Nghiên cứu và khảo sát các thuật toán điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN TIẾN ĐỨC NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID KINH ĐIỂN VÀ PID CÓ THAM SỐ THAY ĐỔI Chuyên ngành : Kỹ thuật Điều Khiển Tự Động Hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN VĂN HÒA Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học TS.Nguyễn Văn Hòa tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn GS TS.Phan Xuân Minh, GS TS Nguyễn Doãn Phước, ThS Nguyễn Việt Dũng tập thể thầy cô giáo Bộ môn Điều Khiển Tự Động, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền thụ cho kiến thức chuyên ngành quý báu đưa góp ý để luận văn hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp khích lệ, động viên trình học tập nghiên cứu MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID KINH ĐIỂN 13 1.1 Tổng quát chung PID kinh điển 13 1.1.1 Quy luật điều khiển PID 13 1.1.2 Bộ điều khiển PID thực 15 1.1.2.1 Chống bão hòa tích phân 15 1.1.2.2 Khâu vi phân thực: 16 1.2 Khảo sát hệ thống điều khiển sử dụng PID kinh điển 17 1.2.1 Phương pháp Zeigler – Nichols 18 1.2.2 Phương pháp Zeigler – Nichols 20 1.2.3 Phương pháp số thời gian tổng Kuhn 22 1.2.4 Phương pháp phân miền nghiệm số 24 1.2.5 Đề xuất phương pháp thực nghiệm xác định tham số điều khiển PI 31 1.3 Khảo sát hệ thống sử dụng điều khiển PI kinh điển thông số đối tượng thay đổi 36 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG SỬ DỤNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN PI CÓ THAM SỐ THAY ĐỔI 38 2.1 Thay đổi tham số điều khiển PI theo phương pháp giải tích 38 2.1.1 Sử dụng điều khiển PI với K m cố định TI thay đổi 40 2.1.2 Sử dụng điều khiển PI với TI cố định K m thay đổi 41 2.1.3 Khảo sát hệ thống tham số đối tượng thay đổi 43 a Sử dụng điều khiển PI chỉnh định thành phần TI 44 b Sử dụng điều khiển PI chỉnh định thành phần K m 46 2.2 Thay đổi tham số luật điều khiển PI sử dụng điều khiển mờ 48 2.2.1 Chỉnh định mờ điều khiển PI với K m cố định TI thay đổi .52 2.2.2 Chỉnh định mờ điều khiển PI với TI cố định K m thay đổi 53 2.2.3 Khảo sát hệ thống tham số đối tượng thay đổi 54 a Sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ thành phần TI 55 b Sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ thành phần K m 57 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM LÒ GIÓ NÓNG 60 3.1 Tổng quan mô hình lò gió nóng 60 3.2 Bo mạch Arduino UNO R3 thư viện ArduinoIO 63 3.2.1 Bo mạch Arduino UNO R3 63 3.2.2 Thư viện AruinoIO 66 3.3 Xây dựng sơ đồ Simulink để kết nối vào sử dụng bo mạch Arduino 69 CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ GIÓ NÓNG 71 4.1 Xác định mô hình toán học lò gió nóng 71 4.2 Điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI theo phương pháp phân miền nghiệm số 73 4.3 Xác định tham số điều khiển PI lò gió nóng sử dụng phương pháp thực nghiệm .74 4.4 Điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI chỉnh định theo phương pháp giải tích .76 4.5 Điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .80 TÀI LIỆU THAM KHẢO .81 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn TS Nguyễn Văn Hòa Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố bất kỳcông trình khác Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả luận văn Trần Tiến Đức DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Xác định tham số điều khiển theo phương pháp Ziegler Nichols 19 Bảng 2: Xác định tham số điều khiển theo phương pháp