Nghiên cứu xây dựng mô hình đo và điều khiển nhiệt độ theo thuật toán PID với các cảm biến công nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THEO THUẬT TỐN PID VỚI CÁC CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Hà Nội – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THEO THUẬT TỐN PID VỚI CÁC CẢM BIẾN CƠNG NGHIỆP Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 8520114.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Mạnh Thắng Hà Nội – 2019 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THEO THUẬT TOÁN PID VỚI CÁC CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP Trần Thị Thu Trang Khóa QH-2016-I, ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Tóm tắt luận văn thạc sĩ Ngày nay, điều khiển PID đóng vai trò quan trọng đƣợc sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp, đặc biệt điều khiển phản hồi.Mơ–đun kiểm sốt nhiệt độ chất lỏng RYC-TAG hãng EDIBON đƣợc thiết kế điều khiển PID cho phép ngƣời dùng đo đạc nhiệt độ chất lỏng, điều khiển hoạt động mơ– đun thơng qua phần mềm RYC Để tính tốn thông số , , điều khiển PID đƣa vào hệ thống để tiến hành điều khiển, luận văn sử dụng phần mềm Matlab Luận văn tập trung nghiên cứu, xây dựng điều khiển PID điều khiển nhiệt độ chất lỏng Việc đo đạc nhiệt độ tính tốn thơng số dựa số tài liệu đƣợc cung cấp từ nhà sản xuất trình thực nghiệm, từ kiểm chứng độ xác thiết bị đo nhƣ tác dụng điều khiển PID trình điều khiển nhiệt độ Từ khóa: RYC-TAG, MATLAB, RYC Software, PID LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu xây dựng mơ hình đo điều khiển nhiệt độ theo thuật tốn PID với cảm biến cơng nghiệp” đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn thầy PGS.TS Phạm Mạnh Thắng Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chƣa công bố dƣới hình thức trƣớc Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2019 Sinh viên thực Trần Thị Thu Trang LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy PGS.TS Phạm Mạnh Thắng ngƣời hƣớng dẫn, bảo tạo điều kiện tốt cho em suốt trình thực luận văn thạc sĩ, giúp em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Cơ học kỹ thuật & Tự động hóa, trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình giúp đỡ, cung cấp cho em kiến thức quý giá tạo điều kiện cho em suốt trình học tập trƣờng Mặc dù cố gắng song luận văn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy tồn thể bạn bè đóng góp ý kiến để luận văn đƣợc hồn thiện Em xin kính chúc thầy sức khỏe, thành công công việc đào tạo hệ tri thức tƣơng lai Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2019 Sinh viên thực Trần Thị Thu Trang MỤC LỤC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THEO THUẬT TOÁN PID VỚI CÁC CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT PID 12 1.1 Khái quát điều khiển PID 12 1.1.1 1.1.1.1 Hoạt động tỷ lệ 12 1.1.1.2 Đáp ứng hệ thống theo điều khiển tỷ lệ 15 1.1.1.3 Các ứng dụng điều khiển theo tỷ lệ 19 1.1.2 Điều khiển tích phân 22 1.1.2.1 Điều khiển thả 22 1.1.2.2 Hoạt động tích phân 22 1.1.2.3 Đáp ứng hệ thống điều khiển tích phân 23 1.1.2.4 Điều khiển theo tỷ lệ kết hợp tích phân 24 1.1.2.5 Đáp