ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT LÒ SẤY

Hơn sáu thập kỹ qua, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển thông dụng trong các hệ thống điều khiển với nhiều báo cáo đã đưa ra các con số thống kê rằng hơn 90% bài toán điều khiển quá trình công nghiệp được giải quyết với bộ điều khiển PID, trong số đó khoảng trên 90% thực hiện bằng luật PI, 5% thực hiện bằng luật P thuần túy, và 3% thực hiện luật PID đầy đủ, còn lại là những dạng dẫn xuất khác. Tuy nhiên, trong thực tế nhiều giải pháp tổng hợp, thiết kế bộ điều khiển PID thường bị bế tắc khi gặp những bài toán có độ phức tạp của hệ thống cao, độ phi tuyến lớn, xự thường xuyên thay đổi trạng thái và cấu trúc của đối tượng…Những khó khăng đó sẽ không còn là vấn đề nang giải khi bộ điều khiển đó được thực hiện bằng bộ điều khiển mờ. Chúng có chung một đặc điểm là làm việc theo nguyên tắc sao chép kinh nghiệm, tri thức của con người trong điều kiện vận hành máy móc. Với những ưu điểm rõ rệt sau đây của logic mờ. ...

1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hơn sáu thập kỹ qua, điều khiển PID điều khiển thông dụng hệ thống điều khiển với nhiều báo cáo đưa số thống kê 90% toán điều khiển trình công nghiệp giải với điều khiển PID, số khoảng 90% thực luật PI, 5% thực luật P túy, 3% thực luật PID đầy đủ, lại dạng dẫn xuất khác Tuy nhiên, thực tế nhiều giải pháp tổng hợp, thiết kế điều khiển PID thường bị bế tắc gặp toán có độ phức tạp cao, phi tuyến lớn, thường xuyên thay đổi trạng thái cấu trúc đối tượng…Với khó khăn không vấn đề nan giải thay điều khiển mờ So với giải pháp kỹ thuật điều khiển từ trước đến nay, để tổng hợp hệ thống điều khiển phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển logic mờ ưu điểm rõ rệt sau: - Khối lượng công việc thiết kế giảm nhiều không cần sử dụng mô hình đối tượng, với toán thiết kế có độ phức tạp cao, giải pháp dùng điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính toán giá thành sản phẩm - Bộ điều khiển mờ dễ hiểu so vơi điều khiển khác (cả kỹ thuật) dễ dàng thay đổi - Trong nhiều trường hợp điều khiển mờ làm việc ổn định chất lượng điều khiển cao - Bộ điều khiển mờ xây dựng kinh nghiệm chuyên gia - Có thể kết hợp điều khiển mờ với điều khiển khác Lò sấy đối tượng tương đối phức tạp bao gồm: Quá trình cháy, trao đổi nhiệt - ẩm, tốc độ quạt, đối lưu, xạ v.v trình có quán tính lớn, thời gian chết, nhiễu, trễ đối tượng cao, thông số thu thập không đầy đủ xác, đối tượng phi tuyến v.v…… Với đặc điểm đối tượng cần điều khiển, đặc tính bật điều khiển mờ, chọn đề tài “Ứng dụng logic mờ điều khiển trình nhiệt lò sấy” để nghiên, cứu khảo sát điều khiển mờ, bước đầu khảo sát mô điểu khiển phần mềm Matlab & Simulink Các thông số nhiệt khảo sát thực tế lò sấy gỗ Xí nghiệp Lâm sản Hoà Nhơn – Hòa Vang, Thành phố Đà Nẵng Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, ứng dụng mô hình toán học lò sấy [13] vào trình điều khiển - Nghiên cứu logic mờ - Khảo sát, thu thập thông số nhiệt lò sấy Xí nghiệp chế biến Lâm sản Hòa Nhơn - Hòa Vang, Thành Phố Đà Nẵng - Xây dựng mô hình điều khiển nhiệt độ lò sấy phần mềm Matlab & Simulink Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu kỹ thuật sấy lò sấy, điều khiển trình, điều khiển nhiệt độ, điều khiển PID, điều khiển mờ, mô điều khiển phần mềm Matlab simulink - Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết  Xây dựng mô phần mềm Matlab & Simulink Phương pháp nghiên cứu Với mục tiêu chọn phương pháp nghiên cứu lý thuyết phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, để thực đề tài theo bước sau: - Nghiên cứu mô hình:  Nghiên cứu hệ tuyến tính  Nghiên cứu hệ phi tuyến  Nghiên cứu điều khiển mờ - Tìm hiểu lò sấy công nghiệp  Đọc tài liệu liên quan kỹ thuật sấy  Thu thập liệu điều khiển nhiệt độ thật tế lò sấy gỗ Xí nghiệp chế biến Lâm sản Hoà Nhơn – TP Đà Nẵng  Xây dựng mô hình mô mô hình phần mềm Matlab & Simulink Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài luận văn Nhằm nâng cao chất lượng vật liệu cần sấy (gỗ) trình điều khiển nhiệt độ lò sấy có tính chất định đến chất lượng độ bền sản phẩm Nên đề tài “Ứng dụng logic mờ điều khiển trình nhiệt lò sấy” phát huy ưu điểm điều khiển mờ, giải khó khăn mà điều khiển kinh điển gặp phải đưa giải pháp điều khiển hợp lý ổn định Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu đề tài đóng góp thêm cách tiếp cận điều khiển đối tượng phi tuyến, khảo sát số giải pháp điều khiển qua so sánh đánh giá kết luận để lựa chọn điều khiển thích hợp cho đối tượng cụ thể Bố cục luận văn Mở đầu Chương 1: Tổng quan lò sấy Chương 2: Lý thuyết điều khiển mờ Chương 3: Ứng dụng logic mờ điều khiển trình nhiệt lò sấy Chương 4: Kết bàn luận Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÒ SẤY 1.1 Giới thiệu tổng quan Sấy khâu quan trọng dây chuyền công nghệ, sử dụng nhiều ngành chế biến nông – lâm – hải sản phương pháp bảo quản sản phẩm đơn giản, an toàn dễ dàng Sấy không đơn tách nước khỏi vật liệu ẩm mà trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vật liệu sau sấy phải đảm bảo chất lượng theo tiêu với mức chi phí lượng (điện năng, nhiệt năng) tối thiểu Quá trình sấy trình làm khô vật thể, vật liệu, sản phẩm phương pháp làm bay nước khỏi VLS Do vậy, trình sấy khô vật thể diễn biến sau: Vật thể gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất nước bề mặt vật thể, vật thể cấp nhiệt để làm bay ẩm 1.2 Phân loại thệ thống sấy (HTS) 1.2.1 HTS tự nhiên Quá trình phơi vật liệu trời, sử dụng thiết bị VLS sấy cách phơi nắng lấy nguồn nhiệt trực tiếp từ mặt trời để làm khô vật liệu cần sấy Do vậy, HTS sử dụng rộng rãi chế biến nông sản - Ưu điểm  Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư vận hành thấp  Không đòi hỏi cung cấp lượng lớn nhân công lành nghề  Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp - Nhược điểm  Kiểm soát điều kiện sấy  Tốc độ sấy chậm so với với sấy thiết bị, chất lượng sản phẩm dao động  Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết thời gian ngày  Đòi hỏi nhiều nhân công Hình 1.1: Mô hình sấy lượng mặt trời 1.2.2 HTS nhân tạo Được thực thiết bị sấy vào phương pháp cung cấp nhiệt chia loại: Sấy đối lưu, sấy xạ, sấy tiếp xúc, sấy thăng hoa, sấy điện trường dòng cao tần, sấy điện trở - Sấy đối lưu Không khí nóng khói lò dùng làm TNS có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm vật sấy bay theo TNS Không khí chuyển động chiều, ngược chiều cắt ngang dòng chuyển động sản phẩm Sấy đối lưu thực theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục Trên hình vẽ sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu dòng không khí nóng Hình 1.2: Sơ đồ hệ HTS đối lưu 1: Quạt, 2: Calorifer,3: Buồng sấy - Sấy buồng: cấu tạo chủ yếu sấy buồng buồng sấy Trong buồng sấy bố trí thiết bị đỡ vật liệu gọi chung thiết bị truyền tải (TBTT) Nếu dung lượng buồng sấy bé TBTT khay sấy gọi tủ sấy Nếu dung lượng lò sấy lớn TBTT xe goòng với thiết bị chứa vật liệu gọi HTSB kiểu xe goòng Hình 1.3: HTS buồng - Sấy hầm: HTS mà thiết bị sấy hầm dài, VLS vào đầu đầu hầm TBTT HTS thường xe goòng với khây chứa VLS băng tải Đặc điểm chủ yếu sấy hầm bán liên tục liên tục Hình 1.4: Các hình thức chuyển động TNS hầm sấy a HTS chiều b HTS ngược chiều c HTS kết hợp – ngược chiều d.HTS cắt ngang- Sấy tháp: HTS chuyên dùng để sấy VLS dạng hạt thóc, ngô, lúa mỳ HTS hoạt động liên tục bán liên tục TBS HTS tháp sấy, người ta đặt loạt kinh dẫn xen kẽ với loạt kênh thải.VLS từ xuống tác nhân sấy (TNS) từ kênh dẫn xuyên qua VLS thực trình trao đổi nhiệt - ẩm với vật liệu vào môi trường Hình 1.5: HTS kiểu xe goòng kiểu băng tải - Sấy thùng quay: Là HTS chuyên dụng để sấy VLS dạng cục hạt, thiết bị sấy hình trụ tròn đặt nghiêng góc Trong thùng sấy có bố trí cánh sáo trộn không Khi thùng sấy quay, VLS dịch chuyển từ đầu đến đầu vừa bị sáo trộn thực trình trao đổi nhiệt - ẩm với dòng TNS Hình 1.6: HTS thùng quay - Sấy khí động: Có nhiều dạng khí động thiết bị sấy HTS ống tròng phiểu, TNS có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt - ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa VLS từ đầu đến đầu thiết bị sấy Hình 1.7: HTS khí động kiểu đứng - Sấy tầng sôi: HTS chuyên dụng để sấy hạt, thiết bị sấy buồng sấy, vật liệu nằm ghi có đục lỗ, TNS có nhiệt độ cao tốc độ thích hợp xuyên qua ghi làm cho VLS chuyển động bập bùng mặt ghi hình ảnh bọt nước sôi để thực trình trao đổi nhiệt - ẩm Hình 1.8: HTS tần sôi nhà máy đường - Sấy phun: Là HTS dùng để sấy dung dịch huyền thù công nghệ sản xuất sữa bột Thiết bị sấy HTS phun hình chóp trụ, phần chóp quay xuống Dung dịch huyền thù bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù TNS có nhiệt độ thích hợp vào thiết bị sấy thực trình trao đổi nhiệt - ẩm với sương mù VLS thải vào môi trường 1.2.3 Các dạng lò sấy 1.2.3.1 Lò sấy gia nhiệt khói lò Trong HTS, khói lò dùng với tư cách TNS tư cách nguồn cung cấp nhiệt lượng để đốt nóng không khí calorifer khí – khói Khói lò gồm khí khô nước vốn có nhiên liệu phản ứng cháy với hydro sinh Hơn khói lò chứa lượng định tro bay theo chất độc hại lưu huỳnh vốn có nhiên liệu Do đó, khói lò dùng làm TNS trường hợp VLS không sợ bám bẩn thức ăn gia súc vật liệu xây dựng 10 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý HTS dùng khói lò làm TNS Buồng đốt, Buồng hoà trộn, Thiết bị sấy Ưu điểm sấy khói lò: - Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy khoảng rộng, sấy nhiệt độ cao 900-10000C nhiệt độ thấp 70-900C chí 40-500C - Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt - Đầu tư vốn dùng calorife - Giảm tiêu hao điện năng, giảm trở lực hệ thống - Nâng cao hiệu sử dụng nhiệt thiết bị 1.2.3.2 Lò sấy gia nhiệt nước Nước đun nóng thành thông qua lò hơi, nhiệt đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt sau quạt gió làm đôi lưu không khí làm cho hệ thống trao đổi nhiệt thông qua tiếp xúc với vật liệu cần sấy Lò hơi: Là thiết bị sản xuất nước có áp suất nhiệt độ định Lò dùng để cung cấp nhiệt có áp xuất nhiệt độ cao, cung cấp nhiệt công nghiệp hay dân dụng thường bão hòa có áp xuất thấp ([...]... thuyt iu khin m [2] Khỏi nim v logic m c giỏo s L.A Zadeh a ra ln u tiờn nm 1965, ti trng i hc Berkeley, bang California M T ú lý thuyt m ó c phỏt trin v ng dng rng rói 28 Nm 1970 ti trng Mary Queen, London Anh, Ebrahim Mamdani ó dựng logic m iu khin mt mỏy hi nc m ụng khụng th iu khin bng k thut c in Ti c Hann Zimmermann ó dựng logic m cho cỏc h ra quyt nh Ti Nht logic m c ng dng vo cỏc nh mỏy... Hitachi vo 1987 iu c bit l lý thuyt m ra i M, ng dng u tiờn Anh nhng phỏt trin mnh nht Nht Trong lnh vc T ng hoỏ logic m ngy cng c ng dng rng rói Nú thc s hu dng vi cỏc i tng phc tp m chỳng ta cha bit rừ hm truyn, logic m cú th gii quyt cỏc vn m iu khin kinh in khụng lm c Logic m (Fuzzy logic) l da trờn thụng tin khụng khụng y hoc khụng chớnh xỏc, con ngi suy lun a ra cỏch x lý v iu khin chớnh xỏc... trc tip ( nn à F ( x ) cho trc di dng cụng thc tng minh) hoc - Tra bng (nu à F ( x ) cho di dng bng ) 2.1.3 Cỏc dng hm thuc trong logic m Trong logic m cú cỏc dng hm thuc c s dng l gm hm: Gaussian, PI- shape, S- shape, Sigmoidal, Z shape 33 Hỡnh 2.2: Cỏc hm thuc trong logic m Cỏc hm thuc à F ( x ) cú dng trn c gi l hm thuc kiu S i vi hm thuc kiu S , do cỏc cụng thc biu din à F ( x ) cú phc tp ln... Trong nhng trng hp, b iu khin m d hiu v d thõy i hn so vi cỏc b iu khin khỏc 2.1.1 Tp hp kinh in Khỏi nim v tp hp c hỡnh thnh da trờn nn tng logic v c G Cantor nh ngha nh l mt s xp t chung ca cỏc vt, cỏc i tng cú cựng chung mt tớnh cht, c gi l phn t ca tp hp ú í ngha logic ca khỏi nim tp hp c xỏc nh ch mt vt hoc mt i tng bt k ch cú th cú hai kh nng hoc l phn t ca tp hp ang xột hoc khụng Cho mt tp hp A