Zeigler-Nichols 21 Bảng 3: Xác định tham số điều khiển theo phương pháp tổng Kuhn .23 Bảng 1: Bảng luật hợp thành 51 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Sơ đồ khối cấu trúc quy luật PID 14 Hình 2: Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển PID thực 17 Hình 3: Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều khiển 17 Hình 4: Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ đối tượng 18 Hình 5: Xác định tham số đối tượng từ đặc tính độ .19 Hình 6: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển theo phương pháp Ziegler Nichols 20 Hình 7: Xác định số khuếch đại giới hạn chu kỳ dao động .21 Hình 8: Xác định K gh Tgh đối tượng mô 21 Hình 9: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển theo phương pháp Ziegler Nichols 22 Hình 10: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển theo phương pháp tổng Kuhn 24 Hình 11: Vùng nghiệm số hệ thống có mức độ dao động m 25 Hình 12: Tập hợp giá trị K P K I với %  15% 30 Hình 13 : Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển theo phương pháp phân miền nghiệm số 31 Hình 14: Xác định tham số theo phương pháp thực nghiệm 32 Hình 15: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển P 33 Hình 16: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI 34 Hình 17: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển P 34 Hình 18: Đáp ứng hệ thống sau sử dụng điều khiển PI 35 Hình 19: Đáp ứng hệ thống thay đổi tham số K .36 Hình 20: Đáp ứng hệ thống T thay đổi 37 Hình 1: Ảnh hưởng tác động uP lên hệ thống 38 Hình 2: Ảnh hưởng tác động uI lên hệ thống .39 Hình 3: Cấu trúc điều khiển PI chỉnh định thành phần TI 40 Hình 4: Đáp ứng hệ thống với điều khiển PI chỉnh định thành phần TI 41 Hình 5: Cấu trúc điều khiển PI chỉnh định thành phần K m 42 Hình 6: Đáp ứng hệ thống với điều khiển PI chỉnh định thành phần K m 43 Hình 7: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định TI K đối tượng thay đổi 44 Hình 8: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định TI T1 đối tượng thay đổi 45 Hình 9: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định K m K đối tượng thay đổi 46 Hình 10: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định K m T1 đối tượng thay đổi 47 Hình 11: Cấu trúc điều khiển mờ 48 Hình 12: Cấu trúc điêu khiển mờ sau chuẩn hóa .49 Hình 13: Hàm liên thuộc đầu vào E 50 Hình 14: Hàm liên thuộc đầu vào DE 50 Hình 15: Hàm liên thuộc đầu K 50 Hình 16: Phân tich luật hợp thành dựa mặt phẳng pha 51 Hình 17: Quan hệ vào điều khiển mờ 52 Hình 18: Cấu trúc điều khiển PI hiệu chỉnh TI điều khiển mờ 52 Hình 19: Đáp ứng hệ thống sử dụng PI chỉnh định TI điều khiển mờ 53 Hình 20: Cấu trúc điều khiển PI hiệu chỉnh K m điều khiển mờ .53 Hình 21: Đáp ứng hệ thống sử dụng PI chỉnh định K m điều khiển mờ 54 Hình 22: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ TI K đối tượng thay đổi .55 Hình 23: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ TI T1 đối tượng thay đổi 56 Hình 24: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ K m K đối tượng thay đổi .57 Hình 25: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ K m T1 đối tượng thay đổi 58 Hình 1: Mô hình hệ thống điều khiển lò gió nóng 60 Hình 2: Cấu trúc rơ le bán dẫn 62 Hình 3: Bo mạch Arduino UNO R3 63 Hình 4: Thư viện ArduinoIO Simulink .67 Hình 5: Sơ đồ ghép nối PT100 với Arduino 69 Hình 6: Chương trình đọc tín hiệu từ PT-100 vào Matlab Simulink 69 Hình 7: Sơ đồ ghép nối Arduino với Rơ le bán dẫn 