Thiết kế bộ điều khiển pid thích nghi, ứng dụng nâng cao chất lượng hệ điều khiển quá trình

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - HOÀNG THỊ HẢI YẾN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI, ỨNG DỤNG NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Chuyên nghành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số : 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN VĂN VỲ THÁI NGUYÊN – NĂM 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Hồng Thị Hải Yến Sinh ngày: 16 tháng năm 1989 Học viên lớp cao học khóa 15 - ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên – Đại học Thái ngun Tơi cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, không chép ngƣời khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Nếu có sai tơi hoàn toàn chịu trách nhiệm Học viên Hoàng Thị Hải Yến Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới nhà trƣờng, cô giáo, thầy giáo khoa Điện, môn Tự động hóa Kỹ thuật điều khiển, khoa sau Đại học trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, giáo trung tâm thí nghiệm trƣờng tạo điều kiện giúp đỡ suốt khóa học hồn thành luận văn Để thực thành công luận văn hƣớng dẫn, bảo tận tình thầy giáo cán hƣớng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Vỵ , ngƣời giúp đỡ tận tình, góp ý cung cấp ý tƣởng nhƣ dẫn tài liệu suốt trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, thầy cô giáo trƣờng Tuy nhiên, kiến thức kinh nghiệm có hạn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong muốn nhận đƣợc bảo thầy giáo, giáo góp ý bạn đồng nghiệp để tác giả tiếp tục hồn thiện sản phẩm Thái Ngun ngày … tháng 11 năm 2014 Hoàng Thị Hải Yến Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng biểu vi Danh mục hình vẽ đồ thị vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1 VAI TRÒ VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1.1 Khái niệm trình điều khiển trình 1.1.2 Vai trò điều khiển q trình cơng nghiệp 1.1.3 Nhiệm vụ điều khiển trình công nghiệp 1.2 HỆ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển trình 1.2.2 Các phần tử hệ điều khiển trình 1.2.2.1 Thiết bị điều khiển 1.2.2.2 Thiết bị đo 1.2.2.3 Thiết bị chấp hành 13 1.3 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 15 1.3.1 Bộ điều khiển PID tƣơng tự ( PID kinh điển) 15 1.3.1.1 Bộ điều chỉnh tỉ lệ P 15 1.3.1.2 Bộ điều chỉnh tích phân I 16 1.3.1.3 Bộ điều chỉnh vi phân D 18 1.3.1.4 Bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân PI 18 1.3.1.5 Bộ điều khiển PID 20 1.3.2 Bộ điều khiển PID số 22 1.3.3 Bộ điều khiển PID thích nghi 25 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 27 CHƢƠNG 28 THIẾT KẾ BỘ PID ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 28 2.1 LỰA CHỌN VÀ MƠ TẢ TỐN HỌC CHO Q TRÌNH 29 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iv 2.1.1 Lựa chọn đối tƣợng điều khiển 29 2.1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển áp suất bình bao 31 2.1.3 Mơ tả tốn học cho đối tƣợng 32 2.1.4 Xây dựng hàm truyền cho thành phần hệ thống 34 2.1.4.1 Thiết bị đo 34 2.1.4.2 Thiết bị chấp hành 37 2.1.4.3 Bình bao 42 2.1.5 Hàm truyền hệ thống 44 2.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 45 2.2.1 Các phƣơng pháp tổng hợp PID 46 2.2.1.1 Tổng hợp điều khiển sở hàm độ h(t) 46 2.2.1.2 Tổng hợp điều khiển PID miền tần số 48 2.2.2 Tổng hợp điều khiển áp suất bao 51 2.