ĐỒ án II THIẾT kế bộ điều KHIỂN CHO hệ MIMO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN II THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ MIMO Phạm Nguyễn Minh Đức duc.pnm173038@sis.hust.edu.vn Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa Chuyên ngành Điều khiển tự động Giảng viên hướng dẫn: ThS Chu Đức Việt Bộ môn: Viện: Điều khiển tự động Điện Lời nói đầu Hiện nay, nhà máy công nghiệp sử dụng nhiều hệ thống điều khiển q trình Chúng đóng vai trò quan trọng sản xuất ứng dụng rộng rãi Vậy nên, đồ án II này, em định làm hệ thống điều khiển bình mức Đối tượng nghiên cứu hệ thống nhiều vào nhiều Hệ thống xây dựng dạng bình mức Đầu vào lưu lượng nước nóng nước lạnh, nhiệt độ nước nóng, nước lạnh đo cảm biến lưu lượng vào điều khiển van khí nén Đầu cần điều khiển nhiệt độ chiều cao mức nước bình Để thiết kế điều khiển cho hệ thống này, cần trải qua bước: mơ hình hóa đối tượng, tính tốn điều khiển, thiết kế phần cứng phần mềm thực thi cho đối tượng thật Các bước tính tốn triển khai Matlab giao tiếp với Arduino để điều khiển hệ thống Khơng thế, cịn thao tác đối tượng thật, đồng thời tìm cách nâng cao chất lượng điều khiển Đồ án gồm chương: Chương 1: Giới thiệu hệ thống Chương 2: Xây dựng mơ hình đối tượng Chương 3: Thiết kế điều khiển cho hệ thống Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển nhúng Chương 5: Kết thực nghiệm Chương 6: Kết luận Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô dạy hướng dẫn em Trong suốt trình làm đò án, em nhận giúp đỡ bảo nhiệt tình từ thầy, giáo môn Điều Khiển Tự Động, đặc biệt thầy giáo, thạc sĩ Chu Đức Việt Thầy trực sát hướng dẫn em hoàn thành đồ án II Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Phạm Nguyễn Minh Đức MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG 1.1 Mô tả hệ thống nhiều vào nhiều 1.2 Nhiệm vụ toán điều khiển 1.3 Yêu cầu công việc 1.4 Các bước tiến hành CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH CỦA ĐỐI TƯỢNG 10 2.1 Phân tích tốn 10 2.1.1 Lựa chọn phương pháp xây dựng mơ hình tốn học 10 2.1.2 Phân tích q trình 10 2.1.3 Xây dựng phương trình mơ hình 11 2.2 Kiểm chứng mô hình 12 2.2.1 Mô 12 2.2.2 Thực tế 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 15 3.1 Phân tích điều khiển 15 3.1.1 Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc 15 3.1.2 Tính điều khiển 16 3.2 Điều khiển tách kênh cho hệ tuyến tính 17 3.2.1 Cơ sơ lý thuyết 17 3.2.2 Kết mô 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHÚNG 20 4.1 Thiết kế phần cứng 20 4.1.1 Sơ đồ tổng thể nguyên lý hoạt động 20 4.1.2 Các thành phần phần cứng nhiệm vụ chúng 21 4.1.3 Lựa chọn thiết bị 22 4.1.4 Hình ảnh phần cứng 28 4.2 Xử lý tín hiệu đo tín hiệu điều khiển 29 4.2.1 Đo xử lý tín hiệu đo 29 4.2.2 Tính tốn tín hiệu điều khiển 32 4.3 Thiết kế phần mềm 33 4.3.1 Phần mềm điều khiển tách kênh 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 