70 Hình 8: Chương trình xuất tín hiệu điều khiển từ Matlab Simulink xuống rơ le bán dẫn 70 Hình 1: Phương pháp thực nghiệm chủ động .71 Hình 2: Mô hình Simulink nhận dạng lò gió nóng .71 Hình 3: Đường đặc tính thu sau nhận dạng 72 Hình 4: Xác định tham số đối tượng 72 - Sử dụng Arduino IDE Upload file ADIOES.PDE xuống bo mạch Arduino UNO R3 - Thêm thư viện ArduinoIO vào Matlab/Simulink: o Run MATLAB as Administrator o Chạy tệp install_arduino.m b Các khối thư viện ArduinoIO Các khối thư viện ArduinoIO Matlab Simulink mô tả hình 3.4 - Hình 4: Thư viện ArduinoIO Simulink Khối chức Arduino IO setup: thiết lập cài đặt giao tiếp với Arduino Khi kết nối Arduino vào máy tính tạo cổng giao tiếp nối tiếp (ví dụ COM3, COM4, …) Người sửdụng phải khai báo cho Matlab biết Arduino kết nối vào cổng giao tiếp - Khối chức Real-Time Pacer: Cài đặt cho Simulink chạy với thời gian thực - Khối chức Arduino Analog Read: đọc giá trịADC đầu vào analog Arduino Do bo mạch ArduinoUNO biến đổi điện áp 67 tương tự 0÷5V từ đầu vào tương tựA0÷A5 thành giá trịsố10 bit nên khối nhận kết từ 0÷1024 tương ứng với giá trị điện áp ởcác đầu vào tương tự khai báo - Khối chức Arduino Digital Read: đọc giá trịcác đầu vào sốcủa Arduino Kết khối theo đầu vào số khai báo - Khối chức Arduino Digital Write: ghi giá trị đầu số khai báo - Khối chức Arduino Analog Write: xuất giá trị tương tự đầu tương tự Arduino Arduino coi chân có chức điều khiển PWM chân xuất tín hiệu tương tự Do Arduino sử dụng ghi 8bit để điều khiển PWM nên giá trịcủa khối Arduino Analog Write nhận từ 0÷255 tương tứng với xung PWM có độ rộng xung từ 0÷100% Tần số PWM ArduinoUNO 980Hz - Khối chức Encoder Read: thiết lập đọc giá trịbộ đếm xung Arduino Thư viện ArduinoIO hỗ trợ cảm biến tốc tộ mã hóa dạng xung (Encoder) loại tương đối kênh lệch pha 900 điện Trên bo mạch ArduinoUNO có chân hỗ trợ nhận tín hiệu xung từ Encoder ArduinoUNO tăng giá trị đếm có thay đổi trạng thái tín hiệu xung Encoder tùy theo chiều quay đĩa Encoder Do đếm theo sườn xung nhưvậy nên ArduinoUNO thực tăng độphân giải Encoder lên lần Kết quảcủa khối sốxung ArduinoUNO đếm 100ms - Khối chức Encoder Reset - Khối chức DC Motor: điều khiển động cơmột chiều Khối yêu cầu phải sử dụng bo mạch điều khiển động cơmột chiều Arduino - Khối chức Stepper Motor: điều khiển động cơbước Khối yêu cầu phải sửdụng bo mạch điều khiển động cơbước Arduino - Khối chức Servo Read, Servo Write: điều khiển động cơservo 68 3.3 Xây dựng sơ đồ Simulink để kết nối vào sử dụng bo mạch Arduino  Đọc tín hiệu nhiệt độ từ nhiệt kế điện trở PT100 Sơ đồ ghép nối máy tính với tín hiệu đo mô tả hình 5: 0  1000 C  0  1023   5V  0  138.5 Hình 5: Sơ đồ ghép nối PT100 với Arduino Tín hiệu nhiệt độ đo từ nhiệt kế điện trở PT100 qua card chuyển đổi R/U chuyển thành tín hiệu điện áp 0-5V đưa vào chân Analog In Arduino Tín hiệu điện áp từ 0-5V qua khối Analog Read chuyển thành tín hiệu 10 bit 0-1023 để đưa vào cho máy tính xử lý Hình mô tả sơ đồ khối Matlab Simulink để đọc tín hiệu nhân với hệ số K  để đưa dải tín hiệu chuẩn 0-1 Để thuận tiện trình khảo 1023 sát, ta gộp chung khối thành khối UNO In Simulink Arduino1 Analog Read Pin Arduino Analog Read 0-1023 1/1023 5s+1 0-1 Out1 Transfer Fcn UNO In 0-1 Gain Hình 6: Chương trình đọc tín hiệu từ PT-100 vào Matlab Simulink 69 Xuất tín hiệu điều khiển phát xung PWM cấp điện cho sợi đốt Sơ đồ ghép nối đầu máy tính với đối tượng mô tả hình Hình 7: Sơ đồ ghép nối Arduino với Rơ le bán