1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

ĐIỀU KHIỂN THỰC HỆ BỒN NƯỚC TRÊN PHẦN MỀN LABVIEW

16 475 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 16
Dung lượng 599,41 KB

Nội dung

Mô hình gồm có:  Hai động cơ bơm nước 12VDC, 4.5A  Hệ hai bồn nước có kích thước giống nhau 20cmx20cmx50cm  Hai cảm biến siêu âm dùng để thu thập độ cao chất lỏng trong 2 bồn  Mạch công suất điều khiển động cơ bơm theo phương pháp PWM  Máy tính có cài phần mềm Labview, các module hỗ trợ  Card thu thập dữ liệu và điều khiển NI 6008, HDL 9001 thu thập điện áp từ 2 cảm biến siêu âm, xuất tín hiệu điều khiển theo phương pháp PWM đến mạch công suất.

Trang 1

ĐIỀU KHIỂN THỰC HỆ BỒN NƯỚC TRÊN PHẦN MỀM LABVIEW

5.1 Giới thiệu về mô hình

Mô hình gồm có:

 Hai động cơ bơm nước 12VDC, 4.5A

 Hệ hai bồn nước có kích thước giống nhau 20cmx20cmx50cm

 Hai cảm biến siêu âm dùng để thu thập độ cao chất lỏng trong 2 bồn

 Mạch công suất điều khiển động cơ bơm theo phương pháp PWM

 Máy tính có cài phần mềm Labview, các module hỗ trợ

 Card thu thập dữ liệu và điều khiển NI 6008, HDL 9001 thu thập điện áp

từ 2 cảm biến siêu âm, xuất tín hiệu điều khiển theo phương pháp PWM đến mạch công suất

CARD THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

H2 H1

Bơm 1

Cảm biến 2

MÁY TÍNH PHẦN MỀM LABVIEW

Cảm biến 1

CARD THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

H2 H1

Bơm 1

Cảm biến 2

MÁY TÍNH PHẦN MỀM LABVIEW

MẠCH CÔNG SUẤT Cảm biến 1

PWM

Hình 5.1: Mô hình hệ bồn nước thực

Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của card NI 6008, HDL 9001

Trang 2

STT Kênh Thông số kỹ thuật

analog

analog

Tín hiệu điều khiển dòng điện (Kênh/Tổng) 5 mA/10 mA

3

Các chân

nhập/xuất

tín hiệu

số

Trang 3

và bộ hẹn

(định)

giờ

5.2 Phương pháp chỉnh định PID mờ

Mô hình toán của bộ PID

u(t) = K p e(t) +

dt

) t ( de K dt ) t ( e

t

0

I 

t

P

dt

) t ( de T dt ) t ( e Ti

1 ) t ( e K Các tham số KP, KI, KD được chỉnh định theo từng bộ điều khiển mờ riêng biệt dựa trên sai lệch e(t) và đạo hàm de(t) Có nhiều phương pháp khác nhau để chỉnh định bộ PID như là dựa trên phiếm hàm mục tiêu, chỉnh định trực tiếp, chỉnh định theo Zhao, Tomizuka và Isaka … Nguyên tắc chung là bắt đầu với các giá trị KP,

KI, KD theo Zeigler-Nichols, sau đó dựa vào đáp ứng và thay đổi dần để tìm ra hướng chỉnh định thích hợp

Hình 5.2: Luật chỉnh định PID

Trang 4

+ Lân cận a1 ta cần luật ĐK mạnh để rút ngắn thời gian lên, do vậy chọn: KP lớn, KD nhỏ và KI lớn