36 5.1 Kết điều khiển tách kênh 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN 37 6.1 Kết luận 37 6.2 Hướng phát triển 37 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG Chương tập trung vào mơ tả hệ thống bình mức sử dụng đồ án, từ đưa mục tiêu, nhiệm vụ toán điều khiển mức nước nhiệt độ bình mức 1.1 Mơ tả hệ thống nhiều vào nhiều Mô tả sơ bộ: Hệ thống gồm hai nguồn nước nóng lạnh chảy vào bình chứa thơng qua hai van điều khiển được, bình chứa có van xả tay đáy bình Bên cạnh đó, hệ thống cịn có cảm biến phục vụ đo nhiệt độ mức nước Cụ thể có cảm biến đo mức nước bình chứa ba cảm biến PT100 đo nhiệt độ nước nóng, nước lạnh, nước xả khỏi bình chứa Hai thơng tin hệ thống mà ta cần điều khiển nhiệt độ chiều cao mức nước bình chứa Hình 1 - Mô tả hệ thống Mô tả chi tiết:  Bình chứa (đối tượng điều khiển) o o o o Dạng hình hộp chữ nhật, đáy 18x18cm, cao 35cm Vật liệu kim loại Tại độ cao 30cm có van chống tràn Dưới đáy có van xả tay, lưu lượng nước chảy cực đại khoảng 4,7.10 𝑚 /𝑠  Nguồn nước nóng, lạnh o Nước nóng cấp từ bình nóng lạnh, có nhiệt độ lên tới 75 𝐶, lưu lượng vào cực đại khoảng 4,28.10 𝑚 /𝑠 o Nước lạnh có nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, điều kiện thời tiết mùa hè nhiệt độ nước lạnh khoảng 32 − 35 𝐶, lưu lượng vào cực đại khoảng 2,28.10 𝑚 /𝑠  Van (cơ cấu chấp hành) Hình - Van khí nén o Van thường mở (NO), điều khiển nén từ chuyển đổi I/P Samson 6102, lưu lượng qua van tỉ lệ với độ mở van từ 0-100% o Ngoài hệ cịn có hai van tay để điều chỉnh lượng nước cấp vào bình chứa  Bộ chuyển đổi I/P Hình - Bộ chuyển đổi dịng điện - áp suất o Có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dịng điện thành tín hiệu khí nén o Đầu vào tín hiệu dịng điện dải từ 4-20mA o Đầu tín hiệu khí nén điều chỉnh liên tục dải 0,05-6,0 bar 0,7-90 psi o Nguồn cấp khí có áp suất 0,4 bar psi dải điều khiển nêu o Đặc tính tuyến tính (đầu hàm tuyến tính với đầu vào)  Cảm biến đo mức (thiết bị đo) Hình - Cảm biến đo mức o Hệ thống dùng cảm biến KL76, hoạt động theo nguyên lý chênh lệch áp suất chất lỏng đáy bình khí o Nguồn cấp 24VDC±10% o Đầu tín hiệu 4-20mA o Kiểu mắc dây o Quan hệ chiều cao dòng điện quan hệ tuyến tính  Cảm biến đo nhiệt độ Pt100 (thiết bị đo) o Có chất liệu que đo Platinum o Hoạt động dựa nguyên lý điện trở suất kim loại thay đổi theo thay đổi nhiệt độ o Dải đo −200 đế𝑛 850 𝐶 o Với dải đo đế𝑛 100 𝐶 đường đặc tính Pt100 tuyến tính xác định sau : 𝑅 = 𝑅 (1 + 3,9083 10 𝑡 ) 1.2 Nhiệm vụ toán điều khiển Để hệ thống điều khiển trình hoạt động tốt cần phải thỏa mãn yêu cầu sau:  Hoạt động ổn định, bền vừng với nhiễu hệ thống  Các thiết bị hoạt động êm ái, bền đẹp với thời gian  Hệ thống hoạt động tin cậy, an toàn với người sử dụng Từ đó, chúng em đưa tiêu chí cho hệ thống sau:  Tín hiệu bám ổn định theo giá trị đặt  Độ điều chỉnh nhỏ (khoảng 10%), sai