bài tập lớn ổn định nhiệt độ lò ấp trứng tài liệu trang bị điện

Về cơ bản máy ấp trứng tự động gồm 4 khâu: nhiệt độ, đảo trứng, độ âm và thông gió, các thông số kỹ thuật đêu được chỉnh bằng mạch bán dẫn và bộ điều khiên.. Lò ấp trứng thường có một hệ

TRUONG DAI HOC GIAO THONG VAN TAI

KHOA DIEN — DIEN TU

BO MON DIEU KHIEN HOC

Nhóm 3:

Bùi Huy Cương — 191601876 Lại Hợp Sang - 191603800 Nguyễn Minh Tuấn - 191602935 Nguyễn Quốc Việt - 191602395

Lê Anh Quân - 191604310

GVHD: TS Lê Thị Thúy Nga

TP.Hà Nội — 2023 Hình 1 Lò ấp trứng tÏHủ CÔN 5 55 5E E1 111112111121111122112112121121 121221 6

Hình 2 Lò ấp trứng công nnghiỆp, ác SE E21 11221 1211221221 6

Hình 3 Sơ đồ tổng quan hệ thỐng c5 22t 2122121221212 8

Hinh 5 Bong Aen S05 AO t.ccccecccccccccccscsssessessessssssessssssssssssssssessssississssssesticstesesecssesesseeee 10

Hình 6 Dấy đo cảm biến nhiệt độ RTD PH00 so với Ni100 à 0S Hee Il

Hinh 7 Cam bién nhiệt độ PLI0U loại 3 AAV eerie cece cee teense ll

Hình § Module chuyên đổi tín hiệu PLI( Ăn Hà, 12

Hình 9 MS-1VD2240C SCR 1 Pha 40A | Rơ-le Điều Khiển Góc Pha 13

Hình 10 ĐỀ tản nhiệt FƠ Ìê 255: 5S 2E 12111211211 21121 2111121111 13

Hình 11 Nguôn tô ong 24VDC 5c: 5c 221221211211 11122112111212112111 2 ee 14

Hình 12 PLC Miisubishi FX3ge-2⁄4ÀIT tee TH HH HH HH HH 14

0818.127 .100nnnẺẽn6h e 15

Hình 14 Sơ đồ đấu nỗi PLC với các thiết bị HgOẠi VĨ à cc SH nu 16

Hinh 15 Tong thé vé hé thong 16 ấp HIỨHg 5 ác SE E121 212 re 17

Hinh 16 Gia tri dién ap đâu vào và giá trị nhiệt độ đo được của lò 18

Hình 17 Của số nhận Z0//15837181//7//1-2000000n0n0n8Ề8 19

Hình 18 Cửa số ÏmpOoFt IKd - 5s: s25 S21 22122215111 211211221211121121 222 xe 20

Hình 19 Đường đặc tính của lò ấp HFỨHg 5 55c SE 212112 212111212 20

Hình 20 Cửa số xác nhận hàm truyền khâu quán tính bậc nhất có trễ 2ï

Hình 21 Đường đặc tính của hàm truyền đi tƯỢN 5 55c SE 2ï

Hình 23 Phương trình mô tả hàm truyền lò nhiệt sau khi nhận dạng bằng matlab .22

Hình 24 Xây dựng mô hình khâu quán tính bậc nhất có trỂ của lò trên Simulink 22

Hình 25 Đường đặc tính lò với mô hình khâu quán tính bậc nhất có trễ 23

Hình 26 Mô hình hệ thông điều khiến bằng khâu tỉ lệ P - 5c Si kia 24

Hình 27 Đáp ứng ra của hệ thống điều khiến bằng khâu tỉ lệ P với Kp — 2; 10;50 24

Hình 28 Mô hình hệ thống điều khiển bằng khâu tỉ lệ PI - cccccsiSsx se 26

Hình 29 Đáp ứng ra của hệ thống điều khiến bằng khâu tỉ lệ P với Kp — 2; 10;50 26

