NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật I HC THI NGUYấN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******************&&&****************** MỤC LỤC Mục lục ………………………………………………………………… .1 Danh mục hình vẽ đồ thị …………………………… …………….3 Mở đầu ………………………………………………………… ……….5  Chương1: Mở đầu………………………………………………… ……10 1.1 Giới thiệu chung ……………………………………………………………10 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 1.1.1 Điều khiển trình 10 1.1.2 Các tính chất hệ điều khiển trình ………………… 11 1.2 Cấu trúc hệ điều khiển trình……………………… 15 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 605260 1.2.1 Cơ cấu chấp hành……………….…….…………… … 15 1.2.2 Các cảm biến:…………………… ….……………… … 18 1.2.3 Các cảm biến áp lực:….……………… …… 22 1.3.Đặc điểm Điều khiển trình gia nhiệt……………………………22 1.4.Kết luận .23 Học viên: Dƣơng Mạnh Hòa Chương : Tổng quan phương pháp điều khiên đại điều khiển Giáo viên hƣớng dẫn: TS Võ Quang Vinh trình .24 2.1 Đặt vấn đề ……………………… 24 2.2 Các phương pháp điều khiển 24 2.2.1 Phương pháp điều khiển truyền thẳng……………………… 24 2.2.2 Phương pháp điều khiển phản hồi……………………………31 Thái nguyên năm 2009 2.2.3 Phương pháp điều khiển tỉ lệ ……………………………….41 1.2.4 Phương pháp điều khiển tầng ……………………………….47 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2.2.5 Phng phỏp iu khin suy diÔn………… 50 2.2.6 Phương pháp điều khiển lựa chọn…………………… 51 Chương1: Mở đầu 2.2.7 Phương pháp điều khiển …….……………… 52 2.3 Các phương pháp điều khiển đại .53 Hình 1.1: Sơ đồ kinh điển cấu trúc điều khiển trình 2.3.1 Phương pháp điều khiển thích nghi .53 Hình 1.2: Hàm truyền q trình có tính tự cân 2.3.1.1Khái niệm chung hệ thống điều khiển thích nghi 53 Hình 1.3: Hàm truyền q trình khơng có tính tự cân 2.3.1.2 điều khiển thích nghi trực tiếp gián tiếp 55 2.3.1.3 Hệ thống điều khiển thích nghi tự chỉnh 59 2.3.2 Phương pháp điều khiển mờ 61 2.3.2.1Sơ đồ khối điều khiển mờ 62 2.3.2.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh 64 2.3.2.3 Bộ điều khiển mờ động 64 2.3.2.4 Hệ điều khiển mờ lai F-PID 67 2.4 kết luận 69 Chương : Áp dụng phương pháp điều khiển đại cho trình gia nhiệt 71 Đặt vấn đề 71 Hình 1.4 cấu trúc hệ điều khiển trình Hình 1.5: Van tiết lưu Hình 1.6: Van tiết lưu cân áp hình 1.7 van servo trượt Hình1.8: Van servo chắn Hình 1.9: Can nhiệt điện Hình1.10: Cấu trúc hệ thống đo áp suất tự động Chương : Tổng quan phương pháp điều khiên đại điều khiển trình 3.1Đối tượng 71 Hình2.1.Cấu trúc tổng quat hệ điều khiển truyền thẳng 3.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển hệ thống .72 Hình2.2 Cấu hình nối tiếp cấu hình song song Chương Mơ hệ thống 86 Kết luận 89 Tài liệu tham khảo 90 Hình 2.3Đặc tính điều khiển cho ví dụ2.1 Hình 2.4 Đièu khiển mức sách lược truyền thẳng Hình 2.5 Điều khiển thiết bị gia nhiệt nước Hình 2.6 Cấu trúc tổng quat hệ điều khiển phản hồi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.7 Hai cấu hình điều khiển phản hồi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sü kü thuËt Hình 2.8.Đièu khiển mức sách lược phản hồi Hình 4.1 Lưu tốc dịng nước Hình 2.9 Mơ điều khiển mức với hệ số kc khác Hình 4.2 Nhiệt độ bồn nước Hình 2.10 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ Hình 4.3 Van nước lạnh Hình2.11 Hệ thống trao đổi nhiệt trực lưu Hình 4.4 Van nước nóng Hình 2.12 hai cấu trúc điều khiển tầng Chương Mơ hệ thống Hình 2.13 sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi Hình 4.1Tạo lập cỏc hàm liờn thuộc cho biến vào Hình 2.14 sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi gián tiếp Hình 4.2 Tạo lập hàm liên thuộc cho biến Hình 2.15 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi trực tiếp Hình 4.3luật điều khiển khơng gian Hình 2.16 Hệ thống điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn Hình 4.4 Sơ đồ SimulinK Hình 2.17 Hệ thơng điều khiển thích nghi tự chỉnh Hình 4.5 Đáp ứng nhiệt độ Hình 4.6 Đáp ứng lưu tốc Hình 2.18 sơ đồ khối điều khiển mờ Hình 2.19 Hệ điều khiển mờ theo luật PI Hình 2.20 Hệ điều khiển mờ theo luật PD Hình 2.21 Hệ điều khiển mờ PID Hình 2.22 Các vùng tác động FLC PID Hình 2.23 vùng tác động điều chỉnh PID Chương : Áp dụng phương pháp điều khiển đại cho trình gia nhiệt Hình 3.1 Mụ hỡnh hệ thống Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển Hình 3.3 Cấu trúc van nước lạnh Hình 3.4 Cấu trúc van nước nóng Hình 3.5 Khâu lưu tốc đặt trước Hình 3.6 Khâu nhệt độ đặt trước Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Li núi u tiến.một điều đáng nói cơng nghệ sản xuất cơng nghệ thiết bị điều khiển lạc hậu sau 10-15năm, sở phương pháp luận cho thiết kế hệ thống điều khiển trình giữ nguyên giá trị sau hàng nửa kỉ-tất nhiên bổ sung phát triển tầm cao Vì việc nghiên cứu Điều khiển trình lĩnh vực quan trọng kĩ thuật điều khiển ngành cơng nghiệp lượng hóa chất( gọi chung công nghiệp ứng dụng phương pháp điều khiển điều khiển trình gia nhiệt vấn đề quan trọng cấp thiết chế biến, process industry).Nội dung lĩnh vực điều khiển trình kết nối chặt chẽ tảng lý thuyết diều khiển tự động với tốn q trình Do vậy, tơi chọn đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển công nghệ Phạm vi đề cập cụ thể tốn mơ hình hóa, phân tích, đaị để nâng cao chất lượng điều khiển trình gia nhiệt " với mục đích thiết kế thực thi hệ thống điều khiển cho đối tượng trình cơng nghệ nghiên cứu sau: Điều khiển q trình lĩnh vực chiếm vị trí quan trọng hàng đầu tự động hóa công nghiệp.Khác với nghàng công nghiệp chế tạo, ngày nhà máy xi măng, nhà máy điện hay nhà máy lọc dầu vận hành thiếu hệ thống điều khiển tự động Q trình tồn cầu hóa gần tạo nhiều thị trường tiêu dùng mới, đồng thời gia tăng cạnh tranh mạnh mẽ nhiều tập đoàn sản xuất Các doanh nghiệp buộc phải nâng cao mức độ tự động hóa dây chuyền sản Nghiên cứu phương pháp điều khiển đại điều khiển trình gia nhiệt Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ cho hệ điều khiển nhiệt độ lưu tốc bồn nước Từ đó, đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề chính, chia thành chương sau: Chương Mở đầu xuất để tăng suất, chất lượng sản phẩm hạ giá thành sản xuất Sức ép Chương nghiên cứu kiến thức chung điều khiển trình, cấu giảm sử dụng nguyên liệu thô (yêu cầu tái chế), giảm tiêu thụ nhiên liệu khả trúc hệ thống điều khiển trình, thiết bị hệ thống điều thích ứng nhanh với yêu cầu thị trường buộc kĩ sư phải đưa khiển q trình thiết kế q trình cơng nghệ thích hợp hơn, đồng thời đặt Chương 2:Tổng quan phương pháp điều khiên đại điều khiển yêu cầu cao cho hệ thống điều khiển tự động cho người kĩ sư thiết kế điều khiển nhìn từ góc độ khác, tiến công nghệ thiết bị điều khiển( DCS, PLC/HMI, IPC, bus trường,…) ngày tạo điều kiện thuận lợi cho việc cài đặt sách lược thuật tốn điều khiển tiên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn trình Chương nghiên cứu phương pháp điều khiển đại, phân tích mạnh từ lựa chọn phương pháp điều khiển cho q trình gia nhiệt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuËt Chương Áp dụng phương pháp điều khiển đại cho trình gia nhiệt Chương nghiên cứu tổng hợp điều khiển mờ cho đối tượng cụ thể nhiệt độ lưu tốc bồn nước Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết luận văn xây dựng hoàn toàn thân nghiên cứu thực hướng dẫn thầy giáo tham khảo tài liệu trích dẫn Chương Mơ hệ thống Mơ Matlap Phân tích kết đạt được, đưa kết luận Học viên Trong q trình làm luận văn, tơi giúp đỡ, bảo tận tình thầy giáo, TS Võ Quang Vinh , giảng viên khoa Điện, Trường đại học KTCN Thái Nguyên Xin gửi tới thầy lời cảm ơn chân thành sâu sắc Tôi nhận hỗ trợ nhiều từ thầy cô giáo Khoa Điện, trường đại Dương Mạnh Hoà học KTCN Thái Nguyên từ gia đình, bạn bè Xin trân trọng cảm ơn Thái Nguyên, ngày tháng năm 2009 Dương Mạnh Hồ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sü kü thuËt Khi nghiên cứu điều khiển trình việc tổng hợp mạch vịng điều Chương1: mở đầu 1.1 khiển thường gặp khó khăn vì: Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm đặc tính chung Điều khiển trình Điều khiển trình thao tác điều kiện trình để làm xảy thay đổi mong muốn đặc tính đầu trình Trong thực tế điều khiển q trình thường xem điều khiển thơng số như: nhiệt độ (t0), áp suất (P), lưu lượng (F), mức (L), nồng độ (pH), định lượng chí điều khiển phản ứng v.v Việc điều khiển đại lượng thường gặp khó khăn điều khiển q trình có đặc tính: - Hệ thống có thơng số rải - Trong q trình hoạt động, cấu trúc hệ thay đổi (dẫn đến hàm truyền hệ thay đổi) mà cịn thơng số hệ thay đổi - Tính phi tuyến tính tương tác lớn 1.1.2 Các tính chất điều khiển trình Khi xây dựng hệ thống điều khiển, nhiệm vụ đặt phải nghiên cứu tính chất q trình (đối tượng điều khiển) Các thơng tin trình thu thập đầy đủ việc tổng hợp hệ thống điều khiển tự Những đặc điểm trình: động đơn giản trình điều chỉnh dễ đạt độ xác cao Việc Thường thể đặc tính sau: nghiên cứu trình phải xuất phát từ việc nghiên cứu tượng vật lý xảy - Thời gian chết trình (Process Dead time) - Trễ trình (Process Lag) lượng chảy vào E1 chảy E0 từ q trình tạo nên mơi trường hoạt động - Hệ số khuyếch đại trình (Process gain) trình Khi E1 = E0 tượng trình tồn trạng thái dừng, - Nhiễu trình (Process disturbances) trình trạng thái cân Khi E1  E0 tồn vận động mơi - Thời gian chết q trình: Đó khoảng thời gian thay đổi tín hiệu đầu vào đến hệ thống điều khiển trình đáp ứng tín hiệu Hiện tượng ln ln khơng phân biệt dạng tín hiệu dùng Ngồi cịn biết đến như: trễ t, trễ vận tải, trễ khoảng cách - vận tốc - Trễ q trình: Vì q trình vốn khơng có khả nhận thải lượng cách liên tục Qua ta có trễ bậc trễ bậc cao - Hệ số khuyếch đại trình: Hệ số khuyếch đại trình xác định tỷ số thay đổi đầu thay đổi đầu vào - Nhiễu trình: Là thay đổi mong muốn xảy trình, có xu hướng ảnh hưởng bất lợi đến giá trị biến điều khiển 10 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên q trình Các tượng ln liên quan đến dịng vật chất hay Dương Mạnh Hồ http://www.lrc-tnu.edu.vn trường hoạt động trình Giá trị E = E1 - E0 gọi tác động nhiễu lên q trình Nó đại lượng đặc trưng cho tác động vào trình Năng lượng vật chất tích luỹ hay chuyển hố lịng q trình Các tượng phản ánh thơng qua số thơng số kỹ thuật q trình gọi tín hiệu q trình Thơng số kỹ thuật đặc trưng cho tượng xảy trình chọn làm đại lượng cần điều chỉnh y Tác động ảnh hưởng lớn lên đại lượng cần điều chỉnh sử dụng làm tác động điều chỉnh u ysp(s) e(s) - GC(s) u(s) Controller GP(s) y(s) Process Hỡnh 1.1: Sơ đồ kinh 11 điển cấu trúc điều khiển trình Dương Mạnh Hồ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Trờn c s hm q độ q trình xác định gần hàm truyền Hai tính chất trình khả tích luỹ hay cịn gọi tính đạt Do q trình có hai loại q trình có tính tự cân dung lượng tính tự cân Nghiên cứu chất vật lý q trình q trình khơng có tính tự cân nên thường việc xác định hàm truyền đạt nghiên cứu tính chất cho hai loại khác a Tính dung lượng * Q trình có tính tự cân Dạng tổng quát hàm truyền đạt trình có tính tự cân Các q trình điều khiển ln ln khả tích luỹ mơi trường hoạt động, dự trữ lịng Khả gọi khả tích luỹ q mô tả sau: G P (s)  K P G (s).e P s trình hay cịn gọi dung lượng q trình Q trình có dung lượng nhỏ tốc độ thay đổi đại lượng cần điều chỉnh tăng có cân dòng dòng vào dẫn đến trình điều chỉnh phức tạp Trong đó: Ngược lại dung lượng trình lớn tốc độ thay đổi đại lượng KP - hệ số truyền trình cần điều chỉnh nhỏ, trình điều chỉnh đơn giản P - thời gian trễ, cịn gọi trễ vận chuyển b Tính tự cân G (s)  Tính tự cân khả q trình sau có nhiễu tác động phá b 0sm  b1sm1   b m1s  a 0sn  a1sn 1   b n 1s  vỡ trạng thái cân tự hiệu chỉnh trở lại trạng thái cân víi m  n Process mà khơng tĩnh Q trình khơng có tính tự cân gọi trình phi GP(s) tĩnh G0(s).KP e p s c Mơ tả đặc tính động học trình Hình 1.3: Hàm truyền trình có tính tự cân Q trình gồm hai khâu mắc nối tiếp là: Khâu trễ có hàm truyền đạt Là phần tử quan trọng hệ thống điều khiển tự động, đặc tính động học trình (đối tượng điều khiển) cần xác định tường minh dạng mơ tả tốn học (ngoại trừ trường hợp điều khiển mờ đối tượng e P s khâu tĩnh có hàm truyền đạt K.G0(s) khơng thiết phải mơ tả tường minh dạng tốn học) Đối với trình phức tạp, đặc trưng q trình cơng nghiệp, việc xác định mơ tả tốn học khơng thể tiến hành theo Trong thực tế khâu tĩnh lấy gần dạng sau: khâu qn tính bậc nhất, khâu qn tính bậc có trễ, khâu bậc hai bậc hai có trễ phương pháp giải tích bình thường mà phải tiến hành phương pháp thực nghiệm Đặc tính động học trình biểu diễn dạng đặc - Khi khâu tĩnh khâu qn tính bậc q trình có hàm truyền đạt dạng: tính thời gian 12 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun Dương Mạnh Hồ http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dng Mnh Ho http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật G P (s) Trong thực tế hàm truyền đạt q trình khơng có tính tự cân K P P s e  P s mô tả gần dạng sau: - Khi khâu tĩnh khâu qn tính bậc có trễ q trình mô tả hàm truyền đạt dạng: G P (s)  K P  ( P )s e  P s Trong đó:  gọi trễ dung lượng - Khâu tích phân đơn thuần: G P (s)  P s - Khâu quán tính tích phân: G P (s)  KP (1  P s)s - Khâu tích phân có trễ: G P (s)  P s e P s - Khâu quán tính tích phân có trễ: G P (s)  KP e Ps (1  P s)s - Khâu tĩnh có hàm bậc hai bậc hai có trễ thường gặp tốn điều khiển * Q trình khơng có tính tự cân Q trình mà cấu trúc có thành phần tích phân không 1.2 cấu trúc hệ điều khiển q trình có tính tự cân Hàm q độ tiến xa vơ Hàm truyền đạt q trình khơng có tính tự cân mô tả dạng tổng quát sau: G P (s)  K P G (s).e Ps s Trong đó: KP - hệ số truyền trình P - thời gian trễ G0(s) - hàm truyền đạt thành phần tĩnh có dạng tổng quát: G (s)  b 0sm  b1sm1   b m1s  a 0sn  a1sn 1   b n 1s  víi m  n Hình 1.5 cấu trúc hệ điều khiển trình Process GP(s) 1.2.1 Cơ cấu chấp hành G0(s).KP e p s s 1.2.1.1 Van Hình 1.4: Hà m truyền q trình khơng có tính tự cân 14 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hoà http://www.lrc-tnu.edu.vn *Van tiết lưu: 15 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hoà http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuËt Là van điều khiển lưu lượng minh hoạ hình 1.4 Đây thống tự điều chỉnh để đạt vị trí xác đạt tốc độ yêu cầu Van dạng van kim với đầu để điều chỉnh lưu lượng đến xi lanh servo có hai tầng (hình 1.7) Tầng thứ van lái hướng dòng chất lỏng đến hay động thuỷ lực Chính điều khiển tốc độ xilanh trượt Chuyển động trượt điều khiển mơmen kéo thuỷ lực Nhược điểm van tải tăng, tốc độ pittông xilanh cấu quay gắn với trượt sinh Cơ cấu quay nối với chắn giảm làm cho áp tăng Chênh lệch áp từ bơm đầu van kim giảm dẫn để đóng hay mở cửa, làm cho áp lực đẩy trượt thay đổi vị trí theo tín đến lưu lượng giảm Để giữ cho tốc độ pittông không đổi phải tăng áp bơm hiệu điều khiển Đối với van servo chắn van servo vịi phun lưu lượng Để khắc phục nhược điểm người ta thiết kế loại van tiết lưu cân áp qua van tỉ l vi ỏp sut hỡnh 1.6 Con tr-ợt điều khiển Cơ cấu đẩy kéo P Con tr-ợt A P B Vịi phun Vịi phun P1 Tấm chắn Hình 1.5: Van tiết lưu Hình 1.6: Van tiết lưu cân áp Khi có tải lớn áp đầu van tăng, đẩy trượt xuống mở rộng cửa vào cho chất lỏng, cho lưu lượng qua van kim nhiều Như Hình1.8: Van servo chắn chênh lệch áp đảm bảo tốc độ dịch chuyển pittơng khơng thay đổi Hình 1.8 mơ tả cấu tạo van servo chắn Tấm chắn nằm hai * Van servo Là van có nhiều bậc khuyếch đại, mà bậc cuối van trượt Van servo có ba loại: van servo trượt, van chắn van vòi phun Các van có cấu tạo đặc biệt van thơng thường chỗ bên có hệ 16 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hồ http://www.lrc-tnu.edu.vn vịi phun gắn với hai đường cấp dầu vào trượt Khi cấu kéo đẩy đẩy chắn phía áp lực phía tăng lên, đẩy trượt phía áp thấp Khi van vị trí khơng làm việc hai vịi phun đẩy chắn vị trí cân 17 Số hóa Trung tâm Học liệu – i hc Thỏi Nguyờn Dng Mnh Ho http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 1.2.1.2 Động điện cấu điện từ Động điện thiết bị biến đổi điện thành (chuyển động tròn xoay) Phần quay động gọi roto hay phần cảm Roto thường khơng cần nối với nguồn điện Trên rơto có dây dẫn hay nam châm vĩnh cửu hợp kim đặc biệt tuỳ theo từ tính chúng Một số roto có cuộn dây đồng nối với nguồn điện vòng trượt Thiết bị khống chế chiều dịng điện qua rơto cịn gọi cổ góp Cổ góp có cặp chổi than lắp cố định vỏ động cơ, dẫn điện đến phần chuyển động Rơto đỡ ổ bi Các ổ bi hướng kính loại thơng dụng, cần phải bôi trơn định kỳ Một số động nhỏ sử dụng bạc đồng bôi trơn dầu thay cho ổ bi Phần đứng yên động hay cịn gọi stato cấp từ trường để làm động hoạt động Từ trường tạo nam châm vĩnh cửu nam châm điện Phần lớn động cần nối với điện lưới hoạt động Một số động có độ xác cao thường phải có thiết bị kèm thiết bị điều khiển động Trong số có hai loại sau: - Động có tốc độ, vị trí mơmen kéo cần điều khiển xác - Các động công suất lớn, phải khởi động bước để dịng xung kích Trong tất hệ thống tự động, thiết bị tiếp nhận thông tin diễn biến môi trường diễn biến đại lượng vật lý bên hệ thống gọi cảm biến (sensor) 1.2.2.1 Các cảm biến đo nhiệt độ * Cặp nhiệt điện Là cảm biến đo nhiệt độ, chuyển tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện dựa tượng nhiệt điện Khi có chênh lệch nhiệt điện hai đầu nối hai dây dẫn kim loại khác làm xuất sức điện động Nhiệt độ không phá hỏng động Trong hệ thống tự động tín hiệu điều khiển đến thiết bị điều khiển động nhằm đạt tốc độ hay vị trí yêu cầu Tín hiệu điều khiển tín hiệu tương tự chiều từ thiết bị điều khiển rôbốt, PLC, thiết bị điều khiển trạm hay máy tính chủ tăng làm tăng sức điện động (điện áp) cặp kim loại cấu tạo nên Để thuận tiện cho người sử dụng cặp nhiệt điện chế tạo sẵn dạng can nhiệt điện Miền đo can nhiệt điện phụ thuộc vào vật liệu chế tạo Đối với can nhiệt đồng/vàng-cơban đo từ - 2700C đến 27000C Các động sử dụng để điều khiển vị trí tốc độ có kèm theo bên cảm biến vị trí tốc độ gọi động servo hình 1.9 Đầu làm việc hai dây điện 1.2.2 Các cảm biến: Can nhiệt điện có sơ đồ cấu trúc mơ tả cực nhiệt hàn chặt vào Các dây điện cực lồng vào ống cách điện Hai đầu 18 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hoà http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun Dương Mạnh Hồ http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.9: Can nhit in Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chn phng phỏp giải mờ thích hợp ta dựa vào tiêu chuẩn sau đây: phân kinh điển vào trước sau khối mờ Do tính phi tuyến hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hồn tồn khác (Hình 2.13 a,b) - Tính tin cậy: Điểm y* phải đại diện cho tập mờ B‟ cách trực giác, ví dụ nằm gần miền xác định tập mờ B điểm hàm liên thuộc cao B  - Đơn giản tính tốn: tiêu chuẩn quan trọng điều khiển mờ tính tốn làm việc chế độ thời gian thực - Tính liên tục: Thể việc làm có thay đổi nhỏ B‟ không gây biến đổi lớn y*  2.3.2.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh: Bộ điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ có quan hệ vào/ra y(x) liên hệ theo phương trình đại số ( tuyến tính phi tuyến ) Các điều khiển tĩnh điển hình khuyếch đại P, điều khiển relay hai vị trí, ba vị trí v.v… Một dạng hay dùng điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ tuyến tính đoạn, cho phép ta thay đổi mức độ điều khiển phạm vi khác trình, nâng cao chất lượng điều khiển Hình 2.19 (a,b): Hệ điều khiển mờ theo luật PI Khi mắc nối tiếp đầu vào điều khiển mờ theo luật tỉ lệ khâu vi phân có điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phân PD ( Hình 2.14 ) Bộ điều khiển mờ tĩnh có ưu điểm đơn giản, dễ thiết kế, song có nhược điểm chất lượng điều khiển khơng cao chưa đề cập đến trạng thái động ( vận tốc, gia tốc…) trình, sử dụng trường hợp đơn giản Hình 2.20: Hệ điều khiển mờ theo luật PD 2.3.2.3 Bộ điều khiển mờ động Một dạng hay dùng điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới trạng thái động đối tượng Ví dụ hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi tín hiệu sai lệch e theo thời gian cịn có đạo hàm sai lệch giúp cho điều khiển phản ứng kịp thời biến động đột xuất đối tượng Các điều khiển mờ động hay dùng điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân tỉ lệ vi tích phân ( PI, PD PID ) Một điều khiển mờ theo luật I thiết kế từ điều khiển mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính ) cách nắc nối tiếp khâu tích 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hoà http://www.lrc-tnu.edu.vn Thành phần điều khiển giống điều khiển theo luật PD thơng thường bao gồm sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống e đạo hàm sai lệch e‟ Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng xác với biến đổi lớn sai lệch theo thời gian Phát triển tiếp từ ví dụ điều khiển mờ theo luật P thành điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn giản Trong kỹ thuật điều khiển kinh điển, điều khiển PID biết đến giải pháp đa có miền ứng dụng rộng lớn Định nghĩa điều 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại hc Thỏi Nguyờn Dng Mnh Ho http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật khin theo luật PID kinh điển trước sử dụng cho điều khiển mờ theo luật PID Bộ điều khiển mờ theo luật PID thiết kế theo hai thuật toán: Cho đến nay, nhiều dạng cấu trúc PID mờ hay gọi điều khiển mờ ba thành phần nghiên cứu Các dạng cấu trúc thường thiết lập sở tách điều chỉnh PID thành hai điều chỉnh PD PI ( I ) Việc phân chia nhằm mục đích thiết lập hệ luật cho PD PI ( I ) gồm hai ( ) biến vào, biến ra, thay phải thiết lập ba biến vào Hệ luật cho điều chỉnh PID mờ kiểu thường dựa ma trận MacVicar-whelan đề xuất Cấu trúc không làm giảm số luật mà đơn giản cho việc tính tốn - Thuật tốn chỉnh định PID - Thuật toán PID tốc độ Bộ điều khiển mờ thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID có đầu vào gồm sai lệch e tín hiệu chủ đạo tín hiệu ra, đạo hàm tích phân sai lệch Đầu điều khiển mờ tín hiệu điều khiển u(t) t  d  u t   K e   e.dt  TD e dt   TI ( 2.19 ) Với thuật toán PID tốc độ, điều khiển PID có đầu vào: sai lệch e tín hiệu đầu vào tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc e ‟ đạo hàm bậc hai e‟‟ sai lệch Đầu hệ mờ đạo hàm du tín hiệu điều khiển u(t) dt d du d2   K e  e  e dt TI dt 2   dt ( 2.20 ) 2.3.2.4 Hệ điều khiển mờ lai F-PID Hệ mờ lai viết tắt F-PID hệ điều khiển thiết bị điều khiển gồm thành phần: Thành phần điều khiển kinh điển thành phàn điều khiển mờ Bộ điều chỉnh F-PID thiết lập dựa hai tín hiệu sai lệch e(t) đạo hàm e‟(t) ý tưởng FLC có đặc tính tốt vùng sai lệch lớn, với đặc tính phi tuyến tạo phản ứng động nhanh Khi trình hệ tiến gần đến điểm đặt ( sai lệch e(t) đạo hàm e‟(t), xấp xỉ ) vai trò FLC bị hạn chế nên điều chỉnh làm việc điều chỉnh PID bình thường Trên hình 2.22 thể ý tưởng thiết lập điều chỉnh F-PID phân vùng tác động chúng Do thực tế thường có hai thành phần (2.19), (2.20) bỏ qua nên thay thiết kế điều khiển PID hoàn chỉnh người ta lại thường tổng hợp điều khiển PI PD Bộ điều khiển PID mờ thiết kế sở điều khiển PD mờ cách mắc nối tiếp đầu điều khiển PD mờ khâu tích phân Hình 2.22: Các vùng tác động FLC PID Sự chuyển đổi vùng tác động FLC PID thực nhờ khố mờ dùng FLC Nếu chuyển đổi dùng FLC ngồi nhiệm vụ điều chỉnh FLC làm nhiệm vụ giám sát hành vi hệ thống Hình 2.21: Hệ điều khiển mờ PID 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hoà http://www.lrc-tnu.edu.vn 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn Dng Mnh Ho http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật thc hin chuyển đổi Việc chuyển đổi tác động FLC PID thực nhờ luật đơn giản sau: t ui  K pi e  K  e(t )dt  K Di if e(t ) dương lớn et  dương lớn u FLC de  et i= 1,2,….n (2.21) if e(t ) dương nhỏ et  dương nhỏ u PID Để thực chuyển đổi mờ mức FLC chuyển đổi PID, ta thiết lập nhiều điều chỉnh PIDi ( I = 1,2…n ) mà chọn để tối ưu chất lượng theo nghĩa để tạo đặc tính tốt vùng giới hạn biến vào Các điều chỉnh có chung thơng tin đầu vào tác động phụ thuộc vào giá trị chúng Trong trường hợp này, luật chuyển đổi viết theo hệ mờ sau: Như hệ số điều chỉnh PID phụ thuộc tín hiệu đầu vào , tổng quát phụ thuộc vào trạng thái hệ Nếu coi hệ số K pi KDi KIi kết giảI mờ theo phương pháp trung bình trọng tâm từ ba hệ mờ hàm:  Hệ mờ hàm tính hệ số Kp với hệ luật: Ru(i): if ER is Ep and CER is CEq then Kpi = KPi(.)  Hệ mị hàm tính hệ số KD với hệ luật: Ru(i): if ER is Ep and CER is CEq then KDi = KDi(.)  Hệ mờ hàm tính hệ số KI với hệ luật : Ru(i): if ER is Ep and CER is CEq then KIi = If ( trạng thái hệ ) is E i then ( tín hiệu điều khiển ) = u1 KIi(.) Khi hệ số KPi, KDi KIi mờ hố tập mờ, xem hệ lúc gồm tập mờ chuẩn hệ số KPi, KDi KIi Trong trường hợp này, hệ số điều chỉnh PID tính sau;  n  K PL    i (t )Y Pi   i 1   n  K DL     i (t )Y Di   i 1   n  K LN     i (t )Y Iii   i 1  Trong Y Pi , Y Di , Y Ii tương ứng tâm tập mờ hệ số KPi, KDi KIi mờ hố Hình 2.23 vùng tác động điều chỉnh PID Trong i = 1,2,……,n; Ei biến ngơn ngữ tín hiêu vào, ui hàm với tham số tác động điều khiển Nếu vùng điều chỉnh, tác động điều khiển điều chỉnh PIDi với: 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mạnh Hoà http://www.lrc-tnu.edu.vn Trong hệ thống điều khiển trượt, tín hiệu đièu khiển ln đảo cực tính giá trị +u -u Đơn giản ta xét đối tượng điều khiển gồm khâu tích phân điều khiển rơ le cực tính Ta có hệ phương trình sau: 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dương Mnh Ho http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật dy1 y2 ; dt Luận văn thạc sỹ kỹ thuật dy2  Uy1  C dt ( 2.22 ) Đây phương trình Parabol mà quỹ đạo nửa Parabol với đường chuyển đổi e = - ( y1 +  y2 ) = ( 2.23 ) Quỹ đao pha hội tụ gốc trục dao động tắt dần Nhận thấy với hệ số phản hồi lớn tồn tai đoạn thẳng AB đường chuyển đổi mà phạm vi chuyển động thực theo chế độ trượt nghĩa theo đường chuyển đổi không theo quỹ đạo pha Khi chế độ trượt, hệ có hành vi hệ tuyến tính chất lượng hệ thống đựoc nâng cao hệ, khơng thể đảm bảo chắn hệ ổn định tham số, cấu trúc hệ bị thay đổi Đối với hệ có cấu trúc thay đổi hệ mà biết rõ thơng tin xác hệ phương pháp điều khiển mờ cho ta hiệu cao Bộ điều khiển mờ có đặc điểm có tính phi tuyến mạnh, khả chống nhiễu cao, phù hợp với hệ có tính phi tuyến, phụ thuộc thời gian, có tham số rải thời gian trễ lớn Xuất phát từ phân tích chọn phương pháp điều khiển mờ để nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển trình gia nhiệt 2.4 kết luận Qua nghiên cứu phương pháp điều khiển có thểt sử dụng để điều khiển trình gia nhiệt Với phương pháp điều khiển phương pháp thường giải vấn đề điều khiển, có khơng khó khăn áp dụng điều khiển truyền thẳng loại bỏ nhiễu trước ảnh hưởng đến q trình làm việc, nhiên khơng có khả làm giảm sai lệch đối tượng sai lệch mơ hình tới chất lượng điều khiển khơng có khả ổn định q trình không ổn định Hay điều khiển phản hồi cho phép ổn định q trình khơng ổn định cách tính tốn đầu dựa theo sai lệch, khơng cần phân biệt sai lệch nhiễu hay thay đổi giá trị đặt gây Tuy nhiên với điều khiển phản hồi khó xác định xác mơ hình đối tượng, việc điều chỉnh tín hiệu cần điều khiển thơng qua quan sát diễn biến đầu ra, điều dẫn đến việc thiết kế chỉnh định điều khiển để đồng thời thỏa mãn tất yêu cầu đặt Trong phương pháp điều khiển đại điều khiển thích nghi bộc lộ nhiều u điểm phương pháp điều khiển Với hệ điều khiển thích nghi cấu trúc điều khiển tự động hay đổi theo biến thiên thông số hệ chất lượng hệ đảm bảo phù hợp với tiêu định trước Tuy nhiên hệ điều khiển thích nghi thường có cấu trúc tham số chỉnh định theo tiêu chuẩn tối ưu giá trị xác định 72 Dương Mạnh Hồ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – i hc Thỏi Nguyờn Dng Mnh Ho http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chƣơng ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI CHO QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT 3.1.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Đặt vấn đề Trong chương ta lựa chọn phương pháp điều khiển cho trình gia nhiệt Để đánh giá kết luận cách xác ván đề ta phải ngiên cứu ứng dụng cụ thể vào đối tượng Trong chương ta nghiên cứu hệ thống cụ thể tiến hành mơ hình hố mơ hệ thống để đưa kết luận cuối 3.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ VÀ LƢU TỐC BỒN NƢỚC 3.1.1 ĐỐI TƢỢNG Ta cần điều khiển dòng nước từ bồn nước Bồn nước gồm đầu vào dòng nước lạnh, đầu vào dịng nước nóng Đầu hỗn hợp hai dịng nước nóng lạnh Yêu cầu đặt phải giữ nhiệt độ tốc độ dịng nước khơng đổi giá trị xác định trước Dịng nước nóng Dịng nước lạnh Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển a Thiết kế van nƣớc lạnh Van nước gồm biến vào: tốc độ đóng/mở van, hai biến nhiệt độ tốc độ dòng nước Nhiệt độ dòng nước lạnh 10oC Ngõ vào tốc độ đóng/mở van sau qua khâu tích phân qua khâu khuếch đại bão hoà Hàm f(u) khâu bão hồ xác định theo cơng thức: k.u(1).(k.u(1)u(2)) + u(2).(k.u(1)>u(2)) BỘ ĐIỀU KHIỂN Với k.u(1) tín hiệu sau khâu tích phân, Bồn nước u(2) tốc độ cực đại van Dòng nước + Khi k.u(1)  u(2) đầu k.u(1), H×nh 3.1 Mơ hình hệ thống 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 3.5 Khâu l-u tốc đặt tr-íc c Thiết kế khâu lƣu tốc đặt trƣớc Khâu bao gồm tốc độ đặt trước máy phát tín hiệu thử d Thiết kế khâu nhiệt độ đặt trƣớc Hình 3.3 Cấu trúc van n-ớc lạnh + Khi k.u(1) > u(2) đầu u(2) b Thiết kế van nc núng Hình 3.6 Khâu nhệt độ đặt tr-ớc Khâu bao gồm nhiệt độ đặt trước máy phát tín hiệu thử e Thiết kế hàm đối tƣợng - Hàm lƣu tốc: H×nh 3.4 CÊu tróc van n-íc nãng u(1)+u(3) Với u(1) tốc độ dịng nước nóng o Tương tự van nước lạnh Nhiệt độ dịng nước nóng 30 C u(3) tốc độ dòng nước lạnh - Hàm nhiệt độ: u (1).u (2)  u (3).u (4) u (1)  u (3) Với u(1) tốc độ dòng nước nóng 77 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ tht u(2) nhiệt độ dịng nước nóng Theo u cầu mơ hình, ta thiết kế điều khiển mờ có hai ngõ vào hai ngõ Các biến ngõ vào Flow Temp, biến ngõ Cold Hot u(3) tốc độ dòng nước lạnh 4.1 Thiết kế: u(4) nhiệt độ dòng nước lạnh Bƣớc Định nghĩa biến vào ra: Ta gọi nhiệt độ cần ổn định to Giả sử nhiệt độ môi trường cần điều khiển thay đổi khoảng (to - k, to + k) Sai lệch nhiệt độ cần điều khiển y1 tín hiệu chủ đạo x1.(Ký hiệu et):  et  (-k, k) oC Chọn k=20  et  (-20, 20) oC Gọi vo lưu tốc dòng nước cần giữ ổn định Giả sử lưu tốc cần điều khiển thay đổi khoảng (vo - V, vo + V) (kg/s) Sai lệch lưu tốc cần điều khiển y2 tín hiệu chủ đạo x2.(Ký hiệu ev):  ev  (-V, V) kg/s Chọn V=1  ev  (-1, 1) kg/s Đại lượng đầu vào điều khiển mờ tín hiệu sai lệch vận tốc ev tín hiệu sai lệch nhiệt độ et Để hệ thống đạt độ xác cao (sai lệch tĩnh 0) ta thêm vào khâu tích phân phía sau khối mờ Và tín hiệu ngõ điều khiển mờ tốc độ biến đổi cơng suất dp1 tương ứng với tốc độ đóng mở van nước nóng dp2 tương ứng tốc độ đóng mở van nước lạnh Giả sử dp1 (-p, p) kW/s dp2  (-p, p) kW/s Chọn p =  dp1, dp2  (-1, 1) kw/s Bƣớc Chọn số lƣợng tập mờ: Ta chọn giá trị cho biến đầu vào Đối với et: Cold, Good, Hot CHƢƠNG MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật i vi ev: Soft, Good, Hard Chọn giá trị cho biến đầu ra: CloseFast, CloseSlow, Steady, OpenSlow, OpenFast Bƣớc Xác định hàm liên thuộc: Ta chọn tập mờ có hình thang hình tam giác cân: * Rời rạc hóa hàm liên thuộc: Đối với biến vào sai lệch nhiệt độ et (temp): H×nh 4.1 Lưu tốc dịng nước cold=trapmf [–30 –30 –15 0] good=trimf [–10 10] hot=trapmf [0 15 30 30] Đối với biến vào sai lệch lưu tốc ev (flow): soft=trapmf [–3 –3 –0.8 0] good=trimf [–0.4 0.4] H×nh 4.2 Nhiệt độ bồn nước hard=trapmf [0 0.8 3] Đối với biến tốc độ đóng mở van nước lạnh nóng: CloseFast=trimf [–1 – 0.6 –0.3] CloseSlow=trimf [– 0.6 –0.3 0] Steady=trimf [–0.3 0.3] OpenSlow=trimf [0 0.3 0.6] OpenFast=trimf [0.3 0.6 1] H×nh 4.3 Van nước lạnh 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kü thuËt * Đối tƣợng cần điều khiển: Gọi to nhiệt độ đầu vo vận tốc dòng chảy ngã Tn nhiệt độ dịng nước nóng Tl nhiệt độ dòng nước lạnh vận tốc dịng nước nóng vl vận tốc dịng nước lạnh H×nh 4.4 Van nước nóng Ta có mối quan hệ sau: Bƣớc Xây dựng luật điều khiển: 0 1 2 flow temp Soft Good Hard 0 flow temp Soft 1 2 Good Hard to  0 1 2 Cold Good Hot OpenSlow OpenSlow CloseSlow Steady CloseFast CloseSlow Bảng luật điều khiển cho biến Cold 0 1 OpenFast OpenSlow CloseSlow vo   vl * Sử dụng Matlab Fuzzy để thiết kế điều khiển mờ: Từ menu Edit, chọn Add Input chọn Add Output Nhắp vào hình input1, input2, output1, output2 để sửa tên Name tương ứng (Hình vẽ) 2 Cold Good Hot OpenFast OpenSlow OpenSlow OpenSlow Steady CloseSlow CloseSlow Bảng luật điều khiển cho biến Hot Tn  vl Tl  vl CloseSlow CloseFast Bƣớc Giải mờ: Dùng phương pháp trọng tâm y'   y ( z )dz S   ( z )dz S 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nhp kép vào hình temp để tạo lập hàm liên thuộc cho biến vào temp Đối với hai biến cold hot, chọn hàm liên thuộc hình tam giác H×nh 4.6Tạo lập hàm liên thuộc cho biến vào Trong ô Range nhập vào miền xác định biến Vào menu Edit để thêm hàm liên thuộc Trong Type, chọn hàm liên thuộc hình thang (trapmf) cho hàm cold hot, chọn hàm liên thuộc hình tam giác cân (trimf) cho hàm good Ô Param dùng để nhập thông số cho hàm nhắp vào hàm Ô Name dùng để đặt tên cho hàm Làm tương tự biến flow 84 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuËt Để kiểm tra lại hoạt động điều khiển mờ, ta vào menu View, chọn View Rules H×nh 4.7 Tạo lập hàm liên thuộc cho biến Trở lại FIS Editor, phần Defuzzification chọn phương pháp giải mờ Chọn phương pháp điểm trọng tâm Sử dụng Rule Editor để tạo bảng luật điều khiển cho điều khiển mờ Từ menu View, chọn Edit Rules để kích hoạt Rule Editor 86 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ti ụ Input, ta cú thể nhập giá trị biến ngã vào để quan sát giá trị biến ngã Để xem luật điều khiển không gian, chọn View Surface menu View Tại Listbox Z(output) chọn cold hay hot để quan sát b2: Xuất file fis: Từ cửa sổ FIS Editor vào File/Export/To workspace lưu tên file vào Workspace variable sau nhấp OK H×nh 4.7luật điều khiển không gian Sau hiệu chỉnh xong ta xuất file fis Workspace để nạp vào điều khiển mờ mơ hình Simulink Các bước xuất file fis sau: b1: Lưu tên file vừa thiết kế: Từ cửa sổ FIS Editor vào File/Export/To disk lưu tên file File name sau nhấn Save 88 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn thạc sỹ kü tht 4.2 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG H×nh 4.8 Sơ đồ SimulinK Để mô click đúp vào điều khiển mờ nạp tên file fis vừa xuất vào FIS Matrix sau nhấp OK H×nh 4.9 Đáp ứng nhiệt độ Mô với nhiệt độ đặt trước 23oC Lưu tốc đặt trước 0.7m3/h + Đối với tín hiệu thử có biến thiên hàm xung vng có tần số fs1 = 0.3rad/s, biên độ 0.2m3/h tốc độ dòng nước fs2 = 0.2rad/s, biên độ 4oC nhiệt độ dịng nước Ta có đáp ứng sau: 90 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 91 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Luận văn th¹c sü kü thuËt KẾT LUẬN: Sau sử dụng điều khiển mờ vào điều khiển tự động ổn định nhiệt độ lưu tốc bồn nước, với kết mơ đạt ta có nhận xét sau: nhiệt độ: - Với nhiệt độ đặt trước 230C tín hiệu thử thay đổi phạm vi từ 190C đến 230C đáp ứng đầu nhiệt độ bám sát với thay đổi tín hiệu thử với sai lêch phạm vi tương đối nhỏ khoảng ±0,5 0C Cịn tín hiệu thử thay đổi trọng phạm vi từ 230C đến 270C sai lệch đáp ứng đầu tín hiệu thử vào khoảng ±1,50C lƣu tốc: Với lưu tốc đặt trước 0,7m3/h tín hiệu thử thay đổi phạm vi từ 0,5m3/h đến 0,9m3/h đáp ứng đầu lưu tốc bám sát với thay đổi tín hiệu thử, đáp ứng đầu lưu tốc ln tín hiệu va tín thử Tuy nhiên trạng thái xác lập ứng với thay đổi lưu tốc tồn thời gian độ tương đối dài (khoảng (35)s) độ xác H×nh 4.10Đáp ứng lưu tốc - Sự biến thiên đáp ứng lưu tốc nhiệt độ nước mơ hình khảo sát hồn tồn chấp nhận hệ thống điều khiển trình gia nhiệt - Khi chọn tập giá trị mờ luật điều khiển thích hợp luật điều khiển mờ giúp hệ đạt độ xác cao, giá trị đặt nhỏ Khi vị trí đặt lớn định mức, việc giảm thời gian độ, điều khiển mờ giảm độ điều chỉnh, đặc biệt q trình hãm - Hệ thống mơ xét với tín hiệu đặt nhỏ, điều chứng tỏ tính bền vững cao hệ điều khiển 92 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 93 http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 94 S húa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn