Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp PID + FUZZY, tiểu luận môn học điều khiển tối ưu dành cho các bạn nghiên cứu, học tập, cũng như tham khảo trong quá trình học môn điều khiển tối ưu và thiết kế nhiệt độ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TIỂU LUẬN TIỂU LUẬN MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU Đề tài: Đề tài: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PID+FUZZY BẰNG PHƯƠNG PHÁP PID+FUZZY GVHD: GVHD: TS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG TS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ HÀ HVTH: HVTH: TRẦN HOÀNG HUY TRẦN HOÀNG HUY NGUYỄN THANH PHƯỚC NGUYỄN THANH PHƯỚC HOÀNG HỮU PHƯƠNG HOÀNG HỮU PHƯƠNG LỚP : LỚP : TỰ ĐỘNG HÓA 2005 TỰ ĐỘNG HÓA 2005 PHẦN A: PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN B: PHẦN B: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN C: PHẦN C: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT P P HẦN D: HẦN D: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN NHẬN XÉT, KẾT LUẬN ĐỀ BÀI ĐỀ BÀI : : Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độä của lò Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độä của lò nhiệt có nhiệt độ đặt 200 độ C, sai số 4.5%, thời nhiệt có nhiệt độ đặt 200 độ C, sai số 4.5%, thời gian lấy mẫu 10 giây. gian lấy mẫu 10 giây. 1. Điều khiển nhiệt độ dùng bộ điều khiển PID 1. Điều khiển nhiệt độ dùng bộ điều khiển PID theo Zeigle_ Nichols. theo Zeigle_ Nichols. 2. Điều khiển nhiệt độ dùng bộ điều khiển Fuzzy _ 2. Điều khiển nhiệt độ dùng bộ điều khiển Fuzzy _ PID. PID. MOÂ HÌNH LOØ NHIEÄT MOÂ HÌNH LOØ NHIEÄT PHẦN A: PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ ĐẶT VẤN ĐỀ Trong lónh vực tự động hóa, việc điều Trong lónh vực tự động hóa, việc điều khiển các đối tượng như nhiệt độ, áp suất, lưu khiển các đối tượng như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ ẩm, vận tốc, gia tốc… luôn là một bài lượng, độ ẩm, vận tốc, gia tốc… luôn là một bài toán khó vì tính chất phi tuyến của các đối toán khó vì tính chất phi tuyến của các đối tượng này. Phương pháp điều khiển mờ, Fuzzy tượng này. Phương pháp điều khiển mờ, Fuzzy Logic, đưa ra cách thức điều khiển dựa trên Logic, đưa ra cách thức điều khiển dựa trên các luật phát biểu gần với suy nghó của con các luật phát biểu gần với suy nghó của con người thay vì dựa trên các phương trình toán người thay vì dựa trên các phương trình toán học phức tạp học phức tạp Lò nhiệt là mô hình phi tuyến. Đặc trưng Lò nhiệt là mô hình phi tuyến. Đặc trưng của lò nhiệt là khâu quán tính nhiệt, khi bắt của lò nhiệt là khâu quán tính nhiệt, khi bắt đầu cung cấp năng lượng đầu vào cho lò nhiệt đầu cung cấp năng lượng đầu vào cho lò nhiệt thì nhiệt độ của lò tăng từ từ . Để lò đạt tới thì nhiệt độ của lò tăng từ từ . Để lò đạt tới nhiệt độ cần cung cấp thì mất khoảng thời gian nhiệt độ cần cung cấp thì mất khoảng thời gian khá dài. Đây chính là đặc tính quán tính của lò khá dài. Đây chính là đặc tính quán tính của lò nhiệt nhiệt . . XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN LÒ NHIỆT XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN LÒ NHIỆT Hàm truyền gần đúng của lò nhiệt dùng đònh nghóa: Hàm truyền gần đúng của lò nhiệt dùng đònh nghóa: G(S)= G(S)= Tín hiệu vào là hàm nấc đơn vò: R(S)= Tín hiệu vào là hàm nấc đơn vò: R(S)= Tín hiệu ra gần đúng : Tín hiệu ra gần đúng : c(t)=f(t-T1) c(t)=f(t-T1) f(t)= K(1-e-t/T2) f(t)= K(1-e-t/T2) Suy ra: Suy ra: F(S)= F(S)= Áp dụng đònh lý chậm trễ ta được C(S)= Áp dụng đònh lý chậm trễ ta được C(S)= Hàm truyền G(S)= Hàm truyền G(S)= )( )( SR SC S 1 )1( 2 STS K + )1( 2 1 + − sTs Ke sT 1 2 1 + − sT Ke sT PHẦN B: PHẦN B: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. I. Cấu trúc bộ điều khiển mờ: Cấu trúc bộ điều khiển mờ: + Khâu mờ hóa + Khâu mờ hóa + Thực hiện luật hợp thành + Thực hiện luật hợp thành + Khâu giải mờ + Khâu giải mờ Xét bộ điều khiển mờ MISO sau, với véctơ đầu vào X = [u1 u2 …un]’ Nguyên lý điều khiển mờ Nguyên lý điều khiển mờ [...]... PHẦN C: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT I Phương pháp PID của Zeigler_Nichols: Hàm truyền lò nhiệt theo Zeigler-Nichols Ke −Ts G ( s) = Ls + 1 Tuyến tính hố K G (s) = (Ts + 1)( Ls + 1) Bộ điều khiển PID có hàm truyền : KI G ( s) = K p + S + KDS + Hệ số tỷ lệ : KP + Hệ số tích phân : KI + Hệ số vi phân : KD + Độ lợi (giá trò đặt) : K=200 + Thời gian trễ : T= 60sec + Thời gian quán tính : L=720sec + Thời... TI=2T=2x60=120 sec + Thời gian vi phân: 1.2 L 1.2 x720 Kp = = = 0.072 TK 60 x 200 KP 0.072 KI = = = 0.000006 TK 60 x 200 K PTD 0.072 x30 KD = = = 0.0108 K 200 0.000006 GPID( s ) = 0.072 + + 0.0108s s 200 G (s) = (60 s + 1)(720 s + 1) SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÒ NHIỆT PHƯƠNG PHÁP PID Điều khiển PID, K=200 Điều khiển PID, K=500 Nhận xét: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp điều chỉnh các thông số PID theo Zeigler_Nichol... {L1,L2,L3,L4,L5} PHƯƠNG PHÁP 1 2 Tập mờ PHƯƠNG PHÁP 1 3.Luật hợp thành KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :200_0001_002_001_01 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :200_0001_002_021_03 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :200_0001_005_001_01 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :200_0001_005_021_03 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :500_0001_002_001_01 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông... nhiệt độ bằng phương pháp điều chỉnh các thông số PID theo Zeigler_Nichol có thời gian đáp ứng 120sec, thời gian xác lập 700sec, có vọt lố lớn II Phương pháp PID+ FUZZY Xác đònh biến ngôn ngữ: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÒ NHIỆT PHƯƠNG PHÁP PID+ FUZZY PHƯƠNG PHÁP 1 1.Biến ngôn ngữ ET = {âm nhiều, âm vừa, âm ít, zero, dương ít, dương vừa, dương nhiều} ET = { N3, N2, N1, ZE, P1, P2, P3 } DET = { âm nhiều,...Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ : Mơ hình tốn của bộ PID Luật chỉnh định PID Chỉnh đònh mờ tham số bộ điều khiển PID theo Zhao, Tomizuka, Isaka [ KR ∈ K min R ,K max R [ ] KD ∈ K KR − K k R = max KR − K 0 ≤ KR , KD ≤ 1 min R min R min D ,K max D KD − K k D = max KD − K ] min D min D Bộ chỉnh đònh mờ sẽ có: * Hai đầu vào là: e(t), de/dt * Ba đầu... :200_0001_005_021_03 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :500_0001_002_001_01 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :500_0001_002_021_03 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :500_0001_005_001_01 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP 1 Thông số :500_0001_005_021_03 PHƯƠNG PHÁP 2 1.Biến ngôn ngữ ET = {âm nhiều, âm vừa, âm ít, zero, dương ít, dương vừa, dương nhiều} ET = { N3, N2, N1, ZE, P1, P2, P3 } DET =