Hình 30 Mô hình hệ thông điều khiến bằng khâu vi phân tỉ lệ PD 28

Hình 31 Đáp ứng ra của hệ thống điều khiến bằng khâu vi phân tỉ lên PD với

r7 28

Hình 32 Đáp ứng ra của các hệ thống điều khiến P,P1,PD,PII -.c5ccse: 30

Hình 33 Mô hình hệ thống điều khiển lò ấp trứng bằng bộ điều khiển PI 31

Hình 34 Thiết lập các thông số Kp, Ki, Kd cho bộ điều khiển PII 32

Hình 35 Đường đặc tính của lò ấp trứng khi điều khiển bằng PII 32

Hinh 36 Diéu chỉnh đường đặc tính bằng cách thay đôi gid tri Kd, Ki, Kp(tang

Kd—700, Ki~3, Kp—100) 25 THHHHHHHH HH HH hưng 33

Hình 37 Thông số của bộ điểu khiến PHI) sau khi điều chinh toi WH 34

Hình 38 Đáp ứng ra của hệ thống sau khi điều chỉnh tối tưi s.Sccccccc2 34

Hình 39 Mô hình hệ thống điều khiển ôn định nhiệt độ bằng PID 35

Hình 40 Của số PID COHIFOlÌ€F cán 111111 111 111 111101111111 cxà, 35

Finh 41 PID Tuner Appaccccccccccccccccseetsceseecceeteeceneeceeieeeeeeceseetenteneeeieeeienieneieeteeeeneas 36

Hình 42 Thông số bộ điều khiển P1D sau RWG tUNCo ccccccccccecscsscescsssessesssessesssssesesseeee 36

Hình 43 Đường đặc tính lò ấp trứng thu được từ bộ tH€ co 37

Hình 44 Đường đặc tính của lò ấp trứng dùng bộ điều khiển tune và bộ điều khiển

xác định bằng Ziegler-Nichols Ì - ác SE 111211221 38

Hình 46 Code đọc nhiệt đỘ Q Q.L TQ ccc cece H ST S111 k1 xxx kc T411 k1 4]

Hinh 47 Code xudt gid trị c 41

Hình 48 Code cài đặt thông số cho PHl) HH HH HH Ho 42

Hình 50 Màn hình giám sát hệ thong ổn định lò nhiệt - 55c 5S sex 45

Hình 51 Kết quả thực nghiệm lò ấp trứg 5á 5c c2 212121122212 se 45

Hình 52 Thông số PID phù hợp nằm trong dải cho phép của datasheet 46

Hình 53 Đường đặc tính củ lò ứng với thông số PID của hình 46 47

Chuong 1 TONG QUAN VE LO AP TRUNG HIEN NAY

1 TONG QUAN VE LO AP TRUNG

Dựa trên các yếu tố của việc ấp trứng tự nhiên do gia cam thực hiện Lò ấp trứng sẽ đưa ra các giải pháp tương tự Với các ưu thế hơn hắn về sản lượng ấp cho

một mẻ trứng

Các loại trứng gia cầm khác nhau sẽ có các yêu cầu khác nhau về nhiệt độ, độ

âm và thời gian ấp nở Về cơ bản máy ấp trứng tự động gồm 4 khâu: nhiệt độ, đảo

trứng, độ âm và thông gió, các thông số kỹ thuật đêu được chỉnh bằng mạch bán dẫn

và bộ điều khiên Đề có chất lượng trứng nở cao nhất lò ấp phải giải quyết triệt dé 4

khâu trên

Khâu nhiệt độ đóng vai trò quan trọng nhất, quả trứng ấp không đủ nhiệt thì

phôi sẽ không phát triên Đề giữ nhiệt, các vỏ máy được thiết kế dày và có chức năng

cách ly nhiệt tốt, góp phân lưu nhiệt khi mất điện Trong máy có các hệ thống dây

điện trở, có chức năng sinh nhiệt, mỗi dây có công suất tùy thuộc vảo thê tích của

lỗng ấp Đề đóng ngắt mạch điện và dây điện trở sinh nhiệt, có thê sử dụng role điện

tử không tiếp điểm, dung tri-ắc công suất lớn, bộ đóng ngắt hoạt động với độ tin cậy

cao

Khâu đảo trứng là khâu quan trọng thứ hai trong quá trình ấp trứng Thông

thường trứng được đảo vài giờ một lần, một lần đảo kéo đài khoảng 10 phút Việc

đảo trứng thực hiện chậm vì trãnh hiện tượng va đạp làm hỏng trứng Dàn đảo sẽ dao

với một góc không quá 60 độ hoặc thấp hơn tùy vào thiết kế của giá đề trứng

Một quả trứng bình thường chứa 6 5% đến 6,6% lượng nước Trong quá trình tiếp nhiệt độ đề phát triển thành con giống, lượng nước sẽ bị bay hơi dần Lò ap

trứng phải có hệ thông cung cấp độ âm tự động và điều chỉnh được theo ý muốn

Thông thường lò ấp trứng có dàn phun nước tự động đề giữ cho độ âm không thay

đổi tùy thuộc vao từng giai đoạn của trứng

Thông gió là phần không thể thiếu trong quá trình ấp Các quạt thông gió phải

gắn với cửa chớp mở tự động mỗi khi quạt hoạt động Việc gắn với cửa chớp là đề

đảm bảo việc cách ly với môi trường bên ngoài, đảm bảo việc giữ nhiệt Việc thông

gió có kết hợp với việc giảm nhiệt cho máy ấp

Hình 1 Lò ấp trứng thủ công

2.1.1 Ưu điểm của lò ấp trứng thủ công

Việc lắp đặt và chế tạo lò ấp trứng thủ công đơn giản tốn it chi phi

2.1.2 Nhược điểm của lò ấp trứng thủ công

- Hoàn toàn không có khả năng tự động

- Khả năng trứng nở phụ thuộc vào kinh nghiệm người làm, do vậy hiệu quả

kinh tế không cao

- _ Sử dụng nhiều nhân công khi ấp trứng

2.2 Lò ấp trứng công nghiệp

Đây là một hệ thống hoàn toàn tự động Tất cả các thông số được nhập vào một

lần và sẽ được xử lí trong suốt quá trình làm việc

221 Ưu Hình 2 Lò ấp trứng công nghiệp

- Hệ thống tự động hoàn toàn

- Hoat dong lién tuc

- Có thông số báo khi có sự CỐ

- Kha nang tự xử lí sự có

- Hiéu qua kinh té cao

2.2.2 Nhược điểm lò ấp trứng công nghiệp

- Chi phi lắp đặt lò ấp trứng công nghiệp cao

- Chỉ phù hợp với nhưng doanh nghiệp có quy mô sản xuất lớn

3 NGUYÊN LÍ HOẠT DONG CUA LO AP TRUNG

Lò ấp trứng hoạt động dựa trên nguyên lý của sự truyền nhiệt từ nguồn nhiệt đến trứng Trong quá trình ấp trứng, nhiệt được truyền từ lò đến trứng và dân dần

thâm nhập vào lòng trứng Khi nhiệt độ trong lòng trứng đạt đến mức cần thiết để

kích hoạt quá trình phát triển của quả trứng, quá trình âp trứng sẽ bắt đầu

Lò được thiết kế sao cho có thé duy trì được nhiệt độ ôn định trong khoảng thời gian cần thiết để trứng phát triển và nở nhiệt độ phù hợp với yêu cầu của từng

loại trứng

Lò ấp trứng thường có một hệ thống điều khiên nhiệt độ đê đảm bảo rằng nhiệt

độ trong lò được duy trì ở mức cần thiết Nhiệt độ thường được đo bằng các cảm biến

và điều chỉnh bằng cách điều khiển nguồn nhiệt của lò

Chương 2 BÀI TOÁN ÔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHO LÒ ẤP

TRỨNG

I ĐẶT BÀI TOÁN

- On dinh nhiét do lò ấp trứng có kích thước :30x20x25cm

- Nhiệt độ yêu cầu của Jo: 37°C-38 °C

- Dung bong den soi đốt thắp sáng đề cung cấp nhiệt độ cho lò

- Hệ thống nhanh đạt tới giá trị đặt(thời gian đáp ứng nhanh)

- Sai số cho phép < 5%( độ quá điều chỉnh nhỏ)

- Một số yêu cầu của lò:

1 Nhiệt độ ôn định và chính xác: Lò ap, trứng cần có thê duy trì nhiệt độ ôn

định và chính xác trong suốt quá trinh a ap trứng

2 Thông gió tốt: Lò ấp trứng cần có hệ thống thông gió tốt đề đảm bảo sự lưu

thông không khí và điều hòa độ âm bên trong lò

3 Kha nang quan ly: Lo ấp trứng cần có khả năng quản lý đơn giản để người sử

dụng có thê đễ dàng điều chỉnh nhiệt độ

4 Độ an toàn: Lò ấp trứng cần được thiết kế và sản xuất an toàn đề tránh các tai

nạn xảy ra trong quá trình sử dụng

2 XÂY DỰNG, THIẾT KẺ PHẢN CỨNG CHO LÒ ẤP TRỨNG

Hệ thống điều khiên nhiệt độ lò nhiệt gồm các thành phân, chức năng sau:

» Bộ điều khiến là trung tâm xử lý các tín hiệu thu thập về từ cảm biến đề điều

khiến thiết bị công suất cấp nguồn cho bóng đèn sợi đốt

» Màn hình máy tính: Dùng dé giám sát hoạt động của hệ thống, hiển thị các

thông sô như giá trị nhiệt độ thực, giả trị đặt, các đèn báo hoạt động của hệ

thống

Khối công suất: Ở đây ta dùng rơ le bán dẫn analog dé diéu khién gia tri

công suất cấp cho bóng đèn sợi đốt theo tin hiệu đưa về từ bộ điều khiến

» Bóng đèn sợi đốt: Phát nhiệt khi có điện cấp vào Công suất cấp càng cao thì

nhiệt lượng tỏa ra càng mạnh(Tùy theo công suất của từng loại đèn)

Cảm biến nhiệt độ: Đọc nhiệt độ thực tế của lò, với tín hiệu đo được sẽ đưa

vào mạch chuyền doi tín hiệu đề đưa về bộ điều khiến xử lý

Mạch chuyên đổi tín hiệu: Thiết bị chuyên đôi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ

Từ thông số lò nhiệt trên nhóm em lựa chọn thanh điện trở đốt nóng cho lò

nhiệt của mình có công suất 40W, nguồn cấp xoay chiêu 220V/50Hz

RTD là chữ viết tat cua Resistance Temperature Detectors hay cam bién nhiét

độ điện trở RTD dùng đề đo nhiệt độ gồm hai loại chính Pt100 và Ni 100 Nguyên lý

cảm biến nhiệt độ RTD Pt100 hoặc Ni100 hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở,

giá trị 100 O tương ứng với 0oC Giá trị nhiệt độ thay đổi tỉ lệ thuận với giá trị điện

trở của cảm biến nhiệt độ RTD Pt100 hoặc Ni100 Trong công nghiệp vật liệu được

sử dụng nhiều nhất để sản xuất cảm biến nhiệt độ là Platinum và Niken, có kích

thướt nhỏ với điện trở xuất và độ ôn định cao Với độ chính xác cao cùng với khả năng linh động tuyệt vời làm tăng độ tin cậy hơn so với các loại can nhiệt (Thermocouple) Pt100 với Pt là chữ viết tắt của Platinum, còn 100 là giá trị 100 (2 tại 0°C Tương tự với N¡100 thì Ni là chữ viết tắt của Niken và 100 là gia tri 100 Q tại 0°C Ngoài ra chúng ta con cd Pt500, PT1000, Ni500, Nil000 Day do nhiét do của hai vật liệu này năm trong khoảng do từ -200 850°C Tuy nhiên trên thực tế thì giá trị có thê thấp hơn tuỳ từng nhà sản xuất và độ tinh khiết của vật liệu Chúng

ta thường nghe tên gọi cảm biến nhiệt độ Pt100 thay cho tên cảm biến nhiệt độ RTD

vì phần lớn các cảm biến đo nhiệt độ điện trở với vật liệu là Platinum Vật liệu

Platinum được dùng nhiều hơn vì có dãy đo rộng hơn

và à dạng đầu củ hành Cảm biến dạng dây có cầu tạo nhỏ gon, dải nhiệt độ ngăn phù

hợp với mô hình đỗ án, có nhiều trên thị trường, giá thành rẻ hơn nhiều so với cảm biến dạng củ hành Còn loại 3 dây có độ chính xác cao hơn so với 2 dây, phù hợp đầu nối với nhiều thiết bị chuyên đổi có trên thị trường hơn Vì những lí do trên, em quyết định sử dụng cảm biến nhiệt độ Pt100 dạng dây loại 3 dây

Hình 7 Cảm biến nhiệt độ Pt100 loại 3 day

10

Thông số cảm biến nhiệt độ

Do nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt độ Pt100 là tại 0°C thì cảm biến sẽ

có điện trở 100 © va gia tn điện trở nay tỉ lệ thuận với nhiệt độ nên giá trị mà cảm biến trả về là giá trị điện trở Do đó ta cần phải có bộ chuyên đổi tín hiệu dé đưa giá trị này sang giá trị 0/4-20mA hoặc 0-10V đưa về bộ điều khiến thì bộ điều khiển mới

có thê đọc và xử lí tín hiệu này Trong đỗ án này, nhóm em sử dụng bộ chuyên đôi tín hiệu Pt100 sang 4-20mA do tín hiệu dang dong bền với nhiễu, truyền đi được khoảng cách xa mà không bị hao hụt, Không như tín hiệu 0-10V,

* D6 chinh xac: Cong hodc tit 0,2% FS

" Kich thudc: Duong kinh 45mm (1,77 inch)