lệch tĩnh nhỏ  Thời gian đáp ứng nhanh  Tín hiệu điều khiển ổn định, phạm vi làm việc cấu chấp hành  Phần cứng hoạt động ổn định, tin cậy, an toàn cho người dùng  Phần mềm tiện lợi, dễ dàng đóng gói, quản lý mở rộng cần thiết 1.3 u cầu cơng việc Hình - Tổng quan hệ thống Mục tiêu công việc hướng tới đồ án xây dựng mô hình thí nghiệm hệ thống MIMO cụ thể hệ thống hai vào hai điều khiển nhiệt độ mức nước Hiện có hệ thống, chưa có mạch điều khiển phần mềm điều khiển Do công việc đặt gồm phần chính: Phần cứng: Hệ thống bình mức thiết kế sẵn gồm cảm biến RTD đo nhiệt độ nước nóng, nước lạnh, nước bình cảm biến áp suất đo mức nước, đồng thời hai van lưu lượng vào van khí nén điều khiển nên mạch phần cứng phải có chức đọc tín hiệu cảm biến xuất tín hiệu điều khiển Mạch phần cứng gồm bốn ADC phục vụ đọc cảm biến, vi điều khiển, DAC để xuất tín hiệu điều khiển dạng điện áp mạch chuyển đổi áp sang dịng Tín hiệu cảm biến chuẩn hóa tín hiệu điện áp đưa vào module ADC xử lý trả giá trị ADC cảm biến tương ứng Giá trị vi điều khiển truyền thơng đến Matlab tính tốn tín hiệu điều khiển Tín hiệu điều khiển xuất dạng điện áp, qua chuyển đổi áp sang dòng để đưa vào van Phần mềm: Phần đọc cảm biến xuất tín hiệu điều khiển thực Arduino Cịn phần tính tốn điều khiển thực Matlab Matlab nhận từ Arduino giá trị ADC tương ứng với giá trị cảm biến Sau từ giá trị này, Matlab tính tốn điều khiển chuyển sang giá trị DAC điều khiển van Matlab chuyển giá trị DAC cho vi điều khiển thực thi thiết bị thực tế Như vậy, phần mềm thực tính toán, hiển thị giao tiếp vi điều khiển với Matlab 1.4 Các bước tiến hành Từ phân tích hệ thống nhiệm vụ tốn điều khiển, chúng em đưa bước cần phải làm để xây dựng hệ thống điều khiển bình mức hồn chỉnh sau: Mơ hình hóa: Xây dựng phương trình tốn để mơ tả đối tượng Sử dụng phương trình động học đối tượng hai bình mức mơ tả dạng phương trình phi tuyến khơng gian trạng thái Từ mơ hình áp dụng phương pháp điều khiển vào đối tượng Ngồi việc sử dụng phương trình động học để mơ hình hóa cịn có phương pháp nhận dạng cho đầu vào thay đổi để đo đáp ứng đầu hệ thống Từ thơng tin sử dụng Identification tool Matlab để nhận dạng đối tượng Tuyến tính hóa: Đưa phương trình động học đối tượng hai bình mức từ dạng phương trình phi tuyến dạng phương trình tuyến tính để tiện cho việc thiết kế điều khiển sau Có hai phương pháp tuyến tính hóa thơng dụng hay sử dụng tuyến tính hóa quanh điểm làm việc tuyến tính hóa xác Với đối tượng tốn xét hai bình mức có điểm làm việc tương đối ổn định q trình thực tế phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc tỏ phù hợp sử dụng nhiều thực tế Đây phương pháp mà chúng em xét đến đề tài Thiết kế điều khiển: Bộ điều khiển thiết kế phải đảm bảo giá trị mức nước bám giá trị đặt khoảng thời gian định độ sai lệch đủ nhỏ Bộ điều khiển bao gồm điều khiển phi tuyến cho hệ ban đầu điều khiển tuyến tính cho hệ tuyến tính hóa Thiết kế phần cứng, phần mềm: Để cài đặt thuật toán điều khiển cho hệ thống cần phải có mạch điều khiển gồm chức sau: đọc tín hiệu từ cảm biến, gửi cho vi điều khiển tính tốn xuất tín hiệu điều khiển van Bên cạnh đó, cần thiết kế phần mềm điều khiển cài đặt Arduino tương tác với người dùng qua giao diện Matlab o Thiết kế nhỏ gọn o Dễ dàng mua thị trường o IDE đơn giản dễ sử dụng o Tích hợp sẵn mạch nạp kit o Hệ thống thư viện open source lớn thuận tiện việc điều khiển Với kit Arduino UNO R3 đáp ứng tốt với yêu cầu sau mạch phần cứng: o Hỗ trợ giao tiếp SPI o Vi xử lý ATmega328 tần số hoạt động 16 MHz o Số lượng GPIO cần thiết:  Lựa chọn module DAC: Tiêu chí để lựa chọn module DAC o Độ phân giải đủ lớn o Điện áp 0-5V o Sử dụng giao tiếp UART, SPI, I2C,… Với tiêu chí IC DAC MCP4922 hồn tồn đáp ứng u cầu Các thơng số kĩ thuật MCP4922 sau: o Độ phân giải 12 bit o Có kênh hoạt động độc lập o Điện áp hoạt động dải từ 2.7- 5.5 V o Rail-to-rail output o Giao tiếp SPI với vi xử lý o Thời gian xác lập trung bình 4.5µs e) Mạch nguồn Mạch nguồn nơi cung cấp nguồn điện áp hoạt động cho thiết bị mạch Có thể thấy mạch nguồn phải cấp mức điện áp khác nhau:  Điện áp 24V cung cấp cho mạch tín hiệu dịng  Điện áp 5V cung cấp cho mạch điều khiển mạch giao tiếp với cảm biến Nguồn 24V lấy từ adapter 24V có bán thị trường  Để tạo nguồn 5V ta sử dụng module nguồn LM2596 với thông số kĩ thuật cụ thể sau: o Đầu vào 4-35V o Đầu ra: 1-30V o Dịng max: 3A 27 Hình - Mạch nguồn 4.1.4 Hình ảnh phần cứng Hình - Sơ đồ đấu nối 28 Hình 10 - Mạch in phần cứng Hình 11 - Mạch phần cứng thực tế 4.2 Xử lý tín hiệu đo tín hiệu điều khiển 4.2.1 Đo xử lý tín hiệu đo Tín hiệu nhận từ cảm biến có dạng điện áp, tín hiệu đưa đến kênh hai chuyển đổi tương tự số AD7705 xử lý chuyền tín hiệu đến Arduino thơng qua giao thức SPI Bộ chuyển đổi tương tự số AD7705 có ghi sau: o Communication Register: có tác dụng chọn ghi phương thức đọc/ghi cho chế độ kế tiếp, chọn kênh để giao tiếp o Setup Register: có tác dụng cài đặt chế độ làm việc, độ khuếch đại liệu o Clock Register: cài đặt xung clock cho ADC o Data Register: liệu đầu truy cập ghi 29 o Calibration Register: chứa kênh hiệu chỉnh liệu Để đọc giá trị từ ADC, cần thực bước sau: o Bước 1: Khởi tạo ADC (reset ADC, cài đặt pin mode), chọn kênh cho ADC o Bước 2: Ở ghi Clock, bật bit CLKDIV để chia Clock nội, chọn gain cổng đo nhiệt độ với cổng đo độ cao Chọn tần số cập nhật 50Hz o Bước 3: Chọn chế độ self-calibration bipolar, gain tương ứng với bước o Bước 4: Chờ liệu để đọc o Bước 5: Đọc liệu Dữ liệu đọc từ ADC liên tục 20 lần gần lấy trung bình để đảm bảo giá trị đọc sai lệch nhỏ so với giá trị thật đồng thời để đảm bảo thời gian đo, xử lý tín hiệu nhỏ Việc giúp giảm tác động nhiễu đến kết đo Sau đọc giá trị ADC, giá trị lưu thành byte truyền thông qua giao thức