ứng hệ thống điều khiển theo tỷ lệ kết hợp tích phân 26 1.1.3 1.2 Điều khiển tỷ lệ 12 Điều khiển vi phân 29 1.1.3.1 Hoạt động vi phân 29 1.1.3.2 Điều khiển theo tỷ lệ kết hợp vi phân 30 Các phƣơng pháp xác định tham số điều khiển PID 33 1.2.1 Phƣơng pháp Ziegler – Nichols 33 1.2.2 Phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick 35 1.2.3 Phƣơng pháp lấy giá trị phần mềm 37 1.3 Đánh giá chất lƣợng hệ thống điều khiển 37 1.3.1 Sai số xác lập 37 1.3.2 Đáp ứng độ 38 CHƢƠNG 2: KHẢO SÁT MƠ HÌNH VÀ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ NƢỚC 40 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị điều khiển nhiệt độ RYC-TAG 40 2.1.1 Cấu tạo 40 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 42 2.2 Mô–đun RYC 44 2.3 Phần mềm RYC 48 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH ĐO ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ NƢỚC 50 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 50 3.2 Mô–đun RYC 50 3.2.1 Đáp ứng hệ thống bậc miền thời gian 50 3.2.2 Cấu trúc điều khiển PID 53 3.2.3 Điều khiển PID hệ thống bậc 58 3.3 Mô–đun RYC-TAG 60 3.3.1 Mơ hình tốn học hệ thống trao đổi nhiệt 60 3.3.2 Xác định đặc tính mơ–đun điều khiển nhiệt độ dòng chất lỏng 63 3.3.3 Mơ Matlab 65 3.3.3.1 Giới thiệu phần mềm Matlab 65 3.3.3.2 Sơ đồ mô 67 3.3.3.3 3.3.4 Mô với giá trị , , 68 Điều khiển nhiệt độ dòng chảy mơ–đun RYC-TAG PID 70 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC CÁC CHỮ KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân vi phân MATLAB MATrix LABoratory Phần mềm lập trình tính toán B.P BandPass Dải GUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa ngƣời dùng CPU Central Processing Unit Bộ vi xử lý trung tâm ST Sensor Temperature Cảm biến nhiệt độ AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LAG/LEAD Hệ thống bù Cold Fluid Dòng nƣớc lạnh Hot Fluid Dòng nƣớc nóng Hệ số tỷ lệ Hệ số tích phân Hệ số vi phân IN Đầu vào OUT Đầu A Khu vực trao đổi nhiệt Nhiệt dung riêng chất lỏng lạnh Nhiệt dung riêng chất lỏng nóng Tốc độ dòng chảy chất lỏng lạnh Tốc độ dòng chảy chất lỏng nóng Khối lƣợng chất lỏng lạnh ̇ ̇ Khối lƣợng chất lỏng nóng Nhiệt độ đầu chất lỏng lạnh Nhiệt độ đầu vào chất lỏng lạnh Nhiệt độ đầu chất lỏng nóng Nhiệt độ đầu vào chất lỏng nóng U Hệ số truyền nhiệt DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler – Nichols thứ 34 Bảng 1.2 Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler – Nichols thứ hai 35 Bảng 1.3 Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick 36 Bảng 1.4 Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick 36 Bảng 1.5 Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick 36 Bảng 1.6 Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick 37 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Điều khiển theo tỷ lệ .12 Hình 1.2 Thay đổi độ nghiêng đƣờng hoạt động điều khiển theo tỷ lệ 13 Hình 1.3 Sự biến thiên dải tỷ lệ 14 Hình 1.4 Đáp ứng điều khiển theo tỷ lệ .15 Hình 1.5 Điều khiển tự động nhiệt độ đầu chất lỏng trao đổi nhiệt[10, pp.28] .15 Hình 1.6 Đƣờng tải trình 16 Hình 1.7 Các điều kiện hoạt động hệ thống theo số liệu thiết kế 