"_ Chất liệu: Nhựa

Trọng lượng: 25g 2.2.4 _ Thiết bị điều khiến công suất

11

(WaxWell

WoHs MS-1VD2240C

Hình 9 MS-IVD2240C SCR 1 Pha 40A | Rơ-le Điều Khiên Góc Pha

Đây là loại contactor ban dẫn sử dụng tín hiệu analog đề thay đối công suất ngõ

ra cua nguồn điện, khi tín hiệu điều khiển analog thay đối từ 4~20mA thì điện áp ngõ

ra thay đối từ 0~220VAC tương ứng Với ngõ ra công suất có thê điều chỉnh theo tín hiệu tương tự (analog) từ bộ điêu khién PLC, khi điều khiên nhiệt độ tránh được hiện

tượng vọt lố, sai số nhiệt độ sẽ thấp so voi gia tri cai dat

Thong số kĩ thuật:

= Model number: MS-1VD2240C

= Hang san xuat: Maxwell

= Xuat xt: Trung Quéc

= Phan loai: SCR | Solid State Voltage Regulator

= Pha: | pha

"_ Tín hiệu đầu vào: 4-20mA

= Dién ap tai: 24~480Vac

= Dong tai: 40A

"_ Tần số: 50/60 Hz

" Ứng dụng: Điều khién gia nhiệt Khi rơ le bán dẫn làm việc với tải công suất lớn sẽ phát nóng khá cao có thể lên tới 60°C Đề tản nhiệt giúp giảm bớt nhiệt độ của rơ le đề tránh việc ro le có thê bị hỏng khi làm việc lâu dài

Hình 10 Đề tản nhiệt rơ le

12

2.2.5 _ Thiết bị cấp nguồn

Hình 11 Nguồn tổ ong 24VDC Dùng dé chuyén đổi từ điện áp lưới xoay chiều 220V sang điện áp một chiều 24V Nguồn một chiều 24V này sử dụng đê cấp nguồn cho các thiết bị 23 khác trong

mô hình như nút bắm, module chuyên đổi nhiệt thành dong, thiết bị điều khiển

2.2.6 Thiết bị điều khiển PLC Mitsubishi FX3ge-24MT

13

2.2.7

Tính linh hoạt cao Công truyền thông Ethernet Tích hop analog I/O (2 inputs, 1 output) Cấu trúc Dual bus: bộ nhớ 32k bước Tích hợp sẵn đồng hỗ thời gian thực

Dễ dàng lập trình

Công USB có sẵn, tốc độ cao 12Mbps

Dac tinh ky thuật

Aptomat

Nguồn cấp 100-240VAC

Sô đâu ra tích hợp 14

Số đầu vảo tích hợp 10 Công suất: 32W Output Type: Relay Kích thước: 130 x 90 x 86 mm Xuất xứ: Mitsubishi — Japan Điện áp lưới 220VAC trước khi đến các thiết bị được dẫn qua một Aptomat 25A đề bảo vệ quá tải, ngắn mạch

Hình 13 Aptomat

Thông số kỹ thuật

Số cực 2 BKN 2P 40A dòng định mức In (A) 40A

Dòng ngan mach Icu (kA) 6kA

Điện ấp cách điện định mức Ui (V) MCB BKN 2P 40A LS (2-4 pole) 400VAC 50/60Hz

Điện ấp chịu xung dinh mirc Uimp (kV) 6kV

14

2.2.8 Sơ đồ đấu nói PLC với các thiết bị vào ra

2.2.9 Két quả thiết kế hệ thống

Hình 15 Tông thê vẻ hệ thống lò ấp trứng

Hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nhiệt điện trở mả nhóm em đã thiết kế gồm

những thành phân, thiết bị sau:

Chuyên đôi nguồn AC/DC: Chuyên đối điện áp lưới 220VAC sang điện áp 24VDC đề cấp nguồn cho các thiết bị DC trong hệ thông

Cảm biến nhiệt độ Pt100: Đọc nhiệt độ của lò và trả về cho bộ điều khiên xử lí

Bộ chuyên đổi tín hiệu Pt100 sang 4-20mA: Do tín hiệu mả bộ điều khiển thường sử dụng chỉ có 2 dang là dòng điện (0/4-20mA) và dign ap (0-10V) ma tín hiệu Pt100 trả về là dạng điện trở nên bộ chuyên đổi này giúp chuyển tín hiệu đó sang tín hiệu dạng dòng điện 4-20mA Đồng thời tín hiệu dạng dòng diện còn có tính năng bền với nhiễu, truyền đi được xa mà không sợ hao hụt Bóng đèn sợi đốt: Làm thay đổi nhiệt độ của lò nhiệt khi được cấp nguồn điện 0-220VAC Nhiệt lượng tỏa ra của bóng đèn tỉ lệ thuận với điện áp cung cấp cho thanh điện trở