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BẰNG MÔ PHỎNG 52 2.3.1 Sơ đồ mô Matlab – Simulink 52 2.3.2 Các kết mô 52 2.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BẰNG THỰC NGHIỆM 55 2.4.1 Cấu hình thực nghiệm điều khiển áp suất 55 2.4.2 Giới thiệu mô hình thực nghiệm 57 2.4.3 Các kết thực nghiệm 60 2.4.4 So sánh với kết mô 61 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 62 CHƢƠNG 64 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI 64 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 64 3.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI 67 3.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển PID thích nghi 68 3.2.2 Tính tốn tham số điều khiển 68 3.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG 73 3.3.1 Mô hệ thống 73 3.3.2 Kết mô 74 3.3.3 Đánh giá kết mô 79 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 79 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 Tài liệu tham khảo 81 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ X(t) Tín hiệu vào hệ thống cịn gọi tín hiệu đặt Y(t) Tín hiệu đầu hệ thống U(t) Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tƣợng C(t) Tín hiệu phản hồi S Đối tƣợng I Khâu nhận dạng TT Thiết bị tính tốn A Cơ cấu thích nghi SISO Tín hiệu có đầu vào đầu 10 QT Quá trình đƣợc điều khiển 11 CH Cơ cấu chấp hành 12 ĐK Thiết bị điều khiển 13 TBĐ Thiết bị đo 14 SP Giá trị đặt 15 CO Tín hiệu điều khiển 16 MV Biến điều khiển 17 CV Biến đƣợc điều khiển 18 PM Tín hiệu đo 19 KP Hệ số khuyếch đại 20 KI Hệ số tích phân 21 KD Hệ số vi phân Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vi Các chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ FC Fail- closed- van đóng an tồn AO Air-to-open- van đóng an tồn FO Fail-open- van mở an toàn AC Air-to-close- van mở an tồn PID Bộ điều khiển tỉ lệ vi tích phân Measurementdevice Thiết bị đo Sensor Cảm biến Sensor element Phần tử cảm biến, đầu đo Singnal conditioning Điều hịa tín hiệu 10 Transmitter Bộ chuyển đổi đo chuẩn 11 Transducer Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung bảng biểu Trang Bảng 1.1 Thang đo nhiệt độ 10 Bảng 2.1 Danh mục thiết bị thực nghiệm 56 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trình Hình 1.2 Cấu trúc thiết bị đo trình Hình 1.3 Cấu trúc thiết bị chấp hành 14 Hình 1.4 Sơ đồ khối điều chỉnh tỉ lệ 15 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vii Hình 1.5 Sơ đồ khối điều chỉnh tích phân 16 Hình 1.6 Sơ đồ khối điều chỉnh vi phân 17 Hình 1.7 Các đặc tính quy luật điều chỉnh tỉ lệ tích phân 19 Hình 1.8 Sơ đồ khối điều khiển PID tƣơng tự 20 Hình 1.9 Sơ đồ khối điều khiển số 24 Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID thích nghi 26 Hình 2.1 Sơ đồ khối vịng hệ điều khiển q trình 31 Hình 2.2 Cấu trúc thiết bị đo trình 34 Hình 2.3 Một số hình ảnh thiết bị đo cơng nghiệp 35 Hình 2.4 Cấu trúc thiết bị chấp hành 37 Hình 2.5 Cấu trúc tiêu biểu van cầu khí nén 38 Hình 2.6 Biểu tƣợng ký hiệu cho kiểu tác động van điều 39 khiển Hình 2.7 Bao nhà máy nhiệt điện 42 Hình 2.8 Cấu trúc mơ tả tốn học tồn hệ thống 44 Hình 2.9 Đồ thị độ 46 Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống điều khiển 48 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển áp suất bao nhà 50 máy nhiệt điện Hình 2.12 Cấu trúc mơ điều khiển áp suất bao 51 Hình 2.13 Áp suất hệ thống bao với điều khiển PID (áp 52 suất 1,7at) Hình 2.14 Áp suất hệ thống bao với điều khiển PID (áp 53 suất 1,7at xuống 1,2at) Hình 2.15 Cấu trúc thí nghiệm điều khiển áp suất bao 54 Hình 2.16 Bình mức thí nghiệm điều khiển áp suất 54 Hình 2.17 Giao diện thí nghiệm điều khiển áp suất bao 55 Hình 2.18 Giao diện kết thí nghiệm điều khiển áp suất bao 55 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ viii Hình 2.19 Kết thí nghiệm điều khiển áp suất với 59 K P  100; K I  20; K D  0,5 Hình 2.20 Kết thí nghiệm điều khiển áp suất với 60 K P  10; K I  20; K D  0,5 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển 64 Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển PID 65 Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển PID thích nghi 66 Hình 3.4 Sơ đồ mơ 72 Hình 3.5 Lƣợng hệ lƣợng mơ hình mẫu 73 Hình 3.6 Sai lệch đầu đối tƣợng đầu mơ 73 hình mẫu Hình 3.7 Q trình thích nghi tham số k1, k , k F 74 Hình 3.8 Lƣợng hệ lƣợng mơ hình mẫu 74 Hình 3.9 Sai lệch đầu đối tƣợng đầu mơ 75 hình mẫu Hình 3.10 Q trình thích nghi tham số k1, k , k F 75 Hình 3.11 Đáp ứng hệ lƣợng đặt số 76 Hình 3.12 Đáp ứng hệ lƣợng đặt thay đổi 76 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Điều khiển q trình đóng vai trị quan trọng hàng đầu q trình sản xuất, định suất, chất lƣợng nhƣ giá thành sản phẩm Một hệ thống điều khiển trình chứa đựng tồn giải pháp đo lƣờng, điều khiển, vận hành giám sát nhằm đảm bảo yêu cầu q trình cơng nghệ Trong thực tế điều khiển trình thƣờng đƣợc xem nhƣ điều khiển thông số nhƣ : nhiệt độ (t ) , áp suất (p), lƣu lƣợng (F), mức (L), nồng độ (pH) chí điều khiển phản ứng…việc điều khiển đại lƣợng thƣờng gặp khó khăn điều khiển q trình có số đặc điểm: - Thời gian chết q trình: khoảng thời gian thay đổi tín hiệu đầu vào đến hệ thống điều khiển trình đáp ứng tín hiệu Hiện tƣợng khơng phân biệt dạng tín hiệu đƣợc dùng - Trễ q trình: q trình vốn khơng có khả nhận thải lƣợng cách liên tục Qua ta có trễ bậc bậc cao - Hệ số khuyếch đại trình: hệ số khuyếch đại trình đƣợc xác định tỷ số thay đổi đầu thay đổi đầu vào - Nhiễu trình: thay đổi khơng mong muốn xẩy q trình, có xu hƣớng ảnh hƣởng bất lợi đến giá trị biến điều khiển Do vấn đề điều khiển trình cần thiết, cần đƣợc nghiên cứu Đối với phƣơng pháp điều khiển kinh điển, cấu trúc đơn giản bền vững nên điều khiển PID đƣợc sử dụng phổ biến hệ điều khiển công nghiệp.Trong nhiều báo cáo đƣa số thống kê : 90% tốn điều khiển cơng nghiệp đƣợc giải điều khiển PID Tuy nhiên với phƣơng pháp điều khiển kinh điển ta phải biết xác tham số đối tƣợng mơ hình hóa tƣơng đối chi tiết đối tƣợng Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 67 3.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI Trong chƣơng 2, tổng hợp đƣợc điều khiển PID cho đối tƣợng trình ổn định áp suất bao Sơ đồ cấu trúc hình 3.2 x(t) e(t) - y(t) u(t)   K P 1   TD s   TI s  GV s   KV  TV s  dt s K dt e Tdt s  Hình 3.