THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ NHIỆT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN LIÊN MÔN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ NHIỆT (MÁY ẤP TRỨNG) TÊN NHÓM: MOE Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Lời Mở Đầu : TRẦN THỊ MINH DUNG NGUYỄN KHÁNH QUANG : Trong suốt trình thực đề tài, gặp phải nhiều khó khăn giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô bạn nên Đồ án hoàn thành tiến độ Em xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Minh Dung, thầy Nguyễn Khánh Quang tận tình hướng dẫn, bảo kinh nghiệm quý báu Mặc dù nhóm thực cố gắng hồn thiện đồ án, trình soạn thảo kiến thức cịn hạn chế nên cịn nhiều thiếu sót Nhóm thực mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn sinh viên Sau nhóm thực xin chúc Thầy cô sức khỏe, thành công tiếp tục đào tạo sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước Chúc bạn sức khỏe, học tập thật tốt để không phụ công lao Thầy Cô giảng dạy Nhóm thực xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN I Đặt vấn đề Đề tài “ Thiết kế điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt” sở lý thuyết học chủ yếu môn học Điều khiển tuyến tính, kèm theo kiến thức môn học sở ngành môn học có liên quan Mạch điện tử, Mạch số …được thầy cô đặt nhằm giúp cho sinh viên bắt đầu làm quen, nắm bắt với khái niệm Dự án Liên môn, bước đầu hình dung việc xây dựng đề tài cách áp dụng kiến thức nhiều môn học khác Đồ án nêu cách xác định hàm truyền đạt lò điện trở, từ hàm truyền thu khảo sát động học sử dụng MATLAB, tổng hợp điều khiển P, PD, PID cho vòng điều chỉnh nhiệt độ mô SIMULINK Mô hệ thống - - II Mô tả hệ thống Q trình điều khiển theo mơ hình q trình khép kín Giá trị setpointSP giá trị đặt trước mà hệ thống phải làm việc xung quanh giá trị tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng hệ thống Việc đảm bảo tính ổn định chất lượng hệ thống thực chất đưa hệ thống bám sát SP với độ sai lệch nhỏ thời gian độ nhanh Mục đích đề tài: Hiểu nguyên lí cấu tạo hệ thống lò nhiệt Thiết kế điều khiển PID với khả điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu Đưa hàm truyền cách đo thực tế sử dụng matlab III - - Đánh giá, đưa nhân xét với tín hiệu gây nhiễu đưa giải pháp IV Tiến trình thực V Phân công nhiệm vụ thành viên - Mai Trí Tồn Tìm hiểu lý thuyết Tham gia nghiên cứu thiết kế PID Nguyễn Đăng Đức Bảo Tìm hiểu cách mơ hình hóa hệ thống Đưa ý tưởng thiết kế mạch Tham gia nghiên cứu PID Nguyễn Đăng Bảo Đức Tìm hiểu linh kiện phần cứng liên quan tới đề tài Tham gia đo đạt số liệu, tìm hàm truyền Tham gia tìm hàm truyền hệ thống qua matlab Phùng Xuân Phong Lập kế hoạch, đưa dự kiến ban đầu Tham gia nghiên cứu PID Tham gia đo đạt số liệu Tham gia tìm hàm truyền hệ thống matlab Trần Lê Anh Quang Vẽ Gantt chart Tham gia đo đạt số liệu CHƯƠNG II:THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘ TRONG LỊ NHIỆT I Thiết kế khí Lị nhiệt gồm phần chính:vỏ lị, dây nung • Vỏ lị đươc dùng thùng xốp có kích thước 30cm*40cm*20cm, vừa vững vừa giảm tổn thất nhiệt Gọn nhẹ, dễ tìm kiếm gia cơng • Dây nung dùng bóng đèn sợi đốt 220V-60W, bố lị Thiết kế mạch điện II Bộ điều khiển: Sử dụng điều khiển PID tự thiết kế , sử dụng mạch điện tử I  Bộ điều khiển PID gồm thành phần: Tỉ lệ (P), Vi phân (D), Tích phân (I) Mỗi thành phần có tác động khác tới trình điều khiển hệ thống Cụ thể: 1.1 Bộ điều khiển tỉ lệ (P- Portitional Controller) Khâu tỉ lệ làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số Đáp ứng tỉ lệ điều chỉnh cách nhân sai số với số Kp, gọi hệ số tỉ lệ   Ưu điểm: Đơn giản, tác động nhanh, không làm thay đổi pha Khuyết điểm: - Không triệt tiêu hết sai lệch tĩnh - Độ xác bị hạn chế (đặc biệt đối tượng có độ quán tính lớn thời gian trễ lớn) 1.2 Bộ điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) Khâu tích phân tỉ lệ gây chậm pha tần số thấp  Ưu điểm:  Khuyết điểm: - Độ xác cao chế độ xác lập - Khơng có sai lệch tĩnh - Thay đổi tốc độ, giảm sai lệch nhanh (nhờ P) - Độ dự trữ ổn định lớn so với tích phân I - Tốc độ tách động chậm so với tỉ lệ P 1.3 Bộ điều khiển vi phân tỉ lệ (PD)  Ưu điểm:  Khuyết điểm: - Độ ổn định cao - Tính tác động nhanh cao so với P, PI - Vẫn có sai lệch tĩnh khơng có thành phần I 1.4 Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID)  