều khiển PID với các tham số KP, KI, KD được lấy từ kết 
quả dựa trên mô hình hóa và thuật toán Nichols Ziegler. 
Hình 4. Sơ đồ hệ thống mô phỏng điều khiển bằng PID 
Sử dụng thuật toán Nichols – Ziegler với bộ điều khiển 
PID kinh điển, kết quả đầu ra của bộ điều khiển PID: 
KP = 33; KI = 0,018; KD = 44 
Hình 5. Kết quả mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển PID 
Qua kết quả mô phỏng điều khiển trên ta thấy, với bộ 
điều khiển PID thì thời gian quá độ là 22 giây. Về chỉ tiêu 
độ quá điều chỉnh, khi sử dụng bộ điều khiển PID độ quá 
điều chỉnh lên đến 0,05% con số này rất nhỏ, đây là một 
thông số tốt, làm cho quá trình mở máy hệ thống truyền 
động an toàn. Tuy nhiên khi tăng tham số nhiễu lên thì bộ 
điều khiển dần mất ổn định. Nhiễu trong thực tế như lực 
cản của gió đối với cánh quạt động cơ tua bin hoặc lực cản 
của dòng nước đối với chân vịt của tàu thủy 
Sau khi thiết kế bộ điều khiển PID, dựa vào các thông 
số KP, KI, KD để xây dựng bộ điều khiển mờ. Đầu vào bộ 
điều khiển mờ này là sai lệch (kí hiệu là e) của tốc độ đặt 
so với tốc độ thực tế của hệ thống tua bin khí và đạo hàm 
sai lệch de/dt (kí hiệu là de). 
Đầu ra của bộ điều khiển mờ là các hệ số KP, KI, KD, để 
điều khiển hệ thống đóng mở van nhiên liệu của buồng đốt 
tua bin khí. 
2.2.2. Tính toán các thông số của bộ điều khiển mờ PID 
a. Mờ Hóa 
- Giá trị đặt [0÷1] tương đương với tỷ lệ đóng mở van 
nhiên liệu [0÷100] (%). 
b. Luật hợp thành 
Với 5 tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 
5 x 5 = 25 luật điều khiển. 
- Luật hợp thành cho hệ số KP 
Bảng 6. Bảng luật hợp thành của hệ số KP 
KP(RẤT NHỎ, NHỎ, KHÔNG, LỚN, RẤT LỚN) 
e/de RN N K L RL 
RC(RẤT CHẬM) N N K RL RL 
C(CHẬM) N N K RL RL 
K(KHÔNG) N N K RL RL 
N(NHANH) RN RN K L L 
RN(RẤT NHANH) RN RN K L L 
- Luật hợp thành cho hệ số KI 
Bảng 7. Bảng luật hợp thành của hệ số KI 
KI(RẤT NHỎ, NHỎ, KHÔNG, LỚN, RẤT LỚN) 
e/de RN N K L RL 
RC(RẤT CHẬM) N N K RL RL 
C(CHẬM) N N K RL RL 
K(KHÔNG) N N K RL RL 
N(NHANH) RN RN K L L 
RN(RẤT NHANH) RN RN K L L 
- Luật hợp thành cho hệ số KP 
Bảng 8. Bảng luật hợp thành của hệ số KP 
KP(RẤT NHỎ, NHỎ, KHÔNG, LỚN, RẤT LỚN) 
e/de RN N K L RL 
RC(RẤT CHẬM) RL RL K K K 
C(CHẬM) L L K K K 
K(KHÔNG) L L K N K 
N(NHANH) K K K N K 
RN(RẤT NHANH) K K K RN K 
c. Khối điều khiển mờ 
Hình 6. Tập mờ của các biến ra hệ số điều khiển 
62 Nguyễn Hoàng Mai, Nguyễn Phạm Công Đức 
3. Mô phỏng và kết quả 
3.1. Sơ đồ hệ thống mô phỏng bằng mờ PID 
3.1.1. Sơ đồ hệ thống 
Hình 7. Sơ đồ hệ thống mô phỏng điều khiển bằng Mờ PID 
3.2. Kết quả mô phỏng 
Theo nghiên cứu ở trên, khi góc mở van và nhiễu thay 
đổi thì tốc độ của tua bin cũng thay đổi theo và để ổn định 
được tốc độ quay của tua bin ta cần phải có bộ điều khiển 
thay đổi được thông số phù hợp với sự thay đổi của nhiễu. 