dẫn Tín hiệu điều khiển đưa vào khối PWM lấy từ khối step chương trình Simulink trước đó, phải giới hạn biên độ khoảng 0-1 Sơ đồ khối Matlab Simulink để phát tín hiệu mô tả hình 3.8 Để thuận tiện trình khảo sát, ta gộp chung khối thành khối UNO Out Simulink 0-1 Signal(s) Arduino1 Analog Write Pin Pulse s In1 PWM Generator 0-1 Arduino Analog Write UNO Out Hình 8: Chương trình xuất tín hiệu điều khiển từ Matlab Simulink xuống rơ le bán dẫn 70 CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ GIÓ NÓNG 4.1 Xác định mô hình toán học lò gió nóng Phương pháp thực nghiệm chủ động Phương pháp thực nghiệm chủ động chủ động cho tác động vào đối tượng ghi lại phản ứng đầu nó, có cấu trúc mô tả hình 4.1 y (t ) x(t) Hình 1: Phương pháp thực nghiệm chủ động Do đối tượng phi tuyến nên thực nghiệm phải tiến hành lân cận điểm làm việc, nghĩa trước hết phải cho tác động cố định đầu vào cho đối tượng xác lập lân cận vùng làm việc Sau đối tượng xác lập tiến hành cho nhiễu tác động đầu vào Tác động đầu vào hàm bậc thang A.1(t), đầu đối tượng nhận đường H(t) gọi đường độ Hàm độ xác định theo công thức h(t)=H(t)/A Sơ đồ cấu trúc hệ thống Simulink khảo sát đối tượng mô tả hình 4.2 Setup Arduino1 COM5 Real-Time Pacer Speedup = Arduino IO Setup Real-Time Pacer [0-1] UNO Out UNO In Repeating Sequence Stair [0-1] 100 Gain5 TH PT1 ND_u ND_y To File3 To File2 Hình 2: Mô hình Simulink nhận dạng lò gió nóng 71 Cho tác động đầu vào tín hiệu step với giá trị đặt 0,1 cho đối tượng làm việc điểm xác lập Tại thời điểm 1000s cho tác động step nâng lên 0.2 ta thu đường độ mô tả hình 4.3 Hình 4.4 mô tả cách xác định thông số đối tượng Time Series Plot: 0.68 0.66 0.64 data 0.62 0.6 0.58 0.56 0.54 0.52 0.5 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Time (seconds) 1700 1800 1900 2000 Hình 3: Đường đặc tính thu sau nhận dạng 0.68 0.66 0.64 sigma(t) 0.62 0.6 0.58 0.56 0.54 0.52 0.5 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Time (seconds) 1700 Hình 4: Xác định tham số đối tượng Hệ số khuếch đại : Kd  Y 0.65  0.53   1.2 U 0.2  0.1 72 1800 1900 2000 Thời gian trễ:   20 (s) Hằng số thời gian: T  185 (s ) Đối tượng có hàm truyền đạt: WDTDK (s)  1.2 e 20s 185s  4.2 Điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI theo phương pháp phân miền nghiệm số Dựa vào hàm truyền đạt đối tượng ta xác định thông số điều khiển PI theo phương pháp phân miền nghiệm số với K m  2.25 TI  140 Sơ đồ điều khiển Matlab Simulink mô tả hình Setup Arduino1 COM3 Real-Time Pacer Speedup = Arduino IO Setup Real-Time Pacer 30 1/50 Constant 2.25 Gain4 UNO Out UNO In 50 Gain5 Saturation Gain2 1/140 Gain3 s TH PT1 Integrator Hình 5: Sơ đồ điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI Kết điều khiển mô tả hình 34 32 Temperature [C] 30 28 26 24 22 20 18 50 100 150 200 250 300 Time (seconds) 350 400 450 500 550 Hình 6: Đáp ứng đầu lò gió nóng dử dụng điều khiển PI 73 Hệ thống xác lập sau khoảng thời gian 300s, độ điều chỉnh 10% Chất lượng điều khiển hệ thống sử dụng điều khiển PI theo phương pháp phân miền nghiệm số cho kết tốt 4.3 Xác định tham số điều khiển PI lò gió nóng sử dụng phương pháp thực nghiệm Hình 4.7 mô tả sơ đồ hệ thống điều khiển lò gió nóng Simulink Bằng điều khiển P với K m  TI  20000 thu đường đặc tính hình 4.8: Setup Arduino1 COM3 Real-Time Pacer Speedup = Arduino IO Setup Real-Time Pacer 30 Constant 1/50 UNO Out Gain2 Gain4 UNO In Saturation 1/20000 Gain3 50 Gain5 TH PT1 s Integrator Hình 7: Sơ đồ điều