Thiết kế bộ điều khiển lò nhiệt sử dụng giải thuật pid mờ

Họ tên sinh viên: Lê Cao Cường THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT SỬ DỤNG THUẬT TO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LỊ NHIỆT SỬ DỤNG THUẬT TỐN PID MỜ Người hướng dẫn : Ths Võ Khánh Thoại Sinh viên thực : Lê Cao Cường Mã sinh viên : 1911505510204 Lớp : 19 TDH2 Đà Nẵng, 5/2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT SỬ DỤNG THUẬT TOÁN PID MỜ Người hướng dẫn : Ths Võ Khánh Thoại Sinh viên thực : Lê Cao Cường Mã sinh viên : 1911505510204 Lớp : 19 TDH2 Đà Nẵng, 5/2023 Nhận xét người hướng dẫn Nhận xét, đánh giá doanh nghiệp Nhận xét người phản biện TÓM TẮT Tên đề tài: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT SỬ DỤNG THUẬT TOÁN PID MỜ Sinh viên thực hiện: Lê Cao Cường Mã SV: 1911505510204 Lớp: 19TDH2 Mục tiêu đề tài Xây dựng giải thuật PID mờ ứng dụng vi điều khiển để điều chỉnh, ổn định tham số nhiệt độ đặt điều khiển nhiệt độ Nội dung • Đề tài xây dựng giải thuật PID mờ cho điều khiển nhiệt độ phần mềm Matlab & Simulink • Xác định phương pháp điều khiển công suất, đối tượng điều khiển • Thiết kế hồn thiện phần cứng mơ hình điều khiển nhiệt độ bao gồm module mạch điều khiển, mạch công suất, cảm biến thiết bị gia nhiệt Kết dự kiến đạt • Xây dựng điều khiển PID mờ mô thành công phần mềm Matlab & Simulink • Nhúng giải thuật điều khiển vào vi điều khiển, điều khiển PID mờ ổn định theo yêu cầu công nghệ • Thiết kế mạch cơng suất, đảm bảo mạch cấp công suất phù hợp với yêu cầu điều khiển Hồn thiện mơ hình Giới hạn đề tài Với mục tiêu ứng dụng thành công PID mờ để ổn định tham số đặt nên đề tài mô thiết kế mơ hình cho đối tượng lị nhiệt Tức điều khiển ổn định nhiệt độ gia nhiệt cho lò nhiệt độ lớn so với nhiệt độ ban đầu Đề tài không thực trường hợp điều khiển nhiệt độ thấp so với nhiệt độ ban đầu lò TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc HOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Khánh Thoại Sinh viên thực hiện: Lê Cao Cường - 1911505510204 Tên đề tài: “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LỊ NHIỆT SỬ DỤNG THUẬT TỐN PID MỜ” Các thông số, tài liệu ban đầu + Tài liệu “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PID MỜ TỰ CHỈNH - HUỲNH NGỌC TÙNG” + Internet Nội dung đồ án CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÒ NHIỆT CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN - GIAO DIỆN GIÁM SÁT Các sản phẩm dự kiến: + Mơ hình thức tế + Báo cáo + Slide Ngày nhận đồ án: …/…/202 Ngày nộp đồ án: …/…/202 Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 202 Trưởng môn Người hướng dẫn ThS VÕ KHÁNH THOẠI LỜI NÓI ĐẦU Hiện lượng nhiệt có vai trị quan trọng cơng nghiệp đời sống sinh hoạt Trong công nghiệp, nhiệt sử dụng để nung nấu vật liệu: gang, thép ; sưởi ấm, sấy khơ sản phẩm; tạo nhiệt độ thích hợp để bảo quản, thúc đẩy phát triển sản phẩm nơng nghiệp Vì việc điều khiển nhiệt độ cách xác yêu cầu bắt buộc để đảm bảo hiệu sản xuất, cao chất lượng sản phẩm Quá trình gia nhiệt mơ hình phi tuyến, để lị nhiệt đạt tới nhiệt độ mong muốn cần khoảng thời gian dài Nên việc ứng dụng thuật toán kinh điển sử dụng điều khiển PID vào điều khiển nhiệt độ mang lại kết khả quan cho trình gia nhiệt Tuy nhiên, hàm truyền lị nhiệt hàm có hai thành phần gồm quán tính bật khâu trễ làm cho việc chỉnh định tham số điều khiển PID kinh điển gặp nhiều khó khăn nhiệt độ đặt mong muốn thay đổi trình vận hành Trong điều khiển đại, lý thuyết mờ giúp ta xây dựng hệ thống mờ túy hay mờ lai với nhiệm vụ nâng cao chất lượng điều khiển kinh điển Vì vậy, khn khổ đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày đề tài "Thiết kế điều khiển lò nhiệt sử dụng giải thuật PID mờ" nhằm nâng cao chất lượng điều khiển PID khả chỉnh định tham số PID nhiệt đồ đặt thay đổi trình vận hành Đồ án tốt nghiệp công cụ giúp em tổng kết lại tất kiến thức học ghế nhà trường bốn năm qua Tuy vậy, với kinh nghiệm kiến thức chưa nhiều chắn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp q thầy hội đồng để em có kiến thức quý báu Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Võ Khánh Thoại tận tình hướng dẫn em suốt trình thực đồ án Xin gửi lời biết ơn trân trọng đến q thầy Bộ mơn Tự động hóa tất thầy cô khoa Điện - Điện tử giảng dạy chúng em kiến thức quý báu suốt năm qua Con cảm ơn gia đình ủng hộ hỗ trợ quãng thời gian Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Kính gửi Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Em tên Lê Cao Cường, mã số sinh viên 1911505510204, sinh viên lớp 19TDH2 Em xin cam đoan đề tài “Thiết kế điều khiển lò nhiệt sử dụng giải thuật PID mờ” thực hướng dẫn thầy ThS Võ Khánh Thoại, nội dung lý thuyết tham khảo đúc kết lại để thực hoá vào mơ hình Tất kết đồ án trung thực không chép từ đồ án cơng trình nghiên cứu có từ trước Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với nội dung đồ án Người cam đoan Lê Cao Cường Mục Lục DANH SÁCH CÁC BẢNG 13 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 13 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 16 1.1 Giới thiệu chương 16 1.2 Đối tượng điều khiển 16 1.2.1 Lò điện trở 16 1.2.2 Lò hồ quang 18 1.2.3 Lò cảm ứng .19 1.2.4 Xác định lò nhiệt điều khiển 20 1.3 Một số phương pháp gia nhiệt .21 1.3.1 Phương pháp dùng máy biến áp 21 1.3.2 Phương pháp dùng rơle 21 1.3.3 Phương pháp dùng hai Thyristor mắc song song ngược 21 1.3.4 Phương pháp dùng Triac .21 1.3.5 Phương pháp sử dụng thiết bị chuyển đổi 22 1.4 mơ hình đề xuất .22 1.4.1 Hàm truyền lò nhiệt .22 1.4.2 Nguyên lý hệ thống 23 1.4.3 Sơ đồ nguyên lí hoạt động 23 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT PID VÀ LOGIC MỜ 25 2.1 Lý thuyết PID 25 2.1.1 Thành phần tỉ lệ (P) .26 2.1.2 Thành phần tích phân (I) 26 2.1.3 Thành phần vi phân (D) 26 2.1.4 Chỉnh định tham số PID 27 2.2 Lý thuyết điều khiển mờ (Fuzzy Logic Control) 28 2.2.1 Định nghĩa tập mờ 28 2.2.2 Biến ngôn ngữ 29 2.2.3 Các phép toán tập mờ 30 10