Ưu điểm: - Nhanh đáp ứng độ, tăng bậc vơ sai hệ thống - Khơng có sai lệch tĩnh - Điều chỉnh tốc độ thay đổi hệ thống - Tăng độ dự trữ pha ổn định Cảm biến đo nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ LM35 loại cảm biến tương tự hay ứng dụng ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì hoạt động xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ giá thành rẻ ưu điểm II Thiết bị chấp hành Hệ thống bóng đèn dây tóc kết nối với nguồn điện Nguyên lí hoạt động III - Giá trị đặt biến trở Bộ điều khiển cung cấp tín hiệu điện điều khiển cho thiết bị chấp hành Sử dụng đo nhiệt độ đối tượng phản hồi điều khiển Bộ điều khiển xử lý thông tin hiệu chỉnh tín hiệu điều khiển cho giá trị đầu đạt yêu cầu CHƯƠNG III:NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Các bước cần thiết để thiết lập mơ hình tốn học bao gồm: Cho điện áp đầu vào đo đầu nhiệt độ, khai báo biến đầu vào vào matlab, sử dụng toolbox để thiết lập công thức vẽ hàm truyền I - điện áp 85 87 89 91 93 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 125 127 129 131 133 135 Lấy số liệu Khai báo biến đầu vào điện áp tang dần thời gian chờ cố định để thu biến đầu nhiệt độ: nhiệt độ 59.57 60.24 61.45 62.13 62.87 63.48 64.27 64.97 65.45 66.23 67.87 68.27 70.45 72.67 74.25 76.66 77.43 78.55 80.34 81.42 82.52 83.34 83.88 84.21 85.43 84.45 Thời gian chờ 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 137 139 141 143 145 147 149 151 153 155 157 159 161 163 165 167 169 171 173 175 177 179 181 183 185 187 189 191 85.32 86.45 87.23 88.17 88.87 89.45 90.34 92.55 94.17 95.21 96.23 96.89 97.45 98.55 99.61 100.3 102.3 103.4 104.4 105.4 106.2 106.8 107.1 107.8 108.2 108.8 109.2 110.17 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 193 195 197 199 201 203 205 207 209 211 213 215 217 219 221 223 111.45 112.19 112.87 113.23 114.23 114.97 115.34 115.89 116.17 116.45 116.98 117.23 117.45 117.77 118.21 118.35 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút - II Nhận dạng hàm truyền Khai báo biến đầu vào đầu matlab: - Bằng lệnh xlsread(‘thư mục chứa tệp\tên tệp’,bậc ma trận,’cột bắt đầu: cột kết thúc’) Cho u1; y1 biến đầu vào điện áp biến đầu nhiệt độ - - Sử dụng toolbox để thiết lập công thức vẽ hàm truyền: - Chọn thiết lập miền thời gian: - - - Khai báo biến hình: - Chọn proceed mode để tính hàm truyền: - Kết thu được: - - - Thiết kế điều khiển III Mạch mô phỏng: - - Mạch thực tế: - - - - CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI I - II Những kết đạt Thiết lập mô hình tốn học, hàm trạng thái mơ hình mô thành công Matlab Simulink Thiết kế điều khiển hệ thống Mơ hình sản phẩm gần hồn chỉnh , điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu , thành phần mạch điện hoạt động ổn định Hạn chế đề tài - - Đề tài nhiều yếu tố chưa giải triệt để: Hệ thống liệu sai số Thời gian xác lập tương đối dài Phần mềm đơn giản, chưa thật đẹp Kết luận III Trong trình thực đề tài gặp nhiều khó khăn: hạn chế kiến thức, kinh phí, thiết bị…đề tài chưa thật hoàn chỉnh, song sản phẩm đạt số nội dung định Làm sở để sinh viên có hội tiếp cận với thực tế sản xuất ôn lại kiến thức học thiết kế mơ hình điều khiển PID, sử dụng Matlab để mô hàm truyền giảm thời gian xác lập độ lọt vố - - - TÀI LIỆU THAM KHẢO - Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Đại học Quốc Gia,2005 - Huỳnh Thái Hồng; “ Mơ Hình Hóa Và Nhận Dạng Hệ Thống”; Đại học bách khoa Tp HCM - Nguy ễn Phùng Quang; “ Matlab Simulink”; NXB khoa học kỹ thuật - Dương Hoài Nghĩa; “Điều khiển hệ thống đa biến”; Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2007 - Huỳnh Thái Hồng; “ Mơ Hình Hóa Và Nhận Dạng Hệ Thống”; Đại học bách khoa Tp HCM - ... bước cần thiết để thiết lập mơ hình toán học bao gồm: Cho điện áp đầu vào đo đầu nhiệt độ, khai báo biến đầu vào vào matlab, sử dụng toolbox để thiết lập công thức vẽ hàm truyền I - điện áp 85... 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 125 127 129 131 133 135 Lấy số liệu Khai báo biến đầu vào điện áp tang dần thời gian chờ cố định để thu biến đầu nhiệt độ: nhiệt độ 59.57... 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút 10 phút - II Nhận dạng hàm truyền Khai báo biến đầu vào đầu matlab: - Bằng lệnh xlsread(‘thư mục chứa tệp ên tệp’,bậc ma trận,’cột bắt