+ Lân cận b1 ta tránh vọt lố lớn nên chọn: KP nhỏ, KD lớn, KI nhỏ

+ Lân cận c1 và d1 giống như lân cận a1 và b1

5.3 Điều khiển hệ SISO

CARD THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

H2 H1

Bơm 1

Cảm biến 2

MÁY TÍNH PHẦN MỀM LABVIEW

Cảm biến 1

CARD THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

H2 H1

Bơm 1

Cảm biến 2

MÁY TÍNH PHẦN MỀM LABVIEW

MẠCH CÔNG SUẤT

Cảm biến 1

PWM

Hình 5.3: Hệ bồn nước dạng SISO

Mục tiêu điều khiển: Bơm nước vào bồn 1 sao cho mực nước bồn 2 bám theo

tín hiệu đặt trước

5.3.1 Bộ điều khiển mờ hệ SISO

Bộ điều khiển PID mờ hệ SISO có cấu trúc như sau:

Trang 5

Hình 5.4: Hệ SISO -Cấu trúc bộ điều khiển mờ

5.3.1.1 Các biến ngôn ngữ vào, ra

- Đầu vào: 2 biến

+ Sai lệch khoảng cách: ET = Khoảng cách đặt – khoảng cách đo + Tốc độ tăng sai lệch DET =

T

i E i

, với T là chu kỳ lấy mẫu

- Đầu ra : 3 biến

+ KP : Hệ số tỷ lệ

+ KI : Hệ số tích phân

+ KD : Hệ số vi phân

5.3.1.2 Tập mờ cho từng biến ngôn ngữ vào, ra

Biến ngôn ngữ:

ET = {amnhieu_AN, amvua_AV, amit_AI, zero_ZE, dươngit_DI, duongvua_DV, duong nhieu_DN}

DET = {amnhieu_AN, amvua_AV, amit_AI, zero_ZE, dươngit_DI, duongvua_DV, duong nhieu_DN}

KP = { không, nhỏ, trung bình, lớn, cực lớn } (Z, S, M, L, U)

KI = { mức 1, mức 2, mức 3, mức 4, mức 5} (L1, L2, L3, L4, L5)

KD = { không, nhỏ, trung bình, lớn, cực lớn } (Z, S, M, L, U)

Tập mờ cho từng biến vào/ra:

Trang 6

Hình 5.5: Hệ SISO -Biến ngõ vào ET

Hình 5.6: Hệ SISO -Biến ngõ vào DET

Hình 5.7: Hệ SISO -Biến ngõ ra KP

Hình 5.8: Hệ SISO -Biến ngõ ra KI

Trang 7

Hình 5.9: Hệ SISO -Biến ngõ ra KD.