16 Hình 1.8 Hệ thống điều khiển theo tỷ lệ 17 Hình 1.9 Sự biến thiên tải trình .18 Hình 1.10 Điều chỉnh thủ công biến thiên tải 18 Hình 1.11 Chuyển dịch pha biến hoạt động hiệu chỉnh 20 Hình 1.12 Hệ thống đƣợc điều khiển với độ trễ động học đáng kể .20 Hình 1.13 Đồ thị dao động biến điều khiển 21 Hình 1.14 Đáp ứng điều khiển tích phân 23 Hình 1.15 Đáp ứng q trình điều khiển tích phân 24 Hình 1.16 Đáp ứng điều khiển theo tỷ lệ kết hợp tích phân 25 Hình 1.17 Đáp ứng trình với điều khiển theo tỷ lệ kết hợp tích phân 27 Hình 1.18 Tác động tỷ lệ đặt lại đến đáp ứng hệ thống điều khiển tỷ lệ kết hợp tích phân 28 Hình 1.19 Tác động biên độ dải tỷ lệ đến đáp ứng hệ thống điều khiển tỷ lệ + tích phân 28 Hình 1.20 Đáp ứng điều khiển vi phân 30 Hình 1.21 Sự đáp ứng điều khiển theo tỷ lệ kết hợp vi phân 31 Hình 1.22 Thời gian tỷ lệ .32 Hình 1.23 Tác động hoạt động vi phân 33 Hình 1.24 Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S 34 Hình 1.25 Xác định số khuyếch đại tới hạn 34 Hình 1.26 Đáp ứng nấc hệ kín k= 35 Hình 1.27 Đáp ứng nấc hệ thích hợp theo phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick .35 Hình 1.28 Hệ thống hồi tiếp âm 37 Hình 1.29 Sai số xác lập 37 Hình 1.30 Hiện tƣợng vọt lố 38 Hình 1.31 Độ vọt lố .38 Hình 1.32 Thời gian độ 38 Hình 1.33 Thời gian lên 39 Hình 2.1 Mô–đun RYC-TAG [12, pp.2] .40 Hình 2.2 Mơ–đun kiểm sốt nhiệt độ chất lỏng 41 Hình 2.3 Cấu tạo hộp giao diện điều khiển 42 Hình 2.4 Mơ hình dòng trao đổi nhiệt 43 Hình 2.5 Mơ–đun RYC [11, pp.2] 44 Hình 2.6 Mơ–đun tín hiệu tham chiếu 45 Hình 2.7 Mơ–đun điều khiển PID LAG/LEAD .46 Hình 2.8 Mơ–đun hệ thống bậc 46 60 - = 1, Hình 3.19 Phản ứng hệ thống bậc dùng PID với - = 1, , Hình 3.20 Phản ứng hệ thống bậc dùng PID với - 3.3 = 1, = 1, Nhận xét:  Đƣờng tín hiệu màu đen tín hiệu đầu vào hình vng có biên độ 5V, tần số 5Hz  Đƣờng tín hiệu màu đỏ tín hiệu đầu hệ thống bậc  Quan sát tham số tích phân làm giảm lỗi chế độ ổn định nhƣng làm tăng tính khơng ổn định cho hệ thống (vƣợt nhẹ) Giá trị tăng thấy độ vọt giảm Mơ–đun RYC-TAG 3.3.1 Mơ hình tốn học hệ thống trao đổi nhiệt Mô–đun điều khiển nhiệt độ dòng chảy nƣớc gồm hai hệ thống: hệ thống máy bơm hệ thống trao đổi nhiệt Hình 3.21 giải thích mơ hình trao đổi nhiệt 61 Hình 3.21 Hệ thống trao đổi nhiệt Sự cân lƣợng chất lỏng trao đổi nhiệt đƣợc xác định theo phƣơng trình (3.1): ( ) ̇ ̇ =F (3.1) ̇= (3.2) Áp dụng phƣơng trình (3.1) (3.2) cho chất lỏng nóng lạnh, kết là: ( ) ̇ = ( ) ̇ Lƣu ý dấu ( ) ( ( ) = (t)) + ( ( ))– ( ) (3.3) ( ) (3.4) phụ thuộc chất lỏng thu nhiệt hay tỏa nhiệt Hằng số biến đƣợc định nghĩa nhƣ sau: [K]: hiệu số truyền nhiệt Nó đƣợc tính theo cơng thức (3.5): = ( ) ( ( ) ) ) (3.5) Mặt khác hiệu số nhiệt độ nên viết: = = ]: Diện tích khu vực trao đổi nhiệt A[ [ : Nhiệt dung riêng chất lỏng lạnh [ : Nhiệt dung riêng chất lỏng nóng (3.6) 62 [ : Tốc độ dòng chảy chất lỏng lạnh [ : Tốc độ dòng chảy chất lỏng nóng ̇ [Kg]: Khối lƣợng chất lỏng lạnh ống ̇ [Kg]: Khối lƣợng chất lỏng nóng ống [K]: Nhiệt độ đầu chất lỏng lạnh [K]: Nhiệt độ đầu vào chất lỏng lạnh [K]: Nhiệt độ đầu chất lỏng nóng [K]: Nhiệt độ đầu vào chất lỏng