Nhận dạng và điều khiển thích nghi hệ hống quạt gió cánh phẳng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ––––––––––––––––––– NGUYỄN THÀNH CÔNG NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HỆ THỐNG QUẠT GIĨ CÁNH PHẲNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA THÁI NGUN – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ––––––––––––––––––– NGUYỄN THÀNH CÔNG NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HỆ THỐNG QUẠT GIĨ CÁNH PHẲNG Chun ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Văn Chí PHÕNG QUẢN LÝ ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thành Công Sinh ngày 09 tháng năm 1975 Học viên lớp cao học khóa 14 - Tự động hóa 02 – Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp- Đại Học Thái Nguyên Hiện công tác Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Điện Phú Thọ Tơi cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hướng giáo viên hướng dẫn, không chép người khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo luận văn có nguồn gốc rõ ràng Nếu có sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày 20 tháng năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Tơi hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nhận dạng điều khiển thích nghi hệ thống quạt gió cánh phẳng” Trong thời gian làm luận văn kiến thức tơi cịn nhiều hạn chế, thực tế chưa đủ để thực đề tài Nhưng nhờ hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn, thầy giáo Bộ môn Đo lường - Điều khiển tự động trường Đại học kỹ thuật công nghệp Thái Nguyên, đặc biệt bảo ân cần thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí nên tơi hồn thành nội dung nghiên cứu Mặc dù cố gắng thời gian hạn chế kiến thức tơi cịn thiếu nên luận văn chắn cịn có nhiều thiếu sót mong thày dẫn thêm Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí thầy giáo mơn Đo lường - Điều khiển tự động Thái Nguyên, ngày 20 tháng năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU 1 Tính cần thiết đề tài Các nghiên cứu liên quan đến đề tài Mục tiêu nghiên cứu luận văn Phương pháp phương pháp luận Đóng góp luận văn Bố cục luận văn Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG QUẠT GIÓ CÁNH PHẲNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mô tả hệ thống 1.3 Nguyên lý hoạt động 1.4 Cơ sở xây dựng nhận dạng mơ hình động lực học QGCP 1.5 Kết luận chương I 10 Chƣơng 2: NHẬN DẠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 12 2.1 Cơ sở lý thuyết nhận dạng hệ thống điều khiển 12 2.1.1 Định nghĩa nhận dạng 12 2.1.2 Phân loại phương pháp nhận dạng 12 2.1.3 Các phương pháp nhận dạng 13 2.1.4 Nhận dạng mơ hình có tham số - Phương pháp bình phương tối thiểu - Mơ hình ARX 13 2.1.5 Các bước tiến hành toán nhận dạng 16 2.2 Nhận dạng hệ thống quạt gió cánh phẳng 17 2.2.1 Thu thập liệu vào/ra hệ thống QGCP 17 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 2.2.2 Tiền sử lý liệu 19 2.2.3 Nhận dạng hệ thống phần mềm chuyên dụng Identification Toolbox Matlab 19 2.2.4 Kết nhận dạng hệ thống QGCP 29 2.3 Kết luận chương 30 Chƣơng 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 31 3.1 Thiết kế điều khiển PID 31 3.2 Tiến hành chạy thực hệ thống quạt gió cánh phẳng 32 3.2.1 Chạy thực hệ thống QGCP chưa có tác động nhiễu 32 3.2.2 So sánh hệ thống QGCP thực lý tưởng 35 3.2.3 Chạy thực hệ thống QGCP có tác động nhiễu 38 3.3 Kết luận ch�, thời gian độ tqđ = tht= 45s Như điều khiển thích nghi cho hệ thống QGCP đáp ứng tốt góc đặt từ 5°-10° 4.3.2 Hệ thống có tác động nhiễu Tác động nhiễu vào đối tượng QGCP cách tác động vào cánh phẳng, làm lệch cánh khỏi vị trí góc đặt cản trở luồng khơng khí từ quạt gió thổi tới cánh phẳng sau thời gian độ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 a Góc đặt 5° Nhiễu tác động Hình 4.23:Góc cánh phẳng góc đặt có tác động nhiễu thời điểm t = 53s t = 86s b Góc đặt 10° Nhiễu tác động Hình 4.24:Góc cánh phẳng góc đặt có tác động nhiễu thời điểm t = 55s t = 95s Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 c Góc đặt 15° Nhiễu tác động Hình 4.25:Góc cánh phẳng góc đặt có tác động nhiễu thời điểm t = 75s t = 125s Nhận xét Sau tác động nhiễu vào hệ thống sau trình độ ta thấy hệ có khả trở trạng thái xác lập: góc cánh phẳng bám giá trị góc đặt, thời gian hội tụ nhanh Do hệ có khả khử nhiễu tốt, làm việc ổn định 4.3.3 So sánh đáp ứng đầu hệ thống có tác động nhiễu điều khiển PI điều khiển thích nghi Tác động nhiễu vào hệ thống QGCP với điều khiển PI điều khiển thích nghi cách cản trở luồng khơng khí từ quạt gió thổi tới cánh điều kiện: Tác động nhiễu lần khoảng thời gian xác lập Mỗi lần tác động nhiễu 3s (khơng thiết có thời điểm tác động hệ vào trạng thái xác lập.) Ta có đường đặc tính đáp ứng đầu tương ứng với góc đặt 5°, 10°, 15° sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 Bộ điều khiển PI Nhiễu tác động Bộ điều khiển thích nghi Nhiễu tác động Hình 4.26: So sánh điều khiển PI điều khiển thích nghi có tác động nhiễu góc đặt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 Bộ điều khiển PI Bộ điều khiển thích nghi Hình 4.27 : So sánh điều khiển PI điều khiển thích nghi có tác động nhiễu góc đặt 10° Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ .. .điều khiển tự động, mà cụ thể nhận dạng hệ thống điều khiển, điều khiển PID điều khiển thích nghi vào thực nghi? ??m Khả ứng dụng thực tế Điều khiển thích nghi cho hệ thống quạt gió - cánh phẳng ...đầu hệ thống có tác động nhiễu điều khiển PI điều khiển thích nghi Tác động nhiễu vào hệ thống QGCP với điều khiển PI điều khiển thích nghi cách cản trở luồng khơng khí từ quạt gió thổi tới cánh ...pháp nhận dạng hệ thống điều khiển mà ta chọn Những nghi? ?n cứu thực nghi? ??m điều khiển ổn định góc đặt cho hệ thống quạt gió – cánh phẳng phịng thí nghi? ??m luận văn góp phần vận dụng lý thuyết điều