UART từ Arduino lên Matlab để xử lý Sau nhận giá trị ADC, ta tiến hành tính tốn giá trị thực nhiệt độ độ cao mà cảm biến đo  Xác định giá trị nhiệt độ: Từ mục thiết kế phần cứng với công thức (4.2), ta xác định giá trị nhiệt độ đo từ cảm biến sau: RTD R  1 2.ADCVref 0,5 K 1.Vcc  RTD  1  T   R0  A  (4.4)  Trong đó: o o o o o o o RTD giá trị nhiệt điện trở R = 100 Ôm ADC giá trị ADC đọc Vref = 2,5V K1 = 8*65536 hệ số ADC Vcc = 5V điện áp cấp cho mạch cầu R0 = 101,34 Ôm, điện trở RTD 33 độ C 30 o A = 3,9083E-3 Từ công thức trên, ta cần phải hiệu chỉnh để xác định giá trị nhiệt độ với độ sai lệch nhỏ so với giá trị thật Để xác định giá trị offset đấy, ta lấy trung bình hiệu 10 lần đo giá trị nhiệt độ quanh điểm xác định giá trị nhiệt độ tính tốn Sau hiệu chỉnh, cơng thức tính nhiệt độ xác định sau:  RTD1  1 Thot    R0  A (4.5)  RTD2  1  6,6 Tcold    R0  A (4.6)  RTD3  1  2,8 T   R0  A (4.7)  Xác định giá trị chiều cao Vì cảm biến đo mức trả tín hiệu dịng điện cỡ mA nên ta xác định dòng điện theo giá trị ADC sau: Iout  ADC 4.Vref Rrefh.65536 Trong đó: o Iout giá trị dịng điện trả từ cảm biến o ADC4 giá trị ADC o Vref = 2,5V o Rrefh = 220 Ôm, điện trở tham chiếu Tiến hành đo thực nghiệm để xác định phụ thuộc chiều cao vào dòng điện bảng kết sau: Bảng - Quan hệ giữ độ cao dòng điện cảm biến đo mức I(mA) H(cm) 6.08 30 5.7 25 5.31 20 4.93 15 4.54 10 3.95 31 H(I) 35 30 y = 12,987x - 48,986 25 20 15 10 0 Hình 12 - Thực nghiệm xác định quan hệ h(I) h 12,987.i out 48,986 (4.8) Trong đó: o 𝑖 dòng điện trả từ cảm biến (mA) o h chiều cao mức nước bình (cm) Tóm tắt lại bước đo xử lý số liệu sau: Hình 13 - Trình tự xử lý kết đo 4.2.2 Tính tốn tín hiệu điều khiển Giá trị từ cảm biến gồm: nhiệt độ nước nóng, nhiệt độ nước lạnh, nhiệt độ nước bình chiều cao nước bình Nhiệt độ nước nóng nước lạnh dùng làm tham số cho hệ thống, cịn nhiệt dộ nước bình chiều cao nước bình giá trị phản hồi  Điều khiển tách kênh Xét mơ hình hệ thống bình nóng lạnh mơn, với tham số mơ hình hệ thống thu thập thay vào công thức (3.5) ta có hàm truyền: 32 30.86   s  0.004735 H F ( s)    1.013*10  s  0.009469  30.86  s  0.004735   5261  s  0.009469  (4.10) Như trình bày phần lý thuyết điều khiển tách kênh hàm truyền hệ kín chọn có dạng đường chéo sau:   4s 1 H ( s)          2s 1  Theo cơng thức (3.6) ta tính điều khiển tách kênh  0.002769s 1.311*105  s H C (s)    0.005331s  2.524*10 5  s  -3.249*105 s 3.077*10 7   s  5 7 3.249*10 s  3.077*10   s  (4.11) Dễ thấy điều khiển tách kênh có hàm truyền dạng khâu khuếch đại tích phân nên ta dễ dàng cài đặt Matlab Sau hệ MIMO thành hai hệ SISO, ta tiến hành điều khiển hệ thống PID Điều khiển h dùng PI điều khiển T dùng P: R  50 0,02 s R  30 4.3 Thiết kế phần mềm Một hệ thống hoàn chỉnh cần phải có phần mềm để tính tốn điều khiển cho hệ thống tương tác với người sử dụng Do đó, phần mềm cho hệ thống bình mức