nóng [ : Hệ số truyền nhiệt khu vực A vào phƣơng trình chất lỏng lạnh (3.3), ta đƣợc phƣơng trình: Thay ̇ = ( ) ( )) + ( ( ) (3.7) Phƣơng trình (3.7) khơng tuyến tính, tuyến tính đƣợc phƣơng trình (3.8): ̇ ̅̅̅ )̅ ( ̅ ̅ ̅̅̅ (3.8) “s” giá trị thông số đạt tới trạng thái ổn định Sử dụng phép biến đổi Laplace, phƣơng trình viết dƣới dạng: ( ) ̇ (3.9) ̇ Hệ thống đƣợc cấu tạo hai hàm truyền: lần lƣợt đầu vào Tuy nhiên, xem xét nhƣ biến hàm truyền có liên quan nhiệt độ chất lỏng nóng nhiệt độ chất lỏng lạnh ( ) ( ) (3.10) ̇ Đối với phƣơng trình chất lỏng nóng cần thay nhiệt độ chất lỏng lạnh cách sử dụng phƣơng trình: ( ) ( ) (3.11) Phƣơng trình kết phụ thuộc hai tham biến: Áp dụng phép biến đổi Laplace vào phƣơng trình tuyến tính đƣợc phƣơng trình liên quan nhiệt độ chất lỏng nóng với tốc độ dòng chảy chất lỏng nóng: 63 ( ) ( ) (3.12) ̇ ( ) Vì vậy, hàm truyền liên quan nhiệt độ chất lỏng lạnh với tốc độ dòng chất lỏng nóng là: ( ) ( ) ( ) ( )( ) (3.13) 3.3.2 Xác định đặc tính mơ–đun điều khiển nhiệt độ dòng chất lỏng Xem xét tính truyền hệ thống hồn chỉnh Hệ thống gồm hai dòng nƣớc: dòng nƣớc lạnh đƣợc nóng lên nhờ trao đổi nhiệt, nhiệt độ đƣợc đo lối Hệ thống có dòng nƣớc nóng bao gồm bể chứa với phận làm nóng máy bơm Trƣớc thiết kế điều khiển hệ thống, cần mơ hình tốn học đại diện cho hệ thống Mơ–đun điều khiển nhiệt độ dòng chảy nƣớc gồm hai hệ thống con: hệ thống bơm nƣớc hệ thống trao đổi nhiệt Mơ hình tốn học máy bơm hệ thống bậc Mô hình trao đổi nhiệt đƣợc tạo thành hàm truyền bậc Vì vậy, nhân hai động lực học có mơ hình tốn học hồn chỉnh dòng chảy nƣớc mơ–đun kiểm sốt nhiệt độ điều khiển tốc độ dòng chảy: Hình 3.22 Sơ đồ khối đặc tính RYC-TAG Hệ thống đƣợc tạo thành ba hàm bậc Để đơn giản hóa hệ thống, coi hệ thống bậc với số sau: (3.14) (3.15) 64 Do đó, hệ thống thiết kế hệ thống bậc nhất: Hình 3.23 Sơ đồ khối đơn giản RYC-TAG Các yếu tố cần thiết - Mơ–đun tín hiệu tham khảo Mơ–đun kiểm sốt nhiệt độ dòng nƣớc (RYC-TAG) Phương pháp thực - Thực kết nối mơ–đun nhƣ hình 3.24, đảm bảo mức nƣớc bể chứa ngƣỡng cho phép, lƣu lƣợng nƣớc khoảng lít/phút Hình 3.24 Kết nối thực hành đặc tính mơ–đun kiểm sốt dòng chất lỏng [12, pp.20] - - Bật phận làm nóng bật bơm, chờ nhiệt độ nƣớc bể ST-1đạt 50 Thiết lập tín hiệu bƣớc theo thơng số:  Biên độ: 3V  Tần số: 0Hz Kết thực nghiệm: 65 Hình 3.25 Phản ứng hệ thống điều khiển nhiệt độ dòng chất lỏng tần số 5Hz - - - Quan sát cách van điện tử tỷ lệ cho phép nƣớc chảy qua trao đổi nhiệt, nhiệt độ nƣớc đầu ST-2 tăng Giá trị K thu đƣợc chênh lệch nhiệt độ cuối đầu ST-2 biên độ tín hiệu đầu vào Thông số T thời gian cần thiết để đạt đƣợc khoảng 63% giá trị cuối Nhiệt độ cuối coi nhiệt độ xung quanh giá trị cuối Khi thiết lập thơng số tín hiệu nhƣ trên, quan sát thấy van điện tử cho dòng nƣớc nóng chảy qua mạnh liên tục Khi thay đổi tần số van điện tử dòng nƣớc chảy ngắt qng Vì vậy, tốc độ lƣu lƣợng dòng nƣớc nóng chảy qua van điện tử hoạt động tỷ lệ điện áp đầu vào Độ mở van điện tử lớn tƣơng ứng điện áp đầu vào lớn, lƣu lƣợng dòng chảy nƣớc nóng tăng Nhiệt độ nƣớc đầu ST-2 tăng điện áp cấp vào hệ thống tăng Thơng qua q trình thực