5.3.1.3 Xây dựng luật hợp thành

Bảng 5.2 Hệ SISO -Luật chỉnh định KP

DET

ET

Bảng 5.3 Hệ SISO -Luật chỉnh định KI

DET

ET

Trang 8

Bảng 5.4 Hệ SISO -Luật chỉnh định KD

DET

ET

5.3.1.4 Chọn luật hợp thành và giải mờ

+ Chọn luật hợp thành theo quy tắc Max-Min

+ Giải mờ theo phương pháp trọng tâm

5.3.2 Chương trình điều khiển trên Labview hệ SISO

Hình 5.10: Hệ SISO -Chương trình điều khiển trên Labview

Trang 9

5.3.3 Kết quả đạt được hệ SISO

Hình 5.11: Hệ SISO -Đáp ứng của cột nước tại bồn 2

Nhận xét: Mực chất lỏng bồn 2 bám rất tốt theo tín hiệu đặt Thời gian xác lập

nhỏ, sai số xác lập rất nhỏ, độ vượt điều khiển khoảng 2%

5.4 Hệ MIMO

CARD THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

H2 H1

Bơm 1

Cảm biến 2

MÁY TÍNH PHẦN MỀM LABVIEW

Cảm biến 1

CARD THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

H2 H1

Bơm 1

Cảm biến 2

MÁY TÍNH PHẦN MỀM LABVIEW

MẠCH CÔNG SUẤT Cảm biến 1

PWM

Hình 5.12: Mô hình hệ bồn nước dạng MIMO

Mực chất lỏng bồn 2

Tín hiệu đặt bồn 2 Mực chất lỏng bồn 1

Trang 10

Mục tiêu điều khiển: Điều chỉnh hoạt động của 2 bơm đưa nước vào hai bồn

thông nhau sao cho mực chất lỏng của mỗi bồn bám theo tín hiệu đặt của từng bồn

5.4.1 Bộ điều khiển mờ hệ MIMO

Hình 5.13:Hệ MIMO -Cấu trúc bộ chỉnh định mờ cho động cơ bơm 1

Hình 5.14:Hệ MIMO -Cấu trúc bộ chỉnh định mờ cho động cơ bơm 2

5.4.1.1 Các biến ngôn ngữ vào, ra hệ MIMO

Trong quá trình thiết kế bộ điều khiển mờ PID tác giả nhận thấy có thể điều khiển 2 động cơ bơm bằng hai bộ điều khiển giống nhau nên tác giả chọn giải pháp

sử dụng hai bộ điều khiển mờ mỗi bộ điều khiển mờ gồm có:

- Đầu vào: 2 biến

+ Sai lệch khoảng cách: ET = Khoảng cách đặt – khoảng cách đo

+ Tốc độ tăng sai lệch DET =

T

i E i

, với T là chu kỳ lấy mẫu

- Đầu ra : 3 biến

+ KP : Hệ số tỷ lệ

+ KI : Hệ số tích phân

+ KD : Hệ số vi phân

Trang 11

5.4.1.2 Tập mờ cho từng biến ngôn ngữ vào, ra hệ MIMO

Biến ngôn ngữ:

ET = {amnhieu_AN, amvua_AV, amit_AI, zero_ZE, dươngit_DI, duongvua_DV, duong nhieu_DN}

DET = {amnhieu_AN, amvua_AV, amit_AI, zero_ZE, dươngit_DI, duongvua_DV, duong nhieu_DN}

KP = { không, nhỏ, trung bình, lớn, cực lớn } (Z, S, M, L, U)

KI = { mức 1, mức 2, mức 3, mức 4, mức 5} (L1, L2, L3, L4, L5)

KD = { không, nhỏ, trung bình, lớn, cực lớn } (Z, S, M, L, U)

Tập mờ cho từng biến vào/ra:

Hình 5.15: Hệ MIMO -Biến ngõ vào ET

Hình 5.16: Hệ MIMO -Biến ngõ vào DET

Hình 5.17: Hệ MIMO -Biến ngõ ra KP

Trang 12

Hình 5.18: Hệ MIMO -Biến ngõ ra KI

Hình 5.19: Hệ MIMO -Biến ngõ ra KD

5.4.1.3 Xây dựng luật hợp thành hệ MIMO

Bảng 5.5 Hệ MIMO -Luật chỉnh định KP

DET

ET

Trang 13

Bảng 5.6 Hệ MIMO -Luật chỉnh định KI

DET

ET

Bảng 5.7 Hệ MIMO -Luật chỉnh định KD

DET

ET

5.4.1.4 Chọn luật hợp thành và giải mờ hệ MIMO

+ Chọn luật hợp thành theo quy tắc Max-Min

+ Giải mờ theo phương pháp trọng tâm

5.4.2 Chương trình điều khiển trên Labview hệ MIMO

Trang 14

Hình 5.20: Hệ MIMO -Chương trình điều khiển trên Labview

Hình 5.21: Hệ MIMO -Giao diện điều khiển

Trang 15

5.4.3 Kết quả điều khiển hệ MIMO

Hình 5.22: Hệ MIMO -Đáp ứng cột nước h1, h2

Hình 5.23: Hệ MIMO -Đáp ứng quá độ của cột nước h1, h2

Mực chất lỏng bồn 2

Tín hiệu đặt bồn 2 Mực chất lỏng bồn 1 Tín hiệu đặt bồn 1

Trang 16

Nhận xét:

Mực chất lỏng hai bồn bám rất tốt theo tín hiệu đặt Thời gian xác lập nhỏ, sai

số xác lập rất nhỏ, độ vượt điều khiển khoảng 5% Bộ điều khiển đáp ứng được yêu cầu đặt ra

Ngày đăng: 07/09/2017, 09:16

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w