thiết kế với chức sau:  Tiếp nhận xử lý tín hiệu đo từ cảm biến  Tính tốn điều khiển xuất tín hiệu dịng điện tương ứng  Giao diện với người dùng, giao tiếp Arduino Matlab Ngồi nhiệm vụ trên, phần mềm tốt cịn cần phải dễ dàng quản lý mở rộng, không tốn nhiều thời gian thực thi 33 Do phạm vi đồ án này, chúng em sử dụng hai điều khiển tách kênh trượt nên chúng em chia thành hai phần mềm phục vụ cho hai mục đích khác 4.3.1 Phần mềm điều khiển tách kênh Phần mềm thực thi hoàn toàn Arduino Arduino tiếp nhận tín hiệu đo, tính tốn tìn hiệu điều khiển xuất tín hiệu điều khiển van tương ứng Hình 14 - Sơ đồ chương trình thực điều khiển tách kênh Khi chạy chương trình, phần mềm thực thi qua tác vụ Chức cụ thể tác vụ sau:  Get feedback: đọc tín hiệu từ ADC chuyển sang giá trị thực cảm biến - mục 4.1.2 Hàm Get feedback đọc liên tục có ngắt xảy nhảy vào chương trình ngắt  Calculate control signal: bước tính tốn tín hiệu điều khiển dựa vào giá trị cảm biến đo được gửi từ hàm Get feedbackmục 4.2.2.1  Send DAC: sau tính tốn tín hiệu điều khiển, cần xuất tín hiệu dạng điện áp để điều chỉnh van Arduino điều khiển DAC MCP4922 để có điện áp mong muốn a) Giao diện điều khiển quan sát 34 Ngồi tác vụ trên, chương trình thực thi Matlab sử dụng giá trị cảm biến tín hiệu điều khiển van để hiển thị lên giao diện Điều giúp việc theo dõi điều khiển hệ thống từ lúc cài đặt điểm làm việc tới lúc hệ thống hoạt động ổn định trở nên dễ dàng Giao diện Matlab hình đây: Hình 15 - Giao diện Giao diện có tính sau: o Thanh trượt điều chỉnh giá trị đặt o Hình minh họa cột nước nhiệt độ tăng lên, hạ xuống o Hiển thị giá trị cảm biến 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Kết điều khiển tách kênh Khi chạy thực nghiệm với điều khiển tách kênh cho kết sau: Height 25 20 15 10 0 100 200 300 h 400 500 600 700 h_set Hình - Đáp ứng độ cao thay đổi giá trị đặt Temperature 70 60 50 40 30 20 10 0 100 200 300 T 400 500 600 700 T_set Hình - Đáp ứng nhiệt độ thay đổi giá trị đặt Nhận xét:  Sau tách kênh hệ MIMO thành hai hệ SISO, ta hồn tồn điều khiển hệ thống cách sử dụng thêm P, PI PID  Khi sử dụng điều khiển tách kênh, nhận thấy chất lượng điều khiển tốt, sai lệch tĩnh tương đối nhỏ ( h khoảng 1cm với T khoảng 11,5 độ C)  Khi thử thay đổi giá trị đặt, hệ thống đáp ứng nhanh Tuy nhiên, đồ thị xuất khoảng gợn, điều cho thấy điều khiển chưa tách kênh hồn tồn Lý giới hạn lưu lượng nước nóng nước lạnh chảy vào bình nhỏ so với tín hiệu điều khiển tính  Khi tiếp tục tăng h điểm làm việc cách xa điểm cân chất lượng điều khiển khơng cịn tốt trước 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Nội dung công việc mà đồ án đặt từ đầu gồm: thiết kế phần cứng phần mềm điều khiển thực hoàn chỉnh áp dụng lên đối tượng thật Em trực tiếp lên phương án điều khiển mô hình phổ biến cơng nghiệp Qua cơng việc, em học hỏi nhiều điều Từ cách mô đối tượng Matlab