nghiệm, thu đƣợc hàm truyền tƣơng ứng T=11ms, K=1 ( ) (3.16) 3.3.3 Mô Matlab 3.3.3.1 Giới thiệu phần mềm Matlab Matlab ngơn ngữ lập trình thực hành bậc cao đƣợc sử dụng để giải toán kỹ thuật Matlab tích hợp việc tính tốn, thể kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc dễ dàng cho ngƣời sử dụng Dữ liệu với thƣ viện đƣợc lập trình sẵn cho phép ngƣời sử dụng có đƣợc ứng dụng dƣới: - Sử dụng hàm có sẵn thƣ viện, phép tính tốn học thơng thƣờng Cho phép lập trình tạo ứng dụng Cho phép mơ mơ hình thực tế Phân tích, khảo sát hiển thị liệu 66 - Phần mềm đồ họa mạnh Cho phép giao tiếp, phát triển với số phần mềm khác nhƣ C++, Fotran Hình 3.26 Giao diện Matlab Matlab hệ thống tƣơng giao, cốt lõi phần mềm liệu lƣu dƣới dạng mảng phép tính tốn ma trận, giúp việc tính tốn Matlab nhanh thuận tiện so với lập trình C hay Fortran Đặc biệt, khả tính tốn Matlab dễ dàng mở rộng thơng qua toolbox Toolbox tập hợp hàm Matlab (Mfile) giúp giải toán cụ thể Ngƣời thiết kế viết code (tính tốn, mơ phỏng,…) cách chọn New  File  M-file Một cửa sổ lệnh ta sau đƣợc lƣu dƣới dạng *.m Simulink phần mềm gói gọn đƣợc sử dụng xây dựng mơ hình, mơ tính tốn hệ thống tự động Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, phi tuyến, mơ hình thời gian gián đoạn liên tục kết hợp hai Mô hình Simulink cung cấp giao diện đồ hoạ (GUI) cho việc xây dựng mơ hình nhƣ khối (block), ngƣời dùng kéo thả 67 Hình 3.27 Giao diện Simulink Matlab cung cấp công cụ tự động lựa chọn giá trị điều khiển PID Ngƣời dùng truy cập vào thuật toán điều chỉnh trực tiếp sử dụng pidtune thông qua giao diện ngƣời dùng đồ họa (GUI) cách sử dụng pidTuner Thuật toán lựa chọn tự động giá trị PID Matlab để cân hiệu suất (thời gian đáp ứng, biên độ) độ bền (mức độ ổn định) Câu lệnh: pidtune(P,’pid’) 3.3.3.2 Sơ đồ mô Sơ đồ mô hệ thống điều khiển nhiệt độ dòng chảy mơ–đun RYC-TAG Hình 3.28 Sơ đồ mô mô–đun RYC-TAG 68 3.3.3.3 Mô với giá trị Tiến hành tính , , , , cách sử dụng phần mềm Matlab với câu lệnh pidtune Hình 3.29 Tính tốn thơng số PID Matlab Sau tính tốn thu đƣợc kết quả: , , Kết đáp ứng tín hiệu đầu so với tín hiệu đặt trƣớc cơng cụ Simulink Hình 3.30 Tune PIDvới 69 Hình 3.31 Thơng số chất lượngvới Màn hình Scope: Hình 3.32 Đáp ứng đầu với Nhận xét: thấy đồ thị đáp ứng đầu bị vọt lố so với tín hiệu đầu vào 70 Có: Do đó, thơng số thu đƣợc theo mơ phần mềm Matlab: Chỉnh tay giá trị thông số P, I, D thử nghiệm MatLab thu đƣợc , cho kết phù hợp nhất; tƣơng ứng giá trị: , Màn hình Scope tƣơng ứng: Hình 3.33 Đáp ứng đầu với 3.3.4 Điều khiển nhiệt độ dòng chảy mơ–đun RYC-TAG PID Mục tiêu Bài thực hành thiết kế điều khiển để thực kiểm sốt nƣớc thơng qua kiểm sốt dòng chảy Các yếu tố cần thiết - Mơ–đun tín hiệu tham khảo 71 - Mô–đun điều khiển PID Mô–đun kiểm sốt nhiệt độ dòng nƣớc (RYC-TAG) Phương pháp thực - Kết nối mơ–đun nhƣ hình 3.34 Hình 3.34 Mơ–đun điều khiển dòng nước với điều khiển PID [12, pp.22] - - Bật phận làm nóng bơm Chờ nhiệt độ cảm biến ST-1 đạt 50 Thiết lập thơng số tín hiệu bƣớc  Biên độ: 3V  Tần số: 0Hz , , Hình 3.35 Đồ thị (1) phản ứng hệ thống điều khiển nhiệt độ nước Quan sát thấy hình 3.35 thấy có tƣợng vọt đầu Hình 3.36 cho thấy tăng thấy tƣợng vọt đầu giảm nhƣng sai số tăng 72 Hình 3.36 Đồ thị (2) phản ứng hệ thống điều khiển nhiệt độ nước tăng dẫn đến hệ thống phản ứng tính ổn định đầu bƣớc tín hiệu nhƣ hình 3.34 Hình 3.37 Đồ thị (3) phản ứng hệ thống điều khiển nhiệt độ nước - Quá trình thực nghiệm thu đƣợc: Hình 3.38 Đồ thị (4) phản ứng hệ thống điều khiển nhiệt độ nước Từ hình 3.38 thấy tín hiệu phản hồi bám sát tín hiệu điều khiển, độ ổn định cao hơn, giảm đƣợc độ vọt lố Trong trình thực nghiệm thấy tín hiệu thu đƣợc từ cảm biến nhiệt độ, thơng số thu đƣợc qua phần mềm có độ trễ, kết thực nghiệm thu đƣợc thực tế có sai khác Mặt khác, việc quan sát, đo đạc trình thực nghiệm ảnh hƣởng tác động bên nên kết thu đƣợc chƣa hoàn toàn lý tƣởng 73 KẾT LUẬN Mục tiêu hệ thống điều khiển nâng cao chất lƣợng hệ thống điều khiển tự động Trên thực tế có nhiều đối tƣợng cần điều khiển khơng có đủ tham số cần thiết, việc thiết kế điều khiển kinh điển gặp nhiều khó khăn Luận văn trọng nghiên cứu xây dựng mơ hình đo điều khiển nhiệt độ theo thuật tốn PID với cảm biến cơng nghiệp Với kết thu đƣợc từ mô trình thực nghiệm, luận văn có đóng góp:  Luận văn nghiên cứu xây dựng mô hệ thống điều khiển nhiệt độ nƣớc, hoạt động theo lý thuyết đề  Với điều khiển luận văn xây dựng, thông số chất lƣợng điều chỉnh: sai lệch, độ điều chỉnh, thời gian độ tƣơng đối ổn Nhƣ vậy, điều khiển nghiên cứu luận văn đáp ứng yêu cầu chất lƣợng điều khiển cho hệ thống điều khiển nhiệt độ  Luận văn giải vấn đề đặt ra.Tuy nhiên số hạn chế kiến thức chuyên sâu lĩnh vực điều khiển PID, kinh nghiệm sử dụng PID nhƣ giới hạn mặt thời gian nên kết dừng lại việc đánh giá phù hợp lý thuyết Trong tƣơng lai, hƣớng nghiên cứu mở rộng hơn: điều khiển nhiệt độ lò nung, điều khiển PH, điều khiển tốc độ hệ thống 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab&Simulink, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr.6-65 Nguyễn Đình Thúc (2000), Trí tuệ nhân tạo – Mạng nơron – Phương pháp ứng dụng, Nhà xuất giáo dục, tr.16-38 Đặng Thế Ba (chủ biên), Đinh Trần Hiệp, Matlab ứng dụng kỹ thuật, Nhà xuất đại học Quốc gia Nguyễn Thị Phƣơng Hà – Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB ĐHQGTPHCM, tr.156-157 http://www.dientuvietnam.net/forums/forum/ http://webdien.com/ https://codientu.org/threads/ https://www.youtube.com/ https://tailieu.vn Tiếng Anh 10 Elettronica Veneta, PID Control, Volume 1/2 Theory, Teacher/Student Handbook, Elettronica Veneta 11 Edibon, RYCPractical Exercises Manual, Edibon 12 Edibon, RYC-TAGPractical Exercises Manual, Edibon ... tƣợng nghiên cứu: RYC-TAG ứng dụng điều khiển nhiệt độ đƣợc thiết kế EDIBON Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình đo điều khiển nhiệt độ theo thuật tốn PID với cảm biến cơng nghiệp. .. HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THEO THUẬT TỐN PID VỚI CÁC CẢM BIẾN CƠNG NGHIỆP Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật. .. Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Mạnh Thắng Hà Nội – 2019 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THEO THUẬT TOÁN PID VỚI CÁC CẢM BIẾN CƠNG NGHIỆP