Chấp nhận ngày 8 tháng 5 năm 2015 bộ điều khiển PID Aboubaker M Gabaj Khoa Máy tính, Khoa Giáo dục, Đại học Tripoli, Tripoli Libya Email kgabaja@gmail com Mostafa A Fellani *, Aboubaker M Gabaj** * Ph[.]
Machine Translated by Google Tạp chí Quốc tế Kỹ thuật Điện Máy tính (IJECE) tập 5, Số 3, tháng năm 2015, trang 436 436~442 ISSN: 2088-8708 Thiết kế điều khiển PID cho hai bồn chứa Điều khiển mức chất lỏng Hệ thống sử dụng Matlab Mostafa A Fellani *, Aboubaker M Gabaj** * Phòng Kỹ thuật Điều khiển, Khoa Công nghệ Điện tử, Beni-Walid, Libya Email: alfellani @gmail.com Phịng Máy tính, ** Khoa Giáo dục, Đại học Tripoli, Tripoli Libya Email: kgabaja@ gmail.com Thông tin viết TRỪU TƯỢNG Lịch sử viết: Ứng dụng công nghiệp Hệ thống bể chứa ghép nối (CTS) sử dụng rộng rãi, đặc Nhận ngày 30 tháng 10 năm 2014 Sửa đổi ngày 22 tháng năm 2015 Chấp nhận ngày tháng năm 2015 biệt ngành cơng nghiệp xử lý hóa chất Việc kiểm soát mức chất lỏng bồn lưu lượng bồn vấn đề nan giải q trình cơng nghệ Các quy trình cơng nghệ u cầu chất lỏng phải bơm, chứa bể chứa, sau bơm sang bể khác cách có hệ thống Bài báo trình bày phát triển điều khiển Proportional-Integral-Derivative (PID) để điều khiển mức chất lỏng mong muốn CTS Các kỹ thuật truyền thống khác phương pháp từ khóa: điều chỉnh PID thử nghiệm để thu thông số điều khiển PID Hệ thống bể ghép điều khiển PID Phương pháp điều chỉnh PID kiểm sốt mực nước Mơ thực môi trường MATLAB để xác minh hiệu suất hệ thống Thời gian tăng (Ts), Thời gian ổn định (Ts), Lỗi trạng thái ổn định (SSE) Overshoot (OS) Phương pháp điều chỉnh thử sai thực tất kết hoạt động phân tích MATLAB Người ta chứng minh hiệu suất CTS cải thiện kỹ thuật thích hợp phương pháp điều chỉnh PID Bản quyền © 2015 Viện Khoa học Kỹ thuật Tiên tiến Đã đăng ký Bản quyền Đồng tác giả: Aboubaker M Gabaj Khoa Máy tính, Khoa Giáo dục, Đại học Tripoli, Tripoli Libya Email:kgabaja@gmail.com GIỚI THIỆU Bộ điều khiển đạo hàm tích phân theo tỷ lệ (PID) sử dụng rộng rãi thực tế công nghiệp từ sáu thập kỷ qua Việc phát minh điều khiển PID vào năm 1910 (phần lớn nhờ vào chế độ lái tự động tàu Elmer Sperry) quy tắc điều chỉnh Ziegler-Nichols (ZN) đơn giản vào năm 1942 [1] Ngày nay, PID sử dụng 90% hệ thống điều khiển thực tế, từ thiết bị điện tử tiêu dùng máy ảnh đến quy trình cơng nghiệp quy trình hóa học Bộ điều khiển PID giúp đạt đầu (vận tốc, nhiệt độ, vị trí) nơi muốn, thời gian ngắn, với độ vọt lố tối thiểu lỗi [2] Nó điều khiển sử dụng nhiều ngành chi phí tốt mang lại lợi ích cho ngành [3] Nhiều q trình phi tuyến tính điều khiển cách sử dụng điều khiển PID tiếng chứng minh công nghiệp [4] Yêu cầu tăng hiệu suất trực tiếp đáng kể (lợi ích tài chính) thay hệ thống điều khiển thông thường hệ thống tiên tiến [4] Chi phí bảo trì giải pháp kiểm sốt thơng thường khơng đầy đủ rõ ràng Phần phức tạp thiết kế điều khiển tìm mức độ nỗ lực khắc phục mà điều khiển nên áp dụng cho quy trình trường hợp Một số tình yêu cầu kiểm sốt biến quy trình chặt chẽ so với điều khiển Bật-Tắt cung cấp Điều khiển tỷ lệ cung cấp khả điều khiển tốt đầu hoạt động tuyến tính đâu BẬT hoàn toàn TẮT hoàn tồn [5] Như tên gọi nó, đầu thay đổi tỷ lệ thuận với tín hiệu lỗi đầu vào Bộ điều khiển tỷ lệ đơn giản nhân sai số với số để tính tốn đầu Vào năm 1930, kỹ sư điều khiển phát lỗi loại bỏ hồn tồn cách tự động đặt lại điểm đặt thành giá trị cao giả tạo [3]-[6] Trang chủ tạp chí: http://iaesjournal.com/online/index.php/IJECE Machine Translated by Google 437 ISSN: 2088-8708 Chức điều khiển PID trì đầu mức khơng có khác biệt (lỗi) biến trình điểm đặt phản ứng nhanh Mục tiêu điều khiển điều khiển mức trì điểm đặt mức giá trị định chấp nhận giá trị điểm đặt cách linh hoạt Bài báo xem xét việc thiết kế điều khiển PID điều khiển hệ thống bình ghép phần mềm MATLAB Phần mềm sử dụng để tạo mơ hình simulink cho Bộ điều khiển PID hiệu suất tham số cho Bộ điều khiển PID mô Hiệu suất Bộ điều khiển PID đánh giá theo độ vọt lố, thời gian tăng lỗi trạng thái ổn định Sau đó, mức tăng tham số điều chỉnh phần mềm tính hợp lệ tham số so sánh cách sử dụng giá trị tham chiếu (điểm đặt) MƠ HÌNH HỆ THỐNG BỒN KHỚP Xem xét trình bao gồm hai bể chứa chất lỏng tương tác Hình Lưu lượng thể tích vào bể1 qin(cm3 /phút), tốc độ dịng thể tích từ bể1 sang bể2 q1(cm3 /phút) tốc độ dòng thể tích từ bể2 qo(cm3 /phút) Độ cao mực chất lỏng h1 (cm) bể1 h2 bể2 (cm) Hai bể có diện tích tiết diện ngang nên diện tích bể A1 (cm2 ) diện tích bể A2 (cm ) Hình Sơ đồ khối hai bình chứa chất lỏng tương tác cho bể (1) Giả sử lực cản tuyến tính dịng chảy ta có: (2) Và (3) _ (4) Lấy biến đổi Laplace hai vế phương trình (4) thì: nương (5) Hoặc IJECE Vol 5, số 3, tháng 6/2015 : 436 – 442 (6) Machine Translated by Google IJECE 438 ISSN: 2088-8708 cho bể (7) Giả sử lực cản tuyến tính dịng chảy, có: (số 8) (9) (10) Lấy biến đổi Laplace hai vế phương trình (10) ta có: nương (11) (12) ,chúng Để có ta phải hủy h1(s) phương trình (5) & (10) 1 pee _ (13) OTHER _ Sử dụng giá trị Tham số hiển thị bảng 1, điều khiển hàm truyền cuối hệ thống sau: 0,01 6,25 7,5 (14) Bảng Giá trị thông số cho bể Giá trị Đơn vị Thông số A1 A2 R1 R2 H1 H2 cm2 250 cm2 250 Cm2 /giây 0.01 Cm2 /giây 0.01 30 15 cm cm KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Về chất, thiết kế hệ thống kiểm soát mức chất lỏng định hướng tốn học khơng sử dụng trợ giúp máy tính, hầu hết vấn đề thiết kế tẻ nhạt trở nên dài dịng Chương trình máy tính, chẳng hạn Matlab trở thành công cụ vô giá môi trường kỹ thuật Để cho thấy tiện lợi việc sử dụng gói phần mềm MATLAB/SIMULINK cơng cụ để mơ phân tích hoạt động hệ thống điều khiển mức chất lỏng hai bể, mô tiến hành bước Hệ thống mơ kết trình bày phần sau Thiết kế điều khiển PID cho hệ thống điều khiển mức chất lỏng hai két sử dụng Matlab (Aboubaker M Gabaj) Machine Translated by Google 439 ISSN: 2088-8708 3.1 Kết mơ khơng có điều khiển Có thể quan sát thấy từ hình 2, chất lỏng liên tục tràn ngồi Tình trạng xảy hệ thống hoạt động mà khơng có điều khiển để điều khiển tốc độ Bơm nên Bơm liên tục bơm chất lỏng khỏi bể tràn Bộ điều khiển PID phải thêm vào để kiểm sốt mức chất lỏng Hình Hoạt động hệ thống bình ghép khơng có điều khiển Một Kết mô với điều khiển PID: Trong phần này, kết mô với điều khiển PID trình bày phương pháp điều chỉnh điều khiển Hình cho thấy hiệu suất hệ thống với điều khiển tỷ lệ Điểm đặt đặt độ lợi tỷ lệ đặt 20 Biểu đồ cho thấy điều khiển tỷ lệ giảm thời gian tăng lỗi trạng thái ổn định Bộ điều khiển tỷ lệ tăng độ vọt lố giảm thời gian ổn định lượng nhỏ IJECE Vol 5, số 3, tháng 6/2015 : 436 – 442 Machine Translated by Google IJECE ISSN: 2088-8708 440 Hình Hiệu suất hệ thống bể ghép với điều khiển tỷ lệ Hình cho thấy hiệu suất hệ thống với điều khiển đạo hàm cộng tỷ lệ Điểm đặt đặt Độ lợi tỷ lệ đặt 20 độ lợi đạo hàm đặt 10 Biểu đồ cho thấy điều khiển đạo hàm giảm độ vọt lố thời gian ổn định có ảnh hưởng nhỏ đến thời gian tăng lỗi trạng thái ổn định Hình Hiệu suất hệ thống bể ghép với điều khiển tích phân Plus tỷ lệ Hình cho thấy hiệu suất điều khiển tích phân tỷ lệ Điểm đặt đặt Độ lợi tỷ lệ đặt 20 độ lợi tích phân đặt 12 Biểu đồ cho thấy điều khiển tích phân Thiết kế điều khiển PID cho hệ thống điều khiển mức chất lỏng hai két sử dụng Matlab (Aboubaker M Gabaj) Machine Translated by Google 441 ISSN: 2088-8708 giảm thời gian tăng, tăng độ vọt lố giống điều khiển tỷ lệ thực Bộ điều khiển tích hợp loại bỏ lỗi trạng thái ổn định Hình Hiệu suất hệ thống bể ghép với điều khiển đạo hàm Plus tỷ lệ Hình cho thấy hoạt động hệ thống với Bộ điều khiển PID Điểm đặt đặt Độ lợi tỷ lệ đặt 12, độ lợi tích phân đặt độ lợi đạo hàm đặt để mang lại phản hồi mong muốn Biểu đồ cho thấy đầu đạt giá trị điểm đặt thời điểm 12 giây Đầu vọt trước ổn định thời gian 20 giây Hình Hiệu suất hệ thống bể ghép nối với điều khiển tích phân cộng đạo hàm cộng tỷ lệ thuận IJECE Vol 5, số 3, tháng 6/2015 : 436 – 442 Machine Translated by Google IJECE ISSN: 2088-8708 442 Hình Hiệu suất hệ thống bể ghép nối với bốn loại điều khiển Từ kết mơ hình (2, 3, 4, 5, & 7) kết luận điều khiển PID loại bỏ độ lệch chế độ tỷ lệ mà cho đáp ứng nhanh Điều sử dụng cho hầu hết điều kiện quy trình bao gồm điều khiển mức chất lỏng Bộ điều khiển PID hoạt động chế độ điều khiển mạnh mẽ phức tạp kết hợp chế độ tỷ lệ, tích phân đạo hàm Hệ thống sử dụng cho điều kiện quy trình bao gồm kiểm sốt mực nước bể Mực nước kiểm sốt liên tục mà khơng cần điều chỉnh van thủ cơng Các thuật tốn PID tự động đáp ứng để hệ thống ổn định gần điểm đặt KẾT LUẬN Bài báo trình bày mơ điều khiển mức chất lỏng hệ thống hai bồn với điều khiển khác Đạo hàm tỷ lệ-tích phân (PID) Các kỹ thuật thơng thường khác phương pháp điều chỉnh PID thử nghiệm để thu thông số điều khiển PID Mô thực môi trường MATLAB để xác minh hiệu suất hệ thống Thời gian tăng, Thời gian ổn định, Lỗi trạng thái ổn định Vượt Hệ thống mức chất lỏng điều khiển điều khiển P, PI, PD PID đơn giản Do kết luận điều khiển PID điều khiển hiệu giúp loại bỏ độ lệch chế độ tỷ lệ mà cung cấp đáp ứng nhanh Đó lý điều khiển PID chọn Có thể nói thêm hoạt động tham số Tỷ lệ, kết biểu đồ phản ứng với bước thay đổi nhanh Do hoạt động tham số Tích phân, hệ thống trở giá trị điểm đặt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J Swder, G.Wszoek, W.Carvalho, Programmable controller design Electropneumatic Systems, Journal of Material Processing Technology 164-1655 (2005) 14659-1465 [2] Aurelio Piazzi and Antonio Visioli, A Noncausal Approach for PID kiểm sốt, Tạp chí Kiểm sốt Quy trình, ngày tháng 2006 [3] Carl Knopse, Biên tập khách mời, Điều khiển PID, Tạp chí Hệ thống điều khiển IEEE, tháng năm 2006 [4] S Bennett, “Phát triển điều khiển PID,” IEEE Contr hệ thống Tạp chí, tập Ngày 13 tháng 12 năm 1993, trang 58–65 [5] S Song, L Xie Wen-Jim Cai, “Auto-tuning of Cascade Control Systems” IEEE Proceedings of the 4th world Congress on Intelligent Control and Automation, 10-14 tháng năm 2002, Shanghai, PR China, trang 3339-3343 [6] K Passino, “Hướng tới thu hẹp khoảng cách nhận thức điều khiển thông thường điều khiển thông minh”, Điều khiển thông minh: Lý thuyết ứng dụng, IEEE Press, 1996, ch 1, trang 1–27 Gupta, MM Sinha, NK biên tập [7] K Passino, “Thu hẹp khoảng cách điều khiển thông thường điều khiển thông minh”, Số đặc biệt Điều khiển thơng minh, Tạp chí Hệ thống Điều khiển IEEE, tập 13 tháng năm 1993, trang 12–16 Thiết kế điều khiển PID cho hệ thống điều khiển mức chất lỏng hai két sử dụng Matlab (Aboubaker M Gabaj)