Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)

Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ HUY KHÁNH CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GIA NHIỆT BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên – 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ HUY KHÁNH CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GIA NHIỆT BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã ngành: 62520216 KHOA CHUN MƠN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Đỗ Trung Hải TS Đỗ Trung Hải PHÒNG ĐÀO TẠO TS Đặng Danh Hoằng Thái Nguyên - 2017 -i- LỜI CAM ĐOAN Tên là: ĐỖ HUY KHÁNH Sinh ngày: 18 tháng 11 năm 1983 Học viên lớp cao học khoá 18 – Kỹ thuật điều khiển Tự động hoá, Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Nhà máy Z115-Tổng cục Cơng nghiệp Quốc Phòng Tơi cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, không chép ngƣời khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Nếu có sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn ĐỖ HUY KHÁNH - ii - LỜI CẢM ƠN Đề tài Luận văn thạc s đƣợc hoàn thành Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Có đƣợc luận văn tốt nghiệp này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa Điện, Phòng Đào tạo thầy giáo hƣớng dẫn TS Đỗ Trung Hải giúp đỡ tơi q trình triển khai, nghiên cứu hoàn thành đề tài “Cải thiện chất lƣợng điều khiển thiết bị gia nhiệt điều khiển mờ chỉnh định tham số PID” Xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, nhà khoa học trực tiếp giảng dạy truyền đạt kiến thức khoa học chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa cho thân tơi qúa trình học tập Tuy nhiên, có hạn chế kiến thức nên Luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy giáo, giáo nhà khoa học để tiến Trân trọng cảm ơn./ Học viên ĐỖ HUY KHÁNH - iii - MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU ix Tính cấp thiết đề tài ix Mục tiêu nghiên cứu ix Dự kiến kết đạt đƣợc ix Phƣơng pháp nghiên cứu ix Cấu trúc luận văn ix CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO ĐỐI TƢỢNG GIA NHIỆT 1.1 Tổng quan thiết bị gia nhiệt 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các phƣơng pháp gia nhiệt 1.1.3 Một số loại cảm biến nhiệt độ 1.2 Ý ngh a việc xây dựng mơ hình tốn học [2] 11 1.3 Xây dựng mơ hình tốn học phƣơng pháp thực nghiệm 13 1.3.1 Khái niệm xây dựng mơ hình toán học thực nghiệm [2] 13 1.3.2 Dữ liệu để xây dựng mơ hình tốn học thực nghiệm 13 1.3.3 Một số phƣơng pháp xây dựng mơ hình tốn thực nghiệm [2] 16 1.3.4 Sử dụng System Identification Toolbox Matlab 17 1.4 Kết luận chƣơng 23 CHƢƠNG 24 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƢỢNG GIA NHIỆT 24 2.1 Tổng quan điều khiển PID 25 2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm dựa hàm h(t) 26 2.2.1 Phƣơng pháp số thời gian tổng nhỏ Kuhn 26 2.2.2 Phƣơng pháp Ziegler- Nichols 29 2.3 Thiết kế điều khiển miền tần số 30 2.3.1 Nguyên tắc thiết kế 30 2.3.2 Phƣơng pháp modul tối ƣu 31 Chƣơng 36 - iv CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 36 3.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ [4, 5] 36 3.1.1 Khái quát lý thuyết điều khiển mờ 36 3.1.2 Các phép toán tập mờ 38 3.1.