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển PID Hàm truyền điều khiển   WP ( s)  K P 1   TD s   TI s  Trong đó: - K P : hệ số khuếch đại - TI : hệ số thời gian tích phân - TD : hệ số thời gian vi phân Đối tƣợng điều khiển trình ổn định áp suất bao hơi, khâu qn tính bậc có trễ, hàm truyền đạt đối tƣợng là: K dt e  dt s Wdt ( s)  Tdt s  Đối với đối tƣợng khảo sát phòng thí nghiệm có hàm truyền : 0,05.e 18s Wdt s   50s  Khâu trễ e 18s biến đổi gần nhƣ sau: e 18s  1  18s  Wdt s   0,05 1  50s 1  18s  Theo mục 2.2, tham số điều khiển xác định : Kp = 32 ; KI = 0,5 ; KD = 200 Van điều khiển có hàm truyền đạt : Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 68 GV s   50 T / h  %  0.025s  KG / cm %  Trong trình làm việc tham số (Kdt , T1, T2 ) đối tƣợng thay đổi, nên mơ hình tổng qt đối tƣợng : Wdt s   K dt 1  T1 s 1  T2 s  3.2.1 Sơ đồ cấu trúc ca h iu khin PID thớch nghi ym MÔ HìNH MÉU (t) + ) u - PID VAN K dt 1  T1 s 1  T2 s  ys C¬ cÊu thÝch nghi Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển PID thích nghi Mơ hình mẫu đƣợc chọn cho đặc tính mơ hình mẫu đặc trƣng cho tiêu chuẩn đặt trƣớc 3.2.2 Tính tốn tham số điều khiển Mơ hình mẫu đƣợc lựa chọn có hàm truyền đạt : Gm ( s)  1  18s  150s  1 900.s  68.s  Chuyển mơ hình mẫu sang dạng khơng gian trạng thái: d xm  Am x m  Bm u ref dt  Với Am    0.0011    B  , m 0.000056  0.0756   Hàm truyền đối tƣợng chƣa có điều khiển bao gồm van : Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 69 Gdt s   50 0.05 50  0.05 50  0.05   0.025s  1 18s  150s  1 18s  150s  1 900.s  68.s  Chuyển sang dạng mơ hình trạng thái: dx  A x  Bu dt Trong đó: (3.1)  x   y x   1     x2   y   A  0.0011   0.0756   B  0.000056 Bộ điều khiển phản hồi trạng thái cho đối tƣợng (3.1) có dạng : u  k F uref  K x (3.2) đó: u ref tín hiệu đặt k F hệ số khuếch đại khâu tiền xử lý K  k1 k2 là hệ số điều khiển phản hồi trạng thái Khi đó, mơ hình đối tƣợng có dạng : dx   A  BK x  k F Buref dt (3.3) dx  Ac  x  Bc  uref dt Với:   k1 k2 k3  vector tham số điều khiển T   Ac       0.000056k1  0.0011  0.000056k2  0.0756   Bc      0.000056k F  Vector sai lệch đối tƣợng mô hình mẫu: e  x  xm Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN (3.4) http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 70 Đạo hàm sai lệch theo thời gian : d e d x d xm   dt dt dt Thay (3.3) vào ta đƣợc : de  Ac  x  Bc  uref  Am x m  Bmuref dt de  Am e   Ac    Am x  Bc    Bm uref dt (3.5) Để đáp ứng đối tƣợng bám theo mô hình mẫu, mong muốn tìm đƣợc vector tham số  cho :     Ac   Am , Bc   Bm 0 Thay vào (3.5) :       de 0  Am e  Ac    Ac  x  Bc    Bc  uref dt (3.6) Khai triển ma trận:  Ac    Ac     0.000056 k1  k1       0.000056 k2  k       Bc    Bc     0.000056 k F  k F      Thay vào (3.6) : 0  de  Am e   0 dt  0.000056 k1  k1  0.000056 k2  k    de  Am e   dt  0.000056 x1   0.000056 x2   x    0.000056 k F  k F    uref   k1  k10    k  k    0.000056uref   0 k F  k F  Cuối ta đƣợc phƣơng trình vi phân vector sai lệch : Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 71  de  Am e     dt  (3.7) Trong :  0      0.000056 x1 0.000056 x2 0.000056uref  Để xác định luật điều chỉnh vector tham số  theo phƣơng pháp Lyapunov, ta chọn hàm Lyapunov sau : V e,       T T  e Pe     S     (3.8) Trong : P ma trận đối xứng xác định dƣơng S ma trận đƣờng chéo hệ số thích nghi dƣơng Vì vậy, V e,  hàm xác định dƣơng Lấy vi phân V e,  theo thời gian : T  d d  dV d e T de T    Pe   e P     S   dt dt dt dt   dt   d Có thể coi tham số đối tƣợng thay đổi chậm:  , ta đƣợc: dt   dV   Am e     dt  Pe  12  e PA e         S ddt T T 0 m dV   T T  T d T      e Am Pe  e PAm e      S   T Pe dt  2   dt    Đặt AmT P  PAm  Q Bởi mơ hình mẫu ổn định, nên phƣơng trình ln có nghiệm, với Q ma trận xác định dƣơng Vậy ta