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)
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐỖ HUY KHÁNH
CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG 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
Trang 2ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐỖ HUY KHÁNH
CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG 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 và tự động hóa
TS Đặng Danh Hoằng
Thái Nguyên - 2017
Trang 3- i -
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: ĐỖ HUY KHÁNH
Sinh ngày: 18 tháng 11 năm 1983
Học viên lớp cao học khoá 18 – Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại: Nhà máy Z115-Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác
Các phần trích lục các tài liệu tham khảo chính đã được chỉ ra trong luận văn
Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm
Tác giả luận văn
ĐỖ HUY KHÁNH
Trang 4giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Cải
thiện chất lƣợng điều khiển thiết bị gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh
định tham số PID”
Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học đã trực tiếp giảng dạy truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa cho bản thân tôi trong qúa trình học tập
Tuy nhiên, do có sự hạn chế về kiến thức nên Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các nhà khoa học để tôi tiến bộ hơn
Trân trọng cảm ơn./
Học viên
ĐỖ HUY KHÁNH
Trang 5- 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
1 Tính cấp thiết của đề tài ix
2 Mục tiêu nghiên cứu ix
3 Dự kiến các kết quả đạt được ix
4 Phương pháp nghiên cứu ix
5 Cấu trúc của luận văn ix
CHƯƠNG 1 1
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG GIA NHIỆT 1
1.1 Tổng quan về thiết bị gia nhiệt 1
1.1.1 Khái niệm 1
1.1.2 Các phương pháp gia nhiệt 2
1.1.3 Một số loại cảm biến nhiệt độ 9
1.2 Ý ngh a của việc xây dựng mô hình toán học [2] 11
1.3 Xây dựng mô hình toán học bằng phương pháp thực nghiệm 13
1.3.1 Khái niệm xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm [2] 13
1.3.2 Dữ liệu để xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm 13
1.3.3 Một số phương pháp xây dựng mô hình toán bằng thực nghiệm [2] 16
1.3.4 Sử dụng System Identification Toolbox trong Matlab 17
1.4 Kết luận chương 1 23
CHƯƠNG 2 24
TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƯỢNG GIA NHIỆT 24
2.1 Tổng quan về bộ điều khiển PID 25
2.2 Phương pháp thực nghiệm dựa trên hàm h(t) 26
2.2.1 Phương pháp hằng số thời gian tổng nhỏ nhất của Kuhn 26
2.2.2 Phương pháp Ziegler- Nichols 1 29
2.3 Thiết kế điều khiển ở miền tần số 30
2.3.1 Nguyên tắc thiết kế 30
2.3.2 Phương pháp modul tối ưu 31
Chương 3 36
Trang 6- 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 và điều khiển mờ [4, 5] 36
3.1.1 Khái quát về lý thuyết điều khiển mờ 36
3.1.2 Các phép toán trên tập mờ 38
3.1.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ 39
3.1.4 Suy luận mờ và 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
Trang 7- v -
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1 ADC Analog to Digital Converter, chuyển đổi tương tự - số
2 DAC Digital to Analog Converter, chuyển đổi số-tương tự
7 PLC Programmable logic controller
Trang 8- vi -
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 1 Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng 2
Hình 1 2 Nguyên lý làm việc của lò quang điện 3
Hình 1 3 Nguyên lý làm việc của lò điện trở 5
Hình 1 4 Các loại lò điện trở 8
Hình 1 5 Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ loại nhiệt kế thủy ngân 9
Hình 1 6 Cấu trúc Điều khiển theo nguyên tắc phản hồi 11
Hình 1 7 Sơ đồ nguyên lý thu thập dữ liệu lò gia nhiệt 13
Hình 1 8 Sơ đồ thu thập dữ liệu nhận dạng 14
Hình 1 9 Dữ liệu điện áp (volt) 14
Hình 1 10 Dữ liệu nhiệt độ (oC) 15
Hình 1 11 Giao diện công cụ System Identification Tool 17
Hình 1 12 Chọn nhập dữ liệu trong miền thời gian 18
Hình 1 13 Nhập dữ liệu nhận dạng mô hình 18
Hình 1 14 Đưa dữ liệu vào Working data và Validation Data 19
Hình 1 15 Hình vẽ của bộ dữ liệu theo thời gian 20
Hình 1 16 Giao diện Process Models 21
Hình 1 17 Lựa chọn mô hình 22
Hình 1 18 Kết quả nhận dạng 23
Hình 1 19 Đánh giá kết quả nhận dạng mô hình 23
Hình 1 20 Giao diện kết quả nhận dạng 24
Hình 1 21 Đặc tính quá độ đối tượng 25
Hình 2 1 Cấu trúc bộ điều khiển PID 28
Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID 29
Hình 2 3 Cấu trúc mô phỏng hệ thống 31
Hình 2 4 Đặc tính quá độ hệ thống với bộ điều khiển tổng hợp bằng phương pháp Kuhn 32
Hình 2 5 Đặc tính quá độ hệ thống với bộ điều khiển tổng hợp bằng phương pháp Ziegler- Nichols 1 34
Hình 2 6 Sơ đồ hệ thống điều khiển 34
Hình 2 7 Tổng hợp bộ điều khiển bằng phương pháp module tối ưu 36
Trang 9- vii -
Hình 2 8 Cấu trúc mô phỏng hệ với bộ điều khiển PI 37
Hình 2 9 Đặc tính quá độ hệ thống điều khiển đối tƣợng gia nhiệt với luật PI 37
Hình 2 10 Tín hiệu điều khiển với bộ điều khiển PI 38
Hình 2 11 Cấu trúc mô phỏng hệ với luật PI (có khâu hạn chế) 38
Hình 2 12 Đặc tính quá độ hệ thống với luật PI (có khâu hạn chế và khâu trễ) 39
Hình 3 1 Một số dạng hàm liên thuộc 44
Hình 3 2 Đồ thị mô tả các phép toán hợp, giao và bù của hai tập mờ 45
Hình 3 3 45
Hình 3 4 45
Hình 3 5 Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển mờ 46
Hình 3 6 ví dụ về cách xác định miền G 46
Hình 3 7 47
Hình 3 8 48
Hình 3 9 Bộ điều khiển mờ PD 49
Hình 3 10 bộ điều khiển mờ PI 49
Hình 3 11 Cấu trúc bộ chỉnh định mờ tham số PID 50
Hình 3 12 Cấu trúc bộ chỉnh định mờ 50
Hình 3 13 Cấu trúc mô phỏng hệ với bộ điều khiển PID và mờ chỉnh định tham số PID 51
Hình 3 14 Cấu trúc chỉnh định tham số Kp và KI 52
Hình 3 15 các bộ điều khiển mờ trong cấu trúc 3.14 53
Hình 3 16 Cấu trúc bộ điều khiển mờ chỉnh định kD 54
Hình 3 17 Dạng hàm liên thuộc đầu vào 55
Hình 3 18 Dạng hàm liên thuộc đầu ra 55
Hình 3 19 Kết quả mô phỏng 55
Trang 10- viii -
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2 1 Tổng hợp bộ điều khiển theo Kuhn 27 Bảng 2 2 Tổng hợp bộ điều khiển theo Ziegler- Nichols 29
Trang 11Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full