Rơ le bản dẫn analog: Khi nhận được tín hiệu điều khiển thay đổi trong dải 4- 20mA ở đầu vào của rơ le thi ro le sé điều khiên ngõ ra công suất nguồn thay

đôi tương ứng từ 0-220VAC, Đề tán nhiệt giúp hạ nhiệt cho thiết bị công suất

Bộ điều khiển PLC FX3GE-24MT: B6 xu li tin hiéu trung tam, nhan tín hiệu

độ của lò đưa về từ cảm biến Pi100, tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển công suất nguồn điện cấp cho thanh điện trở thông qua thiết bị công suất là rơ

le bán dẫn

Lò nhiệt: Làm nhiệm vụ giữ nhiệt dé say san phâm

16

Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP DIEU KHIEN NHIET

DO, THIET KE BO DIEU KHIEN CHO LO AP TRUNG

1 KHAO SAT DUONG DAC TINH CUA LO AP TRUNG

Đề xác định mô hình toán lò điện trở trong hệ thống này ta tiến hành thực

nghiệm như sau:

- Từ thiết bị điều khiên đưa tín hiệu điều khiên định mức Iđk =20mA mở thông

hoàn toàn Triac

- Thiết bị công suất cấp điện áp nguồn định mức Uđm = 220VAC (tương ứng

VỚI công suất định mức) cho dây nung đề tăng nhiệt độ trong lò lên nhiệt độ tới hạn

- Bang phần mềm giám sát trên máy tính kết nôi truyền thông với bo mạch

điều khiển ta thu nhận được dữ liệu về nhiệt độ thực tế trong lò theo thời gian

Thời gian Điện áp đặt Nhiệt độ đo được Tchuẩn Uchuẩn

| 2023/05/19 Fri 09:14:25 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:26 220 28.1875 Ø0 189

2023/05/19 Fri 09:14:28 220 28.1875 0 189 2023/05/19 Fri 09:14:29 220 28.1875 0 189 2023/05/19 Fri 09:14:30 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:31 220 28.25 0.0625 189

2023/05/19 Fri 09:14:33 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:34 220 28.1875 0 189 2023/05/19 Fri 09:14:35 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:36 220 28.1875 0 189

2023/05/19 Fri 09:14:38 220 28.1875 0 189 2023/05/19 Fri 09:14:39 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:40 220 28.1875 0 189 2023/05/19 Fri 09:14:41 220 28.25 0.0625 189

2023/05/19 Fri 09:14:43 220 28.1875 Ø 189 2023/05/19 Fri 09:14:44 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:45 220 28.25 0.0625 189 2023/05/19 Fri 09:14:46 220 28.4375 0.25 189 2023/05/19 Fri 09:14:47 220 28.5625 0.375 189 2023/05/19 Fri 09:14:48 220 28.6875 0.5 189

¬n^^/ar lAn r~! Ana.+a.r^ aaa aa na n^a¬r aon

Hình 16 Gia tri dié Wap dau vao va gia tri nhié Vd6 do dugc cua lo

Ta nhan thay, nhiệt độ của lò điện trở bắt đầu từ nhiệt độ ban đầu T°C

=2§.1875°C, đây là nhiệt độ môi trường lúc thử nghiệm Do đó, ta cần chuẩn hóa về

0 cho việc nhận dạng lò điện trở sử dụng công cụ Toolbox Identification Matlab

17

Ở hệ thống này thiết bị được cầu hình để kiêm soát nhiệt độ trong dải từ 0- 200°C điện áp cấp cho dây đốt thay đôi từ 0-220VAC

Ta có tỷ lệ sau:

T°C: 0 28.1875°%C — 200°C U: 0 > U5 1875 > 220

Vậy Ure i975 =220x 3IV

>> dienap=xlsread('D:\dolan5.xlsx',1,'F2:F3500') nhietdo=xlsread('D:\dolan5.xlsx',1,'E2:E63500') save ident dienap nhietdo

“ D:dolan5.xlsx: Đường dẫn đến file excel

= Save ident dienap nhietdo: lưu các giá trị vừa đọc vào một file tên là 1dent

« ident: mé ctr sé nhan dang cua matlab

File Options Window Help

| | | Estimate >

Data Views Mode! Views

To To Time plot Workspace |} LT! Viewer de! output Transient resp Nonlinear ARX

The character is not a valid hotkey

Hình 17 Cửa số nhận dạng của Matlab

18

Cửa sô hiện ra, ta tién hanh Import data bang cach bam chon Import data Time domain data Ctra s6 Import data hién ra, ta tién hành nhập dữ liệu đầu vào, đầu ra