việc thực thi điều khiển đối tượng qua Arduino Bên cạnh đó, em tự tay thực hành đối tượng thật Đó trải nhiệm tuyệt vời mang lại cho em kinh nghiệm quý giá để phát triển nghiệp tương lai 6.2 Hướng phát triển Hệ thống bình mức hệ phổ biến q trình cơng nghiệp, việc thiết kế điều khiển đề tài vô thực tiễn Để chất lượng điều khiển cho hệ thống tốt hơn, em hướng tới việc thiết kế quan sát nhiễu đầu cho hệ thống Ở phương pháp điều khiển trình bày chương 3, thiết kế điều khiển ta coi nhiễu đầu max Một vấn đề đặt để quan sát nhiễu đầu cách xác để phục vụ tính tốn điều khiển Dưới em trình bày thêm điều khiển trượt có quan sát nhiễu theo tài liệu [3] Viết phương trình mơ tả hệ thống dạng:  x,t   g d x    g1  y  x  H  x,t  u (6.1) , với d nhiễu mơ hình Từ điều kiện trượt, ta dễ dàng xác định tín hiệu điều khiển trượt có dạng: 1  s    H  x,t     s f  x,t   c.tanh  s  u     x    x     x,t    g  x,t   g d  c.tanh  s   u   H 1 (6.2) Trong đó: 37   A H  x,t     Tc T  A h  A Th T Ah    , g  x,t       0  0    , g  1   0   Bộ quan sát nhiễu có dạng sau:  dz   L g z  L   dt    z Lx d  g Lx  g  x,t   H  x,t  u  , Lconst  21 (6.3) Hình - Sơ đồ điều khiển phản hồi có quan sát nhiễu Sai lệch nhiễu quan sát nhiễu thật xác định sau  e  d d     d z L x  e   L g z  L  g Lx  g  x,t   H  x,t  u   e d  d d L  e d   L  g  x,t   g d H  x,t  u  g z  L g Lx  L g d 2  L  g d  d   L g e d Ở hệ thống này, dễ thấy 𝑔 = (1 0) nên để sai lệch 𝑒 tiến ta phải chọn L cho 𝐿𝑔 > Như vậy, ta chọn 𝐿 = (0,02 0) Tuy nhiên triển khai thực tế, tín hiệu đo từ cảm biến bị nhiễu lớn, điều làm cho kết quan sát khơng cịn xác Để cải thiện chất lượng quan sát nhiễu, ta thêm lọc Kalman vào trước quan sát Cấu trúc lọc Kalman sau: 38 Hình - Sơ đồ lọc Kalman Sau thêm lọc Kalman, chất lượng quan sát nhiễu cải thiện Hình - So sánh sai lệch nhiễu Đường màu đỏ chưa có lọc Kalman, đường màu xanh thêm lọc Kalman Dưới kết thực nghiệm dùng thêm quan sát nhiễu: Hình - Nhiễu 39 Hình - Đáp ứng độ cao Hình 6 - Đáp ứng nhiệt độ 40 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N D Phước, Phân tích điều khiển hệ phi tuyến, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 [2] N D Phước, Cơ sở lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 41 ... tài Thiết kế điều khiển: Bộ điều khiển thiết kế phải đảm bảo giá trị mức nước bám giá trị đặt khoảng thời gian định độ sai lệch đủ nhỏ Bộ điều khiển bao gồm điều khiển phi tuyến cho hệ ban đầu điều. .. - Sơ đồ cấu trúc hệ MIMO hai vào hai Theo [2] [4], nguyên lý điều khiển ta thiết kế cho tương ứng với cặp đầu vào – đầu khác có điều khiển Như với hệ hai vào hai có tất điều khiển có sơ đồ cấu... việc triển khai điều khiển vào thực tế hiệu 14 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 3.1 Phân tích điều khiển 3.1.1 Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc Có thể nói lý thuyết điều khiển tuyến tính