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ 39 3.1.4 Suy luận mờ luật hợp thành 40 3.1.5 Bộ điều khiển mờ 42 3.2 Bộ điều khiển mờ 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 Kết luận 51 Kiến nghị 51 -v- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Diễn giải nội dung đầy đủ TT Ký hiệu ADC Analog to Digital Converter, chuyển đổi tƣơng tự - số DAC Digital to Analog Converter, chuyển đổi số-tƣơng tự TBĐK Thiết bị điều khiển ĐTĐK Đối tƣợng điều khiển BĐK Bộ điều khiển TBĐL Thiết bị đo lƣờng PLC Programmable logic controller DCS Distributed Control System - vi - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Nguyên lý làm việc lò cảm ứng Hình Nguyên lý làm việc lò quang điện Hình Nguyên lý làm việc lò điện trở Hình Các loại lò điện trở Hình Cấu tạo cảm biến nhiệt độ loại nhiệt kế thủy ngân Hình Cấu trúc Điều khiển theo nguyên tắc phản hồi 11 Hình Sơ đồ nguyên lý thu thập liệu lò gia nhiệt 13 Hình Sơ đồ thu thập liệu nhận dạng 14 Hình Dữ liệu điện áp (volt) 14 Hình 10 Dữ liệu nhiệt độ (oC) 15 Hình 11 Giao diện công cụ System Identification Tool 17 Hình 12 Chọn nhập liệu miền thời gian 18 Hình 13 Nhập liệu nhận dạng mơ hình 18 Hình 14 Đƣa liệu vào Working data Validation Data 19 Hình 15 Hình vẽ liệu theo thời gian 20 Hình 16 Giao diện Process Models 21 Hình 17 Lựa chọn mơ hình 22 Hình 18 Kết nhận dạng 23 Hình 19 Đánh giá kết nhận dạng mơ hình 23 Hình 20 Giao diện kết nhận dạng 24 Hình 21 Đặc tính độ đối tƣợng 25 Hình Cấu trúc điều khiển PID 28 Hình 2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID 29 Hình Cấu trúc mơ hệ thống 31 Hình Đặc tính q độ hệ thống với điều khiển tổng hợp phƣơng pháp Kuhn 32 Hình Đặc tính độ hệ thống với điều khiển tổng hợp phƣơng pháp Ziegler- Nichols 34 Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển 34 Hình Tổng hợp điều khiển phƣơng pháp module tối ƣu 36 - vii - Hình Cấu trúc mô hệ với điều khiển PI 37 Hình Đặc tính q độ hệ thống điều khiển đối tƣợng gia nhiệt với luật PI 37 Hình 10 Tín hiệu điều khiển với điều khiển PI 38 Hình 11 Cấu trúc mơ hệ với luật PI (có khâu hạn chế) 38 Hình 12 Đặc tính độ hệ thống với luật PI (có khâu hạn chế khâu trễ) 39 Hình Một số dạng hàm liên thuộc 44 Hình Đồ thị mơ tả phép tốn hợp, giao bù hai tập mờ 45 Hình 3 45 Hình 45 Hình Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 46 Hình ví dụ cách xác định miền G 46 Hình 47 Hình 48 Hình Bộ điều khiển mờ PD 49 Hình 10 điều khiển mờ PI 49 Hình 11 Cấu trúc chỉnh định mờ tham số PID 50 Hình 12 Cấu trúc chỉnh định mờ 50 Hình 13 Cấu trúc mô hệ với điều khiển PID mờ chỉnh định tham số PID 51 Hình 14 Cấu trúc chỉnh định tham số Kp KI 52 Hình 15 điều khiển mờ cấu trúc 3.14 53 Hình 16 Cấu trúc điều khiển mờ chỉnh định kD 54 Hình 17 Dạng hàm liên thuộc đầu vào 55 Hình 18 Dạng hàm liên thuộc đầu 55 Hình 19 Kết mơ 55 - viii - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Tổng hợp điều khiển theo Kuhn .27 Bảng 2 Tổng hợp điều khiển theo Ziegler- Nichols 29 ... NGHIỆP ĐỖ HUY KHÁNH CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GIA NHIỆT BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã... trúc chỉnh định mờ 50 Hình 13 Cấu trúc mơ hệ với điều khiển PID mờ chỉnh định tham số PID 51 Hình 14 Cấu trúc chỉnh định tham số Kp KI 52 Hình 15 điều khiển mờ cấu... BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 36 3.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ [4, 5] 36 3.1.1 Khái quát lý thuyết điều khiển mờ 36 3.1.2 Các phép toán tập mờ