có: dV  T d T     e Qe      S   T Pe dt  dt   Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN  (3.9) http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 72 Chọn luật điều chỉnh tham số cho triệt tiêu đƣợc số hạng thứ hai biểu thức (3.7): S d d   T Pe   S 1 T Pe dt dt (3.10) Khi đó, biểu thức (3.9) trở thành : dV  T   e Qe , dt Vì dV  e dt dV hàm bán xác định âm, vector sai lệch e tiến tới dt Biểu thức xác định luật chỉnh định tham số xác định là: 1 s  11 k1   d   k    0 dt    k F   0  1 s  11 k1   d   k    0 dt    k F   0  s22 0 s22    0   0  0   s33   0.000056 x1    p11  0.000056 x2   p 0.000056uref  21 p12  e1  p22  e2       0.000056 x1  p21e2  p22e2       0.000056 x2  p21e2  p22e2     0.000056u  p e  p e   ref 21 22    s33  Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 73  dk1  0.000056  p21e2  p22e2 x1  dt  s 11   dk  0.000056  p21e2  p22e2 x2   dt s 22   dk F  0.000056  p21e2  p22e2 uref   dt s  33 Cuối ta đƣợc luật chỉnh định cho tham số k1 , k2 , k F nhƣ sau :  ' k   s   p21e2  p22e2 x1dt  k1 0 11   ' k    p21e2  p22e2 x2 dt  k 0 s 22   ' k F     p21e2  p22e2 u ref  k F 0 s33  3.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG 3.3.1 Mô hệ thống Đề đánh giá chất lƣợng hệ thống, sử dụng phần mền MATLAB SIMULINK để mô Chọn ma trận: 10  Q   10 Giải phƣơng trình Lyapunov : AmT P  PAm  Q Sử dụng lệnh Matlab : 600 5 Ta đƣợc ma trận P     66   Sơ đồ mơ MATLAB SIMULINK hệ điều khiển PID thích nghi hình 3.4 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 74 Hình 3.4 Sơ đồ mơ 3.3.2 Kết mô Hàm truyền đối tƣợng ban đầu kể van điều khiển Gdt s   50 0.05 50 0.05  0.025s  1 18s  150s  1 0.025s  1 900s  68s  a) Trƣờng hợp 01 Xét lƣợng hệ hệ số khuếch đại đối tƣợng bị thay đổi từ : Kdt = 0.05 đến Kdt = 0.1 Wdt s   50 0.1 0.025s  1 18s  150s  1 Khi hệ số khuyếch đại đối tƣợng thay đổi hệ số điều khiển thay đổi theo, kết đặc tính hệ ln bám đặc tính mơ hình mẫu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 75 1.4 Dau cua doi tuong Dau cua mo hinh mau 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 5000 10000 15000 time (samples) Hình 3.5 : Lƣợng hệ lƣợng mơ hình mẫu 0.6 0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 5000 10000 15000 time (samples) Hình 3.6 Sai lệch đầu đối tƣợng đầu mơ hình mẫu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 76 -2 k1 -4 -6 -8 5000 10000 15000 5000 10000 15000 5000 10000 15000 20 k2 -20 -40 kF 20 10 time (samples) Hình 3.7 Q trình thích nghi tham số k1, k , k F b) Trƣờng hợp 02 Xét lƣợng hệ số thời gian thay đổi : Wdt s   50 0.05 0.025s  10s  160s  1 1.8 1.6 Dau cua he Dau cua mo hinh mau 1.4 1.2 y(t) 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.2 5000 10000 15000 time (samples) Hình 3.8: Lƣợng hệ lƣợng mơ hình mẫu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 77 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 5000 10000 15000 time (samples) Hình 3.9: Sai lệch đầu đối tƣợng đầu mơ hình mẫu k1 -5 -10 5000 10000 15000 5000 10000 15000 5000 10000 15000 10 K2 -10 -20 kF 10 time (samples) Hình 3.10 Q trình thích nghi tham số k1, k , k F Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 78 c Đáp ứng hệ PID PID thích nghi Hình 3.11 Đáp ứng hệ lƣợng đặt số Dap ung cua he PID va PIDtich nghi P P P P 1.8 1.6 - thich nghi - PID - mau - dat 1.4 Ap suat 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 200 400 600 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 800 1000 1200 Thoi gian 1400 1600 1800 2000 http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 79 Hình 3.12 Đáp ứng hệ lƣợng đặt thay đổi 3.3.3 Đánh giá kết mô - Khi hệ số khuếch đại, số thời gian đối tƣợng thay đổi tham số điều khiển PID thay đổi theo, kết lƣợng hệ bám sát lƣợng mơ hình mẫu, tức hệ thoả mãn tiêu đặt trƣớc - Từ kết Hình 3.11 Hình 3.12, đánh giá hệ PID thích nghi có chất lƣợng động tĩnh tốt hệ PID : + Lƣợng điều chỉnh nhỏ + Thời gian q độ ngắn + Khơng có dao động + Sai lệch tĩnh nhỏ 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chƣơng giải đƣợc vấn đề sau : - Đã giới thiệu tổng quan tồn PID, hƣớng khắc phục tồn Giới thiệu hệ Điều khiển thích nghi phạm vi ứng dụng - Đề xuất sử dụng hệ PID thích nghi vào điều khiển ổn định áp suất bao để nâng cao chất lƣợng điều khiển - Tổng hợp điều khiển PID thích nghi - Tiến hành mơ để đánh giá chất lƣợng hệ Qua kết mơ phỏng, nhận thấy hệ PID thích nghi khắc phục đƣợc tồn hệ PID sử dụng để điều khiển ổn định áp suất bao hơi, đáp ứng yêu cầu q trình sản xuất Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận: Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp điều khiển cho đối tƣợng điều khiển áp suất hệ thống mức nƣớc bao Nhiệm vụ cụ thể nâng cao chất lƣợng hệ thống điều khiển áp suất bao điều khiển PID thích nghi Với mục tiêu đề nội dung luận văn hoàn thành chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan điều khiển trình Chƣơng 2: Thiết kế PID điều khiển trình Chƣơng 3: Thiết kế điều khiển PID thích nghi Kết luận văn đạt đƣợc là: - Thiết kế đƣợc điều khiển PID để điều khiển ổn định áp suất hệ thống mức nƣớc bao mơ hình lị trung tâm thí nghiệm trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Tiến hành đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết mô thực nghiệm Với kết cho thấy tính đắn thuật tốn điều khiển phƣơng diện mơ thực nghiệm - Kết thực nghiệm chƣa đề cập đến thay đổi tham số đối tƣợng nhiễu tác động Vì để đáp ứng với hệ thực, tác giả đề xuất thiết kế đƣợc điều khiển điều khiển PID thích nghi Với kết mô cho thấy chất lƣợng điều khiển tốt so với điều khiển PID Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu chƣa nhiều, kiến thức kinh nghiệm thực tế cịn có hạn nội dung luận văn số hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau đặc biệt áp dụng điều khiển đại vào đối tƣợng thực tế sản xuất đáp ứng đƣợc yêu cầu chất lƣợng đặt Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 81 Đề nghị sở đào tạo cho phép tác giả đƣợc bảo vệ kết nghiên cứu thực Tài liệu tham khảo [1] Phạm Công Ngô: Lý thuyết điều khiển tự động [2] Nguyễn Trọng Thuần: Điều khiển lôgic ng dng [3] Nguyễn Thương Ngô, (1998), Lý thuyết điều khiển tự động đại, Nhà xuất Khoa học vµ kü tht, Hµ Néi [4] Đồn Quang Vinh: Điều khiển số [5] Nguyễn Phùng Quang: Matlab &Simulink [6] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi (1996), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB KHKT Hà Nội [7] Nguyễn Thị Phƣơng Hà (1996), Điều khiển tự động, NXB KHKT Hà Nội [8] Trần Xuân Minh, Nguyễn Nhƣ Hiển: '' Tổng hợp hệ điện " NXB KH & KT, 2011 [9] Ästrom, K.J and Wittenmark, B (1995), Adaptive Control‟, Addison-Wesley Publising Company Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/