To Start Time 0 Viewer Nonline Sample time 4

re flamm-'

Import Reset Close Help

input an 0u†BUT Variabie names—————————

Hình 18 Cửa số Import Data

Bắm chọn Time plot trên cửa số nhận dạng của Matlab, ta thu được đường đặc tính của lò nhiệt:

_——

— _—

Tiếp theo, ta bắm chọn Estimate trên của số nhận dang chon Process Models

Poles

1 ` All real

(Zero

@ Delay ) Integrator

Par Known Value

_) Display progress Continue

Hình 20 Cửa số xác nhận hàm truyền khâu quán tính bậc nhất có trễ

Ta chọn nhận dạng cho đặc tính của lò nhiệt là khâu quán tính bậc nhất có trễ

Sau do bam Estimate trên cửa sô hàm truyền Trên cửa so nhan dang bam chon

Model output đề xem độ chính xác của hàm truyền Matlab xây dựng được so với số

liệu ta có trong file Excel :

Measured (mydata) and simulated model output l

Process model with transfer function:

Kp G(s) = - * exp (-Td*s)

1+Tpl*s

Kp = 0.53502 Tpl = 437.11

Td = 11.109 Hình 23 Phương trình mô tả ham truyén lò nhiệt sau khi nhận dạng bằng matlab

Sau khi nhận dạng hàm truyền của lò nhiệt bằng Matlab ta thu được các

thông sô sau:

K=0.53502 T=437.11 L=11.109 Như vậy hàm truyền của lò nhiệt được mô tả bằng phương trình :

s| _K.e”)_0/53502xe 5 Tstl 437.11s+1

4 @ ib @ %-.A -.[š]- # (Ä-

teady Sample based T=3500.000

Hình 25 Duong dac tinh 16 voi m6 hiphykh~u quan tinh bac nhat có trê

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN

2.1 Điều khiến bằng khâu tỉ lệ P

Bộ điều khiến tỉ lệ P (Proportional) là một trong ba thành phần cơ bản của bộ diéu khién PID (Proportional-Integral-Derivative) Bộ điều khiển tỉ lệ P sử dụng một đầu vào duy nhất la sai so giữa giá trị đầu ra hiện tại và giá trị đầu ra mong muốn, và đưa ra một đầu ra tỉ lệ với sai số nảy

u(t) =K pxe(t) Trong do:

= (t)la dau ra cua bé diéu khién tỉ lệ P tại thoi diém t

= Kpla hang số tỉ lệ (proportional gain), xác định mức độ phản ứng của bộ điều khiên với sai số e(t) Kp cảng lớn thì đầu ra của bộ điều khiên cảng lớn tương ứng với mức độ sai sô e(t)

= e(t) la sai số giữa giá trị đầu ra hiện tạivà giá tri đầu ra mong muốn tại thời

điểm t

Hàm truyền liên tục của bộ điều khiên P:

G(s) = Kp

22

Trong đó:

s là biến phụ thuộc có đơn vị rads, biểu thị tần số của tín hiệu đầu vào

Kp là hằng số điệu khiên tương ứng với thành phân tỉ lệ của bộ điều khiên G(s) là hàm truyền liên tục của bộ điều khiên P đối với tín hiệu đầu vảo có biểu điễn dạng hàm số Ẩ(s)

Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiến trên Matlab:

0.53502 437.11s+ l1

1 11.109s + 1

Ta thấy hệ số khuếch đại K ;cảng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ tuy nhiên đáp

ứng của hệ thống càng dao động, độ vọt lố càng cao Nếu KP tăng quá giới hạn thì hệ thống sẽ trở nên mất ốn định Do đó không thẻ đáp ứng được yêu cầu độ quá điều

chỉnh nhỏ hơn 5%, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình ôn định nhiệt độ, có thé làm giảm

tỉ lệ ấp trứng thành công

2.2 Điều khiến bằng khâu tích phân tỉ lệ PI

Vấn đề về sai số xác lập có thê khắc phục bằng hiệu chỉnh PI Hiệu chỉnhPI có tác dụng làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt 16, giam sai số xác lập Do hệ số

khuếch đại của khâu PI bằng vô cùng tại tần số bằng 0 nên khâu hiệu chỉnh PI làm

cho sai số đối với tín hiệu vao 14 ham nac của hệ thống không có khâu tích phân lý tưởng bằng 0 (hệ vô sai bậc J) Ngoai ra khâu PI là một bộlọc thông thấp nên nó còn

có tác dụng triệt tiêu nhiễu tần số cao tác động vào hệ thống

u(t) =K, x e(t)+ Ka x Je(t)dt

Trong do:

= u(t) 14 dau ra cha bé diéu khiên tỉ lệ tích phan PI tai thoi điểm t

" K,la hằng số tỉ lệ (proportional gain), xac định mức độ phản ứng của bộ điều khiển với sai so e(t)

= e(t) la sai số giữa giá trị đầu ra hiện tai va giá trị đầu ra mong muốn tại thời điểm t

"_ K,Kilà hằng số tích phân (integral gain), xác định mức độ phản ứng của bộ

điều khiến với sai số tích phân cua e(t) trong thời gian

“_ [e(Ðdtlà tích phân của sai số e(t) theo thời gian tại thời điểm t Thành phần tích phân này giúp tích lũy sai sô trong một khoảng thời gian nhất định và giảm thiêu sai số ôn định của hệ thống

Hàm truyền liên tục của bộ điều khiển PI:

Trong do:

“_ s là biến phụ thuộc có đơn vị rad/s, biêu thị tần số của tín hiệu đầu vảo

" K, vaKk, la cac hằng số điều khiên tương ứng với thành phần tỉ lệ và tích phân của bộ điều khiến

" G(s) là hàm truyền liên tục của bộ điều khiển PI đối với tín hiệu đầu vào có biéu dién dang ham sé f(s)

Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiên trên Matlab:

24

Hình 28 Mô hình hệ thống điều khiên bằng khâu tỉ lệ PI

Hình 29 Đáp ứng ra của hệ thống điều khiển bằng khâu tỉ lệ P với Kp = 2;10;50

25

Dựa trên đáp ứng quá độ của hệ thống khi giảm thời hằng tích phân T, thì độ vọt lố của hệ thống cảng cao, hệ thống cảng chậm xác lập Vậy hằng số thời hằng tích phân T, ta nên cho giá trị lớn nhằm hạn chế độ vọt lố Tuy vay khi T, bang hang

số thi ảnh hưởng của K„ đến chất lượng của hệ thống chính là ảnh hưởng của khâu khuếch đại, K; cảng tăng thì độ vọt 16 càng cao, tuy nhiên thời gian quá độ lại không thay đổi

2.3 Điều khiến bằng khâu vi phân tỉ lệ PD

Bộ điều khiên PD kết hợp cả thành phần tỉ lệ P và thành phần đạo hàm D đề đưa ra đầu ra điều khiển Thành phan đạo hàm trong bộ điều khiển PD được sử dụng

để giảm thời gian phản ứng của hệ thống và giúp hệ thống đạt được mục tiêu điều khiên nhanh hơn

de(t)

dt u(t) = K,x e(t) + Kp

Trong do:

u(t) la dau ra cua bộ điều khiên tỉ lệ dao ham PD tai thoi điểm t

" K, la hằng số tỉ lệ (proportional gain), xác định mức độ phản ứng của bộ điều khiến với sai số e(t)

“ e(Ð là sai số giữa giá trị đầu ra hiện tại và giá trị đầu ra mong muốn tại

thời điểm t

« K,, 4 hang s6 dao ham (derivative gain), xác định mức độ phản ứng của

bộ điều khiến với tốc độ thay đối của sai số e(t) theo thời gian

ee ha dao ham cua sai s6 e(t) theo thời gian tại thời diém t Thanh phan dao ham nay giúp bộ điều khiển đáp ứng nhanh hơn với các thay đổi của giá trị đầu ra và giảm thiêu thời gian phản ứng của hệ thống

Hàm truyền liên tục bộ bộ điều khiển PD:

G(s)=K,+Kdxs

K,=K,xT

Trong do:

= sla biến phụ thuộc có don vi rad/s, biéu thi tần số của tin hiệu đầu vào

" Kp và Kd là các hằng số điều khiển tương ứng với thành phần tỉ lệ và đạo

hàm của bộ điều khiến

= G(s) la ham truyén lién tục của bộ điều khiển PD đối với tín hiệu đầu vào

có biểu diễn dạng hàm số f(s)

Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiên trên Matlab:

26

Hình 30 Mô hình hệ thống điều khiên bằng khâu vi phân tỉ lệ PD

Hình 31 Đáp ứng ra của hệ thống điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lên PD voi

Td=0.5;1;2

27