Tuy nhiên khi ta thay đổi giá trị đặt nhiễu của tua bin 
trong quá trình làm việc thì bộ điều khiển PID kinh điển 
không đáp ứng được yêu cầu chất lượng của quá trình điều 
khiển. Để khắc phục hiện tượng đó, tác giả đề xuất 
phương án sử dụng bộ điều khiển mờ PID trực tiếp với 
luật như Bảng 6, 7, 8. 
3.2.1. Mô phỏng với tham số nhiễu bằng 0,05 
Hình 8. Kết quả mô phỏng khi thử nghiệm với nhiễu bằng 0,05 
Bảng 9. So sánh kết quả mô phỏng với tham số nhiễu bằng 0,05 
CHỈ TIÊU BỘ ĐK PID BỘ ĐK MỜ PID 
Thời gian quá độ (s) 25 19 
Độ quá điều chỉnh (%) 0,05 0,02 
Sai lệch tĩnh 0 0 
3.2.2. Mô phỏng với tham số nhiễu bằng 0,15 
Hình 9. Kết quả mô phỏng khi thử nghiệm với nhiễu bằng 0,15 
Bảng 10. So sánh kết quả mô phỏng với tham số nhiễu bằng 0,15 
CHỈ TIÊU BỘ ĐK PID BỘ ĐK MỜ PID 
Thời gian quá độ (s) X 20 
Độ quá điều chỉnh (%) X 0,3 
Sai lệch tĩnh X 0 
4. Kết luận 
Bài báo đã, nghiên cứu, tìm hiểu về thiết kế và các kỹ 
thuật điều khiển hệ truyền động tua bin khí. 
Ứng dụng phương pháp điều khiển mờ và điều khiển 
PID để thiết kế bộ điều khiển mờ lai PID cho hệ truyền 
động tua bin khí. Mô hình hóa và mô phỏng toàn bộ hệ 
thống thống qua phần mềm Matlab Simulink, từ đó đánh 
giá được bộ điều khiển đã thiết kế. Bộ điều khiển được 
thiết kế đáp ứng tốt hệ thống truyền động. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nguyen Hoang Mai, Tran Van Dung (2018), “the analysis of local 
oscillation in the gas turbine generator connectto power grid 
systems use linear observer”. 
[2] W. I. Rowen, “Simplified mathematical representations of single 
shaft gas turbines in mechanical drive service” presented at the Int. 
Gas Turbine and Aeroengine Congr. And Expo., Cologne, Germany, 
1992, unpublished”. 
[3] Saeed Balochian, Soheil Vosoughi (2012), “Design and simulation of 
turbine speed control system based on Adaptive Fuzzy PID controller”. 
[4] M. Bazazzadeh, A. Shahriari (2010), “Designing a fuzzy logic 
controller for gas turbine performance using neural network”. 
[5] S.Balamurugan, R.Joseph Xavier, A.Ebenezer Jeyakumar (2010), 
“Fuzzy based controller for heavy duty gas turbine plant”. 
[6] Surti Ammar, Ruting Jia, Wenyuan Xiao (2015), “Control of Gas 
Turbine’s speed with a fuzzy logic controller”. 
[7] Azadeh mansouri Mansourabad, Mohammad Taghi Hamidi 
Beheshti, Mohsen Simab (2013), “A hybrid PSO_Fuzzy_PID 
Controller for gas turbine speed control”. 
[8] Morteza Montazeri, AmirSafari (2007), “Design of Gas turbine 
engine fuel control system using fuzzy logic”. 
(BBT nhận bài: 03/10/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 22/12/2018)