khiển lò gió nóng với K m  TI  20000 30 28 26 24 22 20 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Hình 8: Đáp ứng đầu thu với K m  TI  20000 Ta xác định được: y1  26.8 30  26.8   x  y1   0.032 100 100 74 Tín hiệu điều khiển trạng thái xác lập: u1  K m   * 0.032  0.064 Hệ số truyền đối tượng: K DT  y1  y (26.8  20) : 100 17    1.0625 u1 0.064 16 Tín hiệu điều khiển xác lập x là: u2  Diện tích S  x (30  20) : 100   0.094 K DT 1.0625 30  20 (20  100)  100 Xác định thời gian tích phân: TI  K mS 2*6   128 u2 0.094 Khảo sát lại hệ thống điều khiển nhiệt độ lò gió nóng với điều khiển Pi có tham số vừa xác định K m  TI  128 thu đặc tính mô tả hình 9: 34 32 30 28 26 24 22 20 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Hình 9: Đáp ứng đầu thu với K m  TI  128 Hệ thống xác lập sau khoảng thời gian 300s, độ điều chỉnh 7% Chất lượng điều khiển hệ thống sử dụng điều khiển PI với tham số xác định theo phương pháp thực nghiệm cho kết tốt 75 4.4 Điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI chỉnh định theo phương pháp giải tích a Thay đổi K P nguyên K I Sơ đồ điều khiển nhiệt độ lò gió nóng mô tả hình 10 với   ; K  1.2 ; K I  2.25 / 140 m Setup Arduino1 COM3 Real-Time Pacer Speedup = Arduino IO Setup Real-Time Pacer 30 Constant 1/50 s Ki UNO Out UNO In 50 Saturation Gain4 |u| Gain5 TH PT1 Abs1 1.2 Hình 10: Sơ đồ điều khiển lò gió nóng sử dụng phương pháp giải tích thay đổi K P điều khiển PI Kết điều khiển mô tả hình 4.11: 32 30 28 26 24 22 20 50 100 150 200 250 300 Time (seconds) 350 400 450 500 Hình 11: Đáp ứng hệ thống sử dụng phương pháp giải tích thay đổi K P điều khiển PI Hệ thống xác lập sau khoảng thời gian 300s, độ điều chỉnh 10% Chất lượng điều khiển hệ thống sử dụng điều khiển PI thay đổi K P theo phương pháp giải tích cho kết tốt 76 b Thay đổi K I nguyên K P Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ lò gió nóng mô tả hình 4.12 với K m  1.7 ;   100 ; TI0  50 Setup Arduino1 COM3 Real-Time Pacer Speedup = Arduino IO Setup Real-Time Pacer 30 Constant 1/50 1.7 Gain4 Gain2 1.7 Constant5 50 |u| UNO In 50 Gain5 TH PT1 s Divide Constant4 Abs UNO Out Saturation Product1 Integrator1 100 Gain1 Hình 12: Sơ đồ điều khiển lò gió nóng sử dụng phương pháp giải tích thay đổi K I điều khiển PI Kết điều khiển mô tả hình 4.13: 32 30 28 26 24 22 20 50 100 150 200 250 300 Time (seconds) 350 400 450 500 Hình 13: Đáp ứng hệ thống sử dụng phương pháp giải tích thay đổi K I điều khiển PI Hệ thống xác lập sau khoảng thời gian 330s, độ điều chỉnh 5% Chất lượng điều khiển hệ thống sử dụng điều khiển PI thay đổi K I theo phương pháp giải tích cho kết tốt 77 4.5 Điều khiển lò gió nóng sử dụng điều khiển PI chỉnh định mờ Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ lò gió nóng mô tả hình 14 Setup Arduino1 COM3 Real-Time Pacer Speedup = Arduino IO Setup Real-Time Pacer 1/100 Repeating Sequence Stair Kp Gain4 UNO Out Saturation 1/0.3 s -K-1 du/dt -K- Divide2 FC Derivative2 Integrator8 Ti*0.4 UNO In 100 Gain5 TH PT1 Hình 14: Sơ đồ điều khiển lò gió nóng sử dụng điều hiển mờ thay đổi TI điều khiển PI Kết điều khiển mô tả hình 15 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 200 400 600 800 1000 1200 1400 Hình 15: Đáp ứng hệ thống sử dụng điều hiển mờ thay đổi TI điều khiển PI 78 Dựa vào đáp ứng hệ thống ta thấy với điều khiển PI chỉnh định mờ thành phần TI chất lượng hệ thống tốt sử dụng điều khiển PI có tham số cố định Độ điều chỉnh hệ thống giảm Trên sở kết khảo sát thực tế thí nghiệm điều khiển nhiệt độ lò gió nóng khẳng định phương pháp phân miền nghiệm số cho phép xác định thông số điều khiển đảm bảo chất lượng tốt xác định mô hình toán học đối tượng Khi không xác định mô hình toán học đối tượng hoàn toàn sử dụng phương pháp thực nghiệm trình bày chương Để tự động thay đổi thông số điều khiển sử dụng phương pháp giải tích điều khiển mờ hai phương pháp cho kết điều khiển tốt Tuy nhiên việc tính toán dùng điều khiển mờ phức tạp nhiều so với phương pháp giải tích 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, luận văn đạt kết sau: - Luận văn tìm hiểu phương pháp chỉnh định tham số điều khiển PID Đa số phương pháp xác định tham số điều khiển dựa mô hình đối tượng, thực tế lúc dễ dàng mô hình hóa xác đối tượng cụ thể Vì luận văn tìm hiểu đề xuất phương pháp thực nghiệm để xác định tham số điều khiển PI sử dụng thực tế - Khi sử dụng điều khiển PI/PID với tham số đối tượng cố định chất lượng điều khiển tốt Nhưng thực tế, kiều kiện môi trường làm việc thay đổi dấn đến tham số đối tượng thay đổi Khi điều khiển PI/PID có tham số cố định không đảm bảo chất lượng hệ thống, đọ điều chỉnh hệ bị thay đổi Luận văn nghiên cứu đưa phương pháp để chỉnh định tham số điều khiển PI sử dụng phương pháp giải tích dựa vào biên độ giá trị sai lệch e chỉnh định điều khiển mờ dựa giá trị sai lệch e đạo hàm sai lệch de/dt - Xây dựng hệ thống điều khiển lò gió nóng phòng thí nghiệm sử dụng bo mạch Arduino UNO để kết nối đối tượng điều khiển với Matlab Simulink - Sử dụng bàn thí nghiệm lò gió nóng để khảo sát thực tế thuật toán điều khiển nghiên cứu Kết thực nghiệm cho chất lượng tốt ứng dụng thực tế Hướng phát triển đề tài: - Tìm hiểu phương pháp chỉnh định tham số điều khiển PID sử dụng thuật toán khác đại số gia tử, mạng nơron thuận toán điều khiển dự báo để nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Hòa (2007), Cơ sở Tự Động Điều Khiển Quá Trình, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Hòa (2001), Cơ Sở Tự Động Hóa – Tập Một, Nhà xuất Giáo Dục, hà Nội [3] Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển Tuyến Tính, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (2005), Lý thuyết điều khiển Mờ, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [5] Hoàng Minh Sơn (2009), Cơ sở hệ thống Điều Khiển Quá Trình, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [6] Ngô Mạnh Tiến, Phạm Xuân Khánh, Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, (2011),Một số đề xuất cải tiến phương pháp chỉnh định thích nghi tham số PID Zhao-Tomizuka-Isaka để tăng khả thích nghi công nghệ số, Tạp chí khoa học công nghệ số 05/2011 - Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, ISSN 18593585, Tr25-30, 5/2011 [7] Zhao Z.Y, M.Tomizuka, S.Isaka, Fuzzy Gain Scheduling of PID controller, IEEE Trans on Systems, Man and Cybern, 23, no 5, pp 1392-1398, 1993 81 ... tham số điều khiển PID nghiên cứu chương chương 12 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PID KINH ĐIỂN 1.1 Tổng quát chung PID kinh điển 1.1.1 Quy luật điều khiển. .. dụng điều khiển PI/PID tham số đối tượng thay đổi Chương 2: Nghiên cứu khảo sát hệ thống sử dụng thuật toán điều khiển PID có tham số thay đổi: nghiên cứu phương pháp chỉnh định tham số điều khiển. .. tài: Nghiên cứu khảo sát thuật toán điều khiển PID kinh điển PID có tham số thay đổi” làm luận văn tốt nghiệp Luận văn trình bày với phần sau: Chương 1: Nghiên cứu khảo sát hệ thống sử dụng thuật