bài tập dài điều khiển mờ PID

Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI Đề tài: Thiết kế điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song với PD để ổn định nhiệt độ lò điện trở Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Trà My Lê Thế Nam Võ Duy Nam Lớp: D8-CNTĐ2 Hà Nội, tháng12 năm 2016 SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở Lời nói đầu Năng lượng nhiệt lượng quan trọng cần thiết công nghiệp sinh hoạt hàng ngày Việc sử dụng nhiệt công nghiệp tối thiểu cần thiết Lò điện trở hệ thống quan trọng việc tạo nhiệt đáp ứng cho ngành công nghiệp Để điều khiển hệ thống lị điện trở ta có nhiều phương pháp, phương pháp điều khiển mờ Ưu điểm điều khiển mờ so với phương pháp điều khiển kinh điển tổng hợp điều khiển mà không cần biết trước đặc tính đối tượng cách xác Đề tài nhóm em là: ‘Thiết kế điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song với PD để ổn định nhiệt độ lò điện trở’, sở lý thuyết học chúng em xây dựng đề tài với phần: -Phần 1: GIỚI THIỆU LÒ ĐIỆN TRỞ -Phần 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID -Phần 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB - SIMULINK Do lượng kiến thức hạn chế nên đề tài cịn nhiều thiếu sót, chúng em mong nhận lời nhận xét quý báu từ thầy giáo trực tiếp giảng dạy chúng em – thầy Nguyễn Ngọc Khoát Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Thị Trà My Lê Thế Nam Võ Duy Nam SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở Mục Lục Lời nói đầu PHẦN 1: GIỚI THIỆU LÒ ĐIỆN TRỞ 1.1 Giới thiệu lò điện trở 1.2 Đặc điểm lò điện: 1.3 Nguyên lý làm việc lò điện trở 1.4 Các thơng số lị điện trở PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID 2.1 Biến ngôn ngữ miền giá trị 2.2 Rời rạc hóa hàm liên thuộc 2.3 Xây dựng luật điều khiển 2.4 Chọn nguyên tắc triển khai luật, giải mờ 2.5 Xác định hàm truyền đối tượng PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB - SIMULINK 3.1 Bộ điều khiển PID cho lò điện trở 3.2 Bộ điều khiển mờ dạng PID cho lò điện trở SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở PHẦN 1: GIỚI THIỆU LỊ ĐIỆN TRỞ 1.1 Giới thiệu lị điện trở Lò điện thiết bị biến đổi điện thành nhiệt năng, dùng cơng nghệ nung nóng, nấu chảy vật liệu Lò điện sử dụng phổ biến nhiều ngành công nghiệp 1.2 Đặc điểm lị điện: Có khả tạo nhiệt độ cao nhiệt tập trung thể tích nhỏ Nhiệt tập trung, nhiệt độ cao nên lò có tốc độ nung lớn suất cao Đảm bảo nung đều, nung xác, dễ điều chỉnh khống chế nhiệt độ chế độ nhiệt Lò đảm bảo độ kín, có khả nung chân khơng mơi trường có khí bảo vệ, độ cháy hao kim loại nhỏ Có khả khí hóa tự động Đảm bảo điều kiện vệ sinh: khơng bụi, khơng khói, tiếng ồn Tuy lị điện có nhiều ưu điểm so với lị nhiên liệu, cần lưu ý rằng: điện dạng lượng quý, đắt 1.3 Nguyên lý làm việc lò điện trở Khi dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R ( vật rắn chất lỏng ), tỏa nhiệt lượng vật thể theo định luật Joule-Lence Năng lượng nhiệt đốt nóng thân vật dẫn gián tiếp đốt nóng vật nung xếp gần Những thiết bị nung làm việc theo nguyên tắc gọi lị điện trở Dây dẫn vật nung có dịng điện chạy qua gọi dây điện trở dây nung 1.4 Các thơng số lị điện trở Bảng 1: Thơng số lị điện trở: Thơng số P T d l Số liệu 90 1500 1,4 6,6 0,4 Đơn vị KW o C Mm M (Ω.mm2/m) Mô tả Cơng suất lị Nhiệt độ nung Đường kính dây điện trở Chiều dài dây điện trở Điện trở suất vật liệu SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID 2.1 Biến ngôn ngữ miền giá trị Điều khiển lò điện trở theo quy luật PID với PI song song với PD Bảng 2: Chọn biến ngôn ngữ miền giá trị: Biến ngơn ngữ Kí hiệu Ý nghĩa Miền giá trị Input E(t) Sai lệch -10 ÷ 10 DE(t) Vi phân sai lệch -20 ÷ 20 U(t) Điện áp ÷300 Output Mỗi biến ngơn ngữ có giá trị mờ  E(t) = {Âm nhiều, Âm ít, Bằng khơng, Dương ít, Dương nhiều} →E(t)= {NB, NS, ZE, PS, PB}  DE(t) = { Âm nhiều, Âm ít, Bằng khơng, Dương ít, Dương nhiều } →DE(t)= {NB, NS, ZE, PS, PB}  U(t) = {Rất thấp, Thấp, Trung bình, Cao, Rất Cao} →U(t) = {VL, LW, ME, HI, VH} 2.2 Rời rạc hóa hàm liên thuộc Biến ngơn ngữ E(t) có miền giá trị khoảng [-10 10] có hàm liên thuộc rời rạc hóa sau: NB = trimf’ {-15 -10 -5} NS = trimf’ {-10 -5 0} ZE = trimf’ {-5 5} PS = trimf’ {0 10} PB = trimf’ {5 10 15} SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lị Điện Trở Biến ngơn ngữ DE(t) có miền giá trị khoảng [-20 20] có hàm liên thuộc rời rạc hóa sau: NB = trimf’ { -30 -20 -10 } NS = trimf’ { -20 -10 } ZE = trimf’ { -10 10 } PS = trimf’ { 10 20 } PB = trimf’ { 10 20 30 } Biến ngôn ngữ U(t) có hàm liên thuộc rời rạc hóa sau: VL = LW =60 ME = 120 HI = 180 VH = 240 SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở 2.3 Xây dựng luật điều khiển Với tập mờ đầu vào, ta xây dựng 5 = 25 luật điều khiển Các luật điều khiển xây dựng theo nguyên tắc sai lệch lớn tác động điều khiển lớn Bảng 3: Bảng luật điều khiển E(t) DE(t) NB NS ZE PS PB PB VH VH VH VH VH PS HI HI VH VH VH ZE ME ME HI VH VH NS LW LW ME HI VH NB VL LW ME HI VH 2.4 Chọn nguyên tắc triển khai luật, giải mờ Chọn nguyên tắc triển khai luật nguyên tắc MAX-MIN Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở 2.5 Xác định hàm truyền đối tƣợng Trong kỹ thuật điều khiển, người ta mô tả lị điện trở khâu qn tính bậc có trễ có hàm số truyền: W(s) = Ta lấy: k= 260, T= 100(s), = 25(s) W(s) = = = Chọn Kp = KI =1 KD = PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB - SIMULINK 3.1 Bộ điều khiển PID cho lò điện trở SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lị Điện Trở Kết mơ đầu ra: 3.2 Bộ điều khiển mờ dạng PID cho lò điện trở SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lị Điện Trở Kết mơ phỏng: Nhận xét: Khi sử dụng đk PID để điều khiển hệ thống với đáp ứng đầu có độ vọt lố cao,thời gian xác lập 350s Khi sử dụng đk mờ pid với khâu PI PD song song đáp ứng đầu có chất lượng tốt với độ vọt lố thời gian xác lập 300s 10 SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở 11 SVTH: Nhóm ... ngành công nghiệp Để điều khiển hệ thống lị điện trở ta có nhiều phương pháp, phương pháp điều khiển mờ Ưu điểm điều khiển mờ so với phương pháp điều khiển kinh điển tổng hợp điều khiển mà khơng cần... Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở 2.3 Xây dựng luật điều khiển Với tập mờ đầu vào, ta xây dựng 5 = 25 luật điều khiển Các luật điều khiển xây... SIMULINK 3.1 Bộ điều khiển PID cho lò điện trở SVTH: Nhóm Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lị Điện Trở Kết mơ đầu ra: 3.2 Bộ